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對中學(xué)地理CAI軟件之設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)作基礎(chǔ)；自然地理和人 文地理的結(jié)合不夠，理論和實(shí)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(shí)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(qiáng)，綜合性強(qiáng)，信息量大，信息源種類繁多，研究尺度范圍變化大等特點(diǎn)，這就要 求教學(xué)手段的表達(dá)力強(qiáng)，運(yùn)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(jìn)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(shí)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(dá)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(jì)算機(jī)輔助地理教學(xué)對上述問題的解決有著獨(dú)特的優(yōu)越性。一般 來說，計(jì)算機(jī)應(yīng)用于地理教學(xué)可有以下的功能：
１、計(jì)算機(jī)有很強(qiáng)的信息儲存功能，可以儲存大量的地理事實(shí)材料，并快速檢索和提取，方便地實(shí)現(xiàn)信息 的比較、疊加。這些事實(shí)材料可以大大充實(shí)教材的概念和有關(guān)結(jié)論，促進(jìn)學(xué)生的記憶和理解。
２、計(jì)算機(jī)有很強(qiáng)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(jìn) 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(jìn)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(jì)算機(jī)有很強(qiáng)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(jì)算機(jī) 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(shí)驗(yàn)也可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，無限重復(fù)�？梢杂蓪W(xué)生親手操作， 獲得與實(shí)際動手類似的訓(xùn)練效果。
４、計(jì)算機(jī)有很強(qiáng)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)可以在無教師的情況下教學(xué)，能較好地實(shí)現(xiàn)個別教學(xué)，體現(xiàn)因材施教的原則。
６、計(jì)算機(jī)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(qiáng)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)彌補(bǔ)了大部分電化手段的不足，還能把各種電化手段以計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(yùn)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(jì)算機(jī)對地理教學(xué)而言，表達(dá)力最強(qiáng)，學(xué)習(xí)者參與性最強(qiáng)，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(jì)算機(jī)只是一個工具，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)輔助地理教學(xué)的歷史回顧及評述
計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)始于美國，最早是ＩＢＭ公司于１９５８年設(shè)計(jì)的一個向小學(xué)生教授二進(jìn)制的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)輔助教育項(xiàng)目的。８０年代以來，我國的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)研究有了很大的發(fā)展。但與發(fā)達(dá)國家相比 ，差距仍相當(dāng)大。
中學(xué)地理的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的發(fā)展與整個計(jì)算機(jī)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(shí)用的計(jì)算機(jī)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(diǎn)。在中國，中學(xué)地理的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是由一些高等師范院校和重點(diǎn)中學(xué)來研究進(jìn)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(jì)算機(jī)的特有功能。僅僅用計(jì)算機(jī)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(jì)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(hù)。
我國目前的中學(xué)地理教學(xué)軟件并不能充分滿足計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)輔助地理教學(xué)的優(yōu)越性。因此，設(shè)計(jì)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(diǎn)：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?yàn)橹行牡膬?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(jì)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(jì)算機(jī)的優(yōu)越性， 體現(xiàn)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)。
三、關(guān)于中學(xué)地理教學(xué)軟件的構(gòu)想
１、軟件設(shè)計(jì)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(jì)，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(shí)用軟件。
２、軟件設(shè)計(jì)原則
為達(dá)到設(shè)計(jì)目的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(hù)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(yàn)功能、計(jì)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(dú)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(hù)模塊，模擬與仿真模塊，練習(xí)與測驗(yàn)?zāi)K，計(jì)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(jì)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(jī)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(dú)的微機(jī)，或者可選擇另外兩種配置：即多終端單主機(jī)的多用戶系統(tǒng)或多機(jī)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
課前學(xué)生可運(yùn)用軟件進(jìn)行預(yù)習(xí)，教師也可以利用軟件進(jìn)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(jì)算機(jī)。
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(dá)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(jì)算機(jī)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(jī)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(jì) 算機(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)的聯(lián)結(jié)來解決，即將計(jì)算機(jī) 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(bǔ)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jī)教學(xué)更能發(fā)揮計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)輔助地理教學(xué)的主 流。但單機(jī)教學(xué)模式經(jīng)濟(jì)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(diǎn)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)硬件配 置可能不足以支持軟件運(yùn)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(jì)算機(jī)不熟悉或缺乏基本 的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)；現(xiàn)行的中學(xué)地理教學(xué)內(nèi)容多而粗，靈 活性差，對計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)較少的狀況使他們沒 有時間和機(jī)會去運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)。
盡管中學(xué)地理的計(jì)算機(jī)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(shí)例已經(jīng)證明，運(yùn)用計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在這方面有著 巨大的潛力。從國內(nèi)外的計(jì)算機(jī)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(dú)特性，給計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 提供了廣闊的研究空間，一方面可以促進(jìn)地理教育事業(yè)的發(fā)展，另一方面也促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。在未來 ，我們應(yīng)當(dāng)緊跟計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的世界潮流，在計(jì)算機(jī)輔助地理教學(xué)的多媒體系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助地理教學(xué)專家 系統(tǒng)、人機(jī)直接對話（語音）的交互式計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助地理教學(xué)的局地網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)應(yīng)用的技術(shù)水平。
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