鐵路線路養護機械
[拼音]：jisuanji fuzhu jiaoxue
[英文]：computer-assisted instruction
通過學生與計算機系統之間的互動活動來達到教學目的的一種資訊處理系統，英文縮寫CAI。CAI系統可以用於進行整門課程的教學，也可作為常規課堂教學的補充手段。在CAI系統中用來指揮計算機實現教學功能的程式稱為教學軟體或課件 (course-ware)。課件是教學內容和教學邏輯的綜合體。所謂教學機就是配有課件的電子計算機系統。計算機輔助教學是計算機輔助教育(CAE)的一個組成部分。
發展簡史
電子計算機在教育領域中的應用，始於1955年。開始在大學研究生院，後來發展到大學理工科，主要是一些課程的數值計算。1958年出現教學機。最早從事教學機開發研究工作的是美國商業機器公司 (IBM)的沃森研究中心、系統開發公司和伊利諾伊大學。到1965年計算機在教育領域中的應用成為計算機學術會議上最流行的課題。70年代,傳統的CAI系統受到認知心理學家的批評，他們認為學生不應完全受計算機支配，要多用啟發式方法。這種觀點促使模擬型和問題生成型 CAI系統的發展，出現了智慧型計算機輔助教學(intelligentcomputer-assisted instruction),英文縮寫ICAI。ICAI系統主要是應用了人工智慧中的知識表示、推理方法和自然語言理解方面的成就。1970年出現第一個ICAI系統，稱為SCHOLAR系統,用於南美洲地理課教學。70年代開發了十幾個有影響的ICAI系統,例如：SOPHIE，BIP，WEST，WUMPUS，GUIDON，EXCHECK，BUGGY等。
課件設計
CAI系統可以採用不同的硬體和軟體配置方式，因而有不同的形式，常用的有網路型、會議型、模擬型和智慧型。CAI系統採用的主要教學法有個別指導、示教、對話、遊戲、問題求解等五種。CAI系統的核心是教學軟體即課件。課件的設計過程是：先對課程進行目標分析，構成學習目標的層次結構，然後對各目標的學習任務進行框面設計，每個框麵包含課文解釋、提問、學生可能的應答，以及對應的反饋資訊等。最後在編寫計算機程式時將這些框面按一定的教學邏輯連線起來，就形成課件。這種課件稱為框面式課件。因為這種課件中各框面間的聯絡是固定的，缺乏靈活性，所以後來出現適應性課件，即在一定程度上把教學內容和教學邏輯分開，把教學框面存入資料庫，由教學決策機構按照學生的學習情況提供新的教學框面。70年代後由於採用人工智慧方法，促進了生成式課件的發展。
PLATO系統
美國伊利諾斯大學計算機輔助教育研究所設計過一個典型的計算機輔助教學系統,稱為PLATO系統（PLATO是英文Programmed Logic forAutomatic Teaching Operation的縮寫，原意是用於自動化教學的程式邏輯）。主機使用SUPER 73型計算機，可帶4000個學生終端,通過分散式網路與計算中心連線。PLATO系統具有龐大的教學程式庫，可同時開出幾百門課程，能進行講授、答疑、補課、複習和批改作業，還能對各種不同學科的教學方案進行比較試驗。
ICAI系統
ICAI系統通常包括專家模組、學生模組和教師模組（見圖）。專家模組由題域知識構成，包括課程內容和過程知識（即應用課程內容來求解問題的知識）。專家模組的知識表示方法有語義網路、過程專家和產生式規則。專家模組的任務是組織教材、生成問題和評價學生應答。學生模組表示學生的學習能力、學習風格、當前知識水平和解題行為等。學生模組提供的資訊是教師模組作出教學決策的依據。教師模組綜合了自然語言對話、教學策略和課程結構等知識。它的主要功能是提問、評價、診斷，並在必要時提供合適的教學補充材料。教師模組常用的教學策略有診斷法、示教法和蘇格拉底法（即系統向學生提問,鼓勵學生推理,然後糾正錯誤的方法）。
ICAI系統有三種類型：資訊結構型、問題生成型和模擬型。1970年研製成功的 SCHOLAR系統屬於資訊結構型。它採用的資料結構是語義網路。這種系統具有較強的自然語言處理能力，允許學生與計算機系統進行比較自然的對話。1972年E.B.科夫曼設計的時序電路基礎和機器語言程式設計等課程的ICAI系統則屬於問題生成型。在這種系統中課程被表示成一個譜系結構的概念樹。首先系統根據學生過去的學習情況確定當前的學習難度，選定一個概念和相應的熟練程度，並據此生成相應難度的問題。然後系統檢查學生的應答並修改學生的熟練程度。如果開始時學生不知如何解題，可選擇示範模式，由系統演示樣板解題過程。J.S.布朗和R.R.伯頓設計的SOPHIE系統則屬於模擬型。它用於電子電路故障診斷的輔助教育，具有很強的自然語言理解能力和邏輯推理能力，顯示出卓越的電子專家的智慧特性。計算機模擬為學生提供一個自由探索的環境，要求學生運用已學過的知識，通過分析、綜合等推理過程，發現他原來不知道的規律。建立實用的ICAI系統涉及人工智慧理論和技術的許多問題,由於ICAI系統模擬的是教師的教學過程,服務物件是學生，因此需要綜合運用教育心理學和教學法的知識。