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教学软件开发模型设计方案分析
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2017-10-24
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教学软件开发结合了软件工程领域与教学设计领域，遵循采用工程化的开发过程、思想、方法及工具。作为一种为教学过程提供服务的工程化计算机软件类产品，教学软件在功能实现上离不开相应的教学策略与教学设计过程，从而适应新型教学体制和信息化的教学模式。探讨运用软件工程的技术和方法，开发并维护教学软件已经成为未来软件开发的一个热点研究方向。
1 教学软件的定义
教学软件可以定义为教师通过课前事先设计（制作）完毕，在基于多媒体或网络课堂环境下，以自动或手动播放的方式为实现一定的教学目标、教学策略和教学过程设计，充分利用符号、文字、声音、图形图像等多种信息媒体描述的电子教学材料，也称为多媒体教学软件。从技术实现层面看，教学软件是达到以交互式综合处理图、文、声、像等信息媒体，图文并茂展现教学内容的一类计算机软件程序；从反映内容层面看，教学软件体现出相应教学策略，依据教师教学理论和学生学习认知心理，针对教学目标及教学对象特点，合理选取与设计教学信息媒体并进行有机组合，从而形成并优化教学结构的一种教学系统。近年来，如参考文献［1-2］等把必须在相应软件环境下运行，由某种格式的计算机可执行文件（如PowerPoint环境下运行的.ppt文件）制作出来的多媒体课件也称为教学软件。
2 教学软件特点分析
作为具有特定教学内容和教学策略的计算机教学程序，教学软件开发离不开工程化开发思想。基于现代化信息教学技术的环境下，其在功能上需实现教学目标、实施教学过程设计和信息媒体制作过程。参考文献［3-8］均指出教学软件开发过程中所具有的双重属性：（1）软件自身功能属性：包括软件的可靠性、可维护性、可移植性等各种质量属性；（2）教学属性：教学软件以教学为主，需充分体现出现代化信息技术环境中教学内容、教学理念、教学设计以及教学策略等。教学属性需要在以下三个方面得到体现。
2.1 教学策略与教学设计过程
教学软件利用多媒体信息来表达教学内容，表现某一知识点信息，为达到某一层次的教学目标而设计、选择各种媒体信息。首先，作为一种“学习环境”和“认知工具”，表面上体现为功能模块的设计与开发，实质上蕴涵着以符合使用者相应认知心理、思维习惯和学习需要的教学目标分析与设计、学习过程的设计、教学软件内容的组织等［3］；其次，教学软件中所涉及到的多媒体信息的选择与组织、系统结构、教学案例程序、学习导航、问题设置、诊断评价等方式需要反映出一定的教学策略和教学过程；最后，教学软件所蕴含的教学理念往往以细微的细节体现，比如软件界面的布局、主题目录的陈列方式、各浏览页面间的位置关系等都可能对教学效果产生影响。
2.2 人机交互界面因素
从教育的角度，交互是指学习者在学习过程中，为主动完成当前知识的意义建构，而与学习环境之间发生的相互交流与相互作用［4］。对于大多数学生自学辅助类教学软件，学生通过交互界面进行人机交互作用，使教学软件交互界面成为学生和计算机进行信息交换的“走廊”。尤其在多媒体教学软件系统中，人机交互界面的形式包括有多种类别的图标、菜单、按钮、窗口、快捷键等，交互风格可以体现为文本命令输入、下拉菜单选择、直接点击按扭等形式。实践证明，用户界面窗口风格保持一致、菜单与键盘命令并存、信息显示格式与数据输入格式协调等一系列科学的人机交互设计原则更受到学生的青睐，提高了学习兴趣。
2.3 学习反馈与评价
教学软件中需要设置一些问题或习题作为形成性练习，提问学生并及时要求学生做出反应，通过问题的提出与回答，强化了学生的思考或操作能力，同时教师可以真实了解学生的学习情况。通过对教学软件作出相应的评价，使学生知识得到巩固。对于学生的学习反映，教学软件也要做出相应反馈，达到及时指出错误、肯定正确、给出评价信息等功能，使学生加深理解，巩固学习能力。
综上所述，教学软件开发过程的特殊性体现在软件系统自身功能属性和教学属性两方面。与普通商业性软件开发过程不同，教学软件需要由软件设计师、程序编写员、教育心理专家、学科教师、美工编辑人员等共同参与完成开发过程。教学软件从用户需求层面上体现为采用了软件工程思想的功能模块化设计与开发流程，但是从使用领域层面上却蕴含着符合学生认知过程的教学策略、教学目标分析与设计、教学内容组织等［5］。由于同时包含两方面因素，开发之初难以描述其完整的需求分析，开发控制难度较大。
3 教学软件开发过程模型探讨
与商业性软件一样，教学软件遵循从产品开始到被淘汰的软件生存周期，需要借助软件开发模型直观表达。教学软件的应用离不开学科教师与学生。一方面学科教师应具备较好地把握教学策略与方法的能力，需要参与开发过程中；另一方面针对教学软件使用的评价及反馈方面又离不开学生，软件本身需要在反馈中不断得到完善。近些年，国内已有学者对教学软件特点进行深入研究，一致提出教学软件的开发历经反复化过程，适合采用原型或螺旋模型开发。
3.1 教学软件原型开发模型
该模型由广东技术师范学院谷震离教授在其参考文献［6］中提出，如图1所示。主要依据教学软件在设计与实现过程中需要传递出的图形、文本、音频、视频、动画等各种多媒体元素信息，并在教学设计过程中对各种多媒体元素信息进行细化。整个模型主要包含教学设计与系统设计、脚本编写、创意设计、多媒体元素的制作与编辑、编辑合成与测试评价共6个关键步骤，强调在多媒体元素的制作与编辑步骤中可以对不同的媒体素材及程序设计部分（包括初步设计与详细设计）可以进行并行处理。原型开发模型显著的特点还在于多媒体评价人员（包括学习者、教育学专家、心理学专家等）可以共同参与各种多媒体元素的非线性开发过程，较好地解决了教学软件开发过程中的教学属性的复杂性问题。
教学软件原型开发模型为开发符合教学规律、反映教学策略的多媒体教学软件提供方法与技术上的支持［6］，依据教学目标首先迅速开发出软件的最初版本，通过多媒体评价人员的反复测试与反馈，不断修改和优化这一螺旋上升过程，最终形成符合用户要求的教学软件产品。
1 教学软件的定义
教学软件可以定义为教师通过课前事先设计（制作）完毕，在基于多媒体或网络课堂环境下，以自动或手动播放的方式为实现一定的教学目标、教学策略和教学过程设计，充分利用符号、文字、声音、图形图像等多种信息媒体描述的电子教学材料，也称为多媒体教学软件。从技术实现层面看，教学软件是达到以交互式综合处理图、文、声、像等信息媒体，图文并茂展现教学内容的一类计算机软件程序；从反映内容层面看，教学软件体现出相应教学策略，依据教师教学理论和学生学习认知心理，针对教学目标及教学对象特点，合理选取与设计教学信息媒体并进行有机组合，从而形成并优化教学结构的一种教学系统。近年来，如参考文献［1-2］等把必须在相应软件环境下运行，由某种格式的计算机可执行文件（如PowerPoint环境下运行的.ppt文件）制作出来的多媒体课件也称为教学软件。
2 教学软件特点分析
作为具有特定教学内容和教学策略的计算机教学程序，教学软件开发离不开工程化开发思想。基于现代化信息教学技术的环境下，其在功能上需实现教学目标、实施教学过程设计和信息媒体制作过程。参考文献［3-8］均指出教学软件开发过程中所具有的双重属性：（1）软件自身功能属性：包括软件的可靠性、可维护性、可移植性等各种质量属性；（2）教学属性：教学软件以教学为主，需充分体现出现代化信息技术环境中教学内容、教学理念、教学设计以及教学策略等。教学属性需要在以下三个方面得到体现。
2.1 教学策略与教学设计过程
教学软件利用多媒体信息来表达教学内容，表现某一知识点信息，为达到某一层次的教学目标而设计、选择各种媒体信息。首先，作为一种“学习环境”和“认知工具”，表面上体现为功能模块的设计与开发，实质上蕴涵着以符合使用者相应认知心理、思维习惯和学习需要的教学目标分析与设计、学习过程的设计、教学软件内容的组织等［3］；其次，教学软件中所涉及到的多媒体信息的选择与组织、系统结构、教学案例程序、学习导航、问题设置、诊断评价等方式需要反映出一定的教学策略和教学过程；最后，教学软件所蕴含的教学理念往往以细微的细节体现，比如软件界面的布局、主题目录的陈列方式、各浏览页面间的位置关系等都可能对教学效果产生影响。
2.2 人机交互界面因素
从教育的角度，交互是指学习者在学习过程中，为主动完成当前知识的意义建构，而与学习环境之间发生的相互交流与相互作用［4］。对于大多数学生自学辅助类教学软件，学生通过交互界面进行人机交互作用，使教学软件交互界面成为学生和计算机进行信息交换的“走廊”。尤其在多媒体教学软件系统中，人机交互界面的形式包括有多种类别的图标、菜单、按钮、窗口、快捷键等，交互风格可以体现为文本命令输入、下拉菜单选择、直接点击按扭等形式。实践证明，用户界面窗口风格保持一致、菜单与键盘命令并存、信息显示格式与数据输入格式协调等一系列科学的人机交互设计原则更受到学生的青睐，提高了学习兴趣。
2.3 学习反馈与评价
教学软件中需要设置一些问题或习题作为形成性练习，提问学生并及时要求学生做出反应，通过问题的提出与回答，强化了学生的思考或操作能力，同时教师可以真实了解学生的学习情况。通过对教学软件作出相应的评价，使学生知识得到巩固。对于学生的学习反映，教学软件也要做出相应反馈，达到及时指出错误、肯定正确、给出评价信息等功能，使学生加深理解，巩固学习能力。
综上所述，教学软件开发过程的特殊性体现在软件系统自身功能属性和教学属性两方面。与普通商业性软件开发过程不同，教学软件需要由软件设计师、程序编写员、教育心理专家、学科教师、美工编辑人员等共同参与完成开发过程。教学软件从用户需求层面上体现为采用了软件工程思想的功能模块化设计与开发流程，但是从使用领域层面上却蕴含着符合学生认知过程的教学策略、教学目标分析与设计、教学内容组织等［5］。由于同时包含两方面因素，开发之初难以描述其完整的需求分析，开发控制难度较大。
3 教学软件开发过程模型探讨
与商业性软件一样，教学软件遵循从产品开始到被淘汰的软件生存周期，需要借助软件开发模型直观表达。教学软件的应用离不开学科教师与学生。一方面学科教师应具备较好地把握教学策略与方法的能力，需要参与开发过程中；另一方面针对教学软件使用的评价及反馈方面又离不开学生，软件本身需要在反馈中不断得到完善。近些年，国内已有学者对教学软件特点进行深入研究，一致提出教学软件的开发历经反复化过程，适合采用原型或螺旋模型开发。
3.1 教学软件原型开发模型
该模型由广东技术师范学院谷震离教授在其参考文献［6］中提出，如图1所示。主要依据教学软件在设计与实现过程中需要传递出的图形、文本、音频、视频、动画等各种多媒体元素信息，并在教学设计过程中对各种多媒体元素信息进行细化。整个模型主要包含教学设计与系统设计、脚本编写、创意设计、多媒体元素的制作与编辑、编辑合成与测试评价共6个关键步骤，强调在多媒体元素的制作与编辑步骤中可以对不同的媒体素材及程序设计部分（包括初步设计与详细设计）可以进行并行处理。原型开发模型显著的特点还在于多媒体评价人员（包括学习者、教育学专家、心理学专家等）可以共同参与各种多媒体元素的非线性开发过程，较好地解决了教学软件开发过程中的教学属性的复杂性问题。
教学软件原型开发模型为开发符合教学规律、反映教学策略的多媒体教学软件提供方法与技术上的支持［6］，依据教学目标首先迅速开发出软件的最初版本，通过多媒体评价人员的反复测试与反馈，不断修改和优化这一螺旋上升过程，最终形成符合用户要求的教学软件产品。
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