陈春雷 1999
有关素质教育的论述很多，不同时期、不同角度提出的目标和实现方法的要点也不尽相同。今天讨论素质教育，就要讨论面向现代化、面向二十一世纪的素质教育，就不能脱离这个历史时期科技和生产力发展的水平、社会发展的水平及其对人才需求、对教育提出的要求。这是素质教育的讨论具有鲜明的时代性。当代素质教育的讨论中有一个共识，是素质教育要求教育的全面性、全体性和个别性。下面就从这三个方面来说明 CAI与素质教育之间的关系。
一、 关于教育的全面性
⒈ “全面性”指什么？它的本质是什么？
较普遍的理解是使受教育者在知识（包括人文的和科学技术的）、能力（包括学习能力和创造能力）、修养（包括道德修养、艺术修养和非智力因素）和健康水平（包括心理健康）等诸多方面的综合发展，成为能充分发展个人才能又适应时代需求的人才。根据近代对人体科学、特别是脑科学的研究，上述的诸多因素本质上都主要决定于大脑中形成的信息块的数量和质量。这里用“形成”一词，而不是用“贮存”，是因为人的大脑不是简单的存储器，而是对外界的信息经过筛选、加工才进入大脑皮层。所以，除了必须承认从外界直接获取信息的重要性之外，还强调了主体对信息的加工过程。
首先，人的先天能力决定于遗传基因里的信息，它一方面在总体上决定于人类数百万年发展史里变异和遗传所积淀下来的信息，使人这个物种总体上区别于其他物种；另一方面又直接受近亲的遗传基因里的信息的决定性影响，表现为个体的差异。如果遗传基因里的信息有明显缺陷，还会造成先天性的视觉障碍、低能甚至痴呆和怪胎。这个涉及优生学的问题不是本书讨论的范围，只是引用这方面的事实从理论的完整性上说明信息的决定作用。
我们更关心的是人的后天获得的能力，因为人类都属于“早产儿”，出生时发育并没有完成，“先天”能力只是人的素质的尚未完善的基础、只是定向发育的可能性，如果缺少后天的训练和发育则先天能力得不到继续发展成为真正的人的素质。
人的后天获得的能力完全决定于通过教育、训练所获得的信息。最有力的科学证据是四十年代印度出现的狼孩和七十年代我国东北出现的猪娃。出生不久的婴儿由于特定的原因没有获得人的信息，却长时间获得大量狼的信息或者猪的信息，其行为就以大脑中贮存的这种信息块作为标准、做指挥，其道德修养也是狼或者猪的修养，不能成为真正意义上的“人”。1998年，又新增加了第三个证据。在7 月14日的俄罗斯《劳动报》上，发表了加琳娜·马什塔科娃写的文章《列乌托夫的“狗孩”》，文章介绍了因家庭不幸，四岁离家出走与无家可归的野狗生活在一起的万尼亚，当人们发现他并组织“营救队”营救他的时候，遇到很大困难。救援者靠近他，狼狗就会向人发动进攻。当人们想尽办法将他与狗群分开，不仅狗会“纷纷扑到门边”不断地大叫，万尼亚的“表现也与狗群毫无二致”，咬人、挠人、像狗一样大声号叫。这就是大脑中形成的信息块在发挥决定性的作用。所以人必须通过获得足够的“人”的信息（广义的接受教育）来学习做人，这是数百万年以来教育的古老主题。当代的新含义就是通过获得现代化社会的信息来学会做现代化的人、信息时代的人、知识经济时代的人。
“外面的世界很精彩”。人所面对的是外界大量无序的信息，首先要解决信息的获得，还要解决筛选与储存，对获得的信息进行整理、加工，使之有序化和结构化，还要形成高级的信息块－－产生式（能调用信息、处理信息将处理结果输出到执行机构）的信息块。
根据信息传输理论，影响信息传输效果的因素有三个：
⑴ 信息源（包括次生源）。上面列举的狼孩、猪娃和狗孩的事实表明信息源的重要性，我国古代“孟母三迁”的故事，表明人们很早就认识到选择优化信息源对儿童教育的意义。
我国曾经有过多次排斥外来信息的“封闭”状态，以为接受的外来信息越少才能保持“纯洁”。实际上，正如长期封闭的住室内的污染程度超过室外，历史已经证明了一个信息封闭的社会只能是走向落后、无知、迷信和腐败。现代素质教育要求信息源必须是开放的。
提供开放的信息源，除了需要相应的正确的政策之外，现代信息技术手段的作用不可缺少。但是，曾经有过将现代化教育信息技术仅仅理解为“媒体”，其影响表现为对“媒体”或者“传播手段”的注意与投资多，而忽视信息源的选择、组织和优化。这是个世界性的问题。例如，针对美国学校内连续发生多起枪击事件，美国总统克林顿于1998年5 月23日发表广播讲话，他在讲话中指出：“……学校枪击事件并非偶然，它们是引导我们的儿童采取暴力行动的正在演变的文化的反映。”“我们所有的人都必须多加注意，教育我们的儿童分辨对错，教育他们不要采取暴力行动，保护他们不受容易误导他们的暴力形象的影响。”他的这段讲话是实事求是的。美国校园内的枪击事件的原因不是哪里的青少年“天性”好斗，而是美国社会信息源里大量暴力形象信息的影响，是美国正在演变的文化的反映。美国的信息产业十分发达，信息传播媒体的技术水平也很高，但提供给青少年学生的信息源的质量存在问题，这是美国政府和教育界在研究的问题。我国的信息源问题解决的怎样？就大环境讲，问题主要是信息的量还比较贫乏（特别是汉字信息、反映本国的信息贫乏），信息内容的质也存在严重问题，亟待解决。就小环境讲，教师的备课、教学设计，重要内容之一就是根据教学目标对信息源进行的选择、优化、组织。人类研究某个课题并发现某些规律，是个漫长而艰苦的过程，而学习人们已经发现的客观规律是不同的过程，至少不能还那么漫长。这里，重要区别之一就是信息源。研究、探索面对的是比较接近自然状态的信息源。学习、即使是强调“探索法”的学习，也是面对经过加工整理，至少是选择过的信息源。尤其对于小学和中学阶段的青少年来说，他们没有完全形成自己从广阔的信息海洋里筛选、获取某个课题所需要的信息的能力，而且相对较短的学习时间里不可能让学生重复人们对客观规律的全部探索过程，教师组织信息源的作用显得尤其重要而且是必要的。一种认为可以完全脱离教师的指导作用，完全由学生“自主”地从自己感兴趣的地方获取自己需要的信息的观点，是不符合实际的。
⑵ 信息的载体和传输介质。
随着社会科学技术和生产力的发展，信息的载体已经不仅是自然界提供的空气和光，尤其二十世纪的后五十年，信息载体的发展极快，反作用于社会也促进其高速发展。从大环境的变化角度考虑，教育心理学家和教师都需要注意几十年信息载体的发展在青少年学生心理反差所引起的变化。五十年代前，整个社会的信息传输手段比较落后，多数儿童在家庭里接触到的信息载体比较单调，因而接收到的信息量也比较少。到了学校、尤其是教学条件较完善的学校，好像进入一个广阔的大世界。每节课换一个新面孔的教师，讲的是家庭小院落里从来没有听到过的新鲜事情，加上运动场、实验室，学生在学校是充满新鲜感和喜悦的。今天的青少年在进入学校之前就已经接触了许多生动活泼的信息载体，获得大量生动的信息。而进入一些学校反倒是整天听教师说，往往信息媒介单调乏味，教育和教学所使用的信息手段落后已经成为严重问题，一些教育工作者对这个问题的重视却很不够。在某些学校里的教育、教学还是过分强调“传统”方法（在社会生产力落后、信息传播手段落后的时代里产生和习惯了的方法），不注意美感，不注意信息传输效率。几年后这种反差会更加明显。回顾几千年信息手段和教育的发展历史，可以认识到：从根本上讲，教育过程的发展水平要受信息技术手段的发展和人们对它的掌握程度的推动和制约。这样讲，既重视信息技术的发展，又强调人们对现代信息技术的掌握程度，没有后者是不完整的。电子计算机代表当代最先进的信息传输和处理手段，它一定会推动教育过程的大变革（包括教育的内容、方法和理论），但它在一个时期内也可能制约了教育的发展，可能产生负效应，决定的因素是全社会的理解重视和教育工作者对它的掌握程度。教育如果不注意通过引进现代化教育信息手段来促进自身的改革，就不可能适应现代化建设的需要。
⑶ 信息接收设备的性能。
一般的信息接收设备的性能，都会影响所接收信息的数量和质量。
人是特殊的“信息接收设备”，除了自然的听觉、视觉和触觉等器官的功能外，其主观因素，包括注意力，兴趣，以及在已经获得的信息的基础上加工而形成的认知结构等，都是影响对新的信息的认同、接收的重要因素。所以，在教育、教学过程中，不能只注意所谓“知识点”的传授，不能让学生错误地感觉“知识都是从老师的嘴里说出来的”或者“都写在书本上的”，形成“唯书、唯上”的坏习气，要引导学生观察周围的世界，动手去改变它、研究它（当然是在教师的指导下进行），从小培养唯物主义的世界观（良好的“认知结构”）、培养动手能力和严谨的科学习惯。二十一世纪，我们还必须善于、必须习惯从计算机网络上接收信息。同样值得重视的是防止学生受社会不良信息的影响形成求神、拜鬼、看风水等封建迷信的“认知结构”，防止学生形成不依靠自己的努力、却乞求“上帝保佑”或者“菩萨保佑”，盼望“救世主”、“大救星”等坏习惯。要像《国际歌》那样号召人们认识“从来就没有什么救世主，……全靠自己救自己。”当然，这里讲的“自己”，不能狭隘地理解为人的“个体”，而是指人民大众的集体力量。人民大众的巨大力量是亿万个体凝聚而组成的。所以，除了已经丧失劳动能力的人之外，每个人都要强调自己的勤奋努力，要对集体的力量做出自己的一份奉献，学习也不例外要强调自己的勤奋努力。勤奋，这种非智力因素会大大改善人的大脑功能，增强获得信息的能力。
对于“主观因素”，有不同的理解，有些是带有明显的唯心主义倾向。按照辩证唯物论的观点理解“主观因素”，实际上主要是大脑中已经建立的高级信息块，特别是从婴幼儿开始接受各种教育所形成并储存在大脑中的高级信息块。例如兴趣是重要的主观因素，“兴趣是最好的老师”是中外许多教育家都论述过的。1998年８月，丁肇中先生在北京大学也对青少年学生讲：成为一名科学家“最重要的是对科学要有兴趣”。按照唯物论的观点，兴趣是大脑的一种兴奋状态，其物质基础是需求。我曾经与一所私立学校的外籍教师就这个问题进行讨论并取得共识。两位外籍教师在交谈中主动提出，这所学校里部分学生很难教，因为“他们不需要学习什么。”就是说：没有需求就没有兴趣。我问他们对这种现象的原因怎么看。两位外籍教师讲：“因为这些学生已经有足够的钱，想要什么就买什么，他们以后一辈子只要考虑怎么花钱，不需要考虑做什么，所以现在也就不需要考虑学什么。”我提出，在我曾经访美期间也跟美国教师探讨过类似的问题，美国也存在这种学生。两位外籍教师很同意。这表明在解决温饱、“小康”以至“富裕”之后，还要保持持久的学习兴趣，就要除了基本生存需求之外，还有更高尚的需求。周恩来同志在中学的自命作文题是“为中华崛起而学习”，丁肇中先生以献身科学事业为己任，这些高尚的需求使他们努力学习一辈子。所以，仅仅靠色彩变幻等简单手段来刺激学生的学习兴趣，对于青少年学生来说是很不够的。教育的重要任务是引导学生树立高尚的需求，从而培养和提高学生持久的学习兴趣。有了兴趣，学生才会比较自觉地获取、接收有用信息，增长知识和能力。
⒉ 教育的全面性包括适应二十一世纪需要的现代科技素质，包括适应由“工业经济”过渡到“知识经济”所需要的素质，中学要打好文化科技基础。需要强调，二十一世纪的竞争已经不是一般“人力”的竞争，而是人才的竞争、技术的竞争、知识的竞争，所以文化科学素质本来是现代全面素质的重要组成部分。有些关于素质教育的议论里，将学生负担过重与文化科技素质的高标准混淆，于是必须减轻学生过重的也是不合理的负担才有利于实施全面素质教育，变成学习文化科技知识与全面素质的矛盾，甚至在某种意义上认为要降低文化科技知识的要求水平才能实施全面素质教育。这是对面向二十一世纪的素质教育的误解。
什么是知识？知识在人的全面素质里占有怎样的重要位置？在进入“知识经济”大门的时候，是需要弄清楚的。
世界经合组织（OEDC）1997年度报告的标题就是《以知识为基础的经济》。这里讲的“知识”是现代的认识。
多年来，就有“传授知识”还是“培养能力”的讨论。究其根源，可以说这是对我国两千年来文化传统的反思。在我国两千多年的封建社会里，落后的生产力和落后的思想意识长期对“知识”存在误解。孔子讲“智仁勇”，还讲“六艺”----“礼、乐、射、御、书、数”是当时的“士”应该掌握的知识，是当时要求的“素质”，反映孔子的“全面”发展思想，里面不包括当时社会生产需要的农耕和手工业生产技术，因为那都属于“百工”一类下等人的技艺，不属于“文化”和“知识”。“孟母三迁”，最后落脚在宗庙旁边，让孟子从小学的是封建的礼仪，没有在农舍旁边学耕作。反映两千年前统治者要求的教育思想长期沿袭下来，汉赋、唐诗、宋词和元曲在古代学子中广为流传，学会这些“知识”才算“读书”人，而生产技能和科学技术在我国漫长的历史中没有受到应有重视。有“知识”的“文人”的“知识”仅仅停留在“知道”了什么，所谓“应用”，不少也就是《红楼梦》里的“诗社”那样抄袭拼凑些诗句来解闷，从来“君子动口不动手”，不强调解决实际问题。所以在古代民间传说里，有不少讽刺旧“文人”的迂腐无能的故事。但是，重“文才”、轻科技的坏习气受到封建统治者的推崇，在民间也逐渐形成传统习惯。英国人引为骄傲的有莎士比亚，还有牛顿和有悠久历史的皇家科学院；俄国有普希金也有罗蒙诺索夫；美国只有二百多年的历史，除了华盛顿、林肯等众多优秀人物，广为人知并作为美国骄傲的有爱迪生等发明家，当代有比尔·盖茨等软件产业中的佼佼者。社会各方面（包括宣传媒体）给科学技术上有突出成就的人物以显耀地位，成为引导青少年学习和研究科学、继续推进社会进步的动力。我国历史上虽然也有李冰、祖冲之和李时珍等伟大的科学家，但他们的“名声”比唐宋八大家，甚至比杨贵妃等都差的很远。重皇家、重官、重文才，轻科技，使得我国社会生产力的发展缓慢，尤其科学技术的进步缓慢，逐渐落后于欧美。
本世纪初，随着我国封建皇朝开始崩溃，封建社会里长期受到皇家推崇、因而占有主导地位的意识形态也开始受到怀疑和批判。除了对“金口玉言”封建体制的否定，在知识问题上提出了“知与行”之争，是“知难行易”，还是“知易行难”？将“行”（动手解决实际问题的技能）与传统的“知”并列起来讨论，逐渐形成强调“知行统一”的认识，有些学者还将“行”摆在更重要的位置。这种讨论，使得人们对科学技术在“知识”中的地位开始有所提高。
今天应该怎么理解“知识”？美国著名学者阿克温·托夫勒根据社会的发展对知识的含义作了新的发展，提出：知识应该包括“事实、原理、观念和能力”。在国际的讨论中逐渐形成的共识是：进入“知识经济”时代，知识的含义包括四个方面：
第一是“知道是什么的知识”（Know_What ），指了解事实；
第二是“知道为什么的知识”（Know_Why），指掌握原理和规律；
第三是“知道怎么做的知识”（Know_How），指实际操作的技能，包括生产诀窍；
第四是“知道是谁的知识”（Know_Who），指可以从谁哪里获得知识并有效地利用他们的知识，包括获得知识的能力。
讲知识成为经济的主导力量，当然后三点是重要的，也就是说，科学技术（不仅是书本上的，要强调“做出来”，转化为社会生产力）是知识的主要部分。江泽民同志1998年12月在访问俄罗斯新西伯利亚科学城的时候，强调青年人要将时间多花在学习科学技术上，也是这个意思。这样讲不是否定文才的必要性，适当要求的文才是学习科学技术的必要基础，是信息交流的基本能力。掌握全面的知识，而且具备自己继续获得知识的能力，是“知识经济”时代所要求的素质，也是今天讨论的素质教育的主要内容。
在“传统”教育里，“减轻学生负担、提高教学质量”成为一对矛盾，造成“学生负担过重、教学质量不高”，是传统教学模式里多种弊病综合发展的结果，其中一个问题是片面强调“应试教育”，是“题海战术”，是教育思想、方法和理论的落后。还要看到其中原因之一是教学内容“难”（知道“为什么”和“怎么做”比知道“是什么”要难）。从另一个角度考虑，教学过程中有一定的适当的难度是正常的需要，毛泽东同志早就讲过，不能总是一样的“人、手、口、刀、牛、羊”。学习，本身就是不断克服困难的过程，而且是培养热爱科学和勇于克服困难的品质的过程，是完善学生非智力因素的重要过程。有些地方讲学京剧、学武术、学舞蹈和进行体育活动等都要从小克服困难，甚至提出“挫折教育”、“梅花香自苦寒来”，而学习科学技术却似乎应该毫无困难，不能有任何“负担”和“挫折”。这显然是片面的。既反映了对科学技术本身的理解不够深刻，也是忽视了知识学习过程中的品质教育功能，是对教学的一种片面理解。造成的后果是一些年轻人对高科技停留于欣赏和感叹，热心于享受别人做出来的高科技成果，自己却总是在掌握高科技会遇到的困难面前“知难而退”。总也没有难度，一味删减教学的“难点”，这是国外某些国家曾经在进行“教学改革”中出现过的错误，后果是他们的中学生平均的阅读、写作能力和数学运算、科学素质普遍下降，低于世界平均水平。但是，一些国家的教育指导思想不是“一刀切”，而是实行“英才教育”，中学的一般水平不高，但是在基础好的中学给基础好的学生讲大学物理、高等数学以及ＣＡＤ、机器人设计与控制等选修课程，而且注意从全世界各个国家高价聘请（有人喜欢用“收买”一词，我觉得是用“聘请”更恰当）高科技人才，所以哪里有些售货员不会减法并不影响整个国家在高科技领域里的领先地位。我国的特色教育体制如果还是“一刀切”，而且都切在低水平上，用这种思想来指导“改革”，后果将不堪设想。我们不能重复某些国家哪样，十年后做教学改革总结是许多教训。我们也不应该忘记曾经在批评“旧教育”造成学生负担过重、不利于全面发展的弊病时，不加分析地提出“学了也无用”，是“资产阶级统治学校”；在“教育要革命”的旗号下做“革教育的命”的事，把“白卷先生”当做青年的榜样，造成人才断档的严重教训。
面对教学难点，我国许多教师在传统教学研究中努力解决了一些，但还有一些没有解决或者说解决得不好。除了教师素质水平上的差异之外，教师受到传统信息手段的制约，没有找到解决这些问题的好办法，于是就采用“加班加点”增加课时、增大练习量等措施。教师的确是不辞辛苦，但落后的教学信息手段和建立在落后信息手段基础上的教学法理论的局限性是学生负担过重的原因之一。所以，采用先进社会生产力给教育提供的现代教育技术，并在应用和研究现代教育技术的基础上建立新的教学法体系和理论，是实现减轻学生负担、提高教育质量的根本途径。这里包括用现代教育技术解决教学难点。对于计算机辅助教学软件开发，1984年我就提出用“从难点入手”的思想为指导，就是以上述认识作为出发点。十几年的实践证明，这样做有利于促使教师理解 CAI的优势，也有利于推动教学改革。
例如，机械振动和机械波是高中学生普遍碰到的难点。我们针对传统教学没有解决好的问题和学生在学习过程中最容易发生的错误开发教学软件，1986年以来在包括全国物理特级教师会议等各种会议上表演介绍，都受到与会教师的好评，许多用户还主动在所在地区的教学研讨会上表演介绍。
“二次函数的平移”在初中数学教学中也是个难点，传统教学手段下的教学方法需要的时间长，教学效果不理想。发挥计算机数据处理和图形显示等优势，用 CAI辅助教学，我们提供了从标准二次函数图象到复杂二次函数图象之间逐点对应的平移、所有对应点之间的动态平移和整个曲线的平移，还提供了任意输入参数的动态表演。教师用这样的工具进行教学可以使教学进度成倍提高，而学生的学习积极性和学习效果都得到提高。
“轨迹”更是初中数学教学的难点，难到有相当一部分教育研究工作人员根据某些“认知理论”，认为初中学生的“认知能力”还不足以掌握有关轨迹的知识，所以应该从初中数学教材里删除它，或者只作为选讲内容。我在多次数学教学研讨会上都提出：轨迹是不应该删除的，因为它是中学数学的一个重要连接点。而且是传统的落后教学手段和在建立在落后手段上的教学方法使轨迹成为教学难点，通过采用计算机辅助教学软件并相应地改进教学方法，轨迹不会成为初中数学教学的难点。在一所生源很一般的私立学校里，我选择一个初中班，在学生事前没有任何准备的情况下，使用我们开发的辅助教学软件上了一节“轨迹”示范课。无论是课堂讨论提问时学生的当堂即时回答问题，还是听课的教师课后立即随机让学生叙述所学的知识并回答问题，都表明学生对轨迹这个课题没有任何困难，一个课时内基本上达到教学要求。（具体的教学处理在后面作详细介绍）这是采用计算机辅助教学帮助解决教学难点的典型之一。
“电子云”是本世纪在大量精密实验的基础上提出的重要化学（也是原子物理学）概念。中学实验室里不可能重复有关的实验（没有相应的设备，教学时间也不允许），所以教学过程中没有一个教学演示实验能够直接帮助学生理解电子云概念，学生在生活经验中又没有跟电子云类似的感性认识，不能通过举例、联想的迁移方法来帮助学生理解并建立电子云概念。课本里用几张静态图和文字注释解释了电子云概念，但学生通过视觉形象信息里看到的只能是假想电子在许多时刻在不同位置出现的叠加记录，稍有疏忽就会把电子云理解为像许多小水点形成的云雾一样是很多电子（金属电子论里将全部价电子电离后大量自由电子在晶格中间的空间里“自由”运动也称为电子云，很容易混淆不清）。以往一些电子云的录像教学片能够将课本上的图按照教学需要逐步给出，但从形象信息上还不能体现中学化学课本所叙述的基本概念。所以，“电子云”一直是中学化学教学的难点，有的教师干脆讲：除了背结论之外，没有别的办法。由于全国化学教师的反应强烈，有一种意见是取消这段教材或者改为选讲，实际上很多教师也就不讲。但是在化学键、特别是共价键的教学里又要用到这个概念，于是现代化学键的基本概念也只好降低要求，根本没有讲清楚。我认为，逃避像“电子云”这样的现代科学重要概念，是降低学生现代科技素质的典型表现之一。
一些人引用某些“认知理论”时，过分而且片面理解人“原有的认知能力结构”的作用，总想根据原有的旧知识引伸出新的知识，将一定条件下适用的规律随意普遍化，只承认“同化”，不承认“异化”，实际上是采用仅仅建立在依赖语言“启发”进行教学的“研究”，也忽视了人的“认知能力”首先是通过感觉器官从外界获取信息的能力。对电子云，有的教师曾经使用了某些生动比喻，例如在教学参考资料里就建议用蜜蜂围绕鲜花运动来比喻，有的教师讲电子云好像“夏天围绕路灯飞的一群蚊子”等。由于这类比喻在科学性上是完全错误的，很快被化学教师自己所否定了。由于在传统教学手段和教学法的范畴内没有好的解决办法，“电子云”就成为世界各国现代教育技术研究人员的研究课题。
应该注意到学生不是由于缺少文字和语言信息造成学习这一课题的困难，不是因为缺少交互性和反馈，也不仅仅是“记不住”，而是缺少形象的感性的刺激，使课本上给出的表述新概念的文字信息不容易理解，是因为缺少科学的形象信息的时候，语言在某种意义上是贫乏的。
我们用计算机建立了多重约束的随机模型，比较科学地模拟了核外电子的运动规律，用它来进行电子云的教学，教师感觉非常顺利，学生理解和掌握也没有什么困难，课后检查学生的记忆很清楚而且比较深刻。我们有两个明显的对比例子：一位中年教师以前多次讲过这个课题（当然是用传统的教学手段和教学方法），感觉是“教师讲着累、学生听着苦”，就是死记硬背，采用我们开发的计算机软件讲这个课题之后，她在一份总结写到“以往枯燥无味的理论知识课变得生动活泼、学生兴趣盎然”，当然教学效果也跟传统手段不同；另一位是新从师范大学毕业分配到我校的青年教师，她一开始就用我们开发的《电子云》软件进行教学，当她的同学分配到其它学校当教师说这个课不好讲，问她怎么处理的时候，她的回答是：从来没有觉得这个课题难讲，学生也没有反应难懂。这可以说又是用 CAI克服教学难点，减轻学生负担，提高教学质量的一个典型事例。
这些例子表明：“减轻学生负担、提高教学质量”所以成为一对矛盾的重要原因是教学手段、方法落后，解决的途径是转变教育观念、应用现代化教育技术和采用相应的新教学方法。ＣＡＩ有利于克服教学难点，在减轻学生负担的前提下适应“知识爆炸”时代提高文化科技素质的要求。
⒊ 教育的全面性包括“会考”、“高考”之外的文化科技素质，包括许多“课外活动”里学习的科技知识。曾经有一种主张是“考什么、讲什么，考多深、讲多深”，凡不属于考试范围之内的一律不讲。根据这样的原则，大纲里列出属于选学的内容就一律删去不讲，课外各种生动活泼的科技活动也属于“没有必要”，把针对考试内容的要求反复进行“模拟”考试作为主要教学手段。这是典型的狭隘的应试教育观念。
当然，大纲要求的内容（也是各种考试必考的范围）应该让所有学生掌握（当然不是简单地背诵），这些内容是全面素质里关于文化科技素质的一个部分，也可以说是主要部分，但不是全部。例如列为选学的内容，多数属于有利于进一步提高学生素质的现代科学知识，对于条件较好的学校和理解能力较好的学生，是应该学习的内容。还有许多在课堂不能学到的知识和技能，也是全面素质的重要组成不分。例如：北京十三中在学生中成立了环境保护科技小组，学生从本校校园的观察扩展到其它学校、周边环境以至京津地区水域、武汉、九江和庐山环境的调查研究，有些课题在实地取样后又回实验室分析，学生在教师指导下写出“北京部分地区生活固体废弃物抽样调查”（获国际青少年奥林匹克环境科研项目竞赛银奖），“污灌渠不能成为‘龙须沟’”（获国际青少年奥林匹克环境科研项目竞赛铜奖），以及一批在全国和北京市获奖的论文，得到国家环保局的肯定和重视，不仅增强了学生的环保意识，还引导学生以社会和自然环境为课堂，既运用和巩固课堂学到的知识，更初步学到进行实际调查、资料查阅、数据采集和分析、提出对策建议和科研报告的书写等科学研究的方法，全面提高了科学素质。问题是在某些本来条件很好的学校里，列入“会考”基本要求的教学内容，已经占满了全部的教学课时，甚至超课时，学生也已经筋疲力尽，没有余力。出现这种情况的主要原因之一是教育思想陈旧，教学手段和方法落后，造成教学效率低，浪费了不少教学时间。ＣＡＩ可以提高教学效率给实施全面文化科技素质提供时间的保证。
⒋ 教育的全面性包括培养“继续学习”能力，就是要“学会学习”。以往讲学习能力主要是对周围世界的观察能力和看书自学能力，这些能力对二十一世纪仍是重要的，只是“书”逐渐要变，传统的印刷在纸张上的书将减少，以光盘为载体或者通过网络传输的“电子出版物”增多，新的阅读手段让一张计算机桌上“书”的容量超过以往一间大的书房，甚至相当于一个图书馆。通过一台计算机，可以读更多的书。新形式的“书”不仅是“电子出版物”，它包括有学习和训练用的软件，它们是动态的、交互性的、多媒体的，
这是二十一世纪“继续学习”的材料，会使用它是现代化的全面素质的重要内容。仅仅依靠“传统”教学信息手段是不可能培养这种二十一世纪必需的素质的。在我给北京师范大学数学系四年级学生做关于 CAI的报告后，有一位学生向我提出问题：“计算机能完全替代传统的教学手段吗？”我给出的明确答案是：“不能”，“特别是不能完全替代对周围世界的观察、实验和教师对学生的爱，没有爱的教育永远是不会成功的。”情感因素的确是教育研究的一个古老的又是永恒的课题。国外进行语言教学研究的人员发现：有些教师的教学方法被认为比较陈旧，但教师在教学过程中情感非常投入，感染了学生，教学效果不错；也有些教师采用了多种生动的教学手段，方法也“新颖”，就是情感投入不够，面无笑容，教学效果并不好。讲计算机辅助教学研究，同样要强调情感投入。但是，不能因为情感在教学中的重要作用，就认为可以继续使用落后的教学手段和方法，就否定研究提高教学效率的必要性。我针对这个问题反过来请听众思考：“传统教学信息手段能替代计算机在培养面向现代化人才方面的作用吗？”许多教师已经逐渐认识到，这也是不能替代的。这表明 CAI研究的意义不仅是推动某学科课堂教学的改革，还有更深层次的素质教育意义。应该问一句：是不是每个教师都具备这样的“继续学习”的能力呢？是不是都注意培养自己的学生具备这样“继续学习”的能力呢？如果还没有这样做，就谈不上实施全面的素质教育。
⒌ 教育的全面性包括德智体诸因素，当前特别需要关注现代物质条件下的德育。
关于科学技术与道德的关系，也是人类文明史上长期争论的老课题。我国古代的一种典型思想是认为“为学日益，为道日损。”认为科学技术与精神文明相勃。“四人帮”的“知识越多越反动”很是继承和发扬了这些“古训”。欧洲在十五世纪以前，道德的最高标准是一切听从于教皇，研究科学而不服从教皇圣喻者可以被烧死。而被马克思誉为“英国唯物主义和现代实验科学的真正始祖”的培根则认为，野蛮与文明的分野根源于科学技术知识。“文艺复兴”以来的几百年历史，证明培根的观点基本正确。现代精神文明是跟学习、宣传和实践科学技术分不开的。背离科学的“精神文明”其实都是很不文明！
讲“基本正确”，是讲科学技术的发展在总体上必然推动精神文明的发展。但科学技术有时候也会被社会上的落后势力甚至犯罪集团所利用，与社会精神文明背道而驰。最明显的例证之一是吗啡，它本来是医学上的成果，用来减轻某些病人的痛苦，但在另一些人的推动下它已经成为肆虐全球的毒品。电的发现和应用推进了二十世纪的文明，在有些地方也成为犯罪集团的工具。
以电子计算机为代表的现代信息传播手段也有类似，它是一种工具，善良的人们可以利用它来传播健康向上的科学的信息，极大地促进社会的发展和进步，成为现代化的主要标志；同时也要看到这些手段可能为不良信息的传播提供了方便，可能造成社会文化、科技素质和道德水准下降的负效应。我们已经看到，有些青少年喜闻乐见的形式常常被用来传播不健康、不科学或者不适宜青少年发展需求的信息，有的为了某种商业利益极力引导青少年单纯追求外表的“美”，甚至以丑为美；不是宣传人的社会责任感，却宣传要“游戏人生”、“过把瘾就死”；不是宣传人民当家做主，却大力宣传封建腐朽的几个世纪以前的“忠君”思想。例如近年被传播媒介大力介绍的某“大片”，在电脑动画和音乐设计等方面，的确有很大投入，水平很高，但就其思想性讲，是借用动物形象来宣传腐朽的封建意识━━一只称王的狮子生下的小崽，百兽都要顶礼摩拜。这种连资本主义社会里有民主思想的青少年都不欣赏的思想观念，确在社会主义社会青少年里扩大影响，美的形式与腐朽的思想内容是多么不协调。
广播、电视和录像、激光视盘里有这个问题，计算机的普及里更有这个问题，而且是社会性潜在的大问题。美国等一些发达国家，计算机已经基本上普及到家庭。我国的部分经济发达地区，计算机进入家庭的趋势也将很快，据统计，1998年北京高中学生已经有40％左右有计算机，估计约三年左右时间，计算机在我国将像今天的电话一样普及，这是一个必然的过程。但计算机这种先进的信息手段在家庭里将发挥什么作用呢？许多准备购买计算机的家长都提出这个咨询。我曾经在几所重点中学做科普报告时对部分学生里做过调查，除了学习中英文录入和部分家庭用来学习和研究计算机技术之外，玩电子游戏和通过 VCD看电影是相当普遍的。不能否定有些游戏对学生，特别是小学低年级的学生初步了解和掌握计算机基本操作以及培养反应、判断和决策能力方面有一定价值。但是，应该看到，相当一部分电子游戏的内容是对青少年成长不利的，通过计算机网络传播不健康内容也是近年新出现并引起社会注意的新问题。跟国外某些教育研究机构调查统计的结果相类似，我国也已经出现某些家庭购买作为高科技成果的计算机，文化科技素质却没有提高甚至降低的现象。1998年 7月，北京市东城区首先整顿“电脑屋”， 紧跟着朝阳区和海淀区也整顿清理“电脑屋”。一些近年曾被传媒宣传为“新事物”的电脑屋或者电脑咖啡厅、网吧向青少年学生提供的是内容不健康的电子游戏，使经常进入这些场所的学生学习成绩下降，精神萎靡，被家长称为“电脑毒品”。（以上内容引自中央电视台和北京电视台的有关报道）这种形式与内容不统一的现象，首先应该引起教育研究人员的重视。问题不是电脑的过错，不是科学技术发展的过错，严格定义的话，也不是“电脑屋”的过错。为甚么不能将对青少年很有吸引力的电子计算机作为提高全民族文化和科技素质的有效手段呢？问题是有个值得注意的反差：以往的信息传播媒体，例如以文字为主要载体的印刷品，是教师先掌握，大部分家长先掌握，能够指导儿童和青少年如何正确使用；而以电子计算机为代表的现代信息传播媒体，至少目前还是相当多数教师和家长尚未熟练掌握，所以缺少指导青少年正确使用的能力。前面提到的“电脑屋”，问题也在于它们的主人对如何指导“顾客”正确使用电脑缺少理解，也有些是单纯从商业利益出发，忽视社会效益，根本没有考虑正确引导的问题。只有教育工作者首先理解和重视计算机在教育、教学过程中具有的优势和可能发挥的作用，只有教育工作者理解了掌握现代信息技术的必要性和紧迫性，努力促使这种可能性转变为现实，计算机这种现代信息手段的普及才会推动全民族科技素质的提高，也推动社会主义精神文明建设。
教育工作者要担负起引导青少年将先进的信息手段用于学习、用于提高全民族的精神文明提高全民族科技素质的责任，不能只是“言教”，要“身教”，“身教重于言教”。ＣＡＩ是通过日常教学过程中实现这种引导的手段之一。当然，也要发动家长来引导子女把计算机用于学习科学技术知识。
二、 关于教育的全体性。
全体性要求所有学生都获得较高的基本素质，都达到一定的基本要求。
“传统”教学中实现“全体性”的主要障碍之一还是各学科的难点。部分理解能力、想象能力较差的学生仅仅靠听老师的讲解、看文字描述的书和老师在黑板上画的静态图，不能理解和掌握一些复杂过程里的概念和规律，使得这部分学生觉得学习过程大脑开销太大，“负担”重。教师为了完成教学进度，一般只能考虑照顾多数学生，不可能用更多的课堂时间将问题讲得更细。另外，“传统”教学方法里往往过多依赖听觉语言信息来传输信息，教法研究也往往局限为“讲法”研究，这种过多依靠抽象串行信息的描述本身就属于效率最低的教学方法，还没有掌握好抽象串行信息与形象并行信息之间的互译能力（这是需要相当长时间的学习和训练才能获得的能力）的学生，听多少遍也可能还是不懂。更严重的是“旧知识”没有弄懂，在它的基础上靠推理引出的“新知识”就更加困难，表现为越到高年级，学生的知识和能力的“分化”就越大。
不能因为要求“全体性”就不断降低教育教学目标。而ＣＡＩ采用科学动态模拟技术，用生动的动态形象信息来配合教师的讲解，以多种信息的同步刺激来解决传统教学中的“难点”，就可以可以在规定课时内使理解能力较差的学生也达到学习目标，并有时间发展自己的能力，实现高水平的“全体性”。
三、 关于教育的个别性。
个别性、我国古代提法是“因材施教”。但今天提出的个别性跟古代有很大区别。古代教育是少数人的特权，多数人的生存权还没有解决好，自然就没有受教育的权利。今天讲“个别性”与“全体性”是统一的，是保证全体性的前提下讲个别性。跟世间一切事物无不存在差异一样，学生必然存在差异。教学过程中注意个别性，才有利于全体学生都得到提高，不仅要使所有学生都达到基本的教学要求，还要发挥每个学生的潜在能力，使之成为符合社会某方面需求的优秀人才。但在落后教学手段的条件下不能完全处理好这个问题。ＣＡＩ为实现个别性提供广阔前景。ＣＡＩ软件除了用于辅助教师的教学活动之外，还在辅助学生的自学、复习和练习的过程中，体现个别性。
我们曾选择前面说到的教学难点“振动和波”做了让学生自己用计算机进行自学的试验，两个学生一台计算机（限于当时学校的物质条件不足），用三个软件边看书边运行软件，课前教师不需要针对教材内容做指导，两节课的时间基本上完成全章的学习，教师在巡视中对个别学生予以指导。课后抽样检查不同程度的学生都基本上能正确叙述出主要的物理概念和物规律。估计如果再有两个课时用练习和辅导软件（1994年我们已经完成了振动和波的练习软件并做了教学实验）巩固，教师除了随堂的辅导外做最后的总结性辅导，可完成全章的教学目标。跟“传统”教学相比较，学生自己讨论学习的主动性、自觉性提高了，缩短了教学时间，体现了“减轻学生负担，提高教学质量”。
1995年，一位高二物理教师还用我们在386VGA环境下开发的高档软件
对于有一定知识基础的学生，通过看书的方式自学一些文科或数学等课程是比较容易做的，但仅靠看书自学物理、化学和生物等自然科学是相当困难的。原因在于只依靠抽象的文字和静止图画来描述客观的变化的实际过程，往往没有能准确清楚地表述出来，或者文字描述太长，不容易理解。以往的教学中要由教师做演示实验再加上比课本文字更详细的讲解。ＣＡＩ软件提供的信息质量高，尤其是叠加有分析引导信息的科学动态模拟对实际过程给出的描述，使学生较容易理解实际过程的特征和规律，自己学习成为并不困难的事情。可以想象今后有了适用的系统的配套软件，学生在课前的预习会比以往更加有效，成功的喜悦又会提高学生预习的积极性，对改变以往学生学习的被动性有很大帮助。
许多教师都反对“题库搬家”式的软件，但并不否定适当的练习是教学过程的一个重要环节，所以计算机辅助练习虽然不是作为ＣＡＩ的主要功能，在适当控制的条件下使用辅助练习软件，对学生的学习还是有明显帮助的。
1987年，我们就在苹果机上组织过计算机辅助练习软件的教学实验，教师对因材施教很有体会。1～2个学生在一台计算机，练习软件随机选出练习题，并随机给出已知条件，学生键入答案后，计算机判断答案是否正确。由于条件是随机的（即使是选择正确答案练习，正确答案的编号和位置也随机改变），整个教室里没有通常练习课出现的抄答案的现象，学习的自觉性好。
使用计算机软件做练习后，很自然地将学生分为三种不同程度：最高水平的学生基本上能正确完成所有练习，计算机给出的判断反馈增强了他们的自信心，他们不需要看软件给出的辅导，也不需要像以往哪样问老师，他们不断直接通过键盘命令调入新的练习，这部分学生在相同时间里接触更多的练习获得更多的训练得到提高；中等水平的学生对部分练习有困难，他们键入自己的答案后，计算机判定答案是错误的，学生可以要求计算机给出解题辅导，多数学生看软件给出的辅导后能够理解，再通过键盘命令调入新的练习，他们做的练习略少一些，但每个练习都弄明白了也得到提高，他们基本上也不需要找老师；少量学习困难较多的学生，不仅未能得出正确答案，而且看完软件给出的简单辅导分析，还不能完全明白，巡视的教师会很快发现这部分学生，立即给于更详细的辅导，他们完成的练习数量较少，但得到计算机和教师的具体指导，弄懂了一些练习，也得到收获。
教师在课后总结时认为，跟以往的练习课相比，用计算机辅助教学软件上练习课有几点明显的优点：
⑴ 随机给定已知条件可以引导学生注意分析和解题的过程，即使再次调用同一个练习软件，又出现同一个练习，学生不能用上次的答案，需要回忆的是解题过程并重新计算求解，使得有限的练习题达到训练分析和解题方法的目的。在练习课上，不同学生同一时间所做的练习是不一样的，即使题目性质相同，已知条件也不同，这就有助于引导学生克服以往的抄答案的弊病，学生间相互讨论的是对问题的理解和解题的方法。
⑵ 计算机软件给出的辅导，虽然受到载体容量限制，文字比较简练，但用动态模拟针对一些复杂的练习题所涉及的过程所给出的辅导是教师用语言表述都有困难的，辅导的方法和效果有特色。
⑶ 以往在练习课上，有些学习水平较好的学生也往往信心不足，答案是否正确要问老师；中等水平的学生更包围了老师；最需要得到教师个别帮助的学生由于多种主客观原因却不能得到帮助。计算机的反馈和辅导帮助教师将学生区分开，多数学生得到计算机的辅导就顺利地完成练习，教师很自然地得到时间来辅导困难较多的学生，有助于使全体学生都得到提高和缩小差距，也减轻了教师的负担。
⑷ 用ＣＡＩ练习软件辅助练习课的形式新颖，提高了学生的积极性，也对提高练习课效果产生不可忽视的影响。
1995年，我们在 VGA环境下为高二年级电场和直流电路设计了练习软件PHY31_1 ，在两个理科班和一个文科班做了教学实验，并全面收集学生的书面反馈信息。其中，59名学生完成全部26个练习，全部做对的有７名，他们的反馈信息是：“很喜欢这种方式，节省了时间，做的题比以往要多很多”；“不同水平的同学可以按照自己的速度进行练习”，“这样上课对物理过程有一个形象的认识，不但体现了老师讲得了的内容，还体现了老师讲不了的内容，容易理解”。其他学生有个别题目没能自己解决的，通过看计算机的辅导都得到解决，这些学生的反应是：“可以自己灵活把握时间和解题的速度，根据自己的水平做练习”，“直观性强，接受起来也比较快，很复杂的过程比较容易明白”。
41名学生完成20到25个练习，其中正确率较高的学生的反应是：“形式新颖、生动”；“节约时间，非常喜欢”；“能根据个人实际水平掌握练习速度，答案看一遍不明白可以再看第二遍”，“比以往老师在黑板上出题由学生做要强得多，做练习题的数量和效率都明显提高，对学习有较好的促进作用”。错误率较高的学生反应：“计算机的辅导和分析很清楚，不用每个题都由老师讲，节约了双方的时间”，“自己控制所需要理解的内容，可以在自己不懂的地方反复研究”，“可以有足够的时间抄下必要的分析，弄懂每一个练习”。
32名学生完成练习量少于20题（主要是文科班学生），其中正确率较高的学生的反应是：“可以锻炼自己做题的速度，加深理解能力”，“相当于老师跟学生面对面地辅导，且可以根据自己的情况掌握时间”，“使学习更加主动，简单题快速解决，较难的题通过看软件演示分析也浅显易懂，记忆深刻”；“练习的速度由自己掌握，不受他人干扰”，“是自学的好方式”，“在相同的时间里多做了练习，还易于理解和记忆”。学习能力较低的学生反应：“这样做练习消除了以往老师提问时的紧张感，又防止了偷懒和走神的现象。”只有一名学生完成练习量不足十个，其中能正确解答五个，另外五个是通过看计算机辅导得到解决的（绝大多数学生的反馈信息都表明，看了计算机软件给出的辅导已经能弄懂了自己原来不会做的练习）。他的反应是练习题难度大了，但“自己思考的时间较充分，不会受其他同学干扰，我喜欢这种练习方式”。
各种不同学习水平的学生都在反馈信息里提出：“希望以后能多上这样的课”，“希望其它学科也能用这种方式上课”。因材施教的作用是十分充分地体现了。
教师也反映：这样的练习课里，绝大多数学生完全可以“交给计算机辅导”，教师有时间针对学习困难较大的少数学生予以辅导，达到“因材施教”的目的。
1996年，我们组织高一年级做计算机辅助化学复习练习的教学实验。取其中一个教学班40名学生的反馈信息，百分之九十以上的反馈认为计算机辅助练习较以往的常规练习课有优势，表示喜欢这种方式，不同水平的学生都认为对自己提高学习水平有帮助。由于准备时间紧，化学练习软件里的辅导分析部分不够细致，学生在反馈信息里也突出提出这个要求。
从物理和化学两个学科的练习实验，可以看到练习软件不同于“题库”就在于不侧重于“打分”、“检查”，给学生以压力。而是侧重于为学生创造良好的条件，调动学生的积极性，让学生自己动脑思考，还可以根据自己的需要向软件“申请”辅导，特别是对学生不容易理解和想象的动态过程给出的辅导。这里凝聚了教师的智慧和教学经验，也凝聚了现代软件技术，最受教师和学生的欢迎。
个别性具有更深层次的意义，是更能充分体现学生在学习过程中的主体作用。学生可以在教师指导下根据自己的特长和爱好选定学习目标，根据自己的学习能力在广阔的资源库里选取学习资源进行学习（国外将这类软件称为ＣＡＬ软件），通过检测软件自己获得关于学习效果的鉴定并获得相应的指导和辅导，在一定程度上克服了时间（课堂时间）和空间（课堂、学校）的局限性，有利于培养学生适应信息社会的需求，有利于各种人才的成长。随着网络技术和教育软件工程的完善，将对未来教育体系产生巨大的影响。
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