1、信息技術(shù)課程的實(shí)施,,2,信息技術(shù)課程的實(shí)施,教學(xué)理論及其啟示信息技術(shù)課程與問題解決基于問題的學(xué)習(xí)模式IT與其他學(xué)科課程的整合問題解決實(shí)例：專家系統(tǒng) （討論時間）,3,教學(xué)理論及其啟示,信息技術(shù)課程的實(shí)施,4,桑代克的試誤說,學(xué)習(xí)是刺激—反應(yīng)的聯(lián)結(jié)學(xué)習(xí)過程是試誤的過程學(xué)習(xí)律：準(zhǔn)備律學(xué)習(xí)的成效與準(zhǔn)備情況、與學(xué)習(xí)動機(jī)相關(guān)。 效果律如果反應(yīng)的結(jié)果是令人愉快的，那么學(xué)習(xí)就會發(fā)生 。練習(xí)律反應(yīng)重復(fù)的次數(shù)越多，刺激—

2、反應(yīng)之間的聯(lián)結(jié)便越牢固。,桑代克實(shí)驗(yàn)—迷籠,5,斯金納的程序教學(xué)理論,積極反應(yīng)原則小步子原則及時強(qiáng)化原則自定步調(diào)原則低錯誤率原則 在CAI課件設(shè)計中，基于框面的、小步驟的分支式程序設(shè)計，一直成為多媒體課件開發(fā)的主要模式。,解 釋,,,,（刺激）,（反應(yīng)）,（強(qiáng)化）,,,,,,,錯誤,正確,下一步,上一步,圖：程序教學(xué)法的基本過程,,回 答,提 問,確 認(rèn),,,,,6,行為主義理論的特點(diǎn)與啟示,認(rèn)為學(xué)習(xí)是刺激

3、——反應(yīng)的聯(lián)結(jié)，學(xué)習(xí)是嘗試錯誤的過程，學(xué)習(xí)的成功要靠強(qiáng)化。它在一些特定內(nèi)容的教學(xué)中是有價值的例如：基礎(chǔ)知識與基本技能的訓(xùn)練注重有機(jī)體的外在反應(yīng)，而忽視了有機(jī)體的內(nèi)部心理過程。忽視師生之間的互動、忽視學(xué)生理解與情感發(fā)展例如：“軟件說明書”、“微軟培訓(xùn)班”式的教學(xué),7,認(rèn)知主義理論 （70年代末至80年代末）,基本觀點(diǎn)： 學(xué)習(xí)并非是機(jī)械的、被動的刺激—反應(yīng)的

4、聯(lián)結(jié)，學(xué)習(xí)要通過主體的主觀作用來實(shí)現(xiàn)。 學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的態(tài)度、需要、興趣、愛好，利用自己的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，對當(dāng)前外部刺激所提供的信息主動作出的、有選擇的信息加工過程,8,認(rèn)知——發(fā)現(xiàn)說,,布魯納：發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的特征及其教學(xué)策略 1) 強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程 2) 強(qiáng)調(diào)直覺思維 3) 強(qiáng)調(diào)內(nèi)在動機(jī) 4) 強(qiáng)調(diào)信息提取,9,信息加工理論,加涅：學(xué)習(xí)是把通過感覺器官獲得的信息存儲在短時記憶中，短時記憶中的信息再通過

5、各種方式把它存儲到長時記憶中去，最后通過一定的線索提取出來，作用于環(huán)境。,10,信息加工的基本原理,信息流是行為的基礎(chǔ)人類加工信息的容量是有限的記憶取決于信息編碼回憶部分取決于提取線索 在信息技術(shù)的教學(xué)中，通過設(shè)置認(rèn)知沖突引發(fā)學(xué)生不斷提出問題解決問題的教學(xué)思想，一直被廣大教師所運(yùn)用,11,信息加工理論的教學(xué)應(yīng)用,加涅：將信息轉(zhuǎn)化進(jìn)入學(xué)生長時記憶的九個教學(xué)階段引起注意——變化刺激、吸引興趣改變體態(tài)、語調(diào)、

6、音量告知目標(biāo)——激起期望刺激回憶——明確同化新知識的經(jīng)驗(yàn)范圍呈示材料——注意考慮年齡、基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)類型等因素，安排順序和份量提供指導(dǎo)——注意掌握指導(dǎo)的程度誘引行為——促使學(xué)生主動參與，積極作出反應(yīng)及時強(qiáng)化——給學(xué)生行為及時反饋檢查評價——獨(dú)立測試、單元測試等方法促進(jìn)遷移——系統(tǒng)復(fù)習(xí)、及時布置新任務(wù)。,12,信息加工理論的特點(diǎn)與啟示,刺激選擇不是一種隨機(jī)的過程 不能僅僅考慮到刺激的特征，而且還要關(guān)注

7、學(xué)習(xí)者已有的信息或認(rèn)知圖式。人類記憶加工信息的能量是有限的 不能一味要求在短時間內(nèi)掌握大量的信息，而不給學(xué)生留有加工或思考的時間。“組塊”理論 為了盡可能在短時間內(nèi)學(xué)習(xí)較多知識，必須把知識組織成有意義的塊狀，減少機(jī)械學(xué)習(xí)。 包括信息加工理論在內(nèi)的認(rèn)知主義理論，基本上還是將學(xué)習(xí)看作是個體活動，忽視了學(xué)習(xí)者的主動建構(gòu),13,建構(gòu)主義理論

8、 （ 90年代初至今 ）,基本觀點(diǎn)： 知識不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人（包括教師和學(xué)習(xí)伙伴）的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過建構(gòu)意義的方式而獲得。,14,建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)觀,1. 學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者主動地建構(gòu)內(nèi)部心理表征的過程，它不僅包括結(jié)構(gòu)性的知識，而且包括大量的非結(jié)構(gòu)性的經(jīng)驗(yàn)背景2. 學(xué)習(xí)過程同時包含上述兩個方面的建構(gòu)3. 學(xué)習(xí)者以自己的方式建構(gòu)對于事物的理解，從而不同人看

9、到的是事物的不同方面，不存在唯一的標(biāo)準(zhǔn)的理解。即：知識的理解依賴于個人經(jīng)驗(yàn),15,對建構(gòu)主義的理解,建構(gòu)主義在教育上的貢獻(xiàn) 在教育思想上進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了認(rèn)知主體的主動性，在科學(xué)教育上指出了科學(xué)知識學(xué)習(xí)的困難性建構(gòu)主義的局限性 強(qiáng)調(diào)主動建構(gòu)所帶來的不確定性 強(qiáng)調(diào)情景的具體、真實(shí)而淡化了抽象與概括不同的教學(xué)理論都有其特有的價值，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況選用——“教有法但無定法”,,IT課程與“問題解決

10、”,…… 發(fā)表觀點(diǎn)、交流思想、開展合作并解決學(xué)習(xí)和生活中實(shí)際問題的能力；…… ——《高中IT課標(biāo)》三、課程目標(biāo) 7.,17,從 “問題解決”視角看新課程,當(dāng)一個人接受一項(xiàng)任務(wù)，但又不知道如何去完成它時，他面臨的就是一個問題。 ——美國心理學(xué)家和計算機(jī)專家西蒙（Sinmon,1978） 問題解決就是所面對的問題得到解決的認(rèn)知活動過程 。為了尋求用信息技術(shù)求解問題的有效策略，人們從不同角度對問題的類型進(jìn)行劃分與

11、研究。,何謂問題解決——,18,問題的分類,從問題解決方法或過程的結(jié)構(gòu)化程度看（《課標(biāo)》P20 ）結(jié)構(gòu)化（structured）問題能夠通過形式化（或稱公式化）方法描述和求解的問題 也稱：定義完善的問題、良構(gòu)問題《算法與程序設(shè)計》課程要解決的問題非結(jié)構(gòu)化（unstructured）問題難以用確定的形式來描述，主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)求解也稱：定義不完善的問題、劣構(gòu)問題《人工智能初步》課程要解決的問題半結(jié)構(gòu)化（semi-struct

12、ured）問題,19,問題解決的策略之一：算法,算法是保證解決某一特定問題的一種方法或程序，是一種規(guī)則系統(tǒng)。中小學(xué)數(shù)、理、化各科教學(xué)中面臨的大多數(shù)問題都是定義完善問題（或結(jié)構(gòu)化問題、常規(guī)性問題），它們大都可以通過簡單的分析，根據(jù)現(xiàn)成的算法編程來解決?！八惴ㄅc程序設(shè)計”是為了培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用算法分析和高級語言設(shè)計程序來解決問題的能力。例如，《算法與程序設(shè)計》內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)： 結(jié)合實(shí)例，經(jīng)歷分析問題、確定算法、編程求解等用計算機(jī)解

13、決問題的基本過程，認(rèn)識算法和程序設(shè)計在其中的地位和作用。,20,問題解決的策略之二：啟發(fā)式,啟發(fā)式是一種通用的、適應(yīng)面較廣的問題解決策略，較多地用于非結(jié)構(gòu)化問題的求解。問題的解決過程實(shí)質(zhì)上就是對問題空間（即搜索空間）的搜索過程。對于非結(jié)構(gòu)化問題來說，需要采用非傳統(tǒng)的、直覺的、推測性的啟發(fā)性策略進(jìn)行求解?！叭斯ぶ悄堋?主要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用啟發(fā)式策略來解決問題的初步能力。例如，《人工智能初步》內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)： 通過簡單博弈問題的

14、分析，了解用盲目搜索技術(shù)進(jìn)行狀態(tài)空間搜索的基本過程，知道啟發(fā)式搜索的基本思想及其優(yōu)點(diǎn)。,21,問題解決策略的相對性,就問題的解決策略而言，主要包括算法、啟發(fā)式求解策略兩大類。 問題解決的具體策略多種多樣，求解策略的選擇也是相對的。以《網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)》中的網(wǎng)站設(shè)計為例網(wǎng)頁制作工具的使用——結(jié)構(gòu)化網(wǎng)站設(shè)計——非結(jié)構(gòu)化,22,從問題解決看IT課程模塊,23,從“問題求解”看計算機(jī)程序,求解結(jié)構(gòu)化問題的傳統(tǒng)程序 程序＝算法＋數(shù)據(jù)結(jié)

15、構(gòu) 例：排序程序求解非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化問題的程序 （人工智能）程序＝知識＋推理 例：專家系統(tǒng)程序 （d:疾病診斷）,——《課標(biāo)解讀》P87,,24,基于問題的學(xué)習(xí)模式（PBL）,把學(xué)習(xí)置于有意義的問題情境中，將學(xué)生置于問題解決者角度，直接面對反映真實(shí)世界情境的劣構(gòu)問題，通過解決實(shí)際問題培養(yǎng)學(xué)生的問題求解能力，同時發(fā)展學(xué)科知識和技能?；具^程：,25,問題主導(dǎo)的創(chuàng)新教育,基于問題解決的教學(xué)模式?問題主導(dǎo)

16、的創(chuàng)新教育模式,,26,問題的確定與解決,要善于以生活中的實(shí)際問題作為教學(xué)實(shí)例,要結(jié)合高中學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)來設(shè)計問題，讓學(xué)生在活動過程中掌握應(yīng)用信息技術(shù)解決問題的思想和方法。 ——開展IT課程的教與學(xué)活動的理念之一,27,“問題”要與學(xué)生的生活、學(xué)習(xí)緊密聯(lián)系,以學(xué)生熟悉的實(shí)際問題作為課程教學(xué)的例子，對于引起學(xué)生的興趣、調(diào)動學(xué)習(xí)新知識的積極性有著積極的作用例如：《網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用》中的IP電話；《多媒體技術(shù)應(yīng)用》中的虛擬現(xiàn)

17、實(shí)技術(shù)；《人工智能初步》中的符號運(yùn)算； … … … …,28,例：《網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用》中的IP電話,內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn) : (二)(3) 能列舉并解釋網(wǎng)絡(luò)通信中常用的信息交換技術(shù)及其用途。例: IP電話采用的是分組交換技術(shù)，傳統(tǒng)電話采用的是電路交換技術(shù)。,29,例： 《多媒體技術(shù)應(yīng)用》 中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn) : (三)(5) 能使用一種常用的工具制作簡單的虛擬現(xiàn)

18、實(shí)作品，并能描述其基本特點(diǎn)。例、使用全景環(huán)視工具制作一個簡單的作品。,30,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之一：VRML技術(shù),Virtual Reality Modeling Language：一個描述三維造型與交互環(huán)境的文本語言例：魔方,31,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之一：全景環(huán)視技術(shù),也稱360°全景環(huán)視技術(shù)，或基于圖像處理的全景攝影技術(shù)。工具實(shí)例：PixMaker,別克車模特,32,例：《人工智能初步》中的符號運(yùn)算,內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn) : (一)(

19、2) 列舉人工智能的主要應(yīng)用領(lǐng)域；通過演示或?qū)嶋H操作，體驗(yàn)人工智能的若干典型應(yīng)用，知道其發(fā)展現(xiàn)狀。 例1 符號運(yùn)算： 通過網(wǎng)站http://www.wolfram.com/ 在線執(zhí)行符號運(yùn)算軟件Mathematica，進(jìn)行多項(xiàng)式乘、除以及因式分解等代數(shù)運(yùn)算。我們身邊的人工智能應(yīng)用,33,Mathematica網(wǎng)站,http://www.wolfram.com/ 或 http://libr

20、ary.wolfram.com/explorations學(xué)生可以通過該網(wǎng)站來在線運(yùn)行相應(yīng)的符號運(yùn)算軟件，進(jìn)行多項(xiàng)式相乘、除，因式分解等符號運(yùn)算。在中學(xué)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物等學(xué)科中，可以利用該軟件來解決大量的符號運(yùn)算問題。,問題解決的基本過程,能熟練運(yùn)用信息技術(shù)，通過有計劃的、合理的信息加工進(jìn)行創(chuàng)造性探索或解決實(shí)際問題，如輔助其他學(xué)科學(xué)習(xí)、完成信息作品等。 ——四、課程目標(biāo)（二） 過程與方法 7.,35,用

21、信息技術(shù)問題解決的基本過程 ——《解讀》P304,發(fā)現(xiàn)或歸納需要利用信息和IT解決的問題，分析確定信息需求。確定所需信息的類型和來源，評價信息的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和相關(guān)性。選擇合適的信息技術(shù)進(jìn)行有效的信息采集、存儲和管理。采用適當(dāng)?shù)墓ぞ吆头绞匠尸F(xiàn)信息、發(fā)表觀點(diǎn)、交流思想、開展合作。運(yùn)用信息技術(shù)，通過有計劃的、合理的信息加工進(jìn)行創(chuàng)造性探索或解決實(shí)際問題，如輔助其他學(xué)科學(xué)習(xí)、完

22、成信息作品等。對自己和他人的信息活動過程和結(jié)果進(jìn)行評價，能歸納利用信息技術(shù)解決問題的基本思想方法。,,36,IT與學(xué)科課程的整合,要求廣大教師在其他學(xué)科的教學(xué)中廣泛應(yīng)用信息技術(shù)手段，把信息技術(shù)教育融合在其他學(xué)科的學(xué)習(xí)中。 努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，促進(jìn)中小學(xué)教學(xué)方式的根本性變革.從根本上改變傳統(tǒng)教和學(xué)的觀念以及相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)、方法和評價手段。,——教育部“關(guān)于在中小學(xué)普及信息技術(shù)教育的通知”教基[2000]33號,整合的內(nèi)

23、涵：,37,IT與課程整合的基本原則,要在以多媒體和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的信息化環(huán)境中實(shí)施課程教學(xué)活動 課程教學(xué)內(nèi)容要資源化 課程教學(xué)模式要任務(wù)化、探討化、發(fā)現(xiàn)化、研究化、創(chuàng)作化,38,IT的教育應(yīng)用之基本模式,信息技術(shù)作為學(xué)習(xí)對象（Learn about IT）作為一門課程開設(shè)學(xué)習(xí)IT的基本技能和IT工具的使用。 與其他學(xué)科的整合（Learn from IT） 作為教的工具 學(xué)生在教師的組織下利用IT進(jìn)行各個學(xué)科的學(xué)習(xí)研究

24、性學(xué)習(xí) （Learn with IT） IT作為學(xué)的工具 學(xué)生以類似科學(xué)研究的方式，在IT的幫助下，獲取、交流信息，并以電腦作品的形式完成研究任務(wù)。,39,技術(shù)與教育融合的演化過程,創(chuàng)新（Innovation） 技術(shù)改變教與學(xué) 內(nèi)化（Appropriation） 技術(shù)成為強(qiáng)有利的學(xué)習(xí)工具 整合（Adaptation） 技術(shù)被使

25、用在傳統(tǒng)的教學(xué)方式之中 采用（Adoption） 技術(shù)看起來好象有一點(diǎn)東西，但優(yōu)勢有限了解（Entry）技術(shù)是一個問題，非常不方便,——“明日蘋果教室”,,40,WebQuest 一個基于因特網(wǎng)的研究性學(xué)習(xí)模式,簡介,過程,任務(wù),結(jié)論,各種資源,評價,,,,,,,,教學(xué)指南,實(shí)施過程：,41,《信息技術(shù)與課程整合》多媒體期刊http://www.cenre.com/product/zhenghe/d5/wl/,,4

26、2,專家系統(tǒng)(ES)以專家水平來完成復(fù)雜專業(yè)任務(wù)的軟件ES的主要用途：診斷、咨詢、教學(xué),,問題解決實(shí)例：專家系統(tǒng)的建造,43,專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),,44,實(shí)例：“常見病診斷專家系統(tǒng)” 知識庫 /*--- 頭部病 診斷 ---*/if ‘病位’=‘頭部’ and ‘流鼻涕’ and ‘頭暈’then ‘病’=‘感冒剛起’. Cf 0.8if ‘病位’=‘頭部’ and ‘鼻塞’ and ‘渾

27、身無力’then ‘病’=‘一般感冒’.if ‘病位’=‘頭部’ and ‘發(fā)燒’ and ‘頭暈’ and ‘扁桃體腫’then ‘病’=‘嚴(yán)重感冒’.……/*--- cf1 感冒處方 ---*/if ‘病位’=‘頭部’ and ‘病’=‘感冒剛起’then ‘處方’=‘服用新速效傷風(fēng)膠囊,日服三次,每次一顆.’.if ‘病位’=‘頭部’ and ‘病’=‘一般感冒’then ‘處方’=‘服用感冒通,日服三次,每

28、次三顆.’.,45,,ES 的正向推理,,,推理機(jī),人——機(jī) 界 面,頭部、 鼻塞、渾身無力,一般感冒,事實(shí)數(shù)據(jù)庫,知識庫,if ‘頭部’ and ‘鼻塞’ and ‘渾身無力’then ‘一般感冒’.,if ‘‘頭部’ and ‘‘一般感冒’then ‘‘服用感冒通,日服三次,每次三顆.’.,‘服用感冒通,日服三次,每次三顆’,‘服用感冒通,日服三次,每次三顆’,,,,,,,,頭部、 鼻塞、渾身無力,46,ES 的解釋機(jī)制,,,人

29、——機(jī) 界 面,頭部、鼻塞、渾身無力、 一般感冒,,事實(shí)數(shù)據(jù)庫,知識庫,A. if ‘頭部’ and ‘ ‘鼻塞’ and ‘渾身無力’then ‘一般感冒’.,B. if ‘‘頭部’ and ‘‘一般感冒“then ‘‘服用感冒通,日服三次,每次三顆.’,‘服用感冒通,日服三次,每次三顆’,,,解釋模塊,,,您說“頭部”、“鼻塞”、“渾身無力”，由規(guī)則A,您是“一般感冒”；又由規(guī)則B，您需“服用感冒通”。,47,專家系統(tǒng)外殼

30、及應(yīng)用,例. InterModeller 知識庫的例子： 1、 動物識別 2、 疾病診斷例. 綜合實(shí)踐： 用Intermodeller調(diào)用 “疾病診斷專家系統(tǒng)”。分析該專家系統(tǒng)知識庫的內(nèi)容，你認(rèn)為這些規(guī)則在哪些地方還可以做進(jìn)一步的修改，并說出你的理由；試運(yùn)行修改之后的專家系統(tǒng)。,,48,課標(biāo)案例： “植物分類顧問”專家系統(tǒng)的設(shè)計,涉及標(biāo)準(zhǔn)：模塊“人工智能初步”；……建議學(xué)時：6

31、學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）調(diào)查校園或所在社區(qū)的常見植物，總結(jié)、歸納它們的分類特征信息。（2）用產(chǎn)生式規(guī)則來表示植物分類知識。（3）利用給定的專家系統(tǒng)外殼，構(gòu)建一個簡單的植物分類專家系統(tǒng)。（4）演示所完成的專家系統(tǒng)……。過程設(shè)計： ……教師介紹“動物分類”專家系統(tǒng)的規(guī)則，指導(dǎo)學(xué)生自己提出植物分類的基本特征、分類規(guī)則 案例評析： 本案例能夠使學(xué)生體驗(yàn)到利用產(chǎn)生式規(guī)則的專家系統(tǒng)解決實(shí)際問題的全

32、過程。…… 本案例還說明，該模塊……目的是使學(xué)生更好地理解人工智能技術(shù)思想與方法的特征，而不是要求學(xué)生掌握過多過難的技術(shù)。,49,花卉植物的分類與特征（部分）,50,花卉植物的分類規(guī)則（部分）,IF 花萼5片 AND 下部連合 AND 花瓣通常5片 THEN 該花卉植物屬薔薇科.IF 花序下部有花苞 AND 花藥合生 AND 果實(shí)是瘦果 THEN 該花卉植物屬菊科.IF 該花卉植物屬薔薇科

33、AND 莖部密生銳刺，一枝只開一朵花 AND 花瓣直立 THEN 這是玫瑰花. IF 該花卉植物屬薔薇科 AND 莖部幾近無刺，數(shù)朵同生一莖 AND 花型是滿蕊、翹角 THEN 這是月季花.IF 該花卉植物屬薔薇科 AND 小枝細(xì)長，樹冠開展、無毛 AND 葉寬卵形，邊緣有細(xì)鋸齒 THEN 這是梅花.IF 該花卉植物屬菊科 AND 葉互生，卵形，邊緣有鋸齒 AND 花冠顏色有藍(lán)、黃、白、紅、橙、紫等 TH