電腦輔助教學


1983年 8月164期｜上一篇｜下一篇＃發行日期：1983、08 ＃期號：0164 ＃專欄：＃標題：電腦輔助教學＃作者：李進寶．電腦輔助教學的意義．電腦輔助教學的優缺點．未來的發展趨勢．結語．圖一：學習駕駛飛機的學員在微電腦終端機前面，先看一段影片，然後在電腦觸摸式螢幕上面，模擬飛機艙內，各式儀表的操作。電視錄影機的運轉，則完全由電腦的程式控制；因此，當學員需要複習同一段影片時，他只需要在鍵盤上按下適當的鍵即可。．圖二：學生利用螢幕上所出現的16個英文單字，練習造句。他只需觸摸適當的方塊，方塊內的英文字即出現在螢幕的上端，依序排列下來。當造句錯誤時，電腦會分析錯誤的地方，學生可依指示，重新再來一次；當造句正確時，螢幕上方會出現如該句所述的動態畫面，如畫面所示，一隻兔子跳過一個男孩。．圖：李進寶任職於資訊工業策進會。		電腦輔助教學【摘要】電腦輔助教學不僅能刺激學習興趣、節省教學時間和提高學習效果，更重要的是它能因材施教，達到教育的終極目標。電腦輔助教學（computer assisted instruction，簡稱CAI）是指利用電腦來幫助老師教學和協助學生學習。早在1960年代初期，美國即已開始研究發展這種新的教學方式；1960年代末期，英、法、西德、日本、加拿大……等國也加入CAI的研究發展行列；1970年代初期，更有瑞典、丹麥、南非……等國的加入。我國則在1975年，首先由淡江大學引進，並組成小組編寫教材軟體及進行實驗教學；到了1980年代，則有更多的單位加入研究的行列，諸如：交通部電信訓練所、國防部國防管理中心、國科會、資訊工業策進會、師範大學、明道中學、中和公司、誼馨公司……等。從以上這些事實，很容易引發一個問題：為什麼這麼多的國家或單位，熱衷於CAI的研究發展？原因是：CAI可以節省學習的時間、激發學習的興趣、提高學習的成就、改善學習的態度，而其根本目標是要達到教育的最高理想──因材施教。因此，即使它仍存在著某些難以克服的缺點，它的優點卻深深的吸引著教育界的學者專家去進行研究，嘗試著利用它的長處去創造一個更優良的學習環境。本文以下將首先討論CAI的意義，再說明CAI的優、缺點，最後分析未來發展的新趨勢。電腦輔助教學的意義當人們聽到，利用電腦來從事老師的傳統教學工作時，常會直覺地以為是利用電腦來「取代」老師；其所持的理由是：這和機械人取代工人從事生產線上的工作不是一樣嗎？其實是有所不同，電腦輔助教學強調的是「輔助」，而不是「取代」；換句話說，在學校的正規教育中，老師仍然扮演主要的角色，電腦只是老師教學、學生學習的輔助工具。美國曾進行一項實驗，把同一科目的教學，用不同的方式，施於兩組不同學生身上；一組是利用電腦「完全取代」老師進行教學，另一組是利用電腦「輔助」老師教學，前者被稱為獨立型CAI（教學不需老師），後者被稱為輔助型CAI（教學需要老師）；實驗結果證明，在教學效果上，輔助型CAI要優於獨立型CAI。因此，目前推行CAI的國家之中，學校的正規教育大抵採用輔助型CAI。電腦輔助教學早期最成功的例子，當屬飛行員的訓練，原因是節省了很多的訓練成本。飛航訓練中心即利用CAI來訓練飛行員熟悉飛機上各種儀表的操作，準飛行員坐在電腦終端機面前（見圖一），螢幕上即顯現適當的儀表面板。電腦首先會一步步地告訴學員操作這些儀表的程序，然後電腦會要求他在螢幕上用手指觸摸以模擬實際狀況。如有錯誤發生，電腦會要求學員重做一次，直至熟練完全無誤為止。學員利用CAI熟習了各種儀表的操作之後，再實際登機，自然會很容易地進入狀況。今日的CAI應用的範圍很廣，醫學院利用CAI來教學生進行開刀手術或麻醉手術；音樂系利用CAI來訓練學生基本的彈奏技巧；英文老師利用CAI教學生英文造字（見圖二）；化學老師利用CAI來模擬化學實驗；物理老師利用CAI來模擬火箭發射登陸月球的過程，或核能電廠的運轉情形。日本更有一所大學，正在研究利用CAI來訓練聾子說話。 CAI已經被運用在各級學校，上至大專，下至幼稚園；以及各種不同的科目之中。值得一提的是，CAI不是教育的萬靈丹，它有成功的例子，也有失敗的例子，至今人類還不完全了解如何利用這個新的教學工具，但卻已能深深地體會到它對改善教育品質的潛力。難怪美國有一研究機構對其二十年的發展經驗作了下列兩點的結論：一、CAI是未來教育的必然趨勢，二、我們對CAI的了解僅及表面而已。電腦輔助教學的優缺點 CAI的優點因材施教是CAI最具潛力的優點，卻也是最難達到的一個目標。理論上，電腦可以對不同程度的學生，提供不同程度的教材和不同程度的練習；因此，每個人學習的成果是一致，但學習的時間則不一樣。實際上要達到這個目標，需要龐大的人力和財力，始能有如此優良的教材軟體；因此，教材製作者僅能以現有的資源，盡力地朝因材施教的方向發展。雙向教學是CAI的另一優點。傳統的教學由於老師一人需面對一群學生，沒有足夠時間在課堂上一一回答學生問題，因此只能趕進度，難以顧及學生是否吸收，因此被稱為單向教學。電腦輔助教學，原則上是一人一機，學生無法回答電腦問題時，電腦即不進行下一單元的教學，而可要求學生複習本單元，因此學生一直參與電腦的教學活動，比較不會有身在課堂內，魂飛課堂外的現象。節省學習的時間，也是CAI令人著迷原因之一。由於它能因材施教及具有雙向教學的功能，自然地學生學習時間會縮短。在知識爆炸的時代，能節省學習時間的CAI似乎很合乎時代的需要。美國的CAI教學實驗研究之中，大多數的結果皆證實CAI的這項優點。提高學習的成就，是CAI的另一項優點。美國的許多實驗研究也證實，CAI教學下的學生成績要高於傳統教學下的學生。改善學生的學習態度，是CAI的另一項優點。所謂學習態度的改善，包括學習興趣的提高，學生遲到、早退、曠課和暴力等行為的減少。美國的實驗研究，也證實了這一點。但是有心人士提出，學習態度的改善是一種霍桑效應的結果，而不是CAI的潛在優點。霍桑效應是指學生對於新鮮事物，因第一次的好奇所引起的動機，待新鮮期過後，即恢復原狀；也就是說，學生因為是第一次嘗試電腦輔助教學，因新鮮好奇而引起學習的動機，待過後，即失去這一動機，而學習態度也恢復原狀。 CAI的缺點電腦輔助教學能否成功，有大半因素決定在教材軟體的品質，早期人們在設計CAI教材軟體時，常常只是把書本上的內容放進電腦中，因此常被譏諷為「電子翻頁機」。本質上，CAI教材軟體應該要能發揮電腦智慧型的特性，否則就不需利用昂貴的電腦來輔助教學了。據專家估計，一個小時的CAI教材所需的製作時間，從50小時至500小時不定，平均而言約需300小時；和寫書比起來，CAI教材的製作，顯然地要困難的多。因此，如何編製優良的CAI教材，是電腦輔助教學的最大難題之一。早期CAI所用的電腦硬體設備，非常昂貴，因此成為推廣CAI的最大阻力。1970年代末期，微電腦出現以後，給CAI帶來新的生機，CAI以比往日較快的速度，普及開來。但是即使微電腦的價格已經大大地降低，全面推行CAI所需的硬體設備費用仍然相當可觀；何況一般家用電腦雖可以拿來進行輔助教學，但是它的教學效果要遜於CAI專用的微電腦；而這種CAI專用微電腦一部的價格約在60萬至120萬之間。因此，龐大的硬體設備費用，仍然是推行CAI的阻力之一。中文字形輸入方法未能統一，是我國推行CAI的另一難題。目前市面上的中文字形輸入法，有二十多種；其中較普遍的，有四、五種。不同的字形輸入方式，會增加使用者的困難，而降低教學的效果。因此，我國雖有不少單位正在編製CAI的教材軟體，但大抵僅能顯示中文字幕，卻避開中文字形的輸入，無形中限制了教材編製的方式，譬如說：在測驗方面，只能有選擇題，不能有填充題。 CAI不能從事情意化和討論式的教學，是CAI的另一缺點。CAI可以教音樂系的學生熟練樂器的基本彈奏技巧，譬如說：音準不準，拍子對不對；可是CAI卻無法教學生如何去欣賞一曲音樂。同樣地，在高等教育方面，師生討論式的教學是很重要的，CAI卻難以達到這一層次。近年來，由於人工智慧技術方面的發展，使得問答式的CAI已經有了雛形，但是距離目標仍有一段路程。未來的發展趨勢 CAI的發展，有三項主要的新趨勢：一、多媒體電腦輔助教學、二、電傳視訊（videotex）與CAI的結合、三、人工智慧在CAI上的應用。多媒體電腦輔助教學，是指電腦和錄影機、影碟機、幻燈機……等其他視聽媒體結合，共同進行教學；在各式媒體中，影碟機的發展，最受人注目。早期的電腦輔助教學，有兩大缺陷，第一沒有聲音（如今雖有模擬的語音，但用在電動遊戲尚可，用在有語音的教學，效果不佳），第二畫圖費時且不如實體圖逼真。利用錄影機或影碟機的多媒體電腦輔助教學，正好可克服上述兩項缺陷；而影碟機的功能要優於錄影機，因此美、日等資訊工業先進國家皆在積極發展之中。電傳視訊與CAI的結合，很可能成為未來空中教學的主流。學員在註冊之後，可以利用家中的微電腦接收學校電台所播放出來的教材軟體，或可以利用電話線將學校電腦資料庫的教材軟體傳送到家中微電腦；然後在家中自我學習與測驗。這種教學方式，不受時間和空間的限制，深具彈性，極適合成人的進修教育。全世界各國中，以英國和加拿大兩國的發展，最為進步；英國甚至計畫，在空中大學註冊的學生，如果沒有微電腦，可由校方提供，期末時再歸還。當人們聽到人工智慧（artifical intelligence）之時，首先會想到電腦機械人或電腦下棋；不錯，它們皆是人工智慧的表現。不過用在CAI裡面，它會大大地加強輔助教學的功能。譬如：一個稱為WEST的教材程式，它原本利用遊戲的方式，教學生基本的算術。後來人工智慧被應用在這個程式之中時，程式內多了一個「教練」，這個教練可以查出學員的長、短處，然後指引他如何取得遊戲的勝利，進而可改善學生基本的算術技巧；這種情形，正如同一個老師針對學生的個別差異，而給予個別的輔導一樣。人工智慧的發展，將提供新的教材編製方式，提高電腦輔助教學的效果。結語當各行各業皆在利用電腦，以提高工作效率之時，教育界的從業人員也不應例外；學校的行政人員可利用電腦處理校務行政工作，老師則可應用電腦輔助他教學，使老師能有更多的時間處理學生個別差異的問題，而不必疲於應付例行的教學工作。從另一方面而言，當我國經濟體系正從勞力密集的型態走向技術密集的型態的時候，我們的教育也應跟隨進步，從勞力密集式的教學方式走向技術密集式的教育方式──電腦輔助教學。電腦輔助教學不是教育的萬靈丹，但是以它潛在的優點──因材施教、節省學習時間和提高學習成就等，是值得教育從業人員，仔細探討研究，以善用CAI的長處。
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1983年 8月164期｜上一篇｜下一篇＃發行日期：1983、08 ＃期號：0164 ＃專欄：＃標題：電腦輔助教學＃作者：李進寶．電腦輔助教學的意義．電腦輔助教學的優缺點．未來的發展趨勢．結語．圖一：學習駕駛飛機的學員在微電腦終端機前面，先看一段影片，然後在電腦觸摸式螢幕上面，模擬飛機艙內，各式儀表的操作。電視錄影機的運轉，則完全由電腦的程式控制；因此，當學員需要複習同一段影片時，他只需要在鍵盤上按下適當的鍵即可。．圖二：學生利用螢幕上所出現的16個英文單字，練習造句。他只需觸摸適當的方塊，方塊內的英文字即出現在螢幕的上端，依序排列下來。當造句錯誤時，電腦會分析錯誤的地方，學生可依指示，重新再來一次；當造句正確時，螢幕上方會出現如該句所述的動態畫面，如畫面所示，一隻兔子跳過一個男孩。．圖：李進寶任職於資訊工業策進會。		電腦輔助教學【摘要】電腦輔助教學不僅能刺激學習興趣、節省教學時間和提高學習效果，更重要的是它能因材施教，達到教育的終極目標。電腦輔助教學（computer assisted instruction，簡稱CAI）是指利用電腦來幫助老師教學和協助學生學習。早在1960年代初期，美國即已開始研究發展這種新的教學方式；1960年代末期，英、法、西德、日本、加拿大……等國也加入CAI的研究發展行列；1970年代初期，更有瑞典、丹麥、南非……等國的加入。我國則在1975年，首先由淡江大學引進，並組成小組編寫教材軟體及進行實驗教學；到了1980年代，則有更多的單位加入研究的行列，諸如：交通部電信訓練所、國防部國防管理中心、國科會、資訊工業策進會、師範大學、明道中學、中和公司、誼馨公司……等。從以上這些事實，很容易引發一個問題：為什麼這麼多的國家或單位，熱衷於CAI的研究發展？原因是：CAI可以節省學習的時間、激發學習的興趣、提高學習的成就、改善學習的態度，而其根本目標是要達到教育的最高理想──因材施教。因此，即使它仍存在著某些難以克服的缺點，它的優點卻深深的吸引著教育界的學者專家去進行研究，嘗試著利用它的長處去創造一個更優良的學習環境。本文以下將首先討論CAI的意義，再說明CAI的優、缺點，最後分析未來發展的新趨勢。電腦輔助教學的意義當人們聽到，利用電腦來從事老師的傳統教學工作時，常會直覺地以為是利用電腦來「取代」老師；其所持的理由是：這和機械人取代工人從事生產線上的工作不是一樣嗎？其實是有所不同，電腦輔助教學強調的是「輔助」，而不是「取代」；換句話說，在學校的正規教育中，老師仍然扮演主要的角色，電腦只是老師教學、學生學習的輔助工具。美國曾進行一項實驗，把同一科目的教學，用不同的方式，施於兩組不同學生身上；一組是利用電腦「完全取代」老師進行教學，另一組是利用電腦「輔助」老師教學，前者被稱為獨立型CAI（教學不需老師），後者被稱為輔助型CAI（教學需要老師）；實驗結果證明，在教學效果上，輔助型CAI要優於獨立型CAI。因此，目前推行CAI的國家之中，學校的正規教育大抵採用輔助型CAI。電腦輔助教學早期最成功的例子，當屬飛行員的訓練，原因是節省了很多的訓練成本。飛航訓練中心即利用CAI來訓練飛行員熟悉飛機上各種儀表的操作，準飛行員坐在電腦終端機面前（見圖一），螢幕上即顯現適當的儀表面板。電腦首先會一步步地告訴學員操作這些儀表的程序，然後電腦會要求他在螢幕上用手指觸摸以模擬實際狀況。如有錯誤發生，電腦會要求學員重做一次，直至熟練完全無誤為止。學員利用CAI熟習了各種儀表的操作之後，再實際登機，自然會很容易地進入狀況。今日的CAI應用的範圍很廣，醫學院利用CAI來教學生進行開刀手術或麻醉手術；音樂系利用CAI來訓練學生基本的彈奏技巧；英文老師利用CAI教學生英文造字（見圖二）；化學老師利用CAI來模擬化學實驗；物理老師利用CAI來模擬火箭發射登陸月球的過程，或核能電廠的運轉情形。日本更有一所大學，正在研究利用CAI來訓練聾子說話。 CAI已經被運用在各級學校，上至大專，下至幼稚園；以及各種不同的科目之中。值得一提的是，CAI不是教育的萬靈丹，它有成功的例子，也有失敗的例子，至今人類還不完全了解如何利用這個新的教學工具，但卻已能深深地體會到它對改善教育品質的潛力。難怪美國有一研究機構對其二十年的發展經驗作了下列兩點的結論：一、CAI是未來教育的必然趨勢，二、我們對CAI的了解僅及表面而已。電腦輔助教學的優缺點 CAI的優點因材施教是CAI最具潛力的優點，卻也是最難達到的一個目標。理論上，電腦可以對不同程度的學生，提供不同程度的教材和不同程度的練習；因此，每個人學習的成果是一致，但學習的時間則不一樣。實際上要達到這個目標，需要龐大的人力和財力，始能有如此優良的教材軟體；因此，教材製作者僅能以現有的資源，盡力地朝因材施教的方向發展。雙向教學是CAI的另一優點。傳統的教學由於老師一人需面對一群學生，沒有足夠時間在課堂上一一回答學生問題，因此只能趕進度，難以顧及學生是否吸收，因此被稱為單向教學。電腦輔助教學，原則上是一人一機，學生無法回答電腦問題時，電腦即不進行下一單元的教學，而可要求學生複習本單元，因此學生一直參與電腦的教學活動，比較不會有身在課堂內，魂飛課堂外的現象。節省學習的時間，也是CAI令人著迷原因之一。由於它能因材施教及具有雙向教學的功能，自然地學生學習時間會縮短。在知識爆炸的時代，能節省學習時間的CAI似乎很合乎時代的需要。美國的CAI教學實驗研究之中，大多數的結果皆證實CAI的這項優點。提高學習的成就，是CAI的另一項優點。美國的許多實驗研究也證實，CAI教學下的學生成績要高於傳統教學下的學生。改善學生的學習態度，是CAI的另一項優點。所謂學習態度的改善，包括學習興趣的提高，學生遲到、早退、曠課和暴力等行為的減少。美國的實驗研究，也證實了這一點。但是有心人士提出，學習態度的改善是一種霍桑效應的結果，而不是CAI的潛在優點。霍桑效應是指學生對於新鮮事物，因第一次的好奇所引起的動機，待新鮮期過後，即恢復原狀；也就是說，學生因為是第一次嘗試電腦輔助教學，因新鮮好奇而引起學習的動機，待過後，即失去這一動機，而學習態度也恢復原狀。 CAI的缺點電腦輔助教學能否成功，有大半因素決定在教材軟體的品質，早期人們在設計CAI教材軟體時，常常只是把書本上的內容放進電腦中，因此常被譏諷為「電子翻頁機」。本質上，CAI教材軟體應該要能發揮電腦智慧型的特性，否則就不需利用昂貴的電腦來輔助教學了。據專家估計，一個小時的CAI教材所需的製作時間，從50小時至500小時不定，平均而言約需300小時；和寫書比起來，CAI教材的製作，顯然地要困難的多。因此，如何編製優良的CAI教材，是電腦輔助教學的最大難題之一。早期CAI所用的電腦硬體設備，非常昂貴，因此成為推廣CAI的最大阻力。1970年代末期，微電腦出現以後，給CAI帶來新的生機，CAI以比往日較快的速度，普及開來。但是即使微電腦的價格已經大大地降低，全面推行CAI所需的硬體設備費用仍然相當可觀；何況一般家用電腦雖可以拿來進行輔助教學，但是它的教學效果要遜於CAI專用的微電腦；而這種CAI專用微電腦一部的價格約在60萬至120萬之間。因此，龐大的硬體設備費用，仍然是推行CAI的阻力之一。中文字形輸入方法未能統一，是我國推行CAI的另一難題。目前市面上的中文字形輸入法，有二十多種；其中較普遍的，有四、五種。不同的字形輸入方式，會增加使用者的困難，而降低教學的效果。因此，我國雖有不少單位正在編製CAI的教材軟體，但大抵僅能顯示中文字幕，卻避開中文字形的輸入，無形中限制了教材編製的方式，譬如說：在測驗方面，只能有選擇題，不能有填充題。 CAI不能從事情意化和討論式的教學，是CAI的另一缺點。CAI可以教音樂系的學生熟練樂器的基本彈奏技巧，譬如說：音準不準，拍子對不對；可是CAI卻無法教學生如何去欣賞一曲音樂。同樣地，在高等教育方面，師生討論式的教學是很重要的，CAI卻難以達到這一層次。近年來，由於人工智慧技術方面的發展，使得問答式的CAI已經有了雛形，但是距離目標仍有一段路程。未來的發展趨勢 CAI的發展，有三項主要的新趨勢：一、多媒體電腦輔助教學、二、電傳視訊（videotex）與CAI的結合、三、人工智慧在CAI上的應用。多媒體電腦輔助教學，是指電腦和錄影機、影碟機、幻燈機……等其他視聽媒體結合，共同進行教學；在各式媒體中，影碟機的發展，最受人注目。早期的電腦輔助教學，有兩大缺陷，第一沒有聲音（如今雖有模擬的語音，但用在電動遊戲尚可，用在有語音的教學，效果不佳），第二畫圖費時且不如實體圖逼真。利用錄影機或影碟機的多媒體電腦輔助教學，正好可克服上述兩項缺陷；而影碟機的功能要優於錄影機，因此美、日等資訊工業先進國家皆在積極發展之中。電傳視訊與CAI的結合，很可能成為未來空中教學的主流。學員在註冊之後，可以利用家中的微電腦接收學校電台所播放出來的教材軟體，或可以利用電話線將學校電腦資料庫的教材軟體傳送到家中微電腦；然後在家中自我學習與測驗。這種教學方式，不受時間和空間的限制，深具彈性，極適合成人的進修教育。全世界各國中，以英國和加拿大兩國的發展，最為進步；英國甚至計畫，在空中大學註冊的學生，如果沒有微電腦，可由校方提供，期末時再歸還。當人們聽到人工智慧（artifical intelligence）之時，首先會想到電腦機械人或電腦下棋；不錯，它們皆是人工智慧的表現。不過用在CAI裡面，它會大大地加強輔助教學的功能。譬如：一個稱為WEST的教材程式，它原本利用遊戲的方式，教學生基本的算術。後來人工智慧被應用在這個程式之中時，程式內多了一個「教練」，這個教練可以查出學員的長、短處，然後指引他如何取得遊戲的勝利，進而可改善學生基本的算術技巧；這種情形，正如同一個老師針對學生的個別差異，而給予個別的輔導一樣。人工智慧的發展，將提供新的教材編製方式，提高電腦輔助教學的效果。結語當各行各業皆在利用電腦，以提高工作效率之時，教育界的從業人員也不應例外；學校的行政人員可利用電腦處理校務行政工作，老師則可應用電腦輔助他教學，使老師能有更多的時間處理學生個別差異的問題，而不必疲於應付例行的教學工作。從另一方面而言，當我國經濟體系正從勞力密集的型態走向技術密集的型態的時候，我們的教育也應跟隨進步，從勞力密集式的教學方式走向技術密集式的教育方式──電腦輔助教學。電腦輔助教學不是教育的萬靈丹，但是以它潛在的優點──因材施教、節省學習時間和提高學習成就等，是值得教育從業人員，仔細探討研究，以善用CAI的長處。
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