教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)模型探討設計

教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)結合了軟件工程領(lǐng)域與教學(xué)設計領(lǐng)域，遵循采用工程化的開(kāi)發(fā)過(guò)程、思想、方法及工具。作為一種為教學(xué)過(guò)程提供服務(wù)的工程化計算機軟件類(lèi)產(chǎn)品，教學(xué)軟件在功能實(shí)現上離不開(kāi)相應的教學(xué)策略與教學(xué)設計過(guò)程，從而適應新型教學(xué)體制和信息化的教學(xué)模式。探討運用軟件工程的技術(shù)和方法，開(kāi)發(fā)并維護教學(xué)軟件已經(jīng)成為未來(lái)軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)研究方向。

1 教學(xué)軟件的定義

教學(xué)軟件可以定義為教師通過(guò)課前事先設計(制作)完畢，在基于多媒體或網(wǎng)絡(luò )課堂環(huán)境下，以自動(dòng)或手動(dòng)播放的方式為實(shí)現一定的教學(xué)目標、教學(xué)策略和教學(xué)過(guò)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(xué)材料，也稱(chēng)為多媒體教學(xué)軟件。從技術(shù)實(shí)現層面看，教學(xué)軟件是達到以交互式綜合處理圖、文、聲、像等信息媒體，圖文并茂展現教學(xué)內容的一類(lèi)計算機軟件程序；從反映內容層面看，教學(xué)軟件體現出相應教學(xué)策略，依據教師教學(xué)理論和學(xué)生學(xué)習認知心理，針對教學(xué)目標及教學(xué)對象特點(diǎn)，合理選取與設計教學(xué)信息媒體并進(jìn)行有機組合，從而形成并優(yōu)化教學(xué)結構的一種教學(xué)系統。近年來(lái)，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行文件(如PowerPoint環(huán)境下運行的.ppt文件)制作出來(lái)的多媒體課件也稱(chēng)為教學(xué)軟件。

2 教學(xué)軟件特點(diǎn)分析

作為具有特定教學(xué)內容和教學(xué)策略的計算機教學(xué)程序，教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)離不開(kāi)工程化開(kāi)發(fā)思想?；诂F代化信息教學(xué)技術(shù)的環(huán)境下，其在功能上需實(shí)現教學(xué)目標、實(shí)施教學(xué)過(guò)程設計和信息媒體制作過(guò)程。參考文獻[3-8]均指出教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)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(xué)屬性：教學(xué)軟件以教學(xué)為主，需充分體現出現代化信息技術(shù)環(huán)境中教學(xué)內容、教學(xué)理念、教學(xué)設計以及教學(xué)策略等。教學(xué)屬性需要在以下三個(gè)方面得到體現。

2.1 教學(xué)策略與教學(xué)設計過(guò)程

教學(xué)軟件利用多媒體信息來(lái)表達教學(xué)內容，表現某一知識點(diǎn)信息，為達到某一層次的教學(xué)目標而設計、選擇各種媒體信息。首先，作為一種“學(xué)習環(huán)境”和“認知工具”，表面上體現為功能模塊的設計與開(kāi)發(fā)，實(shí)質(zhì)上蘊涵著(zhù)以符合使用者相應認知心理、思維習慣和學(xué)習需要的教學(xué)目標分析與設計、學(xué)習過(guò)程的設計、教學(xué)軟件內容的組織等[3]；其次，教學(xué)軟件中所涉及到的多媒體信息的選擇與組織、系統結構、教學(xué)案例程序、學(xué)習導航、問(wèn)題設置、診斷評價(jià)等方式需要反映出一定的教學(xué)策略和教學(xué)過(guò)程；最后，教學(xué)軟件所蘊含的教學(xué)理念往往以細微的細節體現，比如軟件界面的布局、主題目錄的陳列方式、各瀏覽頁(yè)面間的位置關(guān)系等都可能對教學(xué)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(xué)習者在學(xué)習過(guò)程中，為主動(dòng)完成當前知識的意義建構，而與學(xué)習環(huán)境之間發(fā)生的相互交流與相互作用[4]。對于大多數學(xué)生自學(xué)輔助類(lèi)教學(xué)軟件，學(xué)生通過(guò)交互界面進(jìn)行人機交互作用，使教學(xué)軟件交互界面成為學(xué)生和計算機進(jìn)行信息交換的“走廊”。尤其在多媒體教學(xué)軟件系統中，人機交互界面的形式包括有多種類(lèi)別的圖標、菜單、按鈕、窗口、快捷鍵等，交互風(fēng)格可以體現為文本命令輸入、下拉菜單選擇、直接點(diǎn)擊按扭等形式。實(shí)踐證明，用戶(hù)界面窗口風(fēng)格保持一致、菜單與鍵盤(pán)命令并存、信息顯示格式與數據輸入格式協(xié)調等一系列科學(xué)的人機交互設計原則更受到學(xué)生的青睞，提高了學(xué)習興趣。

2.3 學(xué)習反饋與評價(jià)

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

綜上所述，教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的特殊性體現在軟件系統自身功能屬性和教學(xué)屬性?xún)煞矫?。與普通商業(yè)性軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程不同，教學(xué)軟件需要由軟件設計師、程序編寫(xiě)員、教育心理專(zhuān)家、學(xué)科教師、美工編輯人員等共同參與完成開(kāi)發(fā)過(guò)程。教學(xué)軟件從用戶(hù)需求層面上體現為采用了軟件工程思想的功能模塊化設計與開(kāi)發(fā)流程，但是從使用領(lǐng)域層面上卻蘊含著(zhù)符合學(xué)生認知過(guò)程的教學(xué)策略、教學(xué)目標分析與設計、教學(xué)內容組織等[5]。由于同時(shí)包含兩方面因素，開(kāi)發(fā)之初難以描述其完整的需求分析，開(kāi)發(fā)控制難度較大。

3 教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型探討

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

3.1 教學(xué)軟件原型開(kāi)發(fā)模型

該模型由廣東技術(shù)師范學(xué)院谷震離教授在其參考文獻[6]中提出，如圖1所示。主要依據教學(xué)軟件在設計與實(shí)現過(guò)程中需要傳遞出的圖形、文本、音頻、視頻、動(dòng)畫(huà)等各種多媒體元素信息，并在教學(xué)設計過(guò)程中對各種多媒體元素信息進(jìn)行細化。整個(gè)模型主要包含教學(xué)設計與系統設計、腳本編寫(xiě)、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(jià)共6個(gè)關(guān)鍵步驟，強調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(jìn)行并行處理。原型開(kāi)發(fā)模型顯著(zhù)的特點(diǎn)還在于多媒體評價(jià)人員(包括學(xué)習者、教育學(xué)專(zhuān)家、心理學(xué)專(zhuān)家等)可以共同參與各種多媒體元素的非線(xiàn)性開(kāi)發(fā)過(guò)程，較好地解決了教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的教學(xué)屬性的復雜性問(wèn)題。

教學(xué)軟件原型開(kāi)發(fā)模型為開(kāi)發(fā)符合教學(xué)規律、反映教學(xué)策略的多媒體教學(xué)軟件提供方法與技術(shù)上的支持[6]，依據教學(xué)目標首先迅速開(kāi)發(fā)出軟件的最初版本，通過(guò)多媒體評價(jià)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(guò)程，最終形成符合用戶(hù)要求的教學(xué)軟件產(chǎn)品。

3.2 教學(xué)軟件螺旋開(kāi)發(fā)模型

基于教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程同時(shí)包含了軟件工程和教學(xué)設計因素，體現出一定的系統方法思想。劉新陽(yáng)等人基于傳統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(lái)指導教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)流程，如圖2所示。

該模型分別從軟件工程視角和教學(xué)設計視角把分析、設計、實(shí)現和評價(jià)四項基本任務(wù)作為三重螺旋的階段性重點(diǎn)，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，分別體現出教學(xué)軟件中有關(guān)教學(xué)目標和策略的設計、軟件系統功能設計以及使用反饋評價(jià)三方面內容。第一重螺旋以教學(xué)專(zhuān)家和程序設計人員為主，從宏觀(guān)的教學(xué)目標及整體教學(xué)設計的角度上構建最初的分析原型；程序員、美工編輯人員主要參與第二重螺旋開(kāi)發(fā)流程，旨在從軟件詳細設計與實(shí)現方面(如模塊接口編碼、編輯與制作各類(lèi)多媒體元素等)開(kāi)發(fā)出測試原型，可以作為教學(xué)試用產(chǎn)品。在第二重螺旋的基礎上，通過(guò)教師及學(xué)生的反復使用與評價(jià)，開(kāi)發(fā)人員依據反饋結果找出軟件產(chǎn)品所存在的問(wèn)題并加以不斷改進(jìn)與完善；第三重螺旋實(shí)現了對軟件細節上的進(jìn)一步優(yōu)化過(guò)程，形成最終教學(xué)軟件成品。

三重螺旋模型保證開(kāi)發(fā)出的教學(xué)軟件能夠完美體現出教學(xué)設計思想[7]，充分發(fā)揮了參與開(kāi)發(fā)過(guò)程中的各類(lèi)學(xué)科專(zhuān)家、教育專(zhuān)家、程序設計人員等各類(lèi)專(zhuān)業(yè)人員特長(cháng)，也重視教學(xué)軟件的評價(jià)過(guò)程。

3.3 教學(xué)軟件原型與螺旋相結合開(kāi)發(fā)模型

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

計劃、設計與開(kāi)發(fā)成為該模型開(kāi)發(fā)過(guò)程的三個(gè)階段，標準、評價(jià)與管理始終作為與三個(gè)階段相互作用的三大要素，成為指導教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)的準則。

教學(xué)軟件原型與螺旋相結合開(kāi)發(fā)模型在整體上反映的是螺旋模型開(kāi)發(fā)的一個(gè)周期，模型中的計劃與設計階段均采用原型開(kāi)發(fā)方法，通過(guò)反復修改予以實(shí)現。計劃階段從明確開(kāi)發(fā)項目整體范圍、標準、項目限制條件、學(xué)習者特點(diǎn)分析的大范圍框架上，主要以“頭腦風(fēng)暴，集思廣益”形式探討教學(xué)軟件風(fēng)格、結構、界面等因素，進(jìn)行反復修改原型；設計階段側重對教學(xué)內容、教學(xué)目標與方法、教學(xué)交互等教學(xué)設計方面屬性形成一套完整描述；開(kāi)發(fā)階段運用相應的軟件實(shí)現工具，從技術(shù)手段上對教學(xué)軟件所涉及到的各種多媒體素材的創(chuàng )作、編輯、程序編寫(xiě)等活動(dòng)過(guò)程按照并行的方式完成，實(shí)現軟件功能需求。標準、評價(jià)與管理三要素同時(shí)貫穿于上面三個(gè)階段，從開(kāi)發(fā)人員與用戶(hù)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(jià)而形成符合要求的最終軟件產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)過(guò)程中完善的項目管理過(guò)程三個(gè)方面保證了開(kāi)發(fā)質(zhì)量。該模型適合教學(xué)類(lèi)軟件的開(kāi)發(fā)，具備普遍性。

4 教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)趨勢——探究式教學(xué)設計過(guò)程的體現

從以上開(kāi)發(fā)模型可以得出，教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程遵循系統方法的思想，要求用戶(hù)在使用過(guò)程中對軟件產(chǎn)品自身功能實(shí)現與教學(xué)設計兩個(gè)層面對產(chǎn)品原型的不斷評價(jià)與反饋。作為一種認知性的學(xué)習工具，教學(xué)軟件作用效果不能純粹用軟件功能是否能夠實(shí)現來(lái)衡量，教學(xué)設計過(guò)程是否科學(xué)合理是無(wú)法在功能實(shí)現上直接反映出來(lái)的。對于輔助教學(xué)過(guò)程、優(yōu)化教學(xué)結構的一種教學(xué)軟件系統，教學(xué)設計是用來(lái)保證軟件的教學(xué)性好壞的重要指標，通過(guò)學(xué)習者積極的探究與體驗才能更好地體現教學(xué)軟件的教學(xué)功能。作者認為未來(lái)教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)趨勢需要在軟件教學(xué)設計層面上體現出探究式教學(xué)設計思想，對于培養學(xué)生學(xué)習思維能力、提高學(xué)習效率有很大的好處。

探究式學(xué)習是情境學(xué)習的一種類(lèi)型，在教師引導下提出學(xué)習任務(wù)，學(xué)生在明確學(xué)習任務(wù)和目標的情況下，自主探究解決問(wèn)題的過(guò)程[9]。其指導思想旨在以學(xué)生為主體，在教師的指導下自己通過(guò)閱讀、觀(guān)察、實(shí)驗、思考、討論等途徑獨立或團隊形式進(jìn)行探究，自覺(jué)主動(dòng)地探索，掌握教學(xué)內容，找出規律，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)教育機構所開(kāi)發(fā)的包含設計、管理與傳遞在線(xiàn)協(xié)作學(xué)習活動(dòng)功能為一體的學(xué)習活動(dòng)管理系統(簡(jiǎn)稱(chēng)LAMS)具備了學(xué)生探究式學(xué)習特點(diǎn)。教師事先根據教學(xué)設計的內容，在基于網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，通過(guò)該系統提前設計好學(xué)習活動(dòng)的序列。引導學(xué)生在課內或課外的學(xué)習環(huán)境里，通過(guò)學(xué)習活動(dòng)的實(shí)施，掌握相關(guān)知識和技能的功能。在教學(xué)設計層面上，該系統所具備最顯著(zhù)的特點(diǎn)是教師進(jìn)行探究式教學(xué)設計。學(xué)生通過(guò)LAMS在線(xiàn)學(xué)習，改變了以往的單向純接受式學(xué)習方式，而采取主動(dòng)思考、探索與發(fā)現的學(xué)習方式，達到對所學(xué)知識內容的分析、篩選和二次加工能力要求。華中師范大學(xué)信息技術(shù)系趙呈領(lǐng)等人在對傳統的探究式教學(xué)設計研究的基礎上，針對LAMS進(jìn)一步提出了“拋出任務(wù)與展示目標、嘗試任務(wù)與自主探究、交流任務(wù)與合作探究、完成任務(wù)與評價(jià)總結”[12]四個(gè)階段的探究式教學(xué)設計的主要過(guò)程。該過(guò)程通過(guò)教師課前把精心設計的教學(xué)內容巧妙隱藏在學(xué)習目標中，學(xué)生根據系統和教師提供的共享學(xué)習資源，采取自主或合作的方式通過(guò)觀(guān)察、閱讀、思考、交流等學(xué)習活動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習，遇到問(wèn)題自主尋求解決辦法。教師使用LAMS的實(shí)時(shí)交互功能，跟蹤并監督學(xué)生的學(xué)習全過(guò)程，同時(shí)依據學(xué)生所完成的學(xué)習任務(wù)結果，及時(shí)做出評價(jià)總結(包含過(guò)程性和總結性總結)。

教學(xué)軟件的教學(xué)設計層面中融入探究式教學(xué)設計過(guò)程，將增強學(xué)生的主體地位，使其自主學(xué)習能力得到極大提高，同時(shí)也提高對教師的教學(xué)設計要求。作為探究式教學(xué)活動(dòng)的設計者和活動(dòng)過(guò)程的引導者與組織者，教師可以更好地把握教學(xué)全過(guò)程，掌握學(xué)生學(xué)習動(dòng)向，通過(guò)及時(shí)反饋學(xué)生學(xué)習狀況調整教學(xué)過(guò)程，增加學(xué)生學(xué)習興趣。在探究式教學(xué)設計過(guò)程中，教師如何根據實(shí)際教學(xué)內容和學(xué)生特點(diǎn)，組織不同程度的探究活動(dòng)；探究式教學(xué)設計過(guò)程如何有效結合其他教學(xué)設計方式，在軟件功能層面上實(shí)現等問(wèn)題將成為未來(lái)教學(xué)軟件教學(xué)設計過(guò)程中所要考慮的重要因素，也是未來(lái)教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)趨勢。如何更好地開(kāi)發(fā)教學(xué)軟件并服務(wù)于教學(xué)過(guò)程，還需要在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步思考與探索。

教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程有機融合了軟件工程與教學(xué)設計過(guò)程，分別從教學(xué)與軟件的視角來(lái)探討并處理教學(xué)過(guò)程和軟件產(chǎn)品之間的關(guān)系，開(kāi)發(fā)出符合教學(xué)規律、反映教學(xué)策略的教學(xué)軟件，需要努力尋找教學(xué)內容與教學(xué)對象之間最佳的結合點(diǎn)，尋求符合學(xué)生思維方式及認知結構與規律，并且為其提供相應方法、技術(shù)上的支持。教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的探討對于分析教學(xué)軟件產(chǎn)業(yè)具有重要的現實(shí)意義，同時(shí)對于提高當前教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)質(zhì)量、價(jià)值評測以及未來(lái)教學(xué)軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展亦具有建設性指導意義。