中学教育智能设备产品设计思路探究

摘要：教育智能设备产品指能够应用于教育和学习场景的专门或非专门的智能化硬件与软件，其能够与中学教育相配合，助力教育改革，优化教育资源配置。设计教育智能设备产品应当综合考虑教师、学生与家长的需求，注重探索使用者的成就感，保证教师在智能化教学的人机协同中处于主导地位。

关键词：中学教育;智能设备;产品设计;大数据

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）24-0-03

智能化教育设备产品用于中学教育已非新鲜事，从“粉笔+黑板+书籍”到多媒体设备投影，再到近年来支持交互的智能电子产品的使用，教学用具经历了很大变革，大数据时代的到来更是为教学软硬件设备的进步和发展提供了更多的可能。大数据与人工智能算法的使用进一步优化了教育资源的配置效率，提升了教育公平的可能性，为教育改革带来了新机遇。

1 教育智能设备产品的优势

1.1 中学教育智能设备产品的内涵与外延

这里所说的中学，主要指中等教育中的全日制普通中学，包括全日制普通初中、完全中学、全日制普通高中，以该类学校的教育教学为主要面向的应用场景，主要针对该类场景探究智能化教育设备产品的设计思路。

教育智能设备产品，也称智能教学产品、智能化教育设备等，具体而言包括能够应用于教育和学习场景的专门或非专门的智能化硬件与软件，具有智能化、多终端、多平台、可协作、交互性强等特点。如在校学生使用的定制平板电脑及其内置的定制系统、针对学生特点设计的电话手表、多功能型的教师学生互联软件或专门性的搜题和记忆背诵的软件。从广义上来说，一切智能化的有利于提升教学与学习效率的软硬件都可以称为教育智能设备产品。

1.2 智能化教育适合与中学教育阶段配合

义务教育阶段的教学内容相对于本科或研究生教育呈现出知识体系相对固定、争议性观点少的特点，这样的知识体系更适合建立在智能化系统中。当下的智能软件有能力将输入的参数与其内置的知识体系进行对比，从而快速地作出判断，相对固定和争议性观点少的知识体系使面向中学阶段的智能教学产品几乎无须考虑变化，开发难度相对较低，所需的成本更少。如拍照搜题软件“猿题库”，其广告场景多是拍照搜索义务教育阶段的习题答案，而某些高等教育阶段的习题需要大量论证，且在若干年后仍有可能被推翻，若拍照搜索这些问题就略显滑稽。

在义务教育阶段，经过多年对素质教育的强调与对各类政策的落实，在教育资源有限的现实下，应试的重要性依然无法被否认。小学阶段的教育相较于中学阶段更加强调发散性思维，强调启发和引导，而非对知识体系的掌握，最典型的例子就是“上中学以后，课本上的小明、小红便消失了”，原因就在于中学阶段的作业习题更多强调知识本身，而不追求先行构建某些使学生具有代入感的场景。因此，在当下的智能化社会阶段，智能化教育体系和系统能够很好地适应应试氛围更浓厚的中学阶段。

1.3 智能化教育可以推进教育公平

对义务教育阶段课外辅导的限制一方面缓解了学生的学习压力，另一方面也推动了教育资源不均衡现状的固化。在各行各业使用智能化系统武装劳动个体、推动人机协同的当下，智能化教育系统能够有效缩小教师特长与能力间的差异。教师因人而异、因材施教的教学模式难以复制，但智能化系统具有可复制性，且出于普适的特点，复制成本低。复制主要须考虑智力成果知识产权方面的问题，即便是针对使用者的本地化需求，也已有成熟方案，如市面上的许多驾考软件，就能够针对用户所在地域推荐本地高频题库。智能化、多功能的教学系统能尽可能地弥补教师在文书、备课逻辑、教学进度掌握等方面的短板，缩小教师队伍在此类能力上的差异，从而给教师提供更大的发挥特长与自我提升的空间，在一定程度上使教育资源均衡化。

1.4 智能化教育可以增强教学中的交互性

相对于多媒体单纯地展示和播放教学素材，教育智能设备对于学生而言具有更强的交互性，其不仅能在空间上扩展课堂的范围，更可以在时间上延伸课堂的思考。智能化的教学模式允许學生在时间上不完全依附于教师，为学生因思维上的置后而产生的知识体系的困惑提供了现实的、可随时回溯的锚点，从而构建起适合学生的教学模式，相对于传统教具而言，更深层次地参与了学生的学习过程，也允许教师和家长参与学生的教育进程。

1.5 智能化教育可以增强教学的个性化设计

交互性的增强也将进一步增强教学的个性，与以往凭教师喜好而分配对学生的关注度不同，理想状态下，智能化的教学系统能够关注到每个学生的状态，包括但不限于课业完成状态，且可以为每个学生设计与分配不同的课业任务，并向操作系统的教师提示与反馈个别特殊学生的情况。一套完成了数据互联的系统还能在较长的时间里关注学生的行为和兴趣爱好，教师对学生的关注度也能够进行数据量化分析，像推荐“您可能感兴趣的视频”一样推荐“您可能/应当关注的学生”，教师在了解学生之前甚至可能被推荐到“您可能喜欢的学生”“您应当照顾的学生”“关系可能不好的一对学生”等。

1.6 智能化教育有助于建立更科学的教学评估机制

交互性的教学模式更具吸引力，且能覆盖更多学生，在增强学生参与感的同时，也能建立和完善教育评估机制。交互性的教学模式向教师端反馈了更多信息，传统模式下的教师精力有限，在备课与教学之外不可能去了解所有学生的想法，何况收集学生意见。而智能化教育系统能够将学生端的信息科学全面地反馈至教师和教育部门端，充分发挥互联网的信息化优势。

2 教育智能设备产品市场现状

2.1 硬件层面

现有的硬件类教育智能设备产品有功能较为全面的多功能型智能设备，如教学平板电脑、学生智能手表，也有功能专门化的设备，如翻译笔、电子单词卡（见表1）。前者的功能更为全面，旨在建立家校沟通平台，全面关注学生心理和生理状态、各门科目的成绩，及时交流，在疫情期间也能及时更新在线授课信息。后者主要辅助语言学习，与前者相比，专门化教育智能设备更为便携，形态各异，但联网属性较弱，且功能相对单一，仅以模式成熟的辅助英语学习为主，从智能笔到智能台灯，均标榜自身的英文翻译功能，只有少数设备具有拍照搜题、多屏书写协同等其他功能。

此种软件功能存在差异的原因在于硬件设计的差异。专门化的教育智能设备自产品设计伊始就限定了其功能的可能性，其内置的模块通常不足以支持如智能手机一般的复杂系统运行，以期之后兼容其他软件进行升级，如此可以有效压缩生产成本，提高设备的便携性。多功能型教育智能设备通常内置定制化的Android系统，生产流程与一般的手机、平板电脑的生产流程相似，但使用的部件相对低廉，性能较弱，在实际使用此类教学设备的过程中，体验远不如并不标榜教学功能的价格略低的非教学用平板电脑，教师与学生的大量时间被浪费在了等待软件加载和计算的过程中。

2.2 软件层面

从软件层面来看，当前在教育智能产品领域，多功能型设备与专门化设备的设计思路都以市场为主要导向，鲜见地方部门牵头进行定制与开发的情况。对于专门化设备来说，软件只能由生产方开发，力求与设备硬件完全配合，而对于多功能型的智能教学设备来说，由于其与一般智能手机、电脑等设备的架构相近，开发者得以针对教学场景在设备内部塞入或深度或浅度定制化的Android系统。

在定制不同程度的Android系统的大框架下，厂商或独立开发者可以针对教学市场开发专门的教学软件，且能够适配各教育智能设备的系统。与研发硬件设备相比，其成本较低，但收益模式问题更显尖锐。传统的移动端免费软件开发者可以在软件中加入广告以获得收入，然而在教学类软件中不适宜采用该营收模式，如果对软件进行收费，除非被批量采购，否则将陷入软件无人问津的局面，依靠付费增值服务，在批量采购以外，依赖用户的主动购买不可能取得乐观的结果，缺少稳定的收入将给内容长期稳定的产出带来不良影响。

在以市场为导向的教育智能产品领域，各开发方限于资金与实力，难以将目光放长远，学生的升学更使他们难以拥有稳定的用户群。如今智能算法逐渐完善，手持智能手机者纷纷感叹购物软件的商品推送机制，此类算法尚未在教育领域有亮眼表现，可谓遗憾。

3 大数据时代教育智能产品设计思路

设计之初应当保持传统思路，追求硬件的创新感，但更应注重软件的软实力。应以中学应试教育为出发点，考虑多方需求，主要包括教师、学生、家长等群体，保持和发扬产品特色，最后考虑在长期运营的情况下收集和运用数据，以优化产品。

对于教育智能产品，教师更注重实际使用体验，主要需求是便于使用和上手，产品能够充分提升教学效率。学生的探索欲强，主要需求是界面美观有吸引力、使用中有成就感。家长的主要需求是在提升学生学习效率的同时，有效防止学生使用智能产品进行与学习关系不大的娱乐活动，并保证学生的生理与心理健康，另外，价格应当被所有家长接受。

在硬件上，以多功能的集成性教学软件为例，现有的一个系统多个平板电脑和智能手机终端可能是最优的方案，一方面其依托互联网和成熟的基础系统，减少了前期成本，另一方面其能够满足屏幕教学中的视听需求，适应应用场景。对专门性功能的设备而言，市面上的产品百花齐放，虽多见手持大小的便携“小匣子”，但仍有一部分与笔、台灯等文具相结合的设计方案存在。

满足教师对教育智能产品的实用需求，减少文书工作的烦琐操作功能，如自动批改作业、线上作业、自动生成教案等;减少机械化逐一关注学生状态的功能，重点关注应当受到关注与照顾的学生，即通过算法与机器学习去研究学生的普遍性与特殊性，建立学生档案，针对弱项科目进行任务加权。这与当下智能化设备产品能够减少使用者机械和烦琐劳动的思路是一致的，也能够帮助教师缩小个体意志之间的差别，在稳定的平台上追求更好的教育结果，充分开发个体学生的潜力和可能性。

为满足学生的探索欲和成就感，应当使用较为简洁的主界面，仅展示主要功能或特色功能，产品色彩应当在科技感与纯色等方案之间选择，前者可以多用钢铁、蓝光、复杂机械等元素，多用直线、直角、锐角，后者可多用饱和度较高的暖色调，以冷色点缀，多用弧线。此外，针对成就感的满足，可以为学习功能配套设计相应的可量化的成就系统，避免学习成果仅在许久后的正式考试中才有所體现。学生会对学习软件中的高额积分产生攀比与分享欲，也可合理设计积分机制，调动学生学习的主动性。

关于家长的需要，能够限制学生娱乐性操作的深度定制系统与价格要求实际是矛盾的，也与一些学者主张的“用信息化把互联网带入课堂”[1]相矛盾。观念的改变并非一朝一夕能实现的，如今仍需求开发者权衡，保护学生生理健康可以通过久坐提醒等功能实现，此类功能均有成熟的商业方案。

探究中学教育智能产品的根本，应根植于服务教学，特色在于智能产品功能上的可拓展性，为教学模式提供更多的可能性，但绝非抛开现有的教育体制去建立一个并行的学习系统，对算法更应保持警惕，保证算法设计的目标与全中国的利益一致[2]。

关于长期运营和优化的思路，不可能由单独的市场主体去完成，多半需要官方牵头或建立联盟，以此对联盟中的产品进行进一步的标准化定制，在联盟内部进行分工，如对单项科目的智能产品进行专门化开发，对学生用具和教师用具的智能设备进行专门化开发，分析学生的个性化特征，进行区域性预测[3]。还可以针对学生定制个性化的作业应用，如此可以提升规模收益，进行数据共享，有利于之后的产品升级。

4 结语

大数据与智能算法是一把双刃剑，能够锚定学生群体的共性，提升教学系统的运作效率，优化教育资源配置，也必将参与到教育系统的改革升级中。但更应注重学生的个性，注重信息安全，警惕非感性的算法抹杀学生的个性，避免让学校成为流水线工厂。

参考文献：

[1] 王竹立，李小玉，林津.智能手机与“互联网+”课堂：信息技术与教学整合的新思维、新路径[J].远程教育杂志，2015（4）：14-21.

[2] 刘德建，杜静，姜男，等.人工智能融入学校教育的发展趋势[J].开放教育研究，2018，24（4）：33-42.

[3] 冯登国，张敏，李昊.大数据安全与隐私保护[J].计算机学报，2014，37（1）：246-258.

作者简介：李稷翔（1997—），男，浙江永嘉人，硕士在读，研究方向：诉讼法学。