智慧教育引领教学方式新变革

叶宇平，何 笑

(上饶师范学院 经济与管理学院，江西 上饶 334000)

在信息技术的高速发展下，互联网+、大数据、VR、5G等新型技术对人们的生活产生了巨大的影响。在教育领域，信息技术的发展对教学方式的变革作用也日渐凸显，有学者提出了智慧教育的理念。目前，智慧教育已经引起了国内外学者和机构的极大关注，为了加快教育现代化和教育强国建设，《教育信息化十年发展规划(2011-2020)》提出将信息技术和智能技术深度融入教育全过程[1]。2018年4月出台的《教育信息化2.0行动计划》，将构建网络化、数字化、智能化、个性化的教育体系，完善教育资源服务体系，极大地实现教育资源的共享。通过技术变革重新构建学与教的多重模式，推动智慧教育体系的建立。

一、智慧教育解析

(一)智慧教育概念的提出

智慧教育(smarter education)的概念最早可以追溯到1997年著名科学家钱学森所提出的“大成智慧学”。它引导人们如何尽快获得聪明才智与创新能力，其目的在于使人们面对浩瀚的宇宙和神秘的微观世界时，面对新世纪各种飞速发展、变幻莫测而又错综复杂的事物时，能够迅速做出科学、准确而又灵活、明智的判断与决策，并能不断有所发现、有所创新[2]。在科学哲学的指导下，把各学科结合起来，进而到达大成智慧。简而言之，就是“集大成、得智慧”。在信息技术的催化下，2008年国际、商业机器公司(Internation Business Machines Corporation,IBM)在《智慧地球：下一代领导议程》中第一次提出了“智慧地球”的概念。在其构想下，当技术发展到一定阶段，通过移动传输技术、物联网技术、VR技术等，地球上的一切事物都可以被感知、被互联[3]。当技术与教育领域相融合时，智慧教育的想法被提出。

(二)智慧教育的内涵

随着信息技术的进步，越来越多的学者开始从信息化的角度对智慧教育赋予新的内涵。祝智庭认为智慧教育主要由智慧教育理念、智慧环境、智慧教学法及智慧人才四部分组成，利用先进的信息技术，构建智慧学习环境，在教学法上进行创新，培养具有优良价值观、思维品质和创造力的人才[4]18。曹培杰认为智慧教育的目的是使人实现“智慧成长”，在人工智能技术的推动下实现学习环境、教学方式和管理方法上的智慧变革，使教育服务更加个性化、灵活化和明确化，把人放在最核心的位置，启迪智慧[5]。黄荣怀认为智慧教育有三重境界，从智慧学习环境到新型教学模式，最后是现代教育制度。智慧教育是一个教学系统，由学校或国家提供高效的学习体验的系统，它能利用现代科学技术为学生、教师和家长等提供一系列差异化的支持和需求服务，能全面采集并利用参与者群体的状态数据和教育教学过程数据来促进公平、持续改进绩效并孕育卓越的教育[6]。杨现民从生态视角出发，认为智慧教育是一种教育生态系统，其依靠当前最新的信息技术，旨在实现技术与教育的深层次融合，同时使参与教育的各过程的相关者实现智慧成长[7]。

与智慧教育密切相连的另一个概念是智能教育。随着人工智能技术的变革，对很多行业都产生了巨大的影响。人工智能在教育领域的应用就是所谓的智能教育。祝智庭认为智能教育内涵是智能技术在教育实践中的应用以及将人工智能技术作为教学内容[8]。智能教育从根本上来说只是借助技术手段来改进教学模式和效果，智能教育是实现教育信息化的技术路径，使教育过程更加便捷化、智能化和高效化，但是它无法达到教育核心理念的变化以及智慧能力的开发，只是一种理想化的教育技术形态。而智慧教育不仅仅在于技术的引入，更重要的是教育理念和方式的升级。智慧教育更注重对人智慧能力的开发，需要由内而外的领悟，不单是由外至内的传输。智能教育更多强调的是技术，将技术应用于教育，技术与教育能否有效结合与协同。但智慧教育的核心是人，是为了挖掘人的能力和价值，技术只是手段和方式，在信息技术的支撑下发展更深的创造力。智能教育是从技术和工具出发，而智慧教育是从教育的完整形态和价值理念出发，智慧教育是智能教育的进阶形态，在教育信息化的演进过程中都将以智慧教育作为先导理念。

综合已有的研究成果，我们认为智慧教育应以学习者为中心，在教育基础设施信息化的前提下，充分运用智能技术和设备，通过定制化和差异化的教学来促进学习参与者的智慧发展。智慧教育具有一个全面且深刻的含义。从学习者的角度来看，智慧教育以学习者为中心，力求通过技术的推动，基础设施的智能化，使学习者能更加主动地参与到教学中来，促进更加有效的人机协作。通过个性化的学习服务使学习者的兴趣和效率提高，学习体验更加丰富和完整。从技术角度来看，智慧教育通过信息技术设备如智能设备、传感器、通讯网络等形成动态的学习环境，将学习者的学习过程进行有效分解，支持学习前的有效需求分析、学习中的感知记录及学习后的诊断评价。从教学者的角度来看，智慧教育中的教师的角色将是多样化的，既是教学者也是学习者和设计者。教师利用智慧系统对教学进行有效设计和监测，同时根据反馈不断改进和完善，实现和学生之间的深度交互，提高教学效果，教师自己也将变身为学习者，利用智慧学习环境提升其专业技能和知识储备。教师的职责将更加多元和复杂。

(三)智慧教育的演进过程

随着技术水平的提升，教育形式发生了很大的变化。从过去的传统教育到现如今的智慧教育，经历了几次演变，如表1所示。

表1 教育形态的演进过程及范式比较分析

续表1

传统教育经过了几千年的沉淀，从最初的口口相传到形成文字记载，到载体的便携性变化，其始终都是以教师为中心，以课堂为中心，以教师讲授为主，学习者被动接受为辅，教学的过程大多集中在固定场所如教室。师生面对面的交流是主要的交互方式，以掌握教材中的内容为主要目的。教具也相对简单，如黑板、粉笔、模型、教具、教科书。教学资源相对缺乏，获取知识主要以纸质书籍为主，如教材和报刊，时效性较弱，更新慢，不能及时获取国内外最先进的知识。评价方式多是教师对学生的评价和考核，以卷面考试形式为主。交互程度较弱，学习者与教师的交互、学习者和学习内容的交互、社会性交互都较少，深度不够。

当现代信息技术在教育中应用之后，计算机成了人们生活中的一部分，通过网络实现新的教学方式，出现了远程教育，为广大非在职学生提供了学习、进修和学历提升的机会。多集中于专业学历学位教育和各类培训项目。远程教育通过多种媒体方式将教学资源分享给学习者，有课件学习、网上作业、在线测试等，学习者和教师在空间上是分离的，学习的场所和形式相对灵活，需要学习者始终保持自发的学习动力。学习者可以在学习论坛或者网络平台进行讨论和交流，提出问题寻找解答，与其他学习者和教师的交互更加频繁和深入。

数字教育意味着从教到学都更加技术化，极大地体现了技术对教育领域的影响。随着移动通讯技术的发展，学习不再局限于固定的空间和地点。出现了大规模的开放课程、MOOCs、微课等多种新型数字教育资源，利用移动设备可以随时随地进行学习。很多软件和设备可以对学习者的数据进行记录，包括学习者个体数据、学习过程中的数据和学习环境数据。这些数据都切实地来自每一个学习者，真实性强，通过技术对这些数据进行分析，评价更加多维。与之前相对被动的学习状态相比，数字教育中学习者更加主动。

智慧教育是基于物联网、云计算、大数据及AR等先进技术的教育形态。利用技术设备不仅可以接触到大量的教学资源，还可以定制个性化学习服务，以学习者为中心，根据所收集到的每个学习者的情况按需设定和推送。将技术影响渗透到学习的方方面面，贯穿于学习全过程，完全地脱离时间和空间的束缚，学习的自由度和主动性将大幅提升。智慧教育可以让任何人在任何时间任何地点学习任何内容，并给予学习者任何学习支持。智能设备可以对学习者的数据进行记录，不同于数字教育的是，智慧教育通过“智能计算”，实时记录和处理大数据，不仅对现有情况进行有效分析，而且在智能分析之后会给予反馈和修正以及替代方案，给出更有效的教学干预方式，以便学习者获得更好的学习效果，这是由于计算模式发生了很大变化。网络教育中的计算关系主要是个人的、私密的，智慧教育则是联通的、融合的、开放的。每个人都可以连接很多计算机共享资源，利用便携设备随时随地访问互联网，获得所需的信息和服务。“智能计算”是硬件、软件和网络技术的新一代集成，它为信息技术系统提供对现实世界的实时觉知和高级分析,从而优化业务流程、消除业务负担，该情境感知和自动分析功能使得硬件设备更加智能化[9]24。另外，智慧教育的环境下更易实现深度交互，交互的形式更加及时和多样。不仅是教师与学习者之间、学习者与学习资源的交互，更能实现学习者与学习者、学习者与学习设备、教师与学习内容、学习者新旧概念之间的交互。

二、智慧教育的学与教方式新变革

(一)教育理念及思维的升级与更新

智慧教育理念一经提出以后，受到各国教育学者广泛关注。世界多国多地区都将智慧教育作为未来的发展方向，如韩国、澳大利亚、新加坡等都颁布了相关的国家政策。智慧教育是一次教育理念的转型升级，一种全新的教育业态，抛开传统的教育思维，不再局限于学生的学习能力和创造能力的培养，更重要的是开发学生的智慧能力，这是一种更高阶的思维能力。智慧教育要培养具有良好价值取向、较高思维品质和较强思维能力的智慧型人才(善于学习、善于协作、善于沟通、善于研判、善于创意、善于解决复杂问题)同时改变以教师为主导的现状，教师由传授者变为引导者，学习者不再是被动的听从者和受令者，可以从知识的吸收者变成知识的交流者和传播者[10]。智慧教育赋予学生更多自主性，充分体现以学生为中心的思想。

赵兴龙认为在智慧教育的背景下，重点在于育人，即培养什么样的人的问题。智慧教育不是直接灌输给学生智慧，而是在促进学生发展核心素养过程中逐渐积累智慧，是为学生的未来生活和发展做准备，让学生如何通过内化而逐渐把个体需求和社会需求结合起来[11]。因此智慧教育在利用技术促进学习行为有效发生的同时，让学习者由浅层学习实现深度学习，由信息接受者变为信息增强者，了解并创造自身的内在价值和智慧能力，实现自我追求。

(二)学习环境实现更深技术融合

智慧教育的一个核心就是构建智慧学习环境，即将学习者、教学者、管理者、媒体、教学资源等通过技术融合在一起，形成一个集成化、智能化、开放性的虚拟现实学习空间[12]。它将为学习者的学习和发展提供支持。智慧学习空间富有交互性，将会有大量的计算设备、多模态交互技术模块、情景感知(Context Awareness)模块被嵌入到并隐藏在实际的物理环境中，这些模块之间相互协作并主动为学习者提供服务，使得智慧学习空间拥有立体、连续的交互通道[13]。智慧学习环境基于物联网、大数据、云计算、编码技术、移动通信、多功能交互设备技术、人工智能技术、增强现实技术(AR)等，将更加智能和个性化。其中，物联网技术是指通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术[14]。由此实现智能环境控制，对学习者所处的外在物理环境，如光、温度、湿度空气质量进行监控，随时调整至适宜状态，为师生提供最舒适的学习环境，甚至对学习者的动作、行为、面部表情、语音等进行实时识别，帮助教学者及时掌握学生的学习状态。同时教学系统、桌面平板电脑等与个人终端连接，都将实现智能操控。而增强现实技术(AR)是将计算机生成的虚拟信息如图像、视频等投入到现实空间，将虚拟影像与现实混合，使用户可以与之互动。智慧学习环境的具体化将落实到智慧校园、智慧课堂、智慧实验室、智慧学习中心的建设中。

(三)智慧教育革新学习模式

在“信息技术+教育”的时代，传统的课堂教学的学习模式将发生彻底变化，学习者被置于整个教育过程的核心位置。在智慧学习环境中学习者将获得多元化、个性化及精准化的学习服务。智慧教育更加注重学生的需求、感知、个体体验以及反馈。随着大量智能技术的应用，智慧教育下平板电脑、手机等个人终端将成为常规的教学媒体。学习者可以随时随地进行任何内容的学习，实现泛在学习(Ubiquitous Learning)。智慧学习环境能够感知学习者的情况，通过收集和记录数据，分析学习者需求、偏好、优势和不足，再精准地按需推送个性化的学习内容。学习者不仅可以在固定的智慧环境中(智慧课堂、智慧实训室等)学习，接受老师的面授，也可以依靠移动通讯技术和智能设备在任何地方自主学习，实现线上线下(Online to Offline)融合，正式学习与非正式学习(碎片化学习)相结合，提供学习效果，促进深度学习的发生。

学习是发生在一定社会文化情境中的知识获取、实践分享和社会交互的过程。学习脱离不了它的相关属性，如社会性、共享性及情境性等。因此学习者往往会自发形成学习小组，亦称学习共同体。学习共同体是指分享共同的情感、价值观和信念的群体，他们习惯性地一起积极参与相互学习[4]26。学习者以微信群和QQ讨论组等形式组成共同体，利用虚拟现实(VR)和增强现实(AR技术)从现实空间走向虚拟空间，通过建立虚拟仿真空间以及虚拟角色扮演，根据案例自行设定数据和创建对象，全方位全感官参与学习过程，进行实景体验和探究性学习，对学习内容和资料形成更直观更立体的认识，促进深层次的认知能力的实现。

(四)学习资源有效整合与共享

智慧教育下的学习资源平台功能从单一的储存、记录转变为共享、应用和创新。资源的形式也从静态的、封闭的文本、图像等转变成动态的、开放的学习资源。MOOCs、微课、云课堂等线上平台有效地实现了全面的资源整合与共享。当前社会上的学习者被喻为数字土著(Digital Natives)，他们出生在数字时代，并且伴随着信息技术的发展而成长，从小就可以接触到电脑、手机等智能设备，因此他们的学习习惯和偏好呈现出不同的特点：他们喜欢多任务平行处理和超链接资源，相对于文本更接受声音、图片和影像，可以迅速地接受信息，更希望获得肯定和嘉奖[15]。以往的学习资源已不能满足“数字土著”的需求。传统意义上的教材将升级成为“学材”+“习材”，智慧学习空间还将加入“创材”，实现生态学习资源，“学材”主要是传授知识内容，“习材”将知识内化，“创材”实现知识的溢出作用。三者相辅相成，促进学习者智慧能力的开发[9]33。

网络平台有丰富的、多层次的、多学科的学习资源，教师可以设置资源库，将电子课件、教案资料、习题等上传，可以聚集大量优秀教师的教学资源。学习者可以通过寻找链接找到自己最需要的资料，随时对资源进行分类整合，设置标签和重点，学习过程更加具有条理化和系统化。资源平台的丰富性还可以促进学习者进行跨学科学习，实现不同学科知识的交叉融合，让感兴趣的学生也可以接触到非本专业的知识，提升学习者的综合学习能力和理解能力，在教育不发达的地区，也能实现资源共享，那些贫穷地区的孩子也可以获得优质的教学资源，进而解决教育的区域不平衡问题。

(五)大数据分析技术下全面的教学评价体系

教学评价是对教学工作质量所作的测量、分析和评定，它包括对学生学业成绩的评价，对教师教学质量的评价和进行课程评价[16]。教学评价往往依据一定的教学目标和评价指标对整个教学过程及结果进行评判，不仅局限于学生学习的评价，还包括对教师、教学内容、教学方式、教学环境等多因素的评判。传统方式上的学生学习评价主要是教师结合考试测验成绩来形成，对学生的评价过于死板和绝对，缺乏对学生数据多维度的采集和分析，缺乏对学生学习能力的多方面考察。对教师教学和课程方面的考察也相对单一和形式化。

智慧教育背景下的学习环境更加智能化，可以感知环境变化、学习者的特征，记录各项数据。在大数据分析基础之上的教学评价体系将更加丰富和全面，注重评价的实时性、个性化和科学化。学习者在学习过程中会产生大量的数据，智慧教育下可以实时分析得到的数据并给予反馈，让教师及时掌握学生的学习状态，进而调整上课的节奏和方式，提升教学效果，实现教学深度交互。智慧学习环境下获取的数据可以记录和描述过去发生的情况，对正在进行中的学习进行有效干预，预测未来可能出现的趋势和现象。学习者能够更加充分地融入整个学习过程，让教师对学生学习情况有全方位的了解，有利于教师做出正确的选择和判断。在智慧教育环境下，教学评价不再只存在于教学活动之后，而是可以出现在教学活动的过程之中，评价指标和评价程序更加多元和合理。当教学评价更多的基于数据分析之上时，智慧教育为教学提供了更智慧更客观的评判。

三、智慧教育发展路径

(一)培养智慧型教师与教学智慧

智慧教育需要智慧型教师。教师理解智慧教育理念，能发现并培养学生的智慧学习能力，同时，自己拥有较高的专业和技术能力，对环境变化适应性较强。整合技术的学科教学知识TPACK(Technological Pedagogical Content Knowledge)是密歇根州立大学的MatthewJ.Koehler和Punya Mishra提出的概念。TPACK包含学科内容、教学法和技术三种要素，并进行有机整合所形成新的知识[17]。TPACK模型是当下教师信息技术能力的主要模型，在智慧教育下要求教师善于利用TPACK框架，了解学习者的情况，设计教学过程，提高教学效果。教师的教学智慧与其教学经验和反思有关，是教师在一定的知识沉淀和经验总结之后而得到的智慧和能力。教学智慧更是一种态度、境界和格局。拥有教学智慧的教师在处理事务时更加得体更加人性化，不仅能在学习上也能在生活上给予学生启迪，更受学生的欢迎，教学效率也更高。

(二)打造智慧教室与智慧课程

无论何种教育形态都离不开课堂教学，只不过不再是传统的黑板粉笔教室或者多媒体教室，而是智慧教室，智慧教室和智慧课程是实现智慧教育的硬件基础。有学者提出，生态化智慧学习环境的四大原则，即以学生为中心、以数据为中心、以服务为中心、以体验为中心[18]。建设智慧教育示范区，选择资源和条件相对好的地区和学校，对其数字化系统进行改造，建设智慧教室和教学资源平台，对存在的问题进行修正和改进，推进智慧教育模式的落地。上海交通大学在2016年暑假启动了“智慧教室”改造项目，将闵行校区中院8间普通教室升级改造。“智慧教室”配备环境智能管理系统(环境照度感应器、温湿度感应器)、高速无线网络、电子交互白板、线上线下融合(云课程平台、微课)、无线投屏、课堂答题器Clicks、网班系统NetBan.cn、威尔摄像考勤机(人脸识别)等，为智慧教室的打造提供了应用典例[19]。

学习内容和资源的主要载体是课程，所以智慧教育发展过程中不能忽视智慧课程的建设。智慧型课程旨在着力培养学习者的高级思维能力和适应时代的创新能力，使学生更富有智慧地学习，教师更富有智慧地教学。智慧课程具有多元性、选择性、生成性、发展性、智慧性、创造性、泛在性、终身性、虚拟性和真实性等特点[20]。智慧课程在内容、形式及体系等方面实现全面升级和创新，能有效挖掘学生的智慧学习能力。

(三)建立灵活的智慧管理模式

传统意义上教学管理是对各职能部门进行明确分工，为学校运行提供组织保障，但是学校管理的行政化倾向越来越严重，一些行政力量往往处于学术力量之上。学生和教师的主动性和积极性受到了影响。智慧管理模式是教育信息生态系统中的一部分，借助新兴技术和科学管理方式，教育管理变得更加灵活。智慧管理是指通过智慧管理云平台系统，对外界需求进行智能处理，为教育管理提供资源配置、数据集成、信息管理、运行状态监控、教育质量监测等业务支持，实现教育智能决策、可视化管控、安全预警和远程督导，提升教育管理智慧化水平的过程[21]。

依托物联网、大数据等信息技术，智慧教育的管理模式使教育管理变得智能化和公开化，由“人管”转变为“智慧管理”，不同系统的数据可以实现实时共享，节约管理人员的时间和精力。运用云计算等技术对大量的数据进行收集和分析，可以为管理者决策提供更加全面和准确的信息。对校园情况实时监控与对比分析，一旦有突发事情，可以提前预警，提高管理效率，降低风险。通过智慧校园的建设、升级软硬件设施及可视化界面进行管理操作，教学管理流程更加精简，教学管理过程更加科学和规范。

(四)推动产学研用一体化与PPP合作模式

中国各地区教育水平和教育资源分布不均衡，在发展智慧教育过程中，不仅需要政府的主导，更需要社会力量的共同参与。如，新加坡的“iN2015”计划，在其实施过程中，新加坡政府运用了PPP(Public-Private Partnership)合作模式，即政府和社会资本合作的一种项目运作方式。其中政府负责高层设计、战略制定、试点探索，高校和企业研发部门合作互联。依靠政府的政策支持，高校的技术支撑、企业的研发及经费支持，新加坡的智慧教育产业链得以快速发展，为新加坡培养了一批优秀的创新人才。中国高校可以结合自身的科研和教学力量，通过产品试验提供大量的有效数据，收集反馈信息的同时进行基础性研究。联合教育行业中的知名企业，组建联盟，建立标准，提供有质量的教育产品。充分利用政府、企业、学校、研究机构的资源，推动产学研用一体化。

四、结 语

当下人们生活的方方面面都在转型升级，智慧城市、智慧医疗、智慧交通等等，教育的智慧转型也是顺应时代潮流。智慧教育从教育理念、学习环境、教学方式、评价体系、管理模式等方面进行革新，但在智慧教育的发展过程中也必然会遇到一些问题和阻碍，因为这是一次现代教育体系的变革，需要多部门多层次多路径的协调与配合。教育形态历经多种形式演进在不断的创新与变革中最终会走向智慧教育，让学习者真正地发掘和收获“智慧”。