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對中學(xué)地理CAI軟件之設(shè)計和應(yīng)用的思考
一、問題的提出目前，中國的中學(xué)地理教學(xué)正面臨著幾方面的嚴(yán)峻問題，這些問題的存在使整個中學(xué)地理教育處于危機之 中。地理教學(xué)中存在著如下幾個問題：
１、教材內(nèi)容問題
主要的問題是：現(xiàn)行地理教材內(nèi)容過于濃縮，流于從概念到概念，沒有大量的事實作基礎(chǔ)；自然地理和人 文地理的結(jié)合不夠，理論和實踐的聯(lián)系不夠；現(xiàn)行教材結(jié)論過多，啟疑太少；封閉式問題多，開放式問題少； 代替學(xué)生思維的現(xiàn)象嚴(yán)重；缺乏學(xué)生實際操作的內(nèi)容，基本技能的訓(xùn)練也很不充分。
２、教學(xué)手段問題
對于地理教學(xué)來說，教學(xué)手段的主要問題在于表現(xiàn)地理內(nèi)容時無力。
地理教學(xué)內(nèi)容有直觀性強，綜合性強，信息量大，信息源種類繁多，研究尺度范圍變化大等特點，這就要 求教學(xué)手段的表達力強，運用靈活。而現(xiàn)有的電化教學(xué)手段有的有聲無影，有的有影無聲，有的畫面靜止，無 法進行動態(tài)演示。即使如錄像、電影這樣有聲有影能動的教學(xué)手段，由于只能顯示某一特定的過程，畫面不能 實現(xiàn)分段、選擇、修改、縮放、分割，而且一般不能做多次的重復(fù)，速度也是固定的，所以在表現(xiàn)地理教學(xué)內(nèi) 容時表達力和靈活性還是較差，顯得乏力。這些局限性大大降低了現(xiàn)有的電化教學(xué)手段在地理教學(xué)中的有效應(yīng) 用。
３、學(xué)生的接受問題
學(xué)生是教學(xué)過程中的重要一環(huán)，他在很大程度上直接決定教學(xué)效果。目前的問題是：
學(xué)生對地理學(xué)習(xí)缺乏興趣。目前的課堂教學(xué)造成的心理氛圍不利于學(xué)生接受知識；傳統(tǒng)的教學(xué)過程不利于 學(xué)生及時了解學(xué)習(xí)結(jié)果，提高學(xué)習(xí)興趣；現(xiàn)有教學(xué)學(xué)生參與程度低，沒有充分體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位。
針對上述問題，雖有不同的解決方案，但計算機輔助地理教學(xué)對上述問題的解決有著獨特的優(yōu)越性。一般 來說，計算機應(yīng)用于地理教學(xué)可有以下的功能：
１、計算機有很強的信息儲存功能，可以儲存大量的地理事實材料，并快速檢索和提取，方便地實現(xiàn)信息 的比較、疊加。這些事實材料可以大大充實教材的概念和有關(guān)結(jié)論，促進學(xué)生的記憶和理解。
２、計算機有很強的顯示功能，可以清晰地顯示自然和人文地理現(xiàn)象及其分布；可以對不同區(qū)域的信息進 行比較、組合，將抽象信息形象化，將平面信息立體化。對局部進行放大或縮小，通過多種表現(xiàn)方式，突出大 量信息中的主要信息。
３、計算機有很強的模擬仿真功能，可以形象直觀地演示地理過程。無論空間演變還是時間演變，計算機 都能形象生動地模擬，把長時間，大尺度的地理過程從大自然“搬到”室內(nèi)，使這些本來很抽象的過程能夠被 學(xué)生直觀地了解。而且許多危險或昂貴的地理實驗也可以在計算機上進行，無限重復(fù)�？梢杂蓪W(xué)生親手操作， 獲得與實際動手類似的訓(xùn)練效果。
４、計算機有很強的邏輯分析功能，可以幫助學(xué)生清楚地分析問題，形成條理分明有序的思維方法。地理 問題是綜合性的問題，各因子間聯(lián)系復(fù)雜。計算機在分析這些問題時清晰的邏輯性有助于學(xué)生的理解。它還可 以提供大量的開放性問題，并引導(dǎo)學(xué)生思考和分析，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造力。
５、計算機可以在無教師的情況下教學(xué)，能較好地實現(xiàn)個別教學(xué)，體現(xiàn)因材施教的原則。
６、計算機可以通過友好的交互方式，創(chuàng)造和諧的學(xué)習(xí)環(huán)境，增強學(xué)生的參與性，使學(xué)生在基本沒有思想 壓力的環(huán)境中學(xué)習(xí)，并能及時了解自己的學(xué)習(xí)成果，使學(xué)生學(xué)習(xí)的成功可能性大大提高。
７、計算機存儲的信息具有可變性和可管理性，可以方便地更新和修改，為學(xué)生提供搜集整理地理資料的 訓(xùn)練。
８、計算機彌補了大部分電化手段的不足，還能把各種電化手段以計算機為核心組織起來，形成多媒體的 教學(xué)系統(tǒng)，最大限度地有效利用教學(xué)資源。
９、計算機可以提供有趣的學(xué)習(xí)方式，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)和運用地理知識的興趣，使學(xué)生變被動學(xué)習(xí)地理 為主動學(xué)習(xí)地理。
總的來說，計算機對地理教學(xué)而言，表達力最強，學(xué)習(xí)者參與性最強，并能接受反饋的交互式教學(xué)媒體。 它對教材內(nèi)容的傳播和學(xué)生的接受起著有益的作用。但是，計算機只是一個工具，計算機功能的發(fā)揮，必須有 一個優(yōu)秀的中學(xué)地理輔助教學(xué)軟件來支持。也正是有一個優(yōu)秀的中學(xué)地理輔助教學(xué)軟件，計算機才能真正在中 學(xué)地理教學(xué)中發(fā)揮上述的優(yōu)越性。
二、計算機輔助地理教學(xué)的歷史回顧及評述
計算機輔助教學(xué)始于美國，最早是ＩＢＭ公司于１９５８年設(shè)計的一個向小學(xué)生教授二進制的計算機教學(xué) 系統(tǒng)。此后，美國及其他西方國家陸續(xù)開發(fā)了許多計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)。我國是從１９７８年科學(xué)大會后開始 提出計算機輔助教育項目的。８０年代以來，我國的計算機輔助教學(xué)研究有了很大的發(fā)展。但與發(fā)達國家相比 ，差距仍相當(dāng)大。
中學(xué)地理的計算機輔助教學(xué)的發(fā)展與整個計算機輔助教學(xué)的研究的發(fā)展是一致的。在這一領(lǐng)域，西方國家 仍然占據(jù)著領(lǐng)先地位。在那里，已經(jīng)產(chǎn)生了智能型的地理教學(xué)系統(tǒng)（如美國的ＳＣＨＯＬＡＲ、ＷＨＹ等）， 并且建立了實用的計算機教學(xué)網(wǎng)絡(luò)（如美國的ＰＬＡＴＯ）。他們的軟件已經(jīng)擺脫了單一模式，形成了各種模 式綜合的綜合模式。智能型的學(xué)習(xí)環(huán)境（Microworld）、智能型的專家教學(xué)系統(tǒng)等人工智能教學(xué)軟件是他們開 發(fā)的熱點。在中國，中學(xué)地理的計算機輔助教學(xué)是由一些高等師范院校和重點中學(xué)來研究進行的，開發(fā)水平還 很低。雖然數(shù)量很可觀，但總的來說，目前出現(xiàn)的軟件存在著一些共同的問題：
１、軟件模式簡單，功能單一。主要是練習(xí)和操練模式、模擬仿真模式，高級的智能模式或綜合模式的軟 件基本上沒有。
２、軟件沒有充分發(fā)揮計算機的特有功能。僅僅用計算機顯示簡單的地理分布知識，用以替代掛圖、幻燈 、投影儀的作用。
３、軟件設(shè)計技術(shù)水平不高。聲音、文字、圖形配合不協(xié)調(diào)，多靜止畫面，畫面可觀性較差，甚至存在科 學(xué)性錯誤；缺乏使用的操作提示，軟件結(jié)構(gòu)不利維護。
我國目前的中學(xué)地理教學(xué)軟件并不能充分滿足計算機輔助地理教學(xué)的需要，在教學(xué)中的作用有限，沒有充 分體現(xiàn)出計算機輔助地理教學(xué)的優(yōu)越性。因此，設(shè)計一個高質(zhì)量的地理教學(xué)軟件勢在必行。中學(xué)地理教學(xué)軟件 應(yīng)當(dāng)具有這樣一些特點：信息要有鮮明的地理性，且要從中學(xué)地理教學(xué)的要求出發(fā)；信息量要充分，精度、難 度要適宜；信息表現(xiàn)形式要豐富、形象、生動；內(nèi)容編排既有以區(qū)域為中心的內(nèi)容，也有以專題為中心的內(nèi)容 ；使用方便，符合軟件設(shè)計的一般原則；既有助于教師教學(xué)，又有利于學(xué)生學(xué)習(xí)；充分發(fā)揮計算機的優(yōu)越性， 體現(xiàn)計算機的特點。
三、關(guān)于中學(xué)地理教學(xué)軟件的構(gòu)想
１、軟件設(shè)計目的
這一軟件應(yīng)當(dāng)是為中國的中學(xué)地理教學(xué)而設(shè)計，適用于初中和高中的地理教師用于輔助課堂教學(xué)，也適用 于初高學(xué)生個別學(xué)習(xí)地理。是一個功能全面的綜合性實用軟件。
２、軟件設(shè)計原則
為達到設(shè)計目的，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)有如下原則：
以中學(xué)地理教學(xué)大綱為標(biāo)準(zhǔn)選取基本內(nèi)容，但有提高的余地；具有模塊化的結(jié)構(gòu)，且有一定的開放性；用 戶界面漢化，操作簡便；易于維護和更新。
３、軟件結(jié)構(gòu)和功能
系統(tǒng)的核心應(yīng)當(dāng)是一個內(nèi)部數(shù)據(jù)庫，它由兩部分組成。一部分是屬性數(shù)據(jù)庫，包括各類數(shù)值型數(shù)據(jù)的集合 ；另一部分是圖形數(shù)據(jù)庫，包括各類地圖、圖件、景觀圖、畫面的集合。這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)庫構(gòu)成了系統(tǒng)的基本數(shù) 據(jù)庫。
總的來說，系統(tǒng)功能可分解為輸入／輸出功能、模擬與仿真功能、練習(xí)與測驗功能、計算與分析功能、數(shù) 據(jù)管理功能、教學(xué)游戲功能，這些功能都是獨立的。由此，系統(tǒng)功能可劃分為如下一些模塊來執(zhí)行，有系統(tǒng)管 理模塊，輸入處理模塊，輸出處理模塊，教學(xué)模塊，系統(tǒng)維護模塊，模擬與仿真模塊，練習(xí)與測驗?zāi)K，計算 與分析模塊，數(shù)據(jù)管理模塊，教學(xué)游戲模塊。各模塊可能還有一些小模塊或下屬子模塊�？捎孟旅娴哪K層次 結(jié)構(gòu)圖來表示。
模塊層次結(jié)構(gòu)圖清楚地表示了各模塊的層次、范圍和聯(lián)系。其中，系統(tǒng)管理模塊是系統(tǒng)的最上層模塊，所 有的模塊共享內(nèi)容數(shù)據(jù)庫（包括屬性數(shù)據(jù)庫和圖型數(shù)據(jù)庫）。
四、中學(xué)地理輔助教學(xué)軟件的應(yīng)用模式
以上對教學(xué)軟件設(shè)計的初步討論只給出了教學(xué)軟件的大致輪廓，但它在教學(xué)中的作用還不甚明了。不同用 戶在不同的硬件環(huán)境中，對軟件應(yīng)用的要求不盡相同，則軟件的作用也不同。輔助教學(xué)軟件主要用于輔助教師 的課堂教學(xué)，但亦有不同的應(yīng)用模式。
系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)層次圖
（附圖 {圖}）
１、面向?qū)W生的多機教學(xué)模式
在面向全體學(xué)生的課堂教學(xué)中以學(xué)生個別學(xué)習(xí)為主，教師的個別輔導(dǎo)為輔。這樣要求每個學(xué)生或每兩個學(xué) 生使用一臺單獨的微機，或者可選擇另外兩種配置：即多終端單主機的多用戶系統(tǒng)或多機聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
課前學(xué)生可運用軟件進行預(yù)習(xí)，教師也可以利用軟件進行課前資料準(zhǔn)備，并把自己想讓學(xué)生了解的東西輸 入計算機。
上課時教師不斷提出問題，引導(dǎo)學(xué)生利用軟件提供的功能去解答問題，以達到教學(xué)目的。最后可指定學(xué)生 完成軟件提供的練習(xí)，由計算機判答。教師在課堂上起一個指導(dǎo)、管理、輔助的作用，對學(xué)生出現(xiàn)的問題個別 處理。
２、面向教師的單機教學(xué)
面向教師的應(yīng)用在課堂教學(xué)中以教師為主體，主要仍是傳統(tǒng)教學(xué)的模式。課堂教學(xué)以教師的講授為主，計 算機輔助，學(xué)生基本上不參與。在課堂教學(xué)中只需一臺供教師使用的微機即可，但顯示屏幕必須足夠大，以使 教室里的學(xué)生都能看清楚屏幕上的文字。這一問題也可以采用大屏幕投影與計算機的聯(lián)結(jié)來解決，即將計算機 屏幕的輸出轉(zhuǎn)換到投影屏幕上。
課前教師可利用“編制教學(xué)程序”的功能把軟件中提供的材料和自己需要補充的材料按自己的授課意圖組 織起來，形成一個教學(xué)程序，供課上使用。
上課時仍以教師的講授為主，計算機按預(yù)定的程序根據(jù)教師的需要隨時顯示圖形、數(shù)據(jù)或文字材料，或者 模擬過程。最后可由計算機提供練習(xí)，由學(xué)生課上完成，或?qū)⒕毩?xí)打印出來，由學(xué)生課后完成。
縱觀教學(xué)軟件應(yīng)用于課堂的兩種模式，多機教學(xué)更能發(fā)揮計算機輔助教學(xué)的優(yōu)越性。并貫徹因材施教、個 別教學(xué)的原則，符合計算機輔助教學(xué)的發(fā)展方向和未來教育改革的潮流，將會是未來計算機輔助地理教學(xué)的主 流。但單機教學(xué)模式經(jīng)濟簡便，就中國目前的中學(xué)地理教育的現(xiàn)狀來看更易于推廣應(yīng)用。在當(dāng)前中國教育地區(qū) 差異大的情況下，恐怕應(yīng)當(dāng)由低到高，由點到面地逐步提高應(yīng)用水平，使教學(xué)軟件能充分發(fā)揮它在地理教學(xué)中 的應(yīng)有作用。
五、軟件應(yīng)用的阻力及其前景
中學(xué)地理計算機輔助教學(xué)軟件在目前來看，應(yīng)用起來還有許多困難：目前中國大部分中學(xué)的計算機硬件配 置可能不足以支持軟件運行，從而使軟件不能大范圍地推廣；大部分中學(xué)地理教師對計算機不熟悉或缺乏基本 的計算機知識，從而使他們寧愿使用傳統(tǒng)的教學(xué)手段而不愿使用計算機；現(xiàn)行的中學(xué)地理教學(xué)內(nèi)容多而粗，靈 活性差，對計算機輔助教學(xué)會產(chǎn)生限制作用；中學(xué)生繁重的課業(yè)，每班人數(shù)較多而計算機較少的狀況使他們沒 有時間和機會去運用計算機進行學(xué)習(xí)。
盡管中學(xué)地理的計算機輔助教學(xué)在中國的發(fā)揮存在著巨大的阻力和許多障礙，但它的發(fā)展將是不可阻擋的 。國內(nèi)外的大量實例已經(jīng)證明，運用計算機輔助地理教學(xué)，其教學(xué)效果要比單純地使用傳統(tǒng)的教學(xué)方法要好得 多。而且，中國教育的地區(qū)差異明顯，也要求在教學(xué)中貫徹因材施教的原則，而計算機輔助教學(xué)在這方面有著 巨大的潛力。從國內(nèi)外的計算機輔助地理教學(xué)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢看，由于地理教學(xué)的獨特性，給計算機的應(yīng)用 提供了廣闊的研究空間，一方面可以促進地理教育事業(yè)的發(fā)展，另一方面也促進了計算機技術(shù)的發(fā)展。在未來 ，我們應(yīng)當(dāng)緊跟計算機輔助教學(xué)的世界潮流，在計算機輔助地理教學(xué)的多媒體系統(tǒng)、計算機輔助地理教學(xué)專家 系統(tǒng)、人機直接對話（語音）的交互式計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)、計算機輔助地理教學(xué)的局地網(wǎng)絡(luò)、計算機與通訊 衛(wèi)星系統(tǒng)結(jié)合的大范圍教學(xué)網(wǎng)絡(luò)等方向來開展研究，以計算機的應(yīng)用來推動中學(xué)地理教育的發(fā)展，同時也相應(yīng) 地提高計算機應(yīng)用的技術(shù)水平。
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