[學習]多媒體計算機輔助教學

1、第五章 多媒體計算機輔助教學,“現(xiàn)代教育技術”課程組 制作：Xia Hongwen Shen Xialin,學習目標,,理解計算機輔助教學、多媒體技術、課件及其相關概念。,1,,了解計算機輔助教學的基本模式及其特點。,2,,熟悉多媒體課件的開發(fā)步驟，能夠開發(fā)多媒體課件。,3,,了解多媒體素材獲取、編輯以及集成的基本方法與常用工具。,4,,知道虛擬現(xiàn)實技術的特征，了解其常見技術的基本原理。,5,,理解智能計算機

2、輔助教學的基本概念。,6,引 言,計算機輔助教學技術是一種新的教育技術，被認為是人類教育史上繼文字出現(xiàn)、學校創(chuàng)立、活字印刷之后的第四次革命。它代表著一種新的教學思想與教學方式，反映了一所學校教學手段現(xiàn)代化的程度。,5.1 概述,5.1.1 計算機的教育應用 計算機輔助教育(Computer Based Education,簡稱CBE)是計算機技術在教育領域中應用的統(tǒng)稱，它涉及教學、科研和管理等教育領域的方方面面。早在20世紀

3、80年代中期，國際信息處理協(xié)會(IFIP)組織對53項計算機應用課題發(fā)展前途的評選中，計算機在教育領域的應用就名列第六位。,5.1 概述,對于計算機在教育中的應用方式可從不同角度分類：1．從應用功能看計算機的教育應用 從計算機應用的功能來看，計算機在教育領域中的應用方式包括以下兩個方面：（1）計算機輔助教學 計算機輔助教學(Computer Assisted Instruction,簡稱CAI)指的是用計算機

4、幫助或代替教師執(zhí)行部分或全部教學任務，傳遞教學信息，對學生傳授知識和訓練技能，直接為學生服務。,5.1 概述,（2）計算機管理教學 計算機管理教學(Computer Managed Instruction,簡稱CMI)是計算機在教育領域的另一項重要功能。目前，人們對CMI的理解有兩種：從狹義上看，認為CMI就是利用計算機指導整個教學過程的教學管理系統(tǒng)，它的功能包括管理教學計劃和教學資源，以及幫助教師構造測驗和評分等；廣

5、義上看，則認為CMI就是計算機在學校管理中的各項應用，包括教學管理、學校行政管理、學校其它資源管理等等。,5.1 概述,2．從應用對象看計算機的教育應用從計算機應用的對象來看，計算機在教育中的應用可以分成三個方面（3L）：（1）學習計算機(Learn about computer)把計算機作為學習對象，其內容包括計算機的基礎知識、基本技能及其對社會的影響等三部分。（2）用計算機學習(Learn with computer)學生

6、可以把計算機作為學習工具，主要包括用計算機來完成獲取和保存信息、處理和交流處理等任務。（3）從計算機學習(Learn from computer)教師把計算機作為一種輔助的教學工具來輔助教學、輔助測試、管理教學與輔助備課等工作。,5.1 概述,5.1.2 多媒體課件 “多媒體”一詞譯自英文Multimedia，它由multiple和media復合而成。 一般認為，多媒體技術是指把文字、聲音、圖像、動畫、視頻等多

7、種媒體的信息通過計算機進行交互式綜合處理的技術。 即: 通過計算機,用多種媒體手段來存儲、傳播和處理信息的技術。多媒體技術涉及計算機硬件、軟件和圖像處理、信號處理、人工智能、網絡和通信等等廣泛的技術領域。,5.1 概述,多媒體技術的主要特點: 集成性、交互性和多樣性。 其中交互性也是多媒體技術與電視、電影等單向信息提供手段的主要區(qū)別。 在多媒體教

8、學中，通常將用于執(zhí)行教學任務的多媒體軟件稱為多媒體課件（Multimedia Courseware），簡稱課件。,5.1 概述,超文本和超媒體 所謂超文本（Hypertext），就是一種用計算機來實現(xiàn)連接課件中相關頁面的結構。 在超文本結構中，除了文字鏈接以外，還可以對圖像、視頻、聲音等多媒體信息進行鏈接，從而出現(xiàn)了超媒體(Hypermedia)的概念。超文本(Hypertext)+多媒體（Multimedia）

9、＝超媒體。,5.1 概述,隨著網絡應用的普及，人們在網上使用視頻點播（VOD）方式播放多媒體課件或電影時，會涉及到流媒體的概念。流媒體指的是一類采用流式傳輸方式在網絡上播放的媒體格式。 流媒體在播放前并不下載整個文件，只將開始部分的數(shù)據存入用戶計算機，在內存中對數(shù)據進行緩存并輸出。流媒體的數(shù)據流隨時傳送隨時播放。與傳統(tǒng)的下載方式相比，這種邊下載邊播放的流式傳輸方式可以極大地減少用戶等待的時間。 。,5.2 計算

10、機輔助教學模式,5.2.1 分類框架 教學模式是在一定的教育思想指導下建立的比較典型、穩(wěn)定的教學程序或構型。從不同角度可以對教學模式作不同的分類。 例如，教學論學者根據教學過程的重心偏向教和學的不同方面，將教學模式分為：問答模式、授課模式、自學模式、合作模式、研究模式等五種。 這5種模式自上向下模式構成一個順序發(fā)展的序列，在該序列中學生的學習主動性逐漸增強，而教師的主導性則逐漸減弱。,5.2

11、計算機輔助教學模式,表5－1 基于教學論的教學模式,5.2 計算機輔助教學模式,計算機輔助教學的模式也稱信息化教學模式。信息化教學模式的一個分類框架（祝智庭，1996）:,5.2 計算機輔助教學模式,該框架將計算機輔助教學模式分為以下四大類：Ⅰ：客觀主義-個體主義（教師為中心-個別化）；Ⅱ：建構主義-個體主義（學生為中心-個別化）；Ⅲ：建構主義-集體主義（學生為中心-集體化）；Ⅳ：客觀主義-集體主義（教師為中心-集體化）

12、。第Ⅰ類是最為基本的教學模式，下面對它進行討論。,5.2 計算機輔助教學模式,,5.2 計算機輔助教學模式,5.2.2 主要模式1．基本模式（1）操練與練習主要用于實現(xiàn)教學過程中學生練習階段的功能，這是多媒體教學最常用的模式。該模式并不向學生傳授新知識和新技能，只是用來鞏固和熟練某些知識和技能，這些知識和技能是學生已經通過其它途徑學會了的。優(yōu)點：①可以及時反饋相關的信息；②能夠以多媒體方式有效地激勵學生；③可以將學生

13、的成績及時加以保存。,5.2 計算機輔助教學模式,圖5-2 操練與練習：小學加法運算,5.2 計算機輔助教學模式,（2）個別指導也稱指導型，它是由計算機扮演講課教師的角色，目的在于向學生傳授新的知識或技能。通常將教學內容劃分成一些較小的教學單元，每個單元只講授一個概念或知識點。在每個教學單元的教學中，計算機先在屏幕上講解概念、知識或技能，然后向學生提問并檢查他們的掌握情況。每隔若干個教學單元或學習結束時，計算機就針對所學過的內容

14、來提問，這相當于平時的單元復習或總復習檢查。優(yōu)點：(1)學生參與程度高；(2)有利于個別化教學的開展；(3)教學效率高。,5.2 計算機輔助教學模式,（3）教學測驗計算機輔助測驗(Computer Based Testing，簡稱CBT)是CAI或多媒體教學的一個重要組成部分。CBT的主要內容包括自動出試卷、聯(lián)機測驗或自動閱卷、測驗數(shù)據分析。測驗分成主觀性測驗和客觀性測驗兩類。主觀性測驗包括口試、寫作、翻譯、回答問題等。

15、客觀性測試又稱標準化測試(考試)，通常采用是非題、多項選擇題、匹配題等形式。,5.2 計算機輔助教學模式,計算機聯(lián)機測驗也稱在線測驗，指的是由計算機在屏幕上逐道顯示題目，由學生通過鍵盤輸入答案，計算機當場判斷并予以評分。計算機聯(lián)機測驗系統(tǒng)的優(yōu)勢之一，在于它能夠進行“適應性”測驗。計算機自動閱卷處理，目前較多采用光學標記閱讀儀(Optical Mark Reader,簡稱OMR) 。計算機輔助測驗分析主要包括測驗項目分析、測驗信度

16、與效度計算，以及因素分析等。,5.2 計算機輔助教學模式,(4)教學模擬用計算機來模仿真實自然現(xiàn)象或社會現(xiàn)象。模擬在教學中的應用可以分為以下幾個方面：,5.2 計算機輔助教學模式,實驗模擬：,圖5－3 教學模擬：電磁感應,5.2 計算機輔助教學模式,管理模擬。計算機模擬在管理領域的應用非常有助于學生在管理決策方面的能力和素質的培養(yǎng)。 訓練模擬。由計算機控制的模擬訓練器能夠產生逼真的訓練、操作環(huán)境，可以在節(jié)約很多訓練

17、時間和經費的前提下達到同樣的訓練目的。 計算機模擬的優(yōu)點： ①高效、安全；②低成本；③形象逼真，容易引起學生的興趣。,5.2 計算機輔助教學模式,(5)問題解決指在教學中運用計算機作為工具，讓學生自己去解決那些與實際背景較接近的問題，其主要目的是培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。問題求解給學生提供創(chuàng)造性解決問題的機會，通過解決問題的過程來應用、檢驗和精煉已經掌握了的概念和知識。問題求解模式的兩種實施方法：

18、 特定的問題求解。 工具性問題求解。,5.2 計算機輔助教學模式,圖5－4 問題求解工具： Mathematica,5.2 計算機輔助教學模式,(6)教學游戲 以游戲的形式呈現(xiàn)教學內容，產生一種帶有競爭性的潛在的學習環(huán)境，從而激發(fā)學生積極參與，起到“寓教于樂”的作用。 與一般的電子游戲類似，教學游戲通常都有一套明確的規(guī)則，具有競爭性，最后一定有贏家和輸家。,5.2 計算

19、機輔助教學模式,2.其他模式 除了前面介紹過的基本模式，在計算機輔助教學中，以下教學模式也經常被采用。 (1)微型世界 微型世界（Microworld）是指利用計算機系統(tǒng)構造一種可供學習者自由探索的學習環(huán)境。其基本特點是學生可操縱模擬環(huán)境中的對象，可建構自己的實驗系統(tǒng)、測試實驗系統(tǒng)的行為。,5.2 計算機輔助教學模式,(2)案例學習 為學生提供來自實際案例的資料，在豐富的信息環(huán)境中讓學生以調查員

20、的角色去搜集資料、調查案情，進行分析和決策。 (3)智能授導 旨在通過學生與計算機進行雙向問答式對話，利用人工智能技術來模擬“家庭教師”的行為。 (4)基于資源的學習 要求學生利用各類資源進行自學?，F(xiàn)代信息技術，特別是多媒體與計算機網絡技術的應用，為學習者提供了極為豐富的電子化、數(shù)字化學習資源。,5.2 計算機輔助教學模式,(5)探究性學習 要求學生利用計算機或網絡系統(tǒng)的信息服務功能，從學科數(shù)

21、據庫中檢索出所需的信息，通過信息收集和推理之類的活動，得出對預設（通常由教師所給）問題的解答。 (6)認知工具 以計算機為學習工具，按照它們對學習者支持作用的不同，可以分為效能工具和認知工具兩大類。,5.2 計算機輔助教學模式,(7)計算機支持的協(xié)作學習 簡稱CSCL，強調利用計算機網絡支持學生同伴之間的交互活動。 (8)計算機支持講授 包括計算機多媒體在課堂教學中的多種應用。(9)虛擬教室

22、 在計算機網絡上利用多媒體通訊技術構造的學習環(huán)境，允許身處異地的教師和學生進行大多數(shù)教學活動。,5.3 多媒體課件的開發(fā),,5.3.1 課件開發(fā)步驟,5.3 多媒體課件的開發(fā),1．環(huán)境分析 主要包括課件目標分析、課件使用對象分析和開發(fā)成本估算等任務。 在這里，教學目標不僅包括該學科領域以及教學內容的范圍，而且應對教學提出具體要求。比如，學習新概念；鞏固已經學過的知識；訓練求解某種問題的能力；要求掌握的程度及

23、檢查方法等等。,5.3 多媒體課件的開發(fā),課件使用對象分析，即分析學習者在從事新的學習或進行練習時，其原有知識水平或原有的心理發(fā)展水平對新的學習的適合性。該項分析通常涉及以下三個方面：① 學習者的一般特點；② 學習者對學習內容的態(tài)度以及已經具備相關的基礎知識與技能；③ 學習者使用計算機的技能。開發(fā)多媒體課件的成本估算通常也是不可缺少的。,5.3 多媒體課件的開發(fā),2．教學設計主要任務包括詳細分析教學內容、劃分教學單元

24、、選擇適當?shù)慕虒W模式等。教學內容分析指的是根據前述確定的教學目標，具體劃分出教學內容的范圍，揭示教學內容各組成部分之間的聯(lián)系。,5.3 多媒體課件的開發(fā),把每課內容按單純的教學目的劃分成若干個相對獨立的小塊，一個小塊就是一個教學單元。教學單元劃分的依據是教學大綱。一個教學單元的功能，就是進行一小段相對獨立的教學活動。一般說來，在一個教學單元中主要進行一個新概念或一個知識點的教學，然后從學生那里取得回答信息，并對回答作出反饋。,

25、5.3 多媒體課件的開發(fā),3．腳本設計 腳本是在教學設計基礎上所作出的計算機與學生交互過程方案設計的詳細報告，是下一階段進行軟件編寫的直接藍本，是課件設計與實現(xiàn)的重要依據。多媒體課件的腳本可分為文字腳本和制作腳本兩種。前者是由教師按照教學要求對課件所要表達的內容進行的文字描述；后者則猶如影視制作中的分鏡頭腳本，是在文字腳本基礎上改寫而成的能體現(xiàn)軟件結構和教學功能，并作為軟件編制的直接依據的一種具體描述。,5.3 多媒

26、體課件的開發(fā),腳本的描述并無規(guī)定格式，但所包含的內容是基本一致的，即在腳本中應注明計算機屏幕上要顯示的內容(包括文字、動畫、圖像和影像等)、音響系統(tǒng)中所發(fā)出的聲音，以及這些內容輸出的具體順序與方式。在多媒體課件的腳本設計中，計算機屏幕布局的合理與否，在一定程度上反映了課件的質量。在腳本設計中，通常都將屏幕劃分為若干個功能區(qū)，使得同一個課件中各種類型的信息都有相對固定的位置，以避免學生每次化時間在屏幕上尋找而無法集中精力學習教學內容。,

27、5.3 多媒體課件的開發(fā),圖5-6 課件界面設計實例,5.3 多媒體課件的開發(fā),4．軟件編寫將教學設計階段所確定的教學策略，以及腳本設計階段所得出的制作腳本用某種計算機語言或多媒體軟件工具加以實現(xiàn)。應該盡量收集、利用現(xiàn)有的多媒體素材，根據課件內容需要進行編輯加工。在多媒體素材采集、編輯完成后，就可以用多媒體創(chuàng)作（編輯）工具進行集成。一個完整的課件，除了在程序中包含聯(lián)機幫助功能以外，還必須提供相關的文檔，例如學生手冊、教師

28、手冊、技術手冊等。,5.3 多媒體課件的開發(fā),5.3.2 素材的采集與加工1．多媒體素材 多媒體素材是指多媒體課件中所用到的各種聽覺、視覺材料。根據素材的文件格式，可為文本(Text)、聲音(Sound)、圖像(Image)、動畫(Movie)、視頻(Video)等種類。,5.2 計算機輔助教學模式,表5－2 常用媒體的文件擴展名,5.2 計算機輔助教學模式,表5－2 常用媒體的文件擴展名,5.2 計算機輔助教學

29、模式,表5－2 常用媒體的文件擴展名,5.3 多媒體課件的開發(fā),多媒體素材的主要特點和文件格式（1）聲音素材①波形聲音文件對實際聲音的采樣,可以重現(xiàn)各種類型的聲音，包括噪聲、樂聲，以及立體聲、單聲等。該文件的擴展名為WAV主要缺點是文件的容量較大。 例如，以16位量化級44.1K采樣率進行采樣的一分鐘單聲道聲音文件大約可達5MB。由于原始聲音數(shù)據量太大，解決方法：利用硬件或軟件方法進行壓縮；適當降低音質。,

30、5.3 多媒體課件的開發(fā),②MIDI文件即樂器指令數(shù)字接口文件，文件擴展名為MID。MIDI文件中的數(shù)據是一系列指令,它將樂器彈奏的每個音符表示為一串數(shù)字，用來代表音符的聲調、力度、長短等，在發(fā)聲時，經過聲卡上的合成器將這組數(shù)字進行合成并通過楊聲器輸出。MIDI文件的容量要小得多。主要缺陷: 表達能力有限，無法重現(xiàn)自然聲音。,5.3 多媒體課件的開發(fā),③MPEG Layer 3文件是目前流行的聲音文件格式之一，因其壓縮率

31、大，在網上音樂、網絡可視電話等方面應用十分廣泛，但音質與CD唱片相比要差一些。該文件的擴展名為MP3。④CD Audio文件即音樂CD唱片所采用的文件格式，其擴展名為CDA。缺點:無法編輯且文件長度大。,5.3 多媒體課件的開發(fā),（2）圖像（圖形）素材①位圖（Bitmap）類： 以二維點陣形式來描述圖像；②矢量圖(Vector graphic)類： 實際上是存儲了表示許多單個對象的一系列指令。一般說來，

32、矢量類圖像的表達細致、真實，縮放后的分辨率不變，同時，它所需的存儲空間也比較小。圖像格式的主要指標：分辨率、色彩數(shù)、灰度。,5.3 多媒體課件的開發(fā),圖像素材的常用文件類型：①BMP格式是一種位圖格式文件，用一組數(shù)據(8位至24位)來表示一個像素的色彩。BMP格式文件的規(guī)模比較大。②GIF格式是目前Internet上使用的最重要的圖像文件格式之一。壓縮比比較高，文件規(guī)模較小，但僅表達256色圖像。目前，GIF格式還支持

33、圖像內的小型動畫。③JPG格式也稱JPEG格式，是一種十分流行的圖像格式，它的文件可以非常小。JPG格式是一種有損壓縮，因此不適宜于存儲珍貴的圖像資料或原始素材。,5.3 多媒體課件的開發(fā),（3）動畫素材動畫是由一系列的圖像畫面組成的隊列，畫面中的內容通常是逐漸演變的。動畫制作軟件很豐富，流行的有Autodesk公司的Animator（二維動畫）和3D Studio max （三維動畫）。Flash是目前最為流行的動畫格式

34、：Flash文件的擴展名為SFW。Flash動畫由矢量圖組成，放大、縮小后仍十分清晰。Flash動畫的文件很小，且采用流技術，能邊播放邊傳輸。 Flash的迷人還在于它的交互性，可以通過點擊按鈕、選擇菜單來控制動畫播放。,5.3 多媒體課件的開發(fā),（4）視頻素材視頻素材的常用文件類型包括：①AVI視頻文件它將視頻和音頻信號交錯在一起存儲，兼容好、調用方便、圖象質量好。缺點是文件體積過于龐大。視頻文件的擴展名為AVI。

35、②MPG視頻文件包括了 MPEG-1, MPEG-2 和 MPEG-4等多種視頻格式。通過MPEG方法進行壓縮，具有極佳的視聽效果。就相同內容的視頻數(shù)據來說，MPG文件要比AVI文件規(guī)模要小得多。,5.3 多媒體課件的開發(fā),③DAT視頻文件是VCD或卡拉OK-CD數(shù)據文件的擴展名。雖然DAT視頻的分辨率只有352×240，然而由于它的幀率比AVI格式要高得多，而且伴音質量接近CD音質，因此整體效果還是不錯的。④RM和

36、ASF視頻文件是目前網絡課件中常見的視頻格式，又稱流式文件格式。它采用流媒體技術進行特殊的壓縮編碼，使其能在網絡上邊下載邊流暢地播放。,5.3 多媒體課件的開發(fā),2．素材的采集與編輯（1）聲音的錄制多媒體計算機的數(shù)字音頻系統(tǒng)如圖所示。,,圖5－7 多媒體計算機的數(shù)字音頻系統(tǒng),5.3 多媒體課件的開發(fā),在制作多媒體課件時，通常都是利用上述聲卡及專用軟件來完成聲音的錄制、編輯和播放。Windows自帶的“錄音機”程序的界面如圖

37、所示。,圖5-8 Windows的“錄音機”程序,5.3 多媒體課件的開發(fā),在聲音錄制或采集時，聲卡和麥克風的質量將直接影響到所錄制的聲音文件的質量。采樣位數(shù)與采樣頻率也十分關鍵。 采樣頻率越高、采樣位數(shù)越大，聲音質量就越好，但相應的聲音文件也越大。（2）聲音文件的編輯應用Windows自帶的“錄音機”程序，還可以進行多種形式的編輯： 用來進行聲音素材處理的軟件很多。 例如，Ulea

38、d Audio Editor、CooleditPro等等，這些軟件的編輯、合成及效果等功能遠比Windows的錄音機程序要強大，它們所生成的聲音文件格式也較多。,5.3 多媒體課件的開發(fā),圖5－9屏幕捕捉軟件SnagIt,（3）圖像的獲取除了繪制圖像外，還可用屏幕捕捉軟件、掃描儀等工具來獲取。用于屏幕捕捉的軟件很多，SnagIt就是一個常用的屏幕捕捉軟件。,5.3 多媒體課件的開發(fā),（4）圖像的編輯圖像編輯工具十分豐富，從功

39、能十分強大的Photoshop軟件到Windows自帶的簡易“畫圖”軟件都可選用。采用圖像編輯軟件對圖像進行編輯的一個實例：,（a）Photoshop軟件 （b）“畫圖”軟件,5.3 多媒體課件的開發(fā),（5）視頻信息的采集與編輯 多媒體計算機的視頻采集（捕捉）系統(tǒng)如圖5－11所示。,,5.3 多媒體課件的開發(fā),視頻采集卡提供了連續(xù)采集、單幀采集和視頻圖像的數(shù)字化播放等功能。視頻編輯軟件可以

40、對數(shù)字化視頻信息進行編輯加工。例如，Adobe 公司的Premiere軟件，Ulead公司的Video Studio軟件。Premiere是一個基于非線性編輯的視頻編輯軟件，是PC平臺上應用最為廣泛的視頻編輯軟件，用戶界面如圖5－12所示。,5.3 多媒體課件的開發(fā),圖5－12 視頻編輯軟件Premiere,5.3 多媒體課件的開發(fā),5.3.3 素材集成及其工具也稱多媒體創(chuàng)作軟件，這是一種能夠把文本、聲音、圖像、動畫、視頻等素材

41、集成為一個交互式的多媒體作品（或課件）的工具軟件。多媒體創(chuàng)作軟件通常提供一個“所見即所得”的編輯環(huán)境，所有的素材均可以直接引入該環(huán)境中并根據需要設置其屬性，因而可大大提高多媒體軟件的制作效率。多媒體創(chuàng)作軟件按其對多媒體素材的安排與組織方式的不同，大致可以劃分為基于頁面的工具、基于圖標的工具、基于時間的工具等三種類型。,5.3 多媒體課件的開發(fā),圖5－13 多媒體創(chuàng)作軟件Powerpoint,1、基于頁面的工具,5.3 多媒體

42、課件的開發(fā),圖5-14多媒體創(chuàng)作軟件FrontPage,5.3 多媒體課件的開發(fā),圖5－15多媒體創(chuàng)作軟件AuthorWare,2、基于圖標的工具,5.3 多媒體課件的開發(fā),,圖5-16多媒體創(chuàng)作軟件Flash,3、基于時間的工具,5.4 概念圖及其應用,,一、概念圖的由來,20世紀70年代初由美國康奈爾大學的諾瓦克（Novak）及其同事 提出；1984年Novak出版著作《學習如 何學習》(Learning How

43、to Learn)美國的《科學教育研究》雜志 （Journal of Research in Science Teaching）在1990年第四季度以專刊的形式出版了一期《概念圖展望》（Perspectives on concept mapping）；2004年9月14日至17日在西班牙召開了第一屆概念圖國際會議，并邀請Novak做了專場報告 。,Joseph D. Novak,概念圖的應用領域,第一屆概念圖國際會議主題

44、概念圖評價概念圖在人文學科的應用概念圖在商業(yè)領域的應用概念構圖在外語教學中的應用概念圖作為研究工具知識保存概念構圖在科學學科中的應用小組構圖概念圖在任務分析中的應用從這些主題可以看出，概念圖在國外得到了較廣泛的運用，其功能從評價擴展到了教學策略、學習策略；其應用領域也從科學學科擴展到了人文學科、商業(yè)領域。由于概念圖的巨大應用前景，國外市場上開發(fā)的制作概念圖的軟件已多達十幾種，如Inspiration、MindMa

45、nager、MindDraw、FreeMind等,概念圖在遠程教育中的應用概念圖在數(shù)學教育中的應用概念圖在K-12教育中的應用概念圖促進協(xié)作知識工程技術支撐下的概念構圖選擇構圖結構概念構圖促進學習教師教育和專業(yè)發(fā)展,二、什么是概念圖,概念圖（Concept Map）是用來組織與表征知識的工具。它通常是將有關某一主題不同級別的概念置于方框或圓圈中,再以各種連線將相關的概念連接,并用適當?shù)倪B接語標示出概念間的關系，這樣就形成

46、了關于該主題的概念圖。 Novak：一些加圈的概念用線相互連接，并且在連接線上用短語加以命名以表達兩個概念間的關系。理想的概念圖是分層次的，概念從上往下排列，并且只有連接線水平或者向上的時候用箭頭表示。Jonassen強調教學中概念間的關系并非都是分層次的，還有因果、循環(huán)等其他形式。喬納森等學者認為概念圖是“結構化知識”的圖解。Grasha則從概念圖作用的角度加以闡釋；Maxwell將概念圖作為質的研究工具；Watters and

47、 Zhou更注重概念圖在交流方面的作用。,三、概念圖的理論基礎 ——有意義學習理論,奧蘇貝爾指出，有意義的學習是將新知識和個體本身的知識結構中已有的相關知識相聯(lián)結的過程。概念與概念間的關系、學習者的先備知識這兩者在有意義學習上扮演了重要的角色。個體在學習新知識時，會將新知識與已有的先備知識產生聯(lián)結，進而形成新的認知結構。新經驗的學習必須建立在舊經驗的基礎上，學習者必須將新知識和原有的知識相聯(lián)結，加以統(tǒng)整組合，即有意

48、義的將新概念與已知的概念相聯(lián)結，才能達到有意義的學習 。,四、概念圖的制作步驟,圍繞主題列出概念挑選并閱讀課本中關于某個主題的章節(jié)，標出重要概念和重要理論觀點。確定關鍵概念確認理解主題所必要的關鍵概念，并將其列成清單。把含義最廣、最有包容性、最抽象的概念作為關鍵概念，放在頂端。將各級概念排序從關鍵概念開始，把所有列出的概念從大到小，從一般到具體進行分類排序。在這過程中，可繼續(xù)增加更多的概念，將最具體的概念放在最底層。進行連接

49、尋找概念圖不同部分概念之間交叉連線的聯(lián)結，并標明連接線。將概念連接起來是畫概念圖最重要的一部分，常用于描述關系的連接詞有“由……組成”、“包括”、“取決于”、“受…… 影響”、“引起”、“由……造成”等等。確定各級連接的指向當把概念連接起來后，就要用箭頭表示概念間的關系。并非所有的連接都是單向的，還有相互依賴的雙向連接。有時，有的連接可能是間接的，即通過另一概念相連，這種關系最好用交叉連接表示。反思與完善從整體上對畫好的概念圖

50、進行反思，并不斷修正、充實。,概念圖中的連結語,Novak和Gowin(1984)，Holley, Dansereau, McDonald, Garland和Collins等學者提出過的連結語，歸納如下：部分與隸屬：部分、包含、構成、要素等。特征與性質：特征、特色、性質等。原因與結果：導致、因為……所以……、造成……、產生、能夠等。功能：用途、功用、用處等。解釋與定義：稱為、表示、解釋等。位置、方向、路徑：過程、程序、步驟、

51、輸入、輸出等。例證：實例、例如、譬如等。類型：分類、分成、種類有、分為等,五、概念圖制作工具,MindManager 該工具軟件運用形象思維方法，使信息同時刺激大腦兩個半球，其編輯界面使得用戶可以通過“形象速記法”創(chuàng)建并相互交流各種想法和信息。它設計了一個與人的思考方式一致的自然、直接的工作環(huán)境，因此能夠減少所花費的時間、精力，減輕壓力，從而提高工作效率。 （嚴格說來，MindManager是一個思維導圖工具）,,,例： 用Min

52、dManager制作的概念圖,Inspiration,這是Inspiration公司開發(fā)的一個工具軟件，現(xiàn)已發(fā)展到8.0版本。在不斷的升級和完善過程中，形成了自己的特色：構圖方便，很容易掌握基本的操作。界面友好，并提供大綱和圖形兩種視圖。軟件自帶有許多圖標庫。提供多種類型的概念圖模板。具有文件格式轉換功能，可將圖形文件存為JPG、GIF、HTML格式，將大綱文件存為HTML格式地址：http://www.inspiratio

53、n.com/freetrial/index.cfm,,,例：用Inspiration制作的概念圖,,,例：用Kidspiration制作的概念圖,StarTree,StarTree是Inxight公司開發(fā)的一個產品，其最初的目的是用于網站文件的管理，但由于其動態(tài)可視化的特點，非常適合于演講展示以及師生間的交流。StarTree提供網頁輸出功能，并且能動態(tài)拖動。 公司網址：http://www.inxight.com,其它的概念圖制作

54、軟件,TheBrainhttp://www.thebrain.comIHMC CMap Toolshttp://cmap.ihmc.usLifeMaphttp://www.robertabrams.net/conceptmap/lifemaphome.htmlConceptDraw http://www.conceptdraw.com/en/products/mindmap/main.phpVisiMaphttp://

55、www.coco.co.uk,六、概念圖的教育應用,諾瓦克的學生理查德（Richard Iuli）根據相關的研究結果，在參加第一屆概念圖國際會議的會議論文中對概念圖的作用進行了總結 ：呈現(xiàn)個體現(xiàn)有的知識結構；鑒別迷思概念 （misconception）揭示學生理解中的差距；提升反思思維；設計課程和教學材料；評價學生學習；評測項目的有效性；便于小組成員間的交流及共享見解。,概念圖的教育應用,概念圖在教學中的應用（教師角度）

56、復習 教學設計 教學評價 過程性評價工具 總結性評價工具 組織小組討論 概念圖在學習中的應用（學生角度）作為信息組織工具 作為知識表征工具 作為交流工具 作為反思工具 作為計劃工具 作為自我評價工具,概念圖的教育應用,概念圖在教學評價中的運用作為形成性評價（過程性評價）工具，概念圖制作可以使學習者個體思維可視化、外化作為總結性評價工具，概念圖為教師和學生提供的關于學生學習成績的反映不是一個抽象的分數(shù)或等第，

57、而是學生知識結構的具體再現(xiàn) 對于學生而言，概念圖也是一種學習的自我評價工具,5.5 新技術及其教學應用,5.5.1 虛擬現(xiàn)實技術1．虛擬現(xiàn)實技術概述虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）技術是多媒體技術廣泛應用后興起的更高層次的計算機用戶接口技術，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，通過多種傳感設備使用戶“融入”到該環(huán)境中，實現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進行自然的交互。,VR系統(tǒng)的關鍵特性,,Immersion沉浸,,,Im

58、agination想象,Interaction交互,,VR,沉浸：使參與者有“真實”的體驗；交互：提供方便的、豐富的人機交互手段；想象：VR是針對某一特定領域、解決特定問題的應用，所以想象力是關鍵。,5.5 新技術及其教學應用,根據虛擬現(xiàn)實的技術手段不同，可以把虛擬現(xiàn)實技術分為以下兩大類。①使用專用硬件實現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實技術譬如：在視覺方面有頭盔式立體顯示器等；在聽覺方面有三維音響輸出裝置；在力覺、觸覺、運動感等方面有

59、數(shù)據手套、數(shù)據衣，以及語音識別、眼球運動檢測等裝置。由于硬件設施的價格昂貴、操作復雜，因此使用專用硬件的技術近期不可能普及。,5.5 新技術及其教學應用,②在個人計算機上實現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實技術可以應用VRML語言、全景環(huán)視技術、Java語言等等技術來實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實，可以通過Internet傳輸相關信息，這時一般稱其為網上虛擬現(xiàn)實技術。優(yōu)點：使用簡單，便于推廣。隨著Internet技術和虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，通過Internet開展虛

60、擬實驗或虛擬教學正越來越被人們所重視。,2．虛擬現(xiàn)實技術的教學應用 （1）全景環(huán)視技術及其應用,全景環(huán)視技術也稱360°全景環(huán)視技術，或基于圖像處理的Panorama（全景攝影）技術。它是把相機環(huán)繞360°拍攝的一組照片拼接成一個全景圖像，用一個專用的播放軟件在Internet上顯示。觀看者可以通過鼠標控制環(huán)視的方向，好像在一個窗口前瀏覽一個現(xiàn)實的場景。參見網站：http://www.chinav

61、r.net,例：PixMaker全景環(huán)視圖片制作軟件,http://www.pixaround.com.cn,,例：網上故宮——全景環(huán)視技術,http://chinavr.net/beijing/gugong.htm,,5.5 新技術及其教學應用,圖5-18 全景環(huán)視作品：故宮博物院,5.5 新技術及其教學應用,（2）VRML技術及其應用VRML（The Virtual Reality Modeling Language，虛擬現(xiàn)

62、實建模語言）是一種虛擬現(xiàn)實建模語言，也是在Internet上建立3D多媒體和共享虛擬世界的一個開放標準。VRML常用于描述三維物體及三維場景，它能夠在WWW上構建動態(tài)的、具有豐富的傳感效應的虛擬環(huán)境。VRML文檔是一個擴展名為WRL的文本文件或擴展名為WRZ的二進制文件（壓縮格式）VRML文檔一般包含如下部分：文件頭：給瀏覽器提供文件的版本信息注釋： 以＃號開始的說明文字節(jié)點： 場景信息的單位。用來描述場景中的造型、燈

63、光等屬性值：描述及改變節(jié)點屬性的大小,VRML文檔實例: 一個半開口的圓柱體,#VRML V2.0 utf8 Shape { #形狀節(jié)點 appearance Appearance { #表面特性 material Material { } #使用默認材質和顏色 } geometry Cylinder {

64、 #幾何特性 radius 3 height 6 side TRUE top FALSE bottom TRUE } },example2.wrl,5.5 新技術及其教學應用,VRML文檔的編輯與顯示為了方便進行VRML文檔的編輯，一般采用可視化的VRML文檔編輯軟件，例如Internet

65、Space Builder、Canoma等。編輯過的VRML文檔可以在Internet上傳輸并由Web覽器進行顯示。在Web瀏覽器中顯示VRML文檔時需要預裝一個簡單的VRML插件。,5.5 新技術及其教學應用,圖5-20 網上虛擬美術館,VRML應用實例： EireNET（愛爾蘭美術館）是一個采用VRML技術建立的網上虛擬美術館（www.dmc.dit.ie/guests/eirenet/eirenet/eirene

66、t/thic2ra.htm）。,5.5 新技術及其教學應用,5.5.2 人工智能技術1.人工智能概述是一門研究運用計算機模擬和延伸人腦功能的綜合性學科。人工智能也是一門涉及數(shù)學、計算機科學、控制論、信息學、心理學、哲學等學科的交叉和邊緣學科。與一般的信息處理技術相比，人工智能技術在求解策略和處理手段上都有其獨特的風格。,5.5 新技術及其教學應用,2．人工智能的教育應用（1）智能計算機輔助教學 智能計算機輔助教學

67、（ICAI）是以認知科學和思維科學為理論基礎，綜合人工智能技術、教育心理學等多門學科的知識對學生實施有效教育的一門新的教育技術。,5.5 新技術及其教學應用,ICAI系統(tǒng)由三個基本模塊組成：知識庫：包含學科知識和教學知識）；“學生模型”模塊：指明學生知道什么和不知道什么，代表了學生的智能活動；“教師模型”模塊：提供教學策略，負責指導系統(tǒng)如何向學生呈現(xiàn)教材，代表了教師的智能活動。智能人機接口：一個具有自然語言處理功能的人機界面。

68、,5.5 新技術及其教學應用,在傳統(tǒng)的CAI中，教學信息是按預置的教學流程提供給學生的，不利于學生主觀能動性的發(fā)揮。ICAI系統(tǒng)的優(yōu)點：因材施教通過智能系統(tǒng)的搜索與推理，動態(tài)生成適合于個別化教學的內容與策略；通過智能診斷機制判斷學生的學習水平，分析學生產生錯誤的原因，并向學生提出學習建議；通過對學生資料庫中全體學生出現(xiàn)錯誤分布的統(tǒng)計，智能診斷機制向教師提供教學重點與方式、測試重點與方式，以及題型的建議；為教師提供友好的教學內