教育信息化领域涌现的十大新技术应用

国际教育信息化发展研究项目组

近年来，新兴技术不断涌现，并逐渐被运用到教育领域，这些新兴技术将给教育带来持续和深远的影响。创新是当前教育信息化发展的焦点，新兴技术是助推创新的重要引擎之一，其对于课堂的影响已初见端倪，正在深刻影响并改变新一代学生的学习方式，逐步开始扭转以教师为中心的低效教学形式，并成为有望打破课堂单一教学形态的利器。新兴技术在教育中的应用更易被新一代学生所接受，能够激发学生的学习兴趣、提高教师教学效果、丰富课堂的教学环境、促进师生良好的认知体验和情感体验，从而有力地促进教育的革新和发展。

通过对全球教育信息化创新实践活动的分析，“国际教育信息化发展研究”项目组总结提炼出在教育信息化领域涌现的十大新技术应用，内容如下。

智能机器人将成为未来学习伙伴

智能机器人具有革新的技术，高水平的数字化和智能化程度，其在学习中可同时具备益智学习工具、情境建设者、学习伙伴三个不同角色。智能机器人作为益智学习工具逐渐成为“做中学”学习模式的主题和项目，并在世界各国都有极大发展。

日本是机器人教育大国，其近期开发的一款以机器人和投影设备为主的R-learning系统，主要用于协作儿童在故事场景中的设计和渲染，学生通过在绘制的故事场景中操控机器人来完成预设角色的行为，从而培养他们的合作力、想象力及创造力。

3D打印将颠覆学生实践范式

3D打印是一种利用三维数字形式对空间构造的物理或虚拟实体对象进行快速成型的技术。3D打印对于教学和学习的重要价值体现在能够将特定物理及虚拟事物更加真实地加以呈现，使学生获得深刻的感知体验。3D打印机可以将抽象的空间构思转变为真实的、立体的彩色模型，某些难以理解的空间概念和构造因被引入到“现实”世界中而变得更加具体、直观。3D打印技术为学习者开辟了崭新的学习空间，学习者通过设计、制作、展示等多种角色进入到该学习空间中，亲历学习过程的趣味性和生动性。同时，通过亲身体验、亲自参与，学生的思维能力、设计能力和动手能力都得到了全面协调的发展和提高。

目前，一些国家和组织已经开始探索3D打印在教育领域中的应用。英国教育部开展了一项为期一年的试验项目（2012年10月至2013年9月），该项目以21个学校为试验点，将3D打印技术系统地应用于数学、物理、计算机科学、工程和设计等课程中，探索3D 打印的教学应用，推动教学创新。有些教师在历史课堂上使用3D 打印的历史古迹和文物模型，模拟还原部分历史事件、人物或场景，使学生在课堂上就能像在博物馆里一样，“触摸”到真实的历史。

创客运动夯实技术课程“做中学”教学模式

開源硬件与创客运动是近年来风行全球的一个科技文化现象，被认为是制造业创新及第三次工业革命的重要推手，前面提及的3D打印技术的发展及迅速普及就是其直接产物。教育应用是许多创客空间、创客团队和开源硬件开发者所关注的焦点之一。

开源硬件显著降低了高级硬件产品的开发成本和复杂程度，使没有或有极少技术背景的普通师生也能轻松从事作品原型创作或产品开发，为所有学生发挥想象力、进行各种水平的创新活动提供前所未有的前景。以Arduino为代表的开源硬件已在学校的科学创新活动中占有一席之地。树莓派（Raspberry Pi）是继Arduino后在教育领域获得成功的另一种开源硬件，越来越多的学校将其用于教学，实施课堂“做中学”教学模式。

从2012年起，树莓派基金会协同英国剑桥大学和英国计算机协会（BCS）等机构，通过开展各种活动和研讨会等形式，为中小学培训了数千名熟悉树莓派的各学科骨干教师，为树莓派深度支持教学活动奠定了坚实基础。2013年12月，IBM非洲研究院实施的“推动改善非洲教育质量项目”，将树莓派、传感器和编程实践（使用Python和Scratch）整合到现有中学地理教材中，学生在教学过程中边做边学，以此评估技术的有效性。研究结果表明，这些新技术的使用充分激发了学生的学习兴趣，培养了学生的创造性思维等。

为推动创客运动及开源硬件与教学深度融合，很多具有国际影响的公司不遗余力地在大学甚至中学免费提供开源硬件，鼓励学生开展创新活动。比如Intel公司于2013年推出了Galileo开发板，并在全球遴选1000所学校免费提供。

体感技术将带给“数字土著”学习新体验

体感技术与自然语言交互是继键盘+鼠标、多点触控之后获得广泛应用的第三大类操作方式，体感技术使人们无需借助复杂的控制设备，直接使用肢体动作与数字设备和环境进行互动，并根据人的动作来完成各种指令，就像为计算机配备了一双精准有效的“眼睛”。体感技术不但是一种创新的操控方式，还拥有强大的数据监测和数据分析功能。可以预期，未来的体感交互将体现为可穿戴设备的形式，成为“数字土著”一代身上的必备学习品，为用户带来更刺激、更具现场感的愉悦学习体验。

微软公司开发的Kinect是一种典型的体感技术，在Xbox系列游戏机上作为首选控制工具，被认为是当前用户体验最佳的交互工具。在教育领域中，Kinect体感技术可以通过特定的软件连接至投影仪，从而可以将计算机上的任何操作界面信息投影至屏幕上，以达到支持手势及触控等操作。德国的一所大学使用这种设备，将网站直接投影至墙面上，学生可以像在iPad上一样使用手势进行操作、浏览。随着人们对体感技术优势日益深入的了解，其在教育领域一些特定方面的应用（如体育锻炼、幼儿教育和特殊教育等）可能成为一种趋势。

教育游戏“登堂入室”开始进入课堂教学

教育游戏是一种含有教育目标的游戏，它通过游戏的方式为学生营造特定的情境，通过引导、训练、模拟等形式来强化学习效果。教育游戏通过创设融入教育目标的故事情境，引导学生在游戏中以探究和合作的方式完成游戏任务，不仅能帮助学生建构特定学科知识，还能拓宽学生的知识面、锻炼学生的独立思考能力、发展学生的合作能力、提高学生的社会责任感。

在美国科学家联盟推行的“学科学计划”服务中，有一款辅助学习生物学的“免疫攻击”3D立体游戏。“免疫攻击”将娱乐性与教育性较好地结合起来：一方面利用信息技术使抽象的概念形象化，帮助学生的学习和理解；另一方面，游戏中的竞争与趣味性减少了学习生物学过程中的枯燥性，提高了学生学习的积极性与主动性。该游戏在实践中获得了良好的效果，现已为全美14所高中所采用，大约1000名教师使用此游戏进行教学活动。

教育游戏除在课堂教学中得到实际应用外，也将成为职业教育、企业培训的重要手段和方式，众多高等院校、专业机构和大型企业都致力于教育游戏的研究与设计。

虚拟世界中正在隐现“真实课堂”

Second Life（中文译作“第二人生”）是由林登实验室（Linden Lab）建立的互联网上的三维虚拟世界，测试版于2003年5月发布。其最大特点就是为用户提供一个平台和工具，让人们在这里尽情发挥自己的创造力。用户通过注册成为Second Life的居民，居民可以定制自己的虚拟化身（性别、相貌、身高、肤色等），虚拟化身可以像在现实世界中一样进行漫游、交流、购物、学习等活动。根据Linden Lab公布的历史成就统计，截至2013年，Second Life已经拥有3600万注册用户，累计在线时间相当于21.7266万年。平均每月有超过40万新用户加入，而月均活跃用户数量则有100万。

目前，商业、新闻、影视、医药卫生、航天、军事、建筑设计、旅游、娱乐和教育等行业都纷纷加入到这一虚拟世界的浪潮中。例如，在语言教学中，利用Second Life为学习者创建社会交往与情境相关的、高度仿真的虚拟生活空间，使学习者在进行语言交流时能感受到极强的临场感。以Second Life设计思想为原型开发的教育专用工具，如Virtual Campus等，则提供了模拟校园中各种学习场所和活动空间的工具。

移动卫星车助力经济欠发达地区信息化课堂

由于经济落后、地理位置偏远等原因，依托教学点开展教学广泛存在于世界各地，特别是在非洲、南美和亚洲的部分经济欠发达国家或地区。教学点（也称为“不完全小学”）是一种为学生提供小学教育的场所。由于师资力量十分匮乏，教学点通常只招收部分年级的学生，也难以开齐所在国家的规定课程。教学点的教师通常一个人负责一个年级或整所学校所有学科的教学。

为应对这一挑战，世界各国均尝试使用信息技术来提升教学质量。在一些经济欠发达国家和地区的教学点，除教学光盘播放、卫星接收和网络传输这三种常见的资源共享方式外，利用“移动卫星车”构建信息化课堂成为提供优质学习资源和学习支持平台的一种新方式，从而形成了新的课堂形态。巴基斯坦是儿童失学率和成人文盲率最高的国家之一，国内教育发展水平较低，偏远地区教育十分落后。2012年7月，受英国国际发展部资助，巴基斯坦教育部发起了“移动卫星车”项目。该项目旨在共享优质教育資源，提升经济欠发达地区教学点的教学质量。

云计算环境延展了课堂教学边界

云计算（Cloud Computing）是一种基于互联网的专门计算资源中心和服务模式，用户可按自己所需获得所必要的计算服务，并可根据业务的发展持续扩展这种服务。云计算独有的在线协作、文件存储、虚拟化、灵活访问和低廉的使用维护成本等特点尤其适合教育应用。越来越多的学校和教育机构在寻求诸如智慧校园和其他教育信息化解决方案时，都将基于云计算的基础架构视为首选。随着教育信息化基础设施的不断完善，云计算技术在教育领域中的重要性将日益凸显。

利用云计算改造现有信息化架构已成常态，许多学校都利用基本云计算和服务将原有的电子邮件基础设施迁移成基于Gmail和Google Doc的教学管理和办公平台。澳大利亚维多利亚州政府教育部与微软签署了一项长期合作协议（2013～2018年），利用Office 365建立一个覆盖全州所有教育机构的云学习共享和协作平台，将学习的“课堂”延展至学生生活的几乎每个角落。

社会性虚拟社区支撑大规模合作学习

近年来，随着Facebook、Twitter、MySpace、Flickr和YouTube等社会性网络工具的广泛应用，BBS等传统在线社区已经逐步被大型社会性虚拟社区所取代。

美国的一个官方调研发现，56%的年轻人利用社会网络站点、MySpace、Workspace及Facebook等社会性虚拟社区开展创作活动。这些大型社会性虚拟社区将世界各地的人群通过网络组织到一起，因此，非常有益于开展大规模的跨国、跨地区的合作交流。大型社会性虚拟社区不仅实现了用户从接受信息向创造信息的转变，而且其良好的交互性及丰富的参与性，促进了社会性虚拟社区成员之间的沟通、交流。例如，新媒体联盟将来自世界多个国家的专家聚集在Wiki space平台上，通过成立专家委员会开展地平线项目研究。同样，这些大型社会性虚拟社区也为世界各地的学生开展合作学习创设了良好的平台。Google+是 Google 公司推出的社交网站与身份服务，社交圈是 Google+ 最重要的一个功能，社交圈的另一功能为调整信息流的各个社交圈信息的多少。

学习分析技术支持规模化教学形式变革

“学习分析”这一术语最早来源于商业领域，通过对商业活动进行一系列数据分析，商家可以对消费者的消费趋势和消费行为进行预测。随着互联网的发展，大数据的出现，学习分析逐渐被运用于大规模的教育教学领域探索大数据的科学分析，以改善教师的教学方法、提升学生的学习积极性及学习质量等，进而帮助学校和教师有效调整课程、教学和评价系统。

学习分析技术在《2011年地平线报告》中被列为未来5年的主流技术，在《2012年地平线报告》和《2013年地平线报告》中均被列为了未来2～3年的技术，并在实践中进行大规模推广应用。学习分析技术进入教育教学领域，可以对有关学生的大量数据进行分析，例如学生的作业完成情况、考试结果、在线互动情况、与教师及其他学生在线讨论的情况等，从而让教师了解每个学生的学习需求及能力水平，以提供个性化的教学和学习方案。学习分析需要借助于相应的学习分析工具，例如Gephi、Socrato、SNAPP（Social Networks Adapting Pedagogical Practice）等。近年来，教学领域中关于学习分析技术的应用，主要聚焦于一门课程或者项目学习中学生所面临的困难，针对学生活动的数据进行分析，进而调整教学和学习方法或项目设计方案等，以解决学生短期内面临的困难和问题。