教學軟件開發(fā)模型探討設計 - 全文

教學軟件開發(fā)結(jié)合了軟件工程領(lǐng)域與教學設計領(lǐng)域，遵循采用工程化的開發(fā)過程、思想、方法及工具。作為一種為教學過程提供服務的工程化計算機軟件類產(chǎn)品，教學軟件在功能實現(xiàn)上離不開相應的教學策略與教學設計過程，從而適應新型教學體制和信息化的教學模式。探討運用軟件工程的技術(shù)和方法，開發(fā)并維護教學軟件已經(jīng)成為未來軟件開發(fā)的一個熱點研究方向。

1 教學軟件的定義

教學軟件可以定義為教師通過課前事先設計(制作)完畢，在基于多媒體或網(wǎng)絡課堂環(huán)境下，以自動或手動播放的方式為實現(xiàn)一定的教學目標、教學策略和教學過程設計，充分利用符號、文字、聲音、圖形圖像等多種信息媒體描述的電子教學材料，也稱為多媒體教學軟件。從技術(shù)實現(xiàn)層面看，教學軟件是達到以交互式綜合處理圖、文、聲、像等信息媒體，圖文并茂展現(xiàn)教學內(nèi)容的一類計算機軟件程序；從反映內(nèi)容層面看，教學軟件體現(xiàn)出相應教學策略，依據(jù)教師教學理論和學生學習認知心理，針對教學目標及教學對象特點，合理選取與設計教學信息媒體并進行有機組合，從而形成并優(yōu)化教學結(jié)構(gòu)的一種教學系統(tǒng)。近年來，如參考文獻[1-2]等把必須在相應軟件環(huán)境下運行，由某種格式的計算機可執(zhí)行文件(如PowerPoint環(huán)境下運行的.ppt文件)制作出來的多媒體課件也稱為教學軟件。

2 教學軟件特點分析

作為具有特定教學內(nèi)容和教學策略的計算機教學程序，教學軟件開發(fā)離不開工程化開發(fā)思想?；诂F(xiàn)代化信息教學技術(shù)的環(huán)境下，其在功能上需實現(xiàn)教學目標、實施教學過程設計和信息媒體制作過程。參考文獻[3-8]均指出教學軟件開發(fā)過程中所具有的雙重屬性：(1)軟件自身功能屬性：包括軟件的可靠性、可維護性、可移植性等各種質(zhì)量屬性；(2)教學屬性：教學軟件以教學為主，需充分體現(xiàn)出現(xiàn)代化信息技術(shù)環(huán)境中教學內(nèi)容、教學理念、教學設計以及教學策略等。教學屬性需要在以下三個方面得到體現(xiàn)。

2.1 教學策略與教學設計過程

教學軟件利用多媒體信息來表達教學內(nèi)容，表現(xiàn)某一知識點信息，為達到某一層次的教學目標而設計、選擇各種媒體信息。首先，作為一種“學習環(huán)境”和“認知工具”，表面上體現(xiàn)為功能模塊的設計與開發(fā)，實質(zhì)上蘊涵著以符合使用者相應認知心理、思維習慣和學習需要的教學目標分析與設計、學習過程的設計、教學軟件內(nèi)容的組織等[3]；其次，教學軟件中所涉及到的多媒體信息的選擇與組織、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、教學案例程序、學習導航、問題設置、診斷評價等方式需要反映出一定的教學策略和教學過程；最后，教學軟件所蘊含的教學理念往往以細微的細節(jié)體現(xiàn)，比如軟件界面的布局、主題目錄的陳列方式、各瀏覽頁面間的位置關(guān)系等都可能對教學效果產(chǎn)生影響。

2.2 人機交互界面因素

從教育的角度，交互是指學習者在學習過程中，為主動完成當前知識的意義建構(gòu)，而與學習環(huán)境之間發(fā)生的相互交流與相互作用[4]。對于大多數(shù)學生自學輔助類教學軟件，學生通過交互界面進行人機交互作用，使教學軟件交互界面成為學生和計算機進行信息交換的“走廊”。尤其在多媒體教學軟件系統(tǒng)中，人機交互界面的形式包括有多種類別的圖標、菜單、按鈕、窗口、快捷鍵等，交互風格可以體現(xiàn)為文本命令輸入、下拉菜單選擇、直接點擊按扭等形式。實踐證明，用戶界面窗口風格保持一致、菜單與鍵盤命令并存、信息顯示格式與數(shù)據(jù)輸入格式協(xié)調(diào)等一系列科學的人機交互設計原則更受到學生的青睞，提高了學習興趣。

2.3 學習反饋與評價

教學軟件中需要設置一些問題或習題作為形成性練習，提問學生并及時要求學生做出反應，通過問題的提出與回答，強化了學生的思考或操作能力，同時教師可以真實了解學生的學習情況。通過對教學軟件作出相應的評價，使學生知識得到鞏固。對于學生的學習反映，教學軟件也要做出相應反饋，達到及時指出錯誤、肯定正確、給出評價信息等功能，使學生加深理解，鞏固學習能力。

綜上所述，教學軟件開發(fā)過程的特殊性體現(xiàn)在軟件系統(tǒng)自身功能屬性和教學屬性兩方面。與普通商業(yè)性軟件開發(fā)過程不同，教學軟件需要由軟件設計師、程序編寫員、教育心理專家、學科教師、美工編輯人員等共同參與完成開發(fā)過程。教學軟件從用戶需求層面上體現(xiàn)為采用了軟件工程思想的功能模塊化設計與開發(fā)流程，但是從使用領(lǐng)域?qū)用嫔蠀s蘊含著符合學生認知過程的教學策略、教學目標分析與設計、教學內(nèi)容組織等[5]。由于同時包含兩方面因素，開發(fā)之初難以描述其完整的需求分析，開發(fā)控制難度較大。

3 教學軟件開發(fā)過程模型探討

與商業(yè)性軟件一樣，教學軟件遵循從產(chǎn)品開始到被淘汰的軟件生存周期，需要借助軟件開發(fā)模型直觀表達。教學軟件的應用離不開學科教師與學生。一方面學科教師應具備較好地把握教學策略與方法的能力，需要參與開發(fā)過程中；另一方面針對教學軟件使用的評價及反饋方面又離不開學生，軟件本身需要在反饋中不斷得到完善。近些年，國內(nèi)已有學者對教學軟件特點進行深入研究，一致提出教學軟件的開發(fā)歷經(jīng)反復化過程，適合采用原型或螺旋模型開發(fā)。

3.1 教學軟件原型開發(fā)模型

該模型由廣東技術(shù)師范學院谷震離教授在其參考文獻[6]中提出，如圖1所示。主要依據(jù)教學軟件在設計與實現(xiàn)過程中需要傳遞出的圖形、文本、音頻、視頻、動畫等各種多媒體元素信息，并在教學設計過程中對各種多媒體元素信息進行細化。整個模型主要包含教學設計與系統(tǒng)設計、腳本編寫、創(chuàng)意設計、多媒體元素的制作與編輯、編輯合成與測試評價共6個關(guān)鍵步驟，強調(diào)在多媒體元素的制作與編輯步驟中可以對不同的媒體素材及程序設計部分(包括初步設計與詳細設計)可以進行并行處理。原型開發(fā)模型顯著的特點還在于多媒體評價人員(包括學習者、教育學專家、心理學專家等)可以共同參與各種多媒體元素的非線性開發(fā)過程，較好地解決了教學軟件開發(fā)過程中的教學屬性的復雜性問題。

教學軟件原型開發(fā)模型為開發(fā)符合教學規(guī)律、反映教學策略的多媒體教學軟件提供方法與技術(shù)上的支持[6]，依據(jù)教學目標首先迅速開發(fā)出軟件的最初版本，通過多媒體評價人員的反復測試與反饋，不斷修改和優(yōu)化這一螺旋上升過程，最終形成符合用戶要求的教學軟件產(chǎn)品。

3.2 教學軟件螺旋開發(fā)模型

基于教學軟件的開發(fā)過程同時包含了軟件工程和教學設計因素，體現(xiàn)出一定的系統(tǒng)方法思想。劉新陽等人基于傳統(tǒng)螺旋模型研究的基礎上，在參考文獻[7]中提出一種新型的三重螺旋模型來指導教學軟件開發(fā)流程，如圖2所示。

該模型分別從軟件工程視角和教學設計視角把分析、設計、實現(xiàn)和評價四項基本任務作為三重螺旋的階段性重點，歷經(jīng)最初的分析原型階段再到測試原型階段，直到最終產(chǎn)品形成階段。每一階段要求具備特定目標，分別體現(xiàn)出教學軟件中有關(guān)教學目標和策略的設計、軟件系統(tǒng)功能設計以及使用反饋評價三方面內(nèi)容。第一重螺旋以教學專家和程序設計人員為主，從宏觀的教學目標及整體教學設計的角度上構(gòu)建最初的分析原型；程序員、美工編輯人員主要參與第二重螺旋開發(fā)流程，旨在從軟件詳細設計與實現(xiàn)方面(如模塊接口編碼、編輯與制作各類多媒體元素等)開發(fā)出測試原型，可以作為教學試用產(chǎn)品。在第二重螺旋的基礎上，通過教師及學生的反復使用與評價，開發(fā)人員依據(jù)反饋結(jié)果找出軟件產(chǎn)品所存在的問題并加以不斷改進與完善；第三重螺旋實現(xiàn)了對軟件細節(jié)上的進一步優(yōu)化過程，形成最終教學軟件成品。

三重螺旋模型保證開發(fā)出的教學軟件能夠完美體現(xiàn)出教學設計思想[7]，充分發(fā)揮了參與開發(fā)過程中的各類學科專家、教育專家、程序設計人員等各類專業(yè)人員特長，也重視教學軟件的評價過程。

3.3 教學軟件原型與螺旋相結(jié)合開發(fā)模型

李為民、張軍征在參考文獻[8]中依據(jù)教學軟件中所含的各種媒體元素與程序編寫過程需要交叉進行，以及初始階段教學設計過程不確定性的特點，同樣從教學設計與軟件工程思想相結(jié)合的角度，提出一種類似原型與螺旋模型相結(jié)合的開發(fā)模型，如圖3所示。

計劃、設計與開發(fā)成為該模型開發(fā)過程的三個階段，標準、評價與管理始終作為與三個階段相互作用的三大要素，成為指導教學軟件開發(fā)活動的準則。

教學軟件原型與螺旋相結(jié)合開發(fā)模型在整體上反映的是螺旋模型開發(fā)的一個周期，模型中的計劃與設計階段均采用原型開發(fā)方法，通過反復修改予以實現(xiàn)。計劃階段從明確開發(fā)項目整體范圍、標準、項目限制條件、學習者特點分析的大范圍框架上，主要以“頭腦風暴，集思廣益”形式探討教學軟件風格、結(jié)構(gòu)、界面等因素，進行反復修改原型；設計階段側(cè)重對教學內(nèi)容、教學目標與方法、教學交互等教學設計方面屬性形成一套完整描述；開發(fā)階段運用相應的軟件實現(xiàn)工具，從技術(shù)手段上對教學軟件所涉及到的各種多媒體素材的創(chuàng)作、編輯、程序編寫等活動過程按照并行的方式完成，實現(xiàn)軟件功能需求。標準、評價與管理三要素同時貫穿于上面三個階段，從開發(fā)人員與用戶共同遵循的產(chǎn)品目標特征一致性原則，歷經(jīng)不斷反饋、修改與評價而形成符合要求的最終軟件產(chǎn)品，開發(fā)過程中完善的項目管理過程三個方面保證了開發(fā)質(zhì)量。該模型適合教學類軟件的開發(fā)，具備普遍性。

4 教學軟件開發(fā)趨勢——探究式教學設計過程的體現(xiàn)

從以上開發(fā)模型可以得出，教學軟件開發(fā)過程遵循系統(tǒng)方法的思想，要求用戶在使用過程中對軟件產(chǎn)品自身功能實現(xiàn)與教學設計兩個層面對產(chǎn)品原型的不斷評價與反饋。作為一種認知性的學習工具，教學軟件作用效果不能純粹用軟件功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)來衡量，教學設計過程是否科學合理是無法在功能實現(xiàn)上直接反映出來的。對于輔助教學過程、優(yōu)化教學結(jié)構(gòu)的一種教學軟件系統(tǒng)，教學設計是用來保證軟件的教學性好壞的重要指標，通過學習者積極的探究與體驗才能更好地體現(xiàn)教學軟件的教學功能。作者認為未來教學軟件的開發(fā)趨勢需要在軟件教學設計層面上體現(xiàn)出探究式教學設計思想，對于培養(yǎng)學生學習思維能力、提高學習效率有很大的好處。

探究式學習是情境學習的一種類型，在教師引導下提出學習任務，學生在明確學習任務和目標的情況下，自主探究解決問題的過程[9]。其指導思想旨在以學生為主體，在教師的指導下自己通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論等途徑獨立或團隊形式進行探究，自覺主動地探索，掌握教學內(nèi)容，找出規(guī)律，形成自己的概念。參考文獻[10-11]不同程度地提出了由國外相關(guān)教育機構(gòu)所開發(fā)的包含設計、管理與傳遞在線協(xié)作學習活動功能為一體的學習活動管理系統(tǒng)(簡稱LAMS)具備了學生探究式學習特點。教師事先根據(jù)教學設計的內(nèi)容，在基于網(wǎng)絡環(huán)境下，通過該系統(tǒng)提前設計好學習活動的序列。引導學生在課內(nèi)或課外的學習環(huán)境里，通過學習活動的實施，掌握相關(guān)知識和技能的功能。在教學設計層面上，該系統(tǒng)所具備最顯著的特點是教師進行探究式教學設計。學生通過LAMS在線學習，改變了以往的單向純接受式學習方式，而采取主動思考、探索與發(fā)現(xiàn)的學習方式，達到對所學知識內(nèi)容的分析、篩選和二次加工能力要求。華中師范大學信息技術(shù)系趙呈領(lǐng)等人在對傳統(tǒng)的探究式教學設計研究的基礎上，針對LAMS進一步提出了“拋出任務與展示目標、嘗試任務與自主探究、交流任務與合作探究、完成任務與評價總結(jié)”[12]四個階段的探究式教學設計的主要過程。該過程通過教師課前把精心設計的教學內(nèi)容巧妙隱藏在學習目標中，學生根據(jù)系統(tǒng)和教師提供的共享學習資源，采取自主或合作的方式通過觀察、閱讀、思考、交流等學習活動進行主動學習，遇到問題自主尋求解決辦法。教師使用LAMS的實時交互功能，跟蹤并監(jiān)督學生的學習全過程，同時依據(jù)學生所完成的學習任務結(jié)果，及時做出評價總結(jié)(包含過程性和總結(jié)性總結(jié))。

教學軟件的教學設計層面中融入探究式教學設計過程，將增強學生的主體地位，使其自主學習能力得到極大提高，同時也提高對教師的教學設計要求。作為探究式教學活動的設計者和活動過程的引導者與組織者，教師可以更好地把握教學全過程，掌握學生學習動向，通過及時反饋學生學習狀況調(diào)整教學過程，增加學生學習興趣。在探究式教學設計過程中，教師如何根據(jù)實際教學內(nèi)容和學生特點，組織不同程度的探究活動；探究式教學設計過程如何有效結(jié)合其他教學設計方式，在軟件功能層面上實現(xiàn)等問題將成為未來教學軟件教學設計過程中所要考慮的重要因素，也是未來教學軟件開發(fā)趨勢。如何更好地開發(fā)教學軟件并服務于教學過程，還需要在教學實踐中進一步思考與探索。

教學軟件開發(fā)過程有機融合了軟件工程與教學設計過程，分別從教學與軟件的視角來探討并處理教學過程和軟件產(chǎn)品之間的關(guān)系，開發(fā)出符合教學規(guī)律、反映教學策略的教學軟件，需要努力尋找教學內(nèi)容與教學對象之間最佳的結(jié)合點，尋求符合學生思維方式及認知結(jié)構(gòu)與規(guī)律，并且為其提供相應方法、技術(shù)上的支持。教學軟件開發(fā)過程模型的探討對于分析教學軟件產(chǎn)業(yè)具有重要的現(xiàn)實意義，同時對于提高當前教學軟件的開發(fā)質(zhì)量、價值評測以及未來教學軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展亦具有建設性指導意義。

 

 

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