教學軟件開發結合了軟件工程領域與教學設計領域，遵循采用工程化的開發過程、思想、方法及工具。作為一種為教學過程提供服務的工程化計算機軟件類產品，教學軟件在功能實現上離不開相應的教學策略與教學設計過程，從而適應新型教學體制和信息化的教學模式。探討運用軟件工程的技術和方法，開發并維護教學軟件已經成為未來軟件開發的一個熱點研究方向。

1 教學軟件的定義

教學軟件可以定義為教師通過課前事先設計(制作)完畢，在基于多媒體或網絡課堂環境下，以自動或手動播放的方式為實現一定的教學目標、教學策略和教學過程設計，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材料，也稱為多媒體教學軟件。從技術實現層面看，教學軟件是達到以交互式綜合處理圖、文、聲、像等信息媒體，圖文并茂展現教學內容的一類計算機軟件程序；從反映內容層面看，教學軟件體現出相應教學策略，依據教師教學理論和學生學習認知心理，針對教學目標及教學對象特點，合理選取與設計教學信息媒體并進行有機組合，從而形成并優化教學結構的一種教學系統。近年來，如參考文獻[1-2]等把必須在相應軟件環境下運行，由某種格式的計算機可執行文件(如PowerPoint環境下運行的.ppt文件)制作出來的多媒體課件也稱為教學軟件。

2 教學軟件特點分析

作為具有特定教學內容和教學策略的計算機教學程序，教學軟件開發離不開工程化開發思想。基于現代化信息教學技術的環境下，其在功能上需實現教學目標、實施教學過程設計和信息媒體制作過程。參考文獻[3-8]均指出教學軟件開發過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、可移植性等各種質量屬性；(2)教學屬性：教學軟件以教學為主，需充分體現出現代化信息技術環境中教學內容、教學理念、教學設計以及教學策略等。教學屬性需要在以下三個方面得到體現。

2.1 教學策略與教學設計過程

教學軟件利用多媒體信息來表達教學內容，表現某一知識點信息，為達到某一層次的教學目標而設計、選擇各種媒體信息。首先，作為一種“學習環境”和“認知工具”，表面上體現為功能模塊的設計與開發，實質上蘊涵著以符合使用者相應認知心理、思維習慣和學習需要的教學目標分析與設計、學習過程的設計、教學軟件內容的組織等[3]；其次，教學軟件中所涉及到的多媒體信息的選擇與組織、系統結構、教學案例程序、學習導航、問題設置、診斷評價等方式需要反映出一定的教學策略和教學過程；最后，教學軟件所蘊含的教學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、各瀏覽頁面間的位置關系等都可能對教學效果產生影響。

2.2 人機交互界面因素

從教育的角度，交互是指學習者在學習過程中，為主動完成當前知識的意義建構，而與學習環境之間發生的相互交流與相互作用[4]。對于大多數學生自學輔助類教學軟件，學生通過交互界面進行人機交互作用，使教學軟件交互界面成為學生和計算機進行信息交換的“走廊”。尤其在多媒體教學軟件系統中，人機交互界面的形式包括有多種類別的圖標、菜單、按鈕、窗口、快捷鍵等，交互風格可以體現為文本命令輸入、下拉菜單選擇、直接點擊按扭等形式。實踐證明，用戶界面窗口風格保持一致、菜單與鍵盤命令并存、信息顯示格式與數據輸入格式協調等一系列科學的人機交互設計原則更受到學生的青睞，提高了學習興趣。

2.3 學習反饋與評價

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

綜上所述，教學軟件開發過程的特殊性體現在軟件系統自身功能屬性和教學屬性兩方面。與普通商業性軟件開發過程不同，教學軟件需要由軟件設計師、程序編寫員、教育心理專家、學科教師、美工編輯人員等共同參與完成開發過程。教學軟件從用戶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發流程，但是從使用領域層面上卻蘊含著符合學生認知過程的教學策略、教學目標分析與設計、教學內容組織等[5]。由于同時包含兩方面因素，開發之初難以描述其完整的需求分析，開發控制難度較大。

3 教學軟件開發過程模型探討

與商業性軟件一樣，教學軟件遵循從產品開始到被淘汰的軟件生存周期，需要借助軟件開發模型直觀表達。教學軟件的應用離不開學科教師與學生。一方面學科教師應具備較好地把握教學策略與方法的能力，需要參與開發過程中；另一方面針對教學軟件使用的評價及反饋方面又離不開學生，軟件本身需要在反饋中不斷得到完善。近些年，國內已有學者對教學軟件特點進行深入研究，一致提出教學軟件的開發歷經反復化過程，適合采用原型或螺旋模型開發。

3.1 教學軟件原型開發模型

該模型由廣東技術師范學院谷震離教授在其參考文獻[6]中提出，如圖1所示。主要依據教學軟件在設計與實現過程中需要傳遞出的圖形、文本、音頻、視頻、動畫等各種多媒體元素信息，并在教學設計過程中對各種多媒體元素信息進行細化。整個模型主要包含教學設計與系統設計、腳本編寫、創意設計、多媒體元素的制作與編輯、編輯合成與測試評價共6個關鍵步驟，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)可以進行并行處理。原型開發模型顯著的特點還在于多媒體評價人員(包括學習者、教育學專家、心理學專家等)可以共同參與各種多媒體元素的非線性開發過程，較好地解決了教學軟件開發過程中的教學屬性的復雜性問題。

教學軟件原型開發模型為開發符合教學規律、反映教學策略的多媒體教學軟件提供方法與技術上的支持[6]，依據教學目標首先迅速開發出軟件的最初版本，通過多媒體評價人員的反復測試與反饋，不斷修改和優化這一螺旋上升過程，最終形成符合用戶要求的教學軟件產品。

3.2 教學軟件螺旋開發模型

基于教學軟件的開發過程同時包含了軟件工程和教學設計因素，體現出一定的系統方法思想。劉新陽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指導教學軟件開發流程，如圖2所示。

該模型分別從軟件工程視角和教學設計視角把分析、設計、實現和評價四項基本任務作為三重螺旋的階段性重點，歷經最初的分析原型階段再到測試原型階段，直到最終產品形成階段。每一階段要求具備特定目標，分別體現出教學軟件中有關教學目標和策略的設計、軟件系統功能設計以及使用反饋評價三方面內容。第一重螺旋以教學專家和程序設計人員為主，從宏觀的教學目標及整體教學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發流程，旨在從軟件詳細設計與實現方面(如模塊接口編碼、編輯與制作各類多媒體元素等)開發出測試原型，可以作為教學試用產品。在第二重螺旋的基礎上，通過教師及學生的反復使用與評價，開發人員依據反饋結果找出軟件產品所存在的問題并加以不斷改進與完善；第三重螺旋實現了對軟件細節上的進一步優化過程，形成最終教學軟件成品。

三重螺旋模型保證開發出的教學軟件能夠完美體現出教學設計思想[7]，充分發揮了參與開發過程中的各類學科專家、教育專家、程序設計人員等各類專業人員特長，也重視教學軟件的評價過程。

3.3 教學軟件原型與螺旋相結合開發模型

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

計劃、設計與開發成為該模型開發過程的三個階段，標準、評價與管理始終作為與三個階段相互作用的三大要素，成為指導教學軟件開發活動的準則。

教學軟件原型與螺旋相結合開發模型在整體上反映的是螺旋模型開發的一個周期，模型中的計劃與設計階段均采用原型開發方法，通過反復修改予以實現。計劃階段從明確開發項目整體范圍、標準、項目限制條件、學習者特點分析的大范圍框架上，主要以“頭腦風暴，集思廣益”形式探討教學軟件風格、結構、界面等因素，進行反復修改原型；設計階段側重對教學內容、教學目標與方法、教學交互等教學設計方面屬性形成一套完整描述；開發階段運用相應的軟件實現工具，從技術手段上對教學軟件所涉及到的各種多媒體素材的創作、編輯、程序編寫等活動過程按照并行的方式完成，實現軟件功能需求。標準、評價與管理三要素同時貫穿于上面三個階段，從開發人員與用戶共同遵循的產品目標特征一致性原則，歷經不斷反饋、修改與評價而形成符合要求的最終軟件產品，開發過程中完善的項目管理過程三個方面保證了開發質量。該模型適合教學類軟件的開發，具備普遍性。

4 教學軟件開發趨勢——探究式教學設計過程的體現

從以上開發模型可以得出，教學軟件開發過程遵循系統方法的思想，要求用戶在使用過程中對軟件產品自身功能實現與教學設計兩個層面對產品原型的不斷評價與反饋。作為一種認知性的學習工具，教學軟件作用效果不能純粹用軟件功能是否能夠實現來衡量，教學設計過程是否科學合理是無法在功能實現上直接反映出來的。對于輔助教學過程、優化教學結構的一種教學軟件系統，教學設計是用來保證軟件的教學性好壞的重要指標，通過學習者積極的探究與體驗才能更好地體現教學軟件的教學功能。作者認為未來教學軟件的開發趨勢需要在軟件教學設計層面上體現出探究式教學設計思想，對于培養學生學習思維能力、提高學習效率有很大的好處。

探究式學習是情境學習的一種類型，在教師引導下提出學習任務，學生在明確學習任務和目標的情況下，自主探究解決問題的過程[9]。其指導思想旨在以學生為主體，在教師的指導下自己通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論等途徑獨立或團隊形式進行探究，自覺主動地探索，掌握教學內容，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教育機構所開發的包含設計、管理與傳遞在線協作學習活動功能為一體的學習活動管理系統(簡稱LAMS)具備了學生探究式學習特點。教師事先根據教學設計的內容，在基于網絡環境下，通過該系統提前設計好學習活動的序列。引導學生在課內或課外的學習環境里，通過學習活動的實施，掌握相關知識和技能的功能。在教學設計層面上，該系統所具備最顯著的特點是教師進行探究式教學設計。學生通過LAMS在線學習，改變了以往的單向純接受式學習方式，而采取主動思考、探索與發現的學習方式，達到對所學知識內容的分析、篩選和二次加工能力要求。華中師范大學信息技術系趙呈領等人在對傳統的探究式教學設計研究的基礎上，針對LAMS進一步提出了“拋出任務與展示目標、嘗試任務與自主探究、交流任務與合作探究、完成任務與評價總結”[12]四個階段的探究式教學設計的主要過程。該過程通過教師課前把精心設計的教學內容巧妙隱藏在學習目標中，學生根據系統和教師提供的共享學習資源，采取自主或合作的方式通過觀察、閱讀、思考、交流等學習活動進行主動學習，遇到問題自主尋求解決辦法。教師使用LAMS的實時交互功能，跟蹤并監督學生的學習全過程，同時依據學生所完成的學習任務結果，及時做出評價總結(包含過程性和總結性總結)。

教學軟件的教學設計層面中融入探究式教學設計過程，將增強學生的主體地位，使其自主學習能力得到極大提高，同時也提高對教師的教學設計要求。作為探究式教學活動的設計者和活動過程的引導者與組織者，教師可以更好地把握教學全過程，掌握學生學習動向，通過及時反饋學生學習狀況調整教學過程，增加學生學習興趣。在探究式教學設計過程中，教師如何根據實際教學內容和學生特點，組織不同程度的探究活動；探究式教學設計過程如何有效結合其他教學設計方式，在軟件功能層面上實現等問題將成為未來教學軟件教學設計過程中所要考慮的重要因素，也是未來教學軟件開發趨勢。如何更好地開發教學軟件并服務于教學過程，還需要在教學實踐中進一步思考與探索。

教學軟件開發過程有機融合了軟件工程與教學設計過程，分別從教學與軟件的視角來探討并處理教學過程和軟件產品之間的關系，開發出符合教學規律、反映教學策略的教學軟件，需要努力尋找教學內容與教學對象之間最佳的結合點，尋求符合學生思維方式及認知結構與規律，并且為其提供相應方法、技術上的支持。教學軟件開發過程模型的探討對于分析教學軟件產業具有重要的現實意義，同時對于提高當前教學軟件的開發質量、價值評測以及未來教學軟件產業的發展亦具有建設性指導意義。

 

 

STM32/STM8

意法半導體/ST/STM