计算机科学与现代教育技术
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作者: 赵小龙
目前，随着通信、网络、多媒体以及虚拟现实等计算机新技术的出现与发展，教育方式正面临着一场巨大变革。与传统课堂教育方式相比，新教育方式最重要的特点在于它突破了时间和空间的限制，不再需要教师和学生面对面地教与学，而且也打破了实物与虚物的界限，让学生沉浸在营造的真实情景中。在新的教育方式下，学生可根据自己的实际情况确定学习内容、安排学习进度，从而满足了社会普通性和个体独立性学习的需要，实现持续教育和终身教育。
一、多媒体技术引入教育之中
一般来说，教育技术经过视觉教育运动(1918-1928)，视听教育运动(1918-1942)发展到以视听媒体为主的教育技术(60年代)。
多媒体技术是一种先进的计算机信息处理技术，其发展给教育带来的影响是深刻和广泛的。传统的教学媒体、教学设备，如挂图、投影片、幻灯片、录音带、录像带等，逐渐被统一的计算机数字多媒体代替。未来社会是一个数字的世界，数字地球、数字学校的概念将逐步出现。学生的饭菜票、学生证、图书证，甚至图书也将是数字信息。
多媒体计算机是一种最基本和最常用的信息处理工具和电教设备，将渗透到学校教育的每一个环节。它的出现，使得教学出现如下特点：
1、教学信息量增大。由于计算机能够存储大容量信息，使得教师授课的信息量增大。
2、教学信息组织的超链接方式。传统的教学信息组织是线性的。
3、教师将是教学信息的组织者。传统教学中，教师花大量精力和时间用于板书，计算机的出现，使得教学信息很容易呈现出来。
4、教学信息显示多样化。
网络的出现
由于计算机网络的出现，使得教育方式发生了改变，呈现出以下特点：
1、打破了时空限制
因为课件是基于网络的，可以借助In―ternet强大的服务功能，让学生随时随地来学习，教师对学生可以进行同步或异步的教学辅导。从而突破了传统教学的空间和时间的限制，使得获取知识的范围更加扩大。因此，教师的概念也会发生变化，从根本上改变了传统的以教师为中心、以课堂为中心的教学模式，代之以学生为中心、以实践为中心的新型教学模式，也为终身教育的实现提供了条件。
2、学生之间的协同学习
由于多个学生可以同时访问同一课件，从而形成一个群体，也就是创造一个所谓的群体学习环境，这样他们之间就可以相互交流讨论、协同学习，学生之间是互教互学的对象，同时也能培养学生互相帮助的协作精神。从另一个角度看，学生在Intemet上通过课件进行学习，可进一步提高学生Interact的应用能力和通过计算机获取知识的能力。
3、自主的学习方式
传统的课堂教学是以教师为中心的灌输式的教学，极大地限制了学习者的自主学习。互联网的出现改变了这种状况。一方面，互联网将全世界的学校、研究所、图书馆和其他各种信息资源联结起来，成为一个统一的海量的资源库；另一方面，可以集中世界各地的优秀教师的教学指导经验，任何人可以在任何地点通过网络访问，形成多对多的教学方式。在这种情况下，学习者在时间上、内容上有了充分的选择余地，自主学习成为必然。学习者可以借助于互联网上的丰富资源完成论文或工作报告等。
三、信息科学的发展提出了虚拟现实技术
由于半导体、计算机和通信技术的日新月异，以微电子技术为基础的数字化信息技术得到迅猛发展。但是，人们发现，目前通用的冯・诺依曼式计算机处理的仅仅是单维的数字化信息，而人们往往擅长并习惯于通过人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉以及形体、手势或口令这种多维的形式，渗入到信息处理的环境中去。于是，虚拟现实(Virtual Reality简称VR)技术应运而生。1993年，Bun：lea等以三个“I”(Immersion-Interaction-Imaglnation)简洁述了虚拟现实技术的基本特征。与以往信息系统不同，Immemion(沉浸)用户可以沉浸于计算机生成的虚拟环境中，他所看到的、听到的、嗅到的、触摸到的，完全与真实环境中感受到的一样；Interaction(交互)是指用户进入虚拟环境后，还可以进行必要的交互，虚拟环境中做出的响应，亦与真实的一样，如拿起虚拟环境中的一个杯子，你可以感受到杯子的重量，松开它，它会掉到地上，甚至会摔碎；Imagination(构想)是指通过用户沉浸在“真实的”虚拟环境中，与虚拟环境进行了各种交互作用，从而可以深化概念，萌发新意，产生认识上的飞跃。因此，与过去只能在计算机旁等待计算机的处理结果、只能用键盘和鼠标与计算机发生交互作用、只能从一些数值结果得到某些启发相比，虚拟现实技术提供了一个十分理想的逼真的人机情景。
虚拟现实技术所创造的教学情景与以往不同。我们通过它，利用计算机技术可观看不存在的事物。英国纽卡斯尔郊区的学生们设计了几座虚拟城市。在这些虚拟城市中，学生们仿佛走在了英国和德国的街道上，数着虚拟的法郎，在市场上购物。学生们也成功地“建造”了一个用于健康和安全教育的虚拟工厂。教育者们JE开始发掘虚拟现实的潜力。
网络上的虚拟现实技术为学习提供了崭新的手段和场景。1995年，网络上一个轰动世界的“虚拟青蛙解剖实验”。学习者在网络上互相交流，并在屏幕上亲自动手进行解剖。之后，网络上又有了“虚拟考古”。学习者可以“亲临”某个原始古墓，进行“现场”考古，体验原始人的生活方式。网络教学中的虚拟现实突破了传统教科书的限制，使学习者在具体情境中通过主动的探索获得知识，提高了学习效率，扩展了学习者的视野，培养了创新意识和实践能力。特别是对一些危险的实验，或者代价巨大的实验，通过虚拟现实技术，我们既得到了真实的感受与结果，又比较安全，花费较少的代价。
建立现代文明需要提高全人类的素质，因此需要有先进的教育培训手段。采用虚拟现实技术，我们就可以做成适合各种教学目的的虚拟教学环境，可以让学生在短时间内“深入”到实际中，有目的的接触许多感性材料，从这些感性材料中自然而然发现问题，让学生根据以往的经验，根据学过的知识，或从类似的事物中进行广泛的联想，并形成解决这个问题的初步构思。通过逐步完善，上升到理论，然后用这种理论，分析、解决实际问题，进一步在实践中证实理论的正确性，最后使学生获得真JF完整的知识。老师的作用只在必要的地方给予引导和启发。
四、信息科学用于教育的意义
实验心理学家特雷奇勒(Treicher)作过两个著名的心理实验。其中一个实验证实：人类获取的信息83％来自视觉，11％来自听觉，这两个加起来就有94％。还有3.5％来自
嗅觉，1.5％来自触觉，1％来自味觉。多媒体技术既能看得见，又能听得见，还能用手操作。这样通过多种感官的刺激所获取的信息量，比单一地听老师讲课强得多。这对于知识的获取和保持，都是非常重要的。
另一个实验，是关于知识保持即记忆持久性的实验。人们一般能记住自己阅读内容的10％，自己听到内容的20％，自己看到内容的30％，自己听到和看到内容的50％，在交流过程中自己所说内容的70％。这就是说，如果既能听到又能看到，再通过讨论、交流用自己的语言表达出来，知识的保持将大大优于传统教学的效果。
通过这两个实验，我们可以看到，信息科学技术与教育的结合是有效和必然的。
五、信息科学教育技术的一些思考
1 学习和生活将成为密不可分的整体，终身学习将是一种趋势
随着信息化社会的到来，知识更新的速度不断加快。因此，越来越多的人离开学校后需要不断地在工作和生活中学习各种知识和技能，一个人最重要的能力就是学会学习的能力。可以说，在未来，学习和生活将成为密不可分的整体。这种终身学习的现象打破了以学校为依托的传统学习观念，尤具重要的是，学习的主体从青少年，扩展到学龄前儿童、成人和老年，学习将成为一个终身的活动。这种终身学习的观念对传统的教育观念和教学模式提出了挑战，教学内容、教学方式、教育结构乃至整个教育体制将产生巨大的变革。这种变革是与近十年来出现的互联网紧密联系在一起的。
2 对教师提出更高的要求
由于信息科学的发展，教师部分的劳动由计算机代替了，但是机器并不能完全取代教师，正如蒸汽机的出现，使得机器代替了部分手工劳动，对工人的需要从体力劳动者变为了脑力劳动者。信息科学技术的发展，对老师的要求提高了，不但需要教师懂得和熟练使用许多现代先进的科学技术，而且要懂得多种教育技术的应用方法，比如：如何创造情景教学环境，如何和异地学者进行协同的交流探讨等。
3 教育对信息科学提出了更高的要求
信息科学发现到今天，取得了辉煌的成果，但教育在使用现代信息技术时，仍有许多力不从心的地方。如：计算机支持的协同学习。这是由计算机支持协同工作(computer-Supported Collaborative Work，CSCW)与合作学习的理论与教育方法结合而成的一种新学习方法研究。在计算机支持协同工作与环境中，教师提出一个明确的任务，学生以小组的形式组织，分工合作，有的用计算机查资料，有的进行一部分计算与信息处理并形成文档，各小组共同完成该任务。教师观测学习的进行过程，并组织小组的交流，相互帮助与竞争，保证教学目标的实现。
这种学习方法不仅使学生像专业人员从事工作那样利用计算机环境解决问题、学习有关知识并培养他们解决问题的能力。以小组形式组织进行，既有合作与相互帮助的一面，又有竞争与达到目标的一方面。目前CSCW中的有许多问题需要进一步进行解决，如感知问题、协作问题等。
虚拟现实技术也有许多问题急待解决，如上文提到的实物虚化和虚物实化技术，有待进一步完善。
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