LUOYANG NORMAL UNIVERSITY
2014届本科毕业论文
CAI（计算机辅助教学）在中学生物教学的实现与作用
CAI（计算机辅助教学）在中学生物教学的实现与作用
任长鹏
（生命科学系 生物科学专业 学号:101314074 指导教师:和朝军）
摘要：CAI(Computer Aid Instruction）作为一种创新型教学手段，能够充分利用色彩、声音、动画、图形等形式，直观的,新颖的展示教学内容。这种信息的表达形式有很强的吸引力。生物学科具有生动、形象、动态连续等特点。计算机辅助教学已被越来越多的生物教师所了解、应用。本文即从计算机教学的理论依据出发，根据本人在2013年大三下学期生物教学实习实际经验，对它的运作过程进行了探索,并围绕四个方面阐述了生物学计算机辅助教学的优越性，总结了教学中一些值得注意的问题。
关键词：CAI；生物教学；运作过程；理论依据；注意问题
国家新课程标准的实施不断深入以及现代教育学的发展，人们对教育有了新的要求。培养创新意识、创造思维、创新个性和创新能力的人才，已成为人们的共识。启迪和培养学生的创新能力是实施素质教育的主要内容和目的，培养学生具有创新能力之核心是培养学生具有创新思维。多媒体课件以其形象生动的画面、友好交互的界面和多媒体的集成优势，将文字、数据、图形、图像、声音等信息媒体作为一个集成体进行处理，多层次多维度地呈现生物生理过程和生命现象，加大了课堂教学的知识容量，改变了学生获取知识的手段和方法, 使深奥的抽象的理论具体化形象化，使复杂艰难的认知过程变得简单轻松，最大程度地调动了学生的主观能动性，成为生物课堂教学中培养学生创新思维的有效手段之一。如何运用计算机辅助教学手段进行课堂教学，以求实现生物学教学的最优化，是当前生物课堂教学改革的重要课题，本文就此谈一些粗浅的认识。
1 生物学计算机辅助教学的理论依据
1.1行为主义学习理论依据
计算机辅助教学初期以行为主义学习理论为指导。行为主义者信奉学习是建立一种刺激(S)和反应(R)之间的联结，并予以强化的过程。因此，教学设计的主要任务是精心选择计算S(刺激)，以便通过S(刺激)形成维护或强化期望的R(反应)。这种教学设计的典型代表是程序教学机器[1]。时至今日，基于小步骤的分支式程序开发模式对今天的课件设计仍有影响。
1.2认知主义学习理论依据
随着计算机辅助教学继续发展，认知主义学派的理论思想开始引入课件设计当中。人们开始注意学习者的内部心理过程，开始研究并强调学习者的心理特征与认知规律，不再把学习看作是对外部刺激被动地作出的适应性反应，而是把学习看作是，学习者根据自己的态度、需要、兴趣、爱好[2]。利用自己的原有认知结构，对当前外部刺激所提供的信息主动作出的有选择的信息加工过程。认知主义学派中加涅对教学设计的发展贡献最大。他认为学习的本质是一个复杂的个体信息加工的过程,这个过程包括了感知觉、记忆、提取、鉴别、比较、分析与综合等等心理操作,教学设计研究的重点是知识和技能的传递设计[3]。但由于这种教学设计只关注知识的传递，同行为主义一样，被称为以知识为中心的教学设计。
1.3建构主义学习理论的影响
建构主义是20世纪90年代逐渐被广泛接受的学习理论，它标志着计算机辅助教学进入成熟阶段。该理论认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助，利用必要的学习资料，通过建构意义的方式而获得[4]。教学设计者的主要任务是提供真实学生的学习环境，学生成为管理自己学习的主人,教师只是学生的辅导者，帮助者和引导着高中生物新课标倡导的探究式学习，需要同时发挥学生学习的主动性和教师教学的引导性，这与建构主义的思想上一致的[5]。因此,课件的设计要以学生为中心，创设有效情景，有利于学生开展自主学习和协作学习，以促进学生对生物知识的意义建构。
2 计算机辅助教学的运作过程
2.1熟悉教材，设计课件
要想设计计算机辅助教学课件，首先必须认真分析教材的哪些章节、图表、重点难点可通过计算机辅助教学。好的课件要做到知识性、科学性、趣味性以及操作的灵活性有机结合，突出创新性和实效性。生物学有关生物的现象、过程、原理和关系等方面的许多内容，都是编制课件的极好素材。怎样显示呢？以为有如下类型：
(1)影像式：将VCD碟片或录像带中的一些和教学内容有关的影视图像通过剪辑方式刻录成光盘，使播出的画面声、像、文并茂。如植物的蒸腾作用、心脏结构及舒缩过程、植物的向性运动等，大多数生物学CAI课件都包含了这一过程。
(2)板书式：如生态系统能量流动教学中，教师结合计算机显示的图形，能够系统地向学生分析说明生态系统内能量传递的方向、数量和效率，以及能量金字塔的内涵。
(3)图解式：如将“碳的循环”利用计算机三维动画技术图解显示。在四维空问中显示出气态碳的贮存库，大气中CO2进人生物群落的途径，生物群落有机碳如何转化为CO2再返回大气圈的各种途径，从而生动形象地阐明碳循环的形式、途径和性质。
(4)对话式：在教学信息反馈或复习巩固阶段，教师通过计算机提供一系列练习给学生回答，计算机按程序进行应答处理，决定回答是否正确，同时提供反馈[6] 。
2.2掌握内容，运用课件
计算机辅助教学是演示一些在课堂上较难讲清，较难理解掌握的内容。教师必须充分掌握课堂教学内容，遵循如下操作程序：置屏(课前调整好计算机的状态)—提醒(提醒学生观察思考)—指导(逐步指导学生视察)—提示(提示学习要点，引导思考)—反馈(及时反馈学习效果)
3生物学计算机辅助教学的优越性
3.1化远为近，突破时空[7]
在生物教学过程中，教材中所涉及的动植物，动植物的分布受环境因素影响较大，有的受地理分布区域限制，当地没有。有的虽然生长在当地，但在观察时又受到时间、季节等影响，与教学进度难以同步。计算机辅助教学可以化远为近，突破时空的限制。对学生难以直接观察到的事物，可通过计算机辅助教学课件，从宏观、微观两方面展示其个体或群体的特征、特性，拓展观察空间，凝缩观察时间，引导学生养成科学的观察方法，提高观察的精确性和速度。我们也可以运用多媒体的视频影像技术将录像压缩成视频文件(如AVI 文件)，如若再配以话外音加以引导说明，足以使学生在极短的时间内很好的掌握所学知识。这种多媒体的多感官刺激作用，既化解了难点，又有利于学生注意力的长期保持和知识的获取。这种良好的效果同样也是传统教学手段根本无法取得的。
如本人洛阳第二十七中学实习中在《生物的多样性》一课的教学中，上课伊始，先展现一组画面：茂密的热带雨林，炎热干旱的沙漠，冰雪覆盖的雪山，鸟儿飞翔的天空，神秘的海底世界和牛羊成群的草原，进而引出课题：不同的生态因素形成了如同画面上所展现的各种生存环境，以及与之相适应的是各种各样的动物、植物，它们形成一个统一体。其实，在地球的每一个角落，形成了形形色色的生存环境，也生存着形态万千的动、植物。这样不仅加大了课堂的信息量，而且极大地激发了学生学习的兴趣。其次，受到季节限制，课堂上无法观察，通过计算机模拟，形、声、色兼备，且有动感，学生有身临其境之感，收到了较好的教学效果。
3.2 化小为大,动静交替
与传统教学相比，计算机辅助教学能够化小为大，动静交替。一方面，它能把一些日常生活中难以见到的现象或难以理解的概念用直观的画面显示出来。如本人在13年上学期教学技能课上演示《细胞分裂的概念》一节中制作课件时，把染色体在分裂期的连续变化这一动态过程，形象地反映出来，把肉眼看不见的生命变为有形的图案，学生从屏幕上可以清楚地看到纺锤丝收缩，同源染色体分离，非同源染色体自由组合，从而增强了学生对难点的理解和记忆。另一方面，传统的教学方式能详细地叙述静止的事物，却不易反映出它们的发展变化，计算机辅助教学可以弥补这方面的缺陷，活动的画面能够变静止为运动，真实地再现了生物自身的客观规律。
3.3激发兴趣,提高效率
传统的教学是以抑扬顿挫之声刺激学生的听觉器官，而计算机辅助教学则以明亮的色彩、动态的画面、悦耳的音乐，同时刺激学生的视听器官，学生眼看、耳听、心想同时并用，激发了学习的兴趣，加深了学生的记忆。CAI课件以其特有的动画效果、优美的旋律、生动的解说为学生学习创设出一个个根据教学内容需要的模拟立体教学空间。在这个立体教学空间内可化远为近，使学生了解不同地域的生物、生态系统、生态环境；化小为大，展示肉眼观察不到的微小生物，模拟体内气体交换时分子的运动状况；化快为慢，揭示鸟类的飞翔特点；化慢为快，展现植物从种子萌发到开花结果的全过程”[8]，为学生的思维发展创造了广阔的空间。学生置身于其中可唤起对学习内容的喜好之情，诱发学生的求知欲望，使学生的思维随教学内容的不同、设置情景不同而产生不同的情绪体验，思维的活跃有利于创新思维的培养。以学生为主体的教学环境民主、开放、和谐，学生参与着教学的全过程。在观察、思考、质疑、分析、解疑中学的创新思维潜移默化教学程序的自动化，节省了教学时间；丰富的信息表现力，增大了课堂教学的知识密度；栩栩如生的画面，提高了学生的学习效率[9]。
3.4培养能力,发展智力
生物学计算机辅助教学最突出的特点是在计算机与学生会话的过程中进行教学，它允许学生按照自己的学习策略进行学习，有利于培养学生创新思维和求异思维的能力；它还允许学生利用多媒体课件在家中或计算机教室独自学习，有利于学生回忆、再现教学中的内容，解决学习中的难点和困惑，也有助于教师及时获取学生的学习信息。如在“细胞有丝分裂”教学中，可以利用多媒体三维动画技术，将中期细胞内纺锤体形成，纺锤丝与染色体的连接，中期染色体的结构和有序排列方式，以及后期姐妹染色体的分开和子染色体移向两极的过程，编制成视频图像应用于教学中，十分有利于学生形成分裂细胞中染色体空间分布和动态变化的概念[10]。此外，根据同学需要，还可以让他们结合练习题自己观看、评判、修改课件，在进一步巩固学生知识、培养创新能力的同时也大大减轻了教师的劳动量。
那么，在中学生物学教学中通过计算机辅助教学实施效果究竟怎么样呢？为了弄清楚计算机辅助教学生物教学的现状，即教学实践中关于多媒体课件应用过程中有哪些优点，出现了哪些问题，从而发挥多媒体课件辅助生物教学的优势,提高课件辅助生物教学效果。本人主要采用了文献法，问卷调查法来发现问题和分析问题。
4 计机辅助教算学课件使用的现状调查
本人在数据库中搜索得到的相关文章，以及在网上收集到的计算机辅助教学课件的资源，通过研读国内外计算机辅助教学的相关文献，归纳《全国中小学教师教育技术能力培训建设计划》关于“计算机辅助教学计算机课件教学效果怎么样”[11] 设计了自己的调查问卷， 内容主要是本人曾实习过的中学进行计算机辅助教学生物教学问卷调查。教师开展计算机辅助教学，以及学生反映的效果状况，可得到以下数据：
图1 计算机辅助教学课堂上开展的情况
图2 计算机辅助教学课堂上大部分学生的表现情况
以上调查中发现，48%的教师和55%的教师反映计算机课件课堂上师生互动偶尔展开，43%的教师和37%的学生认为是经常开展，只有9%的教师和8%的学生反映课堂互动从不展开(如图1)，说明大多数教师在日常教学中都运用了课堂互动教学方法(如讨论，提问，课堂游戏等)然而对学生的调查中发现，仍有36%的学生反映自己属于被动接受知识型，还有3%的学生属于排斥知识型(如图2)[12]。
关于生物教学计算机课件使用情况以及对于学生的作用 (如图3和图4),由图可知，师生的反映情况分别是：经常使用(48%和50%)，偶尔使用(46%和42%)，从不使用(6%和4%)，然而计算机课件对教学质量的提高情况方面，师生的反映情况分别是:有明显作用(36%和28%)，有一些作用(58%和66%)，没有作用(6%和6%)[13]。
图3 师生认为计算机辅助教学中课件对教学的使用情况
图4 师生认为计算机辅助教学中课件对教学的作用
两者相对应，可见随着教育信息化的推进，计算机课件在中学生物课堂教学中应用的已经很广泛，但是计算机课件在提高教学质量的优势方面还没有得到充分的发挥，大多数师生对计算机辅助教学的课堂教学效果持保留态度，还有少部分人持否定态度。由此可知,多媒体技术仅仅是改进教学的物质条件而不是逻辑前提，新技术的出现也只是增加了物质条件的多元性和可选择性，这说明计算机辅助教学课堂教学中还有相当比例的学生学习积极性没有调动起来如何更好的开展课堂互动需要广大教师认真思考。
5 生物学计算机辅助教学应注意问题
5.1选择使用时机
使用计算机辅助生物学教学，必须注意选择好恰当的使用时机，要尽量避免一堂课全是计算机辅助教学，否则不仅会打乱课堂教学的节奏，还会造成学生视觉和心理的疲劳，减弱大脑对信息的接受效果。怎样选择时机呢？具体地说，在讲授知识重点时，教师事先进行思维启发，当学生被启发后出现求知欲兴奋时，教师趁势进行计算机演示，便会有很好的效果；在教师确定的知识点比较抽象，难以理解掌握，学生学习过程出现障碍的时候，计算机演示也是最佳时机。
5.2其他教学手段的有机结合
计算机显示的图形和图像虽然形象、生动、动态、直观，但也有一定的局限性。如它虽然能够多次重现观察的对象，定格观察内容，但不能全面地培养学生的观察力；它虽然能够指导学生的实验操作，解决局部放大模拟或微观变化宏观展现等问题。但是学生的实验技能、思维、分析能力以及对学习的兴趣、态度、意志、毅力等方面的形成，只能通过系统的实际训练才能完成[14]。因此，在选择和组合教学媒体时，要全面规划计算机辅助教学的应用环节、有利时机和持续时问；要和其他教学手段、教学方法如实验、录像、投影等结合起来使用。既要充分发挥其优越性，又要注意弥补它的局限性，方能获得理想的教学效果。
5.3 演示效果
教师设计的课件要建筑在学生原有知识的基础之上，应该符合学生的认知规律。要根据教学内容及以往的教学经验，把握好学生学习过程中可能出现的抑制点和兴奋点、平静点和活跃点，不失时机地发挥计算机的作用，帮助学生克服或转化不良心理，保持良好状态[15]。同时在进行计算机演示时，要引导和教会学生深刻、灵活、独到地去思维，而不仅仅是看看了事；要指引学生关注那些易混淆和易忽视的因素，以提高学生理解教学内容的完整性和准确性。教师要及时了解学生对显示内容的态度、评价、愿望和要求，逐步积累经验，不断提高计算机辅助教学的水平和效果。
6 总结与思考
通过以上论述，本人认为，计算机辅助教学便于创设问题情景，便于分解教学任务,创造最近发展区,降低了教学难度,激发学习兴趣[16]。计算机辅助教学软件具有丰富的表现力，它可以将一些枯燥的概念、原理、规律、复杂的运动变化过程,以生动直观，形象逼真的方式呈现在学生面前，使学生产生全新的感觉，容易集中学生注意力，增强课堂学习的坚持性。
但同时我们发现，有些教师片面的认为计算机辅助教学什么都好，从而就会忽视甚至放弃传统教学手段。计算机辅助教学手段与传统教学手段一样，都是为了完成教学任务，实现教学优化的手段，它们之间没有贵贱优劣之分。如果教师能够合理运用传统教学手段，同样可以达到提高教学效果的目的，过去许多成功的教师就说明了这一点。相反，如果教师使用计算机辅助教学手段的水平低下，又缺乏必要的教育教学理论指导，没有把计算机技术与教学内容有机整合，只是简单机械的用投影替代了传统的黑板板书！那么,提高教学效果，实现教学优化只能是一句空话。任何教学手段与任何事物一样都具有两面性，即既有优势也有不足。教师应充分发挥各种教学手段的优势，弥补其不足，实现计算机辅助教学手段与传统教学手段的有机结合，实现教学的最优化[17]。
我们也应注意到：计算机模拟实验不能替代实验室实验，生物学科是一门实验性学科，按照中学生物教学大纲要求学生需要做大量的实验。实验教学的目的是培养学生的观察能力、思维能力、分析综合能力、实验操作能力！以及运用所学知识解决实际问题的能力等，还能让学生在实验过程中获得情感体验。实验教学是课堂教学的补充和延伸，是生物教学的重要组成部分。所以，在生物教学中除非当地缺乏相关实验材料或学校实验条件限制等原因，一般还是让学生自己动手做实验为好。
所以我们必须清醒地认识到，计算机辅助教学只是一种辅助教学手段，还不能完全替代传统的教学！只有根据我们的国情和校情，选择适合本单位与本人的计算机辅助教学模式，并正确合理地将计算机辅助教学手段与传统的教学方法相结合，才能取得最佳的教学效果！
致谢
本学位论文是在我的导师和朝军老师的悉心指导下完成的。他在我论文写作过程中的深切关怀，对论文的完成提供了巨大的帮助，而且和老师的帮助不仅局限于本论文，在与和老师探讨的过程中我对学习和生活有了更多的理解和感悟，在此我对和老师致以诚挚的谢意！同时还有在我的论文写作过程中给我提供帮助的洛阳第二十七中学张爱丽老师，是她在我的实习教学实践中给我提供丰富的指导以及建议，在我的论文写作过程中让我了解到一线教学状况的动态。还有也非常感谢在我的论文写作过程中给我提供帮助的何可同学。再次献上我最真诚的谢意，谢谢大家！
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Implementation and the role of CAI (computer Aid Instruction) in middle school biology teaching
Ren Chang-peng
(Department of Life Science Biological Science major No.101314074 Tutor：He Chao-jun)
Abstract: CAI (Computer Aid Instruction) as an innovative teaching methods, making the full use of color, sound, animation, graphics and other forms of intuitive, innovative showcase of the teaching content. This form of information have the expression of a strong attraction. Biology have a vivid, dynamic continuous characteristics. Computer-aided teaching have more and more biology teachers understand and applications. This article is from a theoretical basis for the computer teaching, and according to my internship experience in the 2013 junior biology teaching , to the course of its operation are explored, and around four aspects of the biological superiority of computer-assisted instruction, summarizes the teaching of some notable problems, presented my thoughts and suggestions.
Keywords: CAI; biology teaching; operation of the process; theory; attention problems
附录 生物多样性（课件）
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/1256deb2a8956bec0875e3a5.html
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