微型电子计算机在中学地理教学中的运用
摘 要：由于众所周知的原因，目前中学地理教学的状况令人担忧，如何摆脱现状是摆在广大地理教育工作者面前的一个新的课题。本文论述了计算机辅助地理教学的必要性和可能性，并给出了几个实际应用的例子，希望通过对这一新的教学手段的探讨，为中学地理教学摆脱目前的危机找到一条合适的路子。关键词：中学地理教学 CAI 序 言 在高考取消地理科目后，地理教学在全国各地中学中的地位一落千丈，虽然现在地理重新成为了高考科目，但情况仍不容乐观，很多学校每周只安排1课时。作为一门基础课，中学生很有必要把它学好。因为对中学生进行地理教育可以给他们提供日常生活和以后工作所需的地理基础知识和基本技能；使他们受到多方面的思想政治教育；还能全面开发中学生的智力，发展其能力。所以地理在中学教学中的地位十分重要。为了吸引中学生学习的兴趣，提高教学效果，采用丰富的教学手段就显得非常必要；再者传统的以教师、课堂为中心的教育方式也正逐步演变为以学生、实践为为中心的教育方式，教师的职责正由传播知识为主转变为培养学生掌握信息处理工具的技能和分析问题、解决问题的能力为主。这也需要有新的教学手段。把计算机引上中学讲台就可以较好地满足上述要求。 一、 计算机及CAI的发展 电子计算机是本世纪四十年代发明的一种用于科学计算的工具。随着现代科学技术的飞速发展，其性能和用途也在以一日千里的速度增长着。运算能力已由最初的“ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)”5000次加法/秒发展到现在的巨型并行机的10000亿次/秒；用途由最初的计算炮弹弹道发展到当今世界的无孔不入，可以说发生了翻天覆地的变化。其重要特点是：1、处理速度快，2、记忆能力强，3、有逻辑判断能力。现在电子计算机发展的主要方向是巨型化、微型化、网络化。其中应用最广泛的就是微型计算机。 早期的计算机受技术水平的限制，运行速度慢，存储空间小，只能处理一些单媒体信息——即文本信息。随着科技的发展，计算机速度加快，各种大容量存储设备和压缩解压缩技术相继出现，使得计算机处理各种声音、图像成为可能。这就是多媒体技术的产生。 每一种媒体都有其适应性和局限性，且往往一种媒体的局限性又可由其它媒体的适应性所弥补，所以多媒体的组合可以使各种媒体扬长避短，相互补充，充分调动大脑的各个功能中枢，使其始终处于兴奋状态，并协调统一，相辅相成，促进大脑对信息的理解和记忆。多媒体的功能比各个媒体的功能之和更强，效果更好。而计算机辅助教学（CAI Computer Assisted Instruction)正是利用计算机特别是多媒体计算机帮助教师进行教学或用计算机部分代替教师进行教学，是计算机科学、教育学、心理学等多学科交叉形成的一门新兴学科。它具有交互性、多样性、个别性、灵活性、大容量的特点，能教给学生更适合信息时代的新思维和解决问题的新方法,培养他们的现代意识,是一种现代化的教学方式。CAI的产生有其一定的基础。首先，它的物资基础是计算机性能的不断提高和价格的持续下降，使得学生使用高性能微机成为可能；其次，CAI的社会基础是知识的爆炸，知识的重要性越来越明显，对教育的要求也越来越高；第三，它还有相应的理论基础，早在六七十年代就有一些心理学家进行机器教学和程序教学的实验，得出了一些结论。这些都促使了CAI的产生。 CAI主要有两种形式：一是用计算机辅助教师进行教学，一是用计算机部分代替教师进行教学。当用计算机辅助教师进行教学时，计算机代替的是教材、参考资料、地图、黑板等教学工具，起到的是一种教学设备的作用。这种方式能减轻教师机械、重复、繁琐的劳动，使其有更多精力进行课程体系、教学内容及教学方法的改革，进行科研和自身深造。当用计算机代替教师时，实际上就是用计算机模拟教学过程，如上图所示。此时，计算机代替教师的大部分工作，学生跟着计算机上新课、做练习、做实验（用计算机模拟）。如果是一人一台计算机的话，那么这种教学方式将具有最大可能的针对性和交互性，相当于一个老师教一个学生，能较好地适应学生的个别差异，确实做到因材施教和寓教于乐、寓乐于教。并且计算机能长时间工作不会“疲劳”，学识之“渊博”可以超过任何一位老师。不仅如此，计算机辅助教学还便于学生突破教学中的难点，培养他们的形象思维能力；使学生容易进入和保持学习的积极状态，充分发挥他们的主动性和创造性；在有限的时间内扩大了教学的深度和广度，大大提高了教学效率。所以说这是目前最先进的教学方式之一。 二、 地理CAI 地理学是一门综合性的科学，其研究对象是地球表层。地球表层具有“开放、复杂、巨系统”三个特征，所以中学地理教学的内容也十分广泛，比较适合使用计算机辅助教学。因为：⒈ 地理教学的内容有很多客观事物，仅靠老师口头解释不一定能准确表达出来，若能亲眼看一看则了解得又快又准确。有些内容用现有的材料和教具反映得不直观，如地形图用颜色和等高线表示高差就不太形象，若用计算机画出三维图形，则看起来一目了然。⒉ 有些内容较枯燥，不易引起学生的兴趣，比如各种数字。如果能用直观的图表表示效果会好得多。⒊ 未来社会知识更新的速度和新学科发展、交叉、渗透将超过以往任何时候，地理教学传授的信息量越来越大，所以中学生必须在更短的时间内学到更多的东西。这些都要求教师能提供更有效的教学方法和教学手段。⒋ 再者中学生的好奇心比较强，活泼好动，容易接受新鲜事物，用计算机进行教学可以吸引学生的注意力。计算机辅助地理教学（地理CAI）可以提高教学效率，满足大信息量的要求。它标志着教育领域中一场深刻变化的开始。CAI将成为信息社会的主要教育形式。 三、 具体应用实例 下面我们举一些具体的例子来说明计算机在中学地理教学中的应用。 （一） 播放教学材料 现在很多有远见的出版部门推出了CAI软件，如人民教育出版社的《鹏博士》系列、北京科利华公司的《CSC家庭教师》系列、大连雅奇公司的《雅奇家教》等，这些教学软件的内容不外乎三个方面：1、重点难点的讲解，2、课外阅读材料，3、练习题及相关内容的游戏。因为这些软件的作者（技术人员除外）都是在地理教学方面有着深厚造诣的教研员或特级、高级教师，所以他们对重点难点的讲解深入浅出、通俗易懂；课外阅读材料的选择具有很强的针对性；练习题设计得有难有易，适合不同水平的学生。既可以对成绩差的学生进行“耐心”的指导，又不会使学习好的学生“吃不饱”。现在的软件一般保存在只读光盘（CD-ROM）上，只读光盘是新兴的计算机外部存储设备。其特点主要有：1.存储量大 2.使用寿命长 3.价格便宜 4.使用方便，所以CD-ROM堪称目前软件的最佳载体，远非纸质印刷材料、录音带、录像带、软磁盘可比。利用计算机，我们就能很方便地使用CD-ROM上存储的材料了。不过目前市场上的教育软件绝大多数是面向家庭的，有的软件可以代替教材的一部分，有的只适合作参考材料给学生观看，所以任课教师在选择时要慎重。 在地理教学中地图的运用十分广泛，种类也非常多。常见的如地形图、政区图、交通图、气候类型图、矿产资源图等等。可是这些纸质地图使用起来很不方便，如有时一堂课老师要带许多挂图，并且这些挂图使用时需要的钉子或夹子都要事先准备好，不可疏忽；纸质地图怕日晒、雨淋、虫蛀、折叠……寿命也较短。另外除了注记符号和由此推断出来的一部分信息，我们得不到更多有关该地理事物的详细信息。这些缺点都限制了纸质地图的使用。在新的条件下，我们完全可以用电子地图取代它。具体地说，就是教师利用电子计算机操作一种电子地图软件，此软件在大屏幕显示器或投影屏幕上显示地图。这种地图可以在计算机的控制之下，随意变化比例尺和增减注记符号，动态地变化地图的范围，使其由一种类型的地图迅速变为另一种类型的地图，由一个地区的地图变为另一个地区的地图。另外我们还可以将其中的部分注记符号设为“热字”，当激活这些“热字”后，就可以在地图边缘弹出一窗口告诉我们有关此注记的详细文字信息、景观图甚至是视频动画，阅览后还可关闭此窗口。窗口中的信息也可再次设置“热字”。这样进行跳转连接，使学生能触类旁通，举一反三，学到更多的东西。现在国内已出版的电子地图有中国地图出版社的《中华人民共和国地图集》、《香港特别行政区地图集》和上海金仕达公司出版的《三维地图册》等，学校可以酌情购买备用。 （二） 制作教学材料 计算机不同于其它电教设备的一个重要特点就是它不仅可以传播现成的材料，还可以开发新的材料。现在市面上教学软件还很少，并且教学是一种创造性、灵活性较大的行为，一个老师有一种教学风格，一个学生有一种学习习惯。所以买来的软件很可能满足不了需要；另外，也许有一些不太引人注目的问题而所用的软件没有涉及到，对此有能力的老师完全可以自己用计算机开发一些需要的软件来弥补所用软件的不足。 现在的动画片几乎都是用电脑制作的，在地理教学中若能采用动画模拟演示一些不易理解或很少见到的现象，往往能收到较好的效果。例如，火山爆发较少见到，即使在电视上看到也只是一些现象，不可能看到其内部的变化。而采用电脑完全可以模拟出这一现象的外部表现和内部机制，并用生动的图象和丰富的声音表现出来，使学生既能看到火山爆发的现象，又能理解其本质，学生的兴趣也很容易被吸引到这上面来。 当老师向学生讲解一些数据的变化时，由于数据都是些枯燥的东西，学生对此不太感兴趣，认识不到这些数据间的差距是多么大，或变化的速度是多么快。采用电脑制作动态变化的直方图、曲线图、表格等，就会让学生学习得既轻松愉快，又印象深刻。比如说，我们在说明世界数千年来的人口增长时，可以以50或100年为单位增长，每增长一亿人发出一短促的声音，在增长下一个一亿时发出一音调稍高的声音。这样当曲线图上的时间进入二十世纪时，就会发出一连串急促的音调由低到高的声音，可以使学生更清楚地了解近几十年来人口增长是多么迅速，印象也会比老师的口头讲解深刻得多。 （三） 联网教学 前一部分讲的都是计算机单机教学的实例，若能把这些单机联网使用效果将会更好。因为教师使用单机多是给学生演示看的，学生仍是被动地接受信息。如果让学生一人一机操作，则变为学生主动寻找知识。另外传统的课本、有限的参考书、教师千篇一律的讲述完全扼杀了学生个性思维的发挥，而网络教育是自我教育，既有不同的教学方法利于学生自学，也便于检测教学成果，更有利于教师根据每个学生的实际灵活机动地安排教学方法、进度及目标。联网使用还要求学生具有一定的计算机知识，这样就促进了电脑的普及，培养了学生的动手能力，其优点是显而易见的。 随着计算机技术的发展和计算机的普及，计算机辅助地理教学也由单机电脑教室、局域网电脑教室发展到多媒体网络视听教室。下面我们就以介绍一下常见的多媒体网络电脑教室的功能特点： ⒈屏幕及语音广播 教师可将自己屏幕上的画面或声卡的声音广播给个人、群组、或全体学生。 ⒉电子举手 学生遇到问题，可利用此功能提示老师。 ⒊屏幕及语音转播 教师可转播任何一位学生屏幕的画面及语音给其他人，转播对象可设定为单人、群组或全体学生。⒋监看监听 教师可监看监听任何学生的屏幕画面及声音。⒌远端遥控 教师利用自己的键盘对学生进行遥控，包括键盘的使用及锁定，重新开机等。⒍群组管理 教师可将学生按需要进行编组，以方便教学。⒎电子白板 提供可调大小的屏幕电子白板，教师能以鼠标当笔，在屏幕上对各种应用软件作教学指示或注释。⒏硬件共享 对有一些设备如打印机、光盘驱动器等可以整个网络共用一台，能大大节省资金。 由此可见，多媒体网络教室比用单机教学功能强大得多，不仅能代替普通教室，甚至还可以代替语音室和电化教室，是老师教学和学生学习的理想场所。 （四） Internet的应用 计算机不仅能联成如上述的局域网，通过通信线路（电话线、ISDN综合业务数字网或DDN数据专线）还可联入国际互联网（Internet)。Internet是全球最大的计算机网络，现已通达全世界绝大多数的国家，联入其中的电脑数以千万计，是一个巨大的资源宝库。美国现任总统克林顿就说：“让我们努力实现如下目标：８岁以上儿童人人必须能读会写，12岁以上的青少年人人必须会上互联网络……”由此可见中学生会使用Internet是多么重要。电脑与Internet的连接十分方便：一台电脑加一台调制解调器（MODEM），再有一条通信线路即可。联上Internet 对我们有哪些好处呢？ （一） 资源共享，数据查询 Internet是一个信息的海洋，无数的企业、大学、研究院、图书馆联入其中，在那里你能查到几乎所有你想了解的信息。这里的信息不仅多，而且新。例如：上次日全食还未结束，Internet上一些著名的天文台的网址就出现了许多这次日食的照片。更有甚者，有的天文台干脆在网上实时传送照片，搞网上的现场直播，如此种种，屡见不鲜。现在我们可以轻松地到台湾大学地理系查阅台湾上个月的降水量；去美国航空航天中心观看月球岩石标本；或者到南极大陆科学考察站参观访问而无须车马劳顿，为我们节省了大量的时间、金钱和精力。 （二） 远程教学 现在我国一些重点中学已在网上开设远程教学服务，如北京景山学校、北京五中、北京一零一中学等。这些学校都有很强的师资力量和较好的经济条件，所购买和自己开发的教学软件也比其它学校数量多、质量好。他们可以提供同步教学、疑难解答、教师教案、中高考复习、学习方法、学生论坛、教育文摘等丰富的内容。能通过上网参加这些学校的远程教学不失为一种好的选择。一所学校亦可针对本校教学的弱项，使用他们的一部分服务项目，达到取对方之长，补自己之短的目的。学生在家接受此类服务则可使学有余力的学生能百尺竿头，更进一步；学习稍差的得到名师辅导，尽快把成绩提高上来。 （三） 通讯和经验交流 联网通讯可以采用多种方式：1、电子邮件（E-mail) 即在网上设立电子邮箱。不管这个电子邮箱在地球上的哪一台联网的机器上，而且不管收件者身在何处，只要他能联上网就可读取邮件。2、网上电话/可视电话 这需要使用者的电脑上有相应的音频/视频 设备。电话/可视电话 能传递更多的信息，并能进行实时交流，使用起来更加方便。 通讯在教学中的应用主要是交流经验、传递资料以及工作上的联系。如我们可以开一个网上的教学经验交流会，既免除了一般开会所需的场地问题，又省去了与会人员旅途的颠簸之苦，还节省了大量资金，确实是一举多得的好办法。 结 束 语 现阶段计算机在中学教学中所起的作用常见的就这几种形式。随着新技术的不断出现还会有更好更方便的教学方式出现。如现已进入实用阶段的触摸屏技术。使用者不需使用键盘、鼠标，只要在荧光屏上根据提示指指点点就可获取信息。再如虚拟现实技术（VR Virtual Reality)。它可以让使用者通过三维立体显示器、六自由度（前后、上下、左右、俯仰、偏向、旋转）的输入交互设备和立体声耳机置身于计算机模拟出来的三维空间。在这个虚拟空间中，使用者不仅有逼真的三维视感、听感，甚至还有触感和嗅感，宛如真实地处在这样一个现实环境中。利用这种手段，当我们学习某地自然地理时，就再也不用老师煞费苦心地讲解，只需披挂好“装备”，便可直达目的地，悠哉优哉地参观旅行了。学习简直变成了享受。 就目前条件来说，计算机辅助地理教学并非包治百病的良药，作为现阶段常见教学方式的重要补充，它依然有其局限性。例如，它需要学校有相应的软硬件设备；对老师和学生的要求也比较高（特别是对老师）；一些传统教具、教法也具有不可替代性（如做实验，虽然计算机能模拟，但学生无法感受到具体、真实的操作技巧）。不过瑕不掩瑜，并且随着科技水平和人们认识水平的不断提高，一部分问题将得到解决。所以用计算机辅助教学，必将成为不远的将来中学地理教学的主要方式。 参 考 资 料 ⒈《中学地理教学参考》1996年第9期 1997年7～12期⒉ 陆群 敬革 玉梅 《网络中国》 北京 兵器工业出版社 1996年 216～232⒊ 吴乐南《多媒体及其相关技术的原理与应用》南京 东南大学出版社 1996年 271～281 428～446⒋ 林筑英《计算机应用基础》 重庆 重庆大学出版社 1996年 167～210 注；此为作者1998年毕业论文下一篇：地理教学中的素质教育
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