基于多媒體認(rèn)知理論的計(jì)算機(jī)教育軟件開發(fā)方法探究

沈小鋒

摘要：非信息技術(shù)教師把做不好計(jì)算機(jī)教育軟件（課件、課例及教師空間等）歸因于不懂技術(shù)，而信息技術(shù)教師做不好計(jì)算機(jī)教育軟件卻歸因于只懂技術(shù)。如何在信息技術(shù)與學(xué)科深度融合的潮流下，做出優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)教育軟件，邁耶的多媒體認(rèn)知理論給我們帶來(lái)了啟發(fā)，教育軟件的開發(fā)應(yīng)從學(xué)習(xí)者角度出發(fā)，才能滿足學(xué)習(xí)者的需求。該文根據(jù)筆者組織指導(dǎo)計(jì)算機(jī)教育軟件評(píng)選活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合多媒體認(rèn)知理論和軟件工程思想，對(duì)計(jì)算機(jī)教育軟件開發(fā)的方法進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)教育軟件；多媒體認(rèn)知理論

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）17-0109-02

1 計(jì)算機(jī)教育軟件

1.1 定義

軟件是一系列按照特定順序組織的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)和指令的集合。[1]在基礎(chǔ)教育的應(yīng)用中，多媒體教學(xué)應(yīng)用軟件曾是應(yīng)用的范圍最為廣泛的教育軟件。多媒體教學(xué)軟件是一種根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)，表現(xiàn)特定的教學(xué)內(nèi)容，反映一定教學(xué)策略的計(jì)算機(jī)教學(xué)程序，它可以用來(lái)存貯、傳遞和處理教學(xué)信息，能讓學(xué)生進(jìn)行交互操作，并對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)作出相應(yīng)評(píng)價(jià)的教學(xué)媒體工具。[2]隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，教育軟件的形式越來(lái)越廣，出現(xiàn)各類學(xué)習(xí)終端如Android，IOS上的教學(xué)工具，翻轉(zhuǎn)課堂上的微課，教師學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)空間等多種形式。廣東省教育技術(shù)中心近年為提高教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力水平，促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科深度融合而舉辦計(jì)算機(jī)教育軟件評(píng)審活動(dòng)，活動(dòng)指南對(duì)計(jì)算機(jī)教育軟件做了范圍的界定。[3]

從活動(dòng)指南可見，“計(jì)算機(jī)教育軟件”與廣義的“軟件”存在區(qū)別，計(jì)算機(jī)教育軟件有以下特點(diǎn)：1）應(yīng)用范圍：特定于教育領(lǐng)域使用，覆蓋中小學(xué)、幼兒教育、特殊教育、中職教育和高等教育；2）技術(shù)要求：技術(shù)要求較低，可以是使用編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的軟件，但不局限于編程語(yǔ)言，利用傳統(tǒng)編程環(huán)境，積木式圖形化編程工具，多媒體開發(fā)工具等開發(fā)均可。3）數(shù)字化形式范圍：不局限于直接能運(yùn)行的軟件形式，如exe，apk等，能借助第三方工具運(yùn)行的數(shù)字資源，也被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)教育軟件。

1.2 類別

計(jì)算機(jī)教育軟件主要有：1）課件：是指基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)，將特定的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)手段有效呈現(xiàn)的應(yīng)用軟件，目的是輔助教與學(xué)，并完成特定的教學(xué)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。移動(dòng)終端課件作品應(yīng)能在iPAD、Android PAD等移動(dòng)教學(xué)設(shè)備上運(yùn)行。具體包括：各類教學(xué)軟件、學(xué)生自主學(xué)習(xí)軟件、教學(xué)評(píng)價(jià)軟件、仿真實(shí)驗(yàn)軟件。2）微課：是指教師圍繞單一學(xué)習(xí)主題，以知識(shí)點(diǎn)講解、教學(xué)重難點(diǎn)和典型問(wèn)題解決、實(shí)驗(yàn)過(guò)程演示等為主要內(nèi)容，使用攝錄設(shè)備、錄屏軟件等拍攝制作的微視頻課程。主要形式可以是講授視頻，也可以是使用PPT、手寫板配合畫圖軟件和電子白板等錄制的批注講解視頻。3）課例：是指教師在學(xué)科教學(xué)中應(yīng)用信息技術(shù)和教育資源，解決學(xué)科教學(xué)中的重難點(diǎn)問(wèn)題的課堂教學(xué)案例。把信息技術(shù)和教育資源作為內(nèi)容、方法與手段融合在學(xué)科教學(xué)過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，促進(jìn)教學(xué)過(guò)程整體優(yōu)化。如：翻轉(zhuǎn)課堂、基于網(wǎng)絡(luò)的自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、項(xiàng)目學(xué)習(xí)等教學(xué)方式，一對(duì)一學(xué)習(xí)、移動(dòng)終端學(xué)習(xí)、基于信息技術(shù)的創(chuàng)意創(chuàng)作教學(xué)等。4）教師網(wǎng)絡(luò)空間應(yīng)用案例：是指教師應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間開展資源應(yīng)用、備課授課、在線作業(yè)、輔導(dǎo)評(píng)價(jià)、學(xué)情分析、師生互動(dòng)、家?；?dòng)、網(wǎng)絡(luò)研修等教育教學(xué)活動(dòng)效果突出的案例。

1.3 開發(fā)的意義

參與計(jì)算機(jī)教育軟件的開發(fā)，是提高教師信息化應(yīng)用能力和水平，推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合的有效途徑。教育部的《中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力標(biāo)準(zhǔn)（試行）》指出信息技術(shù)應(yīng)用能力是信息化社會(huì)教師必備專業(yè)能力。[4]這種必備能力的培養(yǎng)，必須通過(guò)實(shí)踐實(shí)現(xiàn)。教師通過(guò)開發(fā)教育軟件，信息技術(shù)應(yīng)用能力得以提升，從而能在教學(xué)中達(dá)到以下意義：1）培養(yǎng)教師主動(dòng)探索和運(yùn)用信息技術(shù)變革學(xué)生學(xué)習(xí)方式。2） 教師掌握互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)設(shè)備及其他新技術(shù)來(lái)支持教學(xué)。3）以教育軟件引導(dǎo)學(xué)生自主、合作、探究學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和資源。4）以教育軟件合理選擇與組織技術(shù)資源，為提高個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)。5） 以教育軟件指引學(xué)生的合作、交流、探索、反思與創(chuàng)造。6）以教育軟件使用技術(shù)手段收集學(xué)生學(xué)習(xí)反饋，便于對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)指導(dǎo)和干預(yù)。7）以教育軟件實(shí)現(xiàn)教學(xué)評(píng)價(jià)方案，設(shè)計(jì)與運(yùn)用評(píng)價(jià)工具。

1.4 現(xiàn)狀及問(wèn)題

近幾年來(lái)，筆者從事本市計(jì)算機(jī)教育軟件的組織和評(píng)審工作，發(fā)現(xiàn)比較多教師提交的教育軟件是平時(shí)自己上課使用的課件、微課及課例直接當(dāng)作作品提交。具體來(lái)說(shuō)，存在以下問(wèn)題。1）通用性差：教育軟件實(shí)現(xiàn)的是為了更好地完成教學(xué)目標(biāo)，使用教師已有的資源進(jìn)行提煉是可行的，但教學(xué)活動(dòng)有著特定教學(xué)環(huán)境，特定學(xué)生學(xué)情等因素，讓教師的教育軟件具有特定性，缺陷通用性。2）美觀性差：教師更多考慮軟件的內(nèi)容，而忽視了顏色、布局、排版等外觀問(wèn)題，使得教育軟件界面不美觀，難以讓用戶喜歡。3）開發(fā)隨意性大：與教師交流中發(fā)現(xiàn)，大部分教師對(duì)教育軟件開發(fā)，沒有軟件工程的流程化思想，導(dǎo)致做出的軟件缺陷系統(tǒng)性。

教師應(yīng)該如何提高教育軟件開發(fā)水平，邁耶的多媒體認(rèn)知理論給了我們一定的啟示。筆者在下文對(duì)多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論進(jìn)行概述，并分析該理論如何指引計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)，并結(jié)合軟件工程的思想，提出基于多媒體認(rèn)知理論的計(jì)算機(jī)教育軟件開發(fā)的方法。

2 多媒體認(rèn)知理論概述

2.1 理論模型

美國(guó)心理學(xué)教授邁耶在雙重編碼理論，認(rèn)知負(fù)荷理論和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上提出了多媒體學(xué)習(xí)與認(rèn)知理論。多媒體學(xué)習(xí)和認(rèn)知理論的三個(gè)假設(shè)：1）雙通道假設(shè)：指人們進(jìn)行認(rèn)知加工時(shí)對(duì)視覺表征和聽覺表征的材料擁有單獨(dú)的信息加工通道。2）容量有限假設(shè)：人們進(jìn)行認(rèn)知加工時(shí)是需要消耗認(rèn)知資源的，而認(rèn)知資源是有限的，因此在每個(gè)信息加工通道上一次加工的信息數(shù)量也是有限的。3）主動(dòng)加工假設(shè)：指人們?yōu)榱藢?duì)呈現(xiàn)的材料與他們的經(jīng)驗(yàn)建立起一致的心理表征會(huì)主動(dòng)參與認(rèn)知加工。邁耶構(gòu)建了多媒體學(xué)習(xí)和認(rèn)知理論模型（圖1），展示了信息處理系統(tǒng)，包括多媒體演示，感官記憶，工作記憶和長(zhǎng)期記憶。該模型認(rèn)為，當(dāng)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)多媒體時(shí)，單詞將通過(guò)聽覺器官（耳朵）進(jìn)入認(rèn)知處理系統(tǒng)，屏幕通過(guò)視覺器官（眼睛）進(jìn)入感覺記憶階段。學(xué)習(xí)者需要注意詞匯和圖像，以便進(jìn)入工作記憶階段。因此，學(xué)習(xí)者將組織選定的單詞并形成語(yǔ)音模型。類似地，所選擇的屏幕也被組織以形成圖像模型。將語(yǔ)音模型，圖像模型和現(xiàn)有知識(shí)集成到長(zhǎng)期記憶中，最終構(gòu)建多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論模型。

2.2 多媒體認(rèn)知原則

計(jì)算機(jī)教育軟件的呈現(xiàn)方式，多為多媒體形式，從而軟件使用效果受軟件界面、軟件上文字和圖片的排版、聲音等因素影響。對(duì)這些因素的考慮，可參照邁耶在多媒體認(rèn)知理論中的七個(gè)原則，分別從不同角度說(shuō)明如何有效利用多媒體達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

從上分析可知，多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論是以學(xué)習(xí)者接受知識(shí)過(guò)程為出發(fā)點(diǎn)，來(lái)研究多媒體內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、文本的使用、文字的注解和解說(shuō)等內(nèi)容。以上文分析，對(duì)從事計(jì)算機(jī)教育軟件開發(fā)，以多媒體形式呈現(xiàn)的課件、微課和課例具有重要的指導(dǎo)意義。

3 基于多媒體認(rèn)知理論的計(jì)算機(jī)教育軟件的開發(fā)

在一般的軟件開發(fā)過(guò)程中，良好的軟件工程設(shè)計(jì)能讓軟件開發(fā)變得簡(jiǎn)單而高效，可以避免因設(shè)計(jì)失誤而導(dǎo)致的缺陷。一個(gè)健壯的程序必然有良好的設(shè)計(jì)，軟件工程是開發(fā)軟件中必不可少的。在本文所研究的以教師為開發(fā)者的教育軟件在開發(fā)復(fù)雜度和技術(shù)難度上要求較一般的軟件開發(fā)低，但借鑒軟件工程的思想也能提高教育軟件開發(fā)的效率和質(zhì)量。[6]筆者借鑒軟件工程的思想，給出一種計(jì)算機(jī)教育軟件開發(fā)流程圖，如圖2。此流程與一般的軟件開發(fā)流程的最大區(qū)別是，軟件開發(fā)的需求是建立在具體的教學(xué)目標(biāo)和多媒體認(rèn)知理論上。作為軟件的最大用戶群體學(xué)生，在進(jìn)行學(xué)習(xí)之前，大多數(shù)并不知道自己要如何學(xué)習(xí)才能更有效，多媒體認(rèn)知理論給出的理論模型和原則，為教育軟件設(shè)計(jì)者提供參考。

在計(jì)算機(jī)教育軟件開發(fā)的具體方法：

1）教育軟件的需求分析和規(guī)劃設(shè)計(jì)：需求是針對(duì)用戶而言的，但教育軟件的用戶是學(xué)生，學(xué)生是一個(gè)準(zhǔn)備學(xué)習(xí)的個(gè)體，對(duì)學(xué)習(xí)的需求未必清晰，所以在開發(fā)教育軟件的時(shí)候，需求分析的方法應(yīng)有所不同。具體來(lái)說(shuō)，針對(duì)具體學(xué)科的章節(jié)和專題，確定需求的是教學(xué)目標(biāo)，另外針對(duì)本文前面提出的問(wèn)題，另一個(gè)需求來(lái)源是基于多媒體認(rèn)知理論的分析，從學(xué)習(xí)者的角度和多媒體認(rèn)知理論的出發(fā)，確定教育軟件的需求：教育軟件的形式，學(xué)習(xí)者以什么方式進(jìn)行交互，學(xué)習(xí)者能學(xué)習(xí)到什么，如何學(xué)。在解搭這些問(wèn)題后，就能對(duì)教育軟件進(jìn)行規(guī)劃。軟件呈現(xiàn)方式：課件、課例、教師空間等；符合多媒體認(rèn)知原則的教學(xué)內(nèi)容整合，將文本、圖像、音視頻等信息科學(xué)合理地安排；交互方式的設(shè)計(jì)等。

2）教育軟件的開發(fā)技術(shù)：教師應(yīng)采用自身熟悉的技術(shù)對(duì)教育軟件進(jìn)行開發(fā)。教師本職工作是教學(xué)，開發(fā)教育軟件是為了更好地服務(wù)于教學(xué)，所以教師開發(fā)軟件的精力不用花太多在不熟悉的技術(shù)上。目前，有較多成熟的教學(xué)軟件方便教師對(duì)教育軟件進(jìn)行二次開發(fā)。如教師制作PPT，使用打包工具做成各平臺(tái)都能運(yùn)行的課件。利用成熟的開源CMS管理系統(tǒng)，如動(dòng)易CMS制作課程和教師空間。利用教育部的優(yōu)課活動(dòng)推薦工具，進(jìn)行視頻處理，制作課例。技術(shù)是一種手段，教師應(yīng)選擇合適和低成本的方法進(jìn)行開發(fā)。

3）教育軟件的測(cè)試方法：教育軟件使用對(duì)象是教師和學(xué)生。好的教育軟件能讓老師用戶減少重復(fù)性勞動(dòng)，能讓學(xué)生用戶更好地學(xué)習(xí)。教育軟件的測(cè)試對(duì)象是教師和學(xué)生。當(dāng)教育軟件開發(fā)后，可分享給教師使用收集反饋意見；對(duì)學(xué)生使用效果，應(yīng)該從設(shè)計(jì)好的課堂評(píng)價(jià)方案去反映。

4）迭代開發(fā)的思想：軟件工程中存在多種迭代開發(fā)的方法，快速開發(fā)原型，通過(guò)迭代開發(fā)來(lái)不斷完善和改進(jìn)。教育軟件也是一種長(zhǎng)生命周期的軟件，在測(cè)試和實(shí)際使用中，不斷改進(jìn)和優(yōu)化，開發(fā)教師應(yīng)該有迭代修改的意識(shí)，每次修改可以記錄修改日志，記錄教育軟件優(yōu)化過(guò)程和自身專業(yè)技術(shù)成長(zhǎng)過(guò)程。

4 總結(jié)

對(duì)如何指導(dǎo)教師進(jìn)行教育軟件開發(fā)的研究文獻(xiàn)并不多，本文是筆者在組織和指導(dǎo)計(jì)算機(jī)教育軟件的實(shí)際工作中，結(jié)合多媒體認(rèn)知理論和軟件工程思想的一些經(jīng)驗(yàn)與想法，在指導(dǎo)年輕教師信息化能力提升有一定指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

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