2004年~2012年地平线报告技术分析及教育潜力

张诗潮 冉花 吴丽君 陈振

为了让大家更全面地了解历年地平线报告所展示的新技术，笔者通过调研、编译的方式，对2004年~2012年地平线报告中涉及的主要新技术进行简要的说明和介绍，以期能让读者对这9年的技术发展及其在教育、研究中的应用有一番大致的了解，为今后的研究提供依据。

悦趣学习（亦称游戏化学习）

如何提高学生的合作、解决问题的能力，成为目前教育工作者关注的问题。这恐怕是悦趣学习在2005年~2007年被提出来，沉寂三年之后又在2011、2012年连续两年再次出现的主要原因。

早在2003年，就有专家描述了游戏对学生认知能力发展的影响。从那时起，对这一领域感兴趣的研究者对游戏在教学中的潜在应用进行了大量开发。研究人员对每一个基于游戏的学习领域进行了深入研究并开发出不同类别的游戏项目，包括以目标为导向的游戏、情景类游戏、提高团队合作能力的游戏以及一些简单易操作的游戏，并开始在教育领域广泛应用。如今，角色扮演、协作解决问题以及其他体验式学习的形式，通过游戏普遍适用于跨学科课程中。研究者表明，这样的学习方式有助于学生对学科内容的综合理解，而且游戏有助于提高学生合作、解决问题以及交流的能力，这些能力都是学生在21世纪的竞争中必备的。

基于角色扮演和情景模拟等的悦趣学习使学生在情境中学习，让学生产生真实的生活体验。这是其他工具和方法不能实现的。最近的一些大型游戏，比如带有教育目的的游戏——“世界上没有石油”，通过写作描绘出全球发生石油危机32周后的社会场景图。在该游戏中，游戏者想象自己在十年后的样子，以及这个世界在政治、经济、自然环境等方面所面临的严峻挑战。整个游戏的体验对于身在其中的游戏者来说都是一次深刻的经历。

基于游戏的学习在发展学生跨学科理解能力方面也有很强的适应性。这些大型游戏适用于多人在线的形式，能利用技巧来提高学生在研究、写作、合作、解决问题、公众演讲、领导、数字扫盲和媒体制造等方面的能力，为指导学生如何学习并掌握真正有用的课程内容提供了有效途径。学生可以通过这种方式的学习，发现并建构属于自己的知识框架，发展和提高认知能力。

学习分析

学习分析指的是对一个大范围内数据的解释和分析，以评估学生的学习进展，并预测学生未来的表现，同时发现学生潜在的问题。

这些数据通过搜集学生的明确行为而得来，如完成作业和参加考试、网络社会互动、课外活动、论坛讨论以及其他不直接通过学生的教育进展评估活动等。学习分析的目的是使教师和学校为每个到学校接受教育的孩子依据他们不同程度的水平和需求提供不同的学习方法，为个别学生量身定制更有效的、个性化的教育。

手势计算

离开键盘、不用鼠标，通过手势的互动来操控计算机——这种开放、直接的运用方式给人们提供了前所未有的互动体验。基于手势输入的计算技术正在快速地发展。现在，基于手势的计算早已从虚拟世界走向真实的生活体验。通过手势的输入或演示去与移动设备“交流”，对我们来说似乎已司空见惯。iPad、iPhone、iTouch以及其他触屏式播放器等移动设备，在支持键盘输入的同时也可以通过手势操控。

基于手势的计算具有强大的潜在教育价值。学生能够以一种新的方式进行人机交互，交流观点和信息。将其使用在教学上，也有利于探索新的人机、人际沟通方式。

移动应用程序

移动应用程序是指为了完成某项或某几项特定任务而被开发运行于移动设备操作系统之上的程序。

智能手机、iPad以及一对一电脑等移动设备为越来越多的人所熟知与使用。随着带有网络功能的移动设备越来越多，支持无线连接的网络设备发展日新月异，网页内容的灵活性快速提高，个人上网方式也发生了巨大改变。移动应用程序作为网络内容和社会化入口的连接方式，已成为应用在各种移动智能设备上的主要表现方式。

在教育领域，从课堂教学、学校管理、课程开发到网络远程教育，分门别类的应用程序已被开发出来。一些高校甚至向没有移动设备的学生提供移动设备，通过委托定制应用程序的方式服务于学生群体。例如，早在2009年，美国爱柏林基督大学给所有在校学生发放了一台苹果手机或者iPod播放器，并为全校所有教师提供了怎样利用这些移动设备和相关的教学移动应用程序的培训与技术支持。

平板计算

平板电脑是一种小型的、方便携带的个人电脑，以触摸屏作为基本的输入设备。平板电脑所拥有的触摸屏（也称为数位板技术）允许用户通过触控笔或数字笔进行作业，而无需传统的键盘或鼠标。

在过去的一年里，平板电脑的发展已经成功捕获了全世界教育及其他行业人员的注意力。以iPad为首的平板电脑在2011年的销量令人咋舌。平板电脑并不仅仅是一种普通的移动设备，它集笔记本电脑、智能手机等功能为一体，成千上万的移动应用程序赋予使用者个性化的上网经历，因而广受消费者喜爱。

随着iPad和其他平板电脑的出现和流行，学校开始将平板电脑作为一对一解决方法的首选设备。室外教学无疑最适合使用平板电脑，它的实时性使学生可以不用受限于地点，随时随地搜寻到知识和材料。这当然也为教师的教学提供了更好的现场支持。比如，历史教师带学生进行实地考察时，通过运用平板电脑基于位置的数据搜寻和信息搜集，帮助学生更好地理解当地相关的历史信息，掌握更丰富的历史材料。平板电脑也给学生的课外活动提供了灵活性，学生在课后利用这种方式学习讨论、合作完成学习项目，方便有效，鼓励了他们之间的协作。

物联网

顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这里有两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展；第二，其用户端延伸和扩展到了任意物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网将是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一同，构成未来互联网。

物联网在建构智能化教学环境、丰富实验教学、辅助教学管理、拓展课外活动等方面，日益发挥重要的作用。

利用物联网可以建立泛在的学习环境。通过利用智能标签识别需要学习的对象，同时根据学生的学习行为记录，调整学习内容。这是对传统课堂和虚拟实验的拓展。例如，生物课的实践性教学需要学生识别校园内的各种植物，可以为每类植物粘贴带有二维码的标签，学生在室外寻找到这些植物后，除了可以知道植物的名字，还可以用手机识别二维码从教学平台上获得相关植物的扩展内容。物联网的引入还可实现实验室教学的数字化、网络化、智能化。实验室的每个物件都可以与虚拟学习环境粘合，及时捕捉、分析师生教与学的需求信息，并做出积极调整，为师生提供智能化学习环境与学习资源。物联网还可以用于学校考勤管理、图书馆管理、学校教学仪器设备管理以及学校教育安全管理、拓展课外教学活动等方面。如将RFID标签用于图书管理，可以在借阅图书的时候方便地获取图书信息，而不用把书一本一本拿出来扫描。将物联网技术用于实验设备管理，可以及时跟踪设备的位置和使用状态，方便管理。物联网在创造智能化的教学和校园环境方面可以起到很大的作用。

作为新兴战略性产业的代表，物联网的出现将会推动教育信息化的进一步发展，带来更多的创新应用和服务，引起教学模式和管理模式的变革，最终将提升教育信息化水平，有利于教育质量的提高。

开放内容

信息无处不在，关键是如何有效利用。开放内容不仅包括分享信息，也包括分享教育实践和体验。

人们对于开放内容的浓厚兴趣和早期有所不同，如今，人们更关注开放内容的使用及其在课程中的作用。开放内容开始进入基础教育领域。例如，南非的“高中理科免费课本”行动给条件较差的学校带来了福音，他们可以免费获得由志愿专家编写的开放源码书籍。支持开放内容和开放式教育的理念认为，对于教育工作者而言，资讯不是唯一可分享的有用商品，理解、洞察力和经验也是可以收集和分享的。这种观点的产物就是开放内容教科书，这种教科书可以定制、修改或与其他材料合并，新的教科书组合应运而生。

许多出版商正在寻找合适的方式，为这种开放内容的作者和读者提供支持。出版商平世界知识库（Flat World Knowledge）制作了可供开放使用的教科书。利用这些教科书，所有教师都很容易定制自己要在课堂上使用的内容，并与更大的群体分享他们定制的内容。

尽管如此，开放式学习材料要实现广泛使用，特别是在基础教育阶段，至少还需要两年时间；而要实现让教学经验和洞察力与信息一样轻松分享这样一个更广阔的前景，则需要更长的时间。目前，学习材料的生成仍然是凭个人兴趣和观念驱动的个体设计过程，而不是由许多人的贡献和观念共同创造的协作过程。

电子书

电子书给我们提供了一种全新的阅读体验。社会性工具将读者的阅读体验扩展到更广阔的空间里，让读者之间相互连接，对文本的探讨更为深入、参与也更为广泛。

教育界在电子书的普及上有几个障碍：学术类电纸书品种不多，用电子阅读器来支持学术工作缺乏必需的功能特点，学术界严格限定的出版模式、数字版权管理的问题等。但是现在，这些问题正在逐渐消失。仍然需要解决的是获取内容的渠道不通畅的问题，不少实施了2010年Kindle教材计划的学校已经发现了这个问题。现在也出现了广泛的学术类电子书可供用户选择使用，而且现在的阅读器已经发展到可以轻松添加图片、视频以及交互式元素的地步，有些甚至有了加入书签、记录笔记、作注释、查阅字典以及其他一些有用的功能。

对于那些已经拥有智能手机、iPad或类似设备的学生来说，基于订阅的服务将能够在所拥有的设备上接收电子课本以及辅导学习材料。有些模式提供免费会员身份，这将进一步降低教材的购买成本（还有一些模式则是基于课程来收费）。这种正在兴起的商业模式可能会降低学生的费用，包括书本的租用以及机构低价批量采购等费用。

抛开定价和数字版权管理的问题，电子书有可能真正地改变教育实践。目前，大多数电子书教材和电子期刊是印刷版的简单复制，只不过是能在计算机或者移动设备上阅读罢了。某些高级的电子书具备了自我导航的互动性、方便的内容查询、具有合作完成项目的功能，能够便于使用者开展多模块、大范围的活动，采取其他深度参与的学习方式。移动应用方便地实现了电子书阅读过程中的社交互动，可在教材文本的任意部分实现小组学习和师生互动。电子书教材中含有大量参考材料的链接，使得教材内容变得广泛和丰富。

如今，上海八所学校正在试点电子书包（www.cnbeta.com/articles/144390.htm）。课堂上，学生人手一台笔记本电脑，通过内部网络连接并配合投影仪，与教师进行即时问答互动，师生同步共享课程内容，整个课堂充满温馨而又富有趣味。山东淄博周村区城北中学引进“家校新干线”自适应学习测评系统（www.caigou.com.cn/News/Detail/94084.shtml），并运用电子书包项目开展新型的学习模式。该校应用电子书包开展教学，已经进入常态化，教师挥洒自如，学生轻松应对。

移动技术

移动设备集成了许多技术，这些技术包括电子书阅读器、注释工具、创造和组合的应用程序以及社交网络工具等。这使得移动设备在教育领域有了更广阔的发展前景。移动设备作为一种支持教与学的新型技术将会得到持续的关注。学习者通过它能随时随地获取信息、社会网络、工具进行学习和生产。

移动技术发展迅速，功能不断增强、使用更加灵活、成本逐渐降低、普及率越来越高，成为功能强大而“多才多艺”的个人信息移动终端。新一代的移动电话和通讯技术，如多模触控技术、地理导航技术、与其他设备的交互与控制技术、运行第三方应用软件等，可以用作特定的学习、生产和社会交往的综合任务平台，并已经开始承担那些曾经是非移动电脑不可的作业任务。就教育应用而言，学生中移动电话的普及将使它成为发送教学资源、开展学习活动的天然选择。触摸屏技术、照相机、录音笔、电子词典、3D显示以及适合手机传输的教育内容不断丰富、质量不断提升，使得移动技术在教育领域发掘资源、练习技能和获取研究数据等方面具有广阔的应用前景。

个人Web

随着免费而简便的工具和应用越来越多，创建个性化学习网站变得十分简单，并可利用这样的环境为个人社交、职业、学习和其他活动提供支持。

当前，为每一名学生提供满足其个性需求的教育是大势所趋。这种需求促进了新科技的开发，为学生提供更多的选择和控制，并鼓励差异化教学。

目前具有该功能的一款工具是Symbaloo。该工具拥有卓越的数据库，能为一系列专业和课题提供大量的参考内容。Diigo则是另一款正为越来越多学校所使用的工具，它能帮助学校轻松地收集、提炼和存储资料，从而改进学生的个人学习环境。

个性化网站意味着对在线内容进行重新组织，而不仅仅是浏览它们。个性化网站技术的重要性就在这里，它可以是定制化的网站访问起始页、RSS内容聚合列表或管理在线资源的应用插件（widgets）。使用标签、更新、记录、聚合等大量免费而简单易用的工具，每个人都可以根据自己的风格、兴趣和偏好，轻而易举地建立基于网络的个性化应用环境，从而与外界建立联系，开展自我学习和专业发展等活动。个性化网站的教育应用价值在于为个性化的自主学习提供支持，而且使用者可以不必理解或接触底层的技术，从而能够更加集中精力地从事资源学习和交互活动。

云计算

2009年报告里预测云计算将是一年之内的新兴技术，随后在2010年和2011年的技术发展趋势里都提到“云”。在2011年地平线报告基础教育版中表明：人们日渐接受并采用“云计算”应用和服务，不仅改变了我们设置、使用软件和文档存储的方式，也改变了我们对这些功能的认识。我们的文档存储在哪里并不重要，而真正重要的是，无论我们在哪里，或选用什么工具，都能查阅到我们的信息。当然，我们还面临着一些挑战，主要包括隐私权和控制问题。不过，大幅度节约成本的潜力，是寻找创新解决方案的重要驱动力量。

对于教育应用而言，云计算无疑可以大大降低信息化教学的成本，因为它可以发展基于客户端的网络应用，只要是计算机能够接入互联网的地方，学习者都可以利用网络浏览器完成对文档、幻灯片、数据表、邮件、图片等的处理工作，而且不需要分别购买和安装不同的软件包。

学校越来越多地利用功能强大且不断扩张的云计算应用，帮助终端用户完成原本需要通过网上注册、程序安装并且对个人软件包进行维护的任务。电子邮件、文字处理、电子表格、演示、协作交流、媒体编辑等，乃至更多的任务都可以通过一个浏览器完成，而所有软件和文档都储藏在云环境里。随着越来越多的学校开始使用这类资源，出现了新的、更先进的资料共享方式，减少了学校维护和管理潜在设备的支出。

云计算之所以成为新兴技术，关键在于它打开了课堂教学的大门，带来了更大的灵活性，更广阔的发挥空间，更好的交流协作，最重要的是，教育者可以更加创造性地利用网络资源。

地理定位

地理定位技术并不新，但现在它正在不断进入更多的领域，如移动电话、照相机及其他手持设备。同时，我们每天使用的软件工具开始包含利用地理定位数据的功能。

正如在2008 年地平线报告中所述，通过在线工具使用多媒体和地理标签数据来制作交互式Web应用程序越来越容易。从网上可以获得许多免费的或低成本的采集和显示地理定位数据的工具，并且它们的实用性和灵活性在不断改进。例如，当人们浏览地图时，Google Maps (maps. google.com)提供一键式服务，将公共的、具有地理标签的媒体覆盖到地图的相应位置；相关标识位置的照片或视频可以轻而易举地在地图上找到。

智能对象

智能对象是虚拟世界和真实世界的连接。一个智能对象“知道”它自己的存在、它在哪里和怎样制作的、它是干什么用的、谁拥有它和他们如何使用它、还有什么其他物体在世界上与它相似。智能对象能够报告它们的精确定位和当前状态。很多技术可以支持智能对象：RFID电子标签、QR二维码和智能卡是其中最常用的。

Semapedia是一个合作项目，旨在用QR码使维基百科全书（Wikipedia）的在线信息与标签的物理对象连接。用户受邀创建手机可读的物理超链接，再将它们打印并将其与物品对象或真实世界的位置连接(semapedia.org)。Semapedia包括一个地图，上面标明标签对象的相应物理位置。

草根视频

视频已经成为一种人际沟通的流行媒介，利用现有工具可轻松地编辑和传播。视频内容制作已经趋于草根化。在过去的几年里，我们制作、使用甚至思考视频的方式已经发生深远的变化。随着用户自己制作的影片剪辑的数量的增加以及质量的提高，我们对传统的观念有了新的理解，越来越多的两到三分钟的视频片段可在三寸浏览器窗口或者一部移动手机中观看。

随着视频制作和传播的成本几乎降低为零，使用视频的障碍已经不存在。随之而来的是，针对特定主题的视频教学片段的空前增加，学生无论是在校园还是在全球各地都可以在线访问。未来教育和社会（www.youtube.com/results?search_query=horizonproject07）提供来自五个不同国家的五所中学的学生根据2007年地平线报告框架，研究和预想出将来的教育和社会，在wiki上记录他们的工作。他们制作出了关于报告中的将近二十个主题短视频，并且通过YouTube分享。

社会操作系统

下一代社交网络系统——社会操作系统，将改变我们搜索、处理和理解信息的方式，并把人作为网络的中心。我们对网络的目的和本质概念的理解发生了演变。网络的首要目的一直被看做是分享文件和应用，现在更多的是认识到因特网的真实价值存在于它帮我们建立、确认和维持人际关系。这种表面上看起来很微妙的变化——从强调文件分享到人际关系，将会对我们的在线交互方式产生深远的影响。它将改变信息和知识关联的方式，改变我们做研究和评价的方式，改变教育者与学生之间相互作用的方式，也将改变学生在专业领域的学习方式。

协同Web

因特网的存在打破了距离约束。一方面简单工具数量的激增，允许人们把工作分割成小的易于实现的片段，团队成员可以一起并行工作。另一方面是网上在线合作工作区，它像一个枢纽，小组成员可以轻松地工作，共享资源，捕捉新的想法。

协同Web最核心的技术是使人们较为容易地分享兴趣和想法，共同参与项目。在课堂环境中，教师可以评价学生工作进展，学生也可以与其他同学或教师异地合作。学生参与的障碍非常低，因为支持虚拟协作的软件成本很低甚至是免费的，通过网络浏览器即可使用。学生还可以使用任意的计算机访问相同的学习材料。

虚拟世界

虚拟世界是具有丰富沉浸感、高度可扩展的3D环境。人们在虚拟世界中好像是身在其中行走一样。由于结合了社交网络，虚拟世界变得越来越受欢迎，它具有无缝分享媒体、联系朋友的能力，能够使人们产生存在感以及提高和社会连接的能力。

在过去的几年里，虚拟世界在教育中的使用日益增多，目前的课程允许学习者临时成为天文学家、化学家或工程师。越来越多的教育工作者开始探索虚拟世界中所提供的条件，正在为建立新的课程模型做好准备。

拓展学习

在一些学校，技术工具拓展了传统的教学。这些工具是为学生们所熟悉的，并在日常生活中使用的。拓展学习课程可以定义为一种混合课程，包含通讯工具和战略的扩展集。课堂作为一个探索的大本营，整合了网上教学、传统教学、学习小组等，所有这些都由各种通讯工具来支持。拓展学习增加了学习的机会，并开启了协同工作的大门。

泛在无线

泛在无线是指无处不在的无线网络连接。新一代的宽带无线技术，包括802.11和802.16（WiMAX）技术，将继续支持无处不在的无线接入。这两种技术都能显著增加吞吐量，达到标准的无线移动体验，提供更快、更低成本的访问，同时需要更少的发射器。

WiMAX和宽带将使无线接入更大众化。理论上讲，一个WiMAX发射机可以将一个信号发送到30英里以外，但实际上最多可能覆盖半径为3至5英里的区域。由于WiMAX所使用的通道不是由FCC监管，当地政府、学校，甚至个人都能设立发射机。

智能搜索

搜索代理能处理人们感兴趣的各类事物，及时推送消息，甚至随着时间的推移，还能记住用户的搜索参数，周期性地重复搜索，添加新的搜索结果，并创建定制化的搜索列表。

随着新的搜索技术的出现，我们发现，曾经以影印形式出现的课程内容正迅速向数字化形式转变，这些技术使它们很容易聚合、更新，也易于被访问。通过联合搜索，可以快速定位多个资源库中的资料。越来越多的智能工具（代理）支持新内容的加入，使课程内容保持活跃状态，并保证内容的更新。这些搜索代理可协助资源的定位，协助人们之间的连接，协助同类项目的工作组织和管理，协助建立不同院校相似课程的共享资源列表。

社交网络

新技术以一种新的方式将人们集合在一起，出现新的合作形式。这就是社交网络。由于学生对社交网络的极大兴趣，越来越多的高等院校都在寻求有效利用社交网络的策略。基于社交网络的跨学科教育鼓励团体意识和自我表达。基于校园的社交网络为学生提供一个安全便利的空间与团体成员保持联系并锻炼形成一个公众自我。宾夕法尼亚大学在他们的社交网站中提供会员资格，来帮助新生在开学前就可以认识他们的新同学。社交网络可以提供外语学习环境，如果学生要学习一种新的语言，可以加入这个语言学习社区，开展地道的语言交流及读写训练，与本语种的学生建立友谊。MIXXER就是致力于帮助学习新语言的学生找到谈话搭档的应用项目。

增强现实

增强现实技术是指把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(如视觉、声音、味道、触觉等信息)，通过科学技术模拟仿真后，再叠加到现实世界被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。它将虚拟的信息应用到真实世界，将真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间，使其同时存在。

增强现实最有发展潜力的一个特征是，它可以用于可视化和高度交互学习。增强现实的第二大特点就是可以对用户的输入及时做出反应，这种互动性为学习和评估赋予了巨大的潜力。通过增强现实技术，学生在与虚拟对象相互作用的基础上可以建构自己新的理解。动态的过程、丰富的数据集以及因过大或过小而无法操纵的对象，都能以一种规模或形式被带入学生的个人空间，从而更易于理解和使用。

学习对象

近年来，学习对象在高等教育领域获得了相当多的关注。最普遍的观点认为，学习对象是指一个具有清晰的、可操作性的学习目标或被设计来支持学习过程的数字化材料（图片、文件、模拟仿真）集合。该观点将学习对象与“包含一幅插图或其他附属材料的信息对象”（类似于简单的事实）或“诸如一段视频或音频、一张图片、一段动画或一个文本文件的内容对象”区分开来。区分的关键点在于将学习对象清晰地连接到学习过程。

矢量图

可缩放矢量图（SVG）语言形成于1999年，隶属于创造了HTML和XML语言的、非盈利的、开放标准的万维网（W3C）联盟。SVG包含三种类型图形对象：矢量图形、图像和文本，以及基本的图形形式——矩形、圆形、椭圆和多边形。利用这些组件，任何图形都能创造出来。

多模态界面

与计算机交互时，我们主要以非常基本的方式沟通，这类方法几乎保持近二十年基本不变。目前，与计算机互动（窗口、图标、菜单和指针）最常见的是一种高度依赖于视觉的方法。人类通过计算机屏幕处理或键盘、鼠标输入来引导计算机。

多模态界面能为计算机设备扩展甚至延长人类感觉范围。例如，现代医学训练利用多种模拟器，为用户提供详细的触觉、听觉和嗅觉反馈。

情境感知

情境感知就是通过传感器及其相关技术使计算机设备能够“感知”到当前的情境。情境感知计算是指计算设备可以解释这种情境信息，并用它来了解用户的行为动机，辅助决策制定，并对交互产生影响。情境线索可能包括当前环境下用户想要做什么，用户的位置和方向，当时的日期和时间，光照条件，其他对象或人等。情境感知的设备和应用，可以在没有用户输入的情况下，基于这些信息制定决策。

本调研报告由张诗潮、冉花、吴丽君、陈振合作完成。感谢祝智庭教授的指导。

（作者单位：华东师范大学）