基于技术赋能学习的教育数字化新发展

李可

【摘  要】 在数字化时代，互联网凭借其连通性、开放性、泛在性、感知性和颠覆性的特点，对各行各业产生了影响，在教育领域则表现为技术赋能学习。基于此，文章介绍了技术赋能学习的内涵，分别阐述了互联网的五类技术如何在教育领域实现技术赋能。随着数字教育时代的来临，教育行业对教育有了新的认识和理解，技术赋能学习也有了新的发展——技术智慧，即技术占有智慧、获得智慧，其承担了教育角色，创造了新发展。

【关键词】 技术赋能;教育数字化;技术智慧

一、技术赋能学习的内涵

技术赋能学习的概念，首次在2010年美国联邦教育部教育技术办公室颁布的《国家教育技术规划》中提出，其主题为“变革美国教育：以技术赋能学习”。《国家教育技术规划》提出了“技术赋能学习”模型，该模型突出了在以技术为支撑的时代，教育必须以学习者为中心，将学习者作为分析和设计整个学习生态系统的“逻辑起点”，技术应成为学习生态系统的组成部分，而非作为教育应用中的孤立技能存在。而后，2016年的美国《国家教育技术规划》进一步指出，“技术是推动学习变革的强大动力，它能够帮助重建和增强师生关系，重塑学习和协作方式，提供适应性的学习体验，以满足学习者的学习需求”。

宏观上，技术赋能学习是指技术为人类学习赋予某种能力或能量，以更好地实现个体的学习目的;微观上，技术赋能学习是指采用合适的技术支持学习者解决学习问题的能力，其目的在于改善学习者的学习绩效。宏观和微观的技术赋能学习定义，都体现了建构主义的思想，即以学生为中心，通过技术本身具有的能量影响学生的学习，实质是教育领域应用从“技术为导向”向“以学生为导向”进行转变，技术与学习共同构成一个整体，促进了学生的全面发展。

二、技术赋能学习的应用

数字时代的主要技术，大致可分为五类：即物联网、云计算技术、大数据技术、虚拟/增强现实为主的三维计算技术以及人工智能技术。这五类技术在教育领域的赋能如下：

（一）物联网实现了教育互连

物联网是指借助各种信息传感设备，如射频技术、传感器和全球定位系统，按照约定的协议实现任何物品与互联网的连接，实现人与人、人与物信息的实时交换与通信，进而构建人对物的识别、跟踪、监控和管理的智慧化、泛在化网络。物联网具有连通性、技术性、智能性和嵌入性四个特点。

依据其特点，物联网在教育中的应用，主要表现为三个方面：

1. 物联网支持教育管理

物聯网能够将校园的各个物理对象进行互通互联，通过全面感知校园环境收集数据信息，发现问题并分析原因，实时对物体进行控制，并反馈相关信息，使校园环境可视化，促进校园管理的科学化、人性化和智能化，为学生提供一个优质的学习环境。例如校园一卡通系统将学籍信息、交通出行系统、生活消费系统和图书借阅系统联系在一起，实现了一卡多用，既方便了师生使用，又便于管理员处理系统信息。

2. 物联网提升了教育质量

一方面，物联网可以将书本上的知识与实际相联系，便于学生理解知识点，提高了学习效率。例如无锡市南丰小学开展的鸽蛋孵化实验，帮助学生掌握了生物进化知识。该实验应用物联网技术，将鸽蛋孵化的保温箱与网络连通在一起，学生通过网络可以监控鸽蛋孵化的全过程，并对温控设备和摄像设备进行远程操作，随时修正孵化环境，记录实时的影像资料;另一方面，物联网可以帮助教师实现课堂测评，便于教师发现学生的知识漏缺，及时对学生进行针对性的辅导，改进教学策略。例如无线交互终端可以构建课堂交互系统，实时监测学生的学习情况。

3. 物联网延展了学习宽度

物联网可以实现区域内资源的共享，使信息互通、系统共连，学生可以随时随地地学习。例如物联图书馆服务将图书信息进行互联，读者可以方便地获取图书信息、定位图书，实现跨校借阅图书、知识库共享，扩大了知识的传输面。

（二）云计算技术提供了教育云服务

云计算最早是由美国的Ramnath Chellappa教授提出的，而后随着该技术的发展，各类专家提出了云计算的相关定义。现阶段，学界普遍认同智慧词典中给出的定义：“云计算是一种超大规模、虚拟化、易扩展、按需提供、低成本的网络服务交付和使用模式”。

云计算技术在教育领域提供教育云服务，主要表现为数字资源的存储、共享和平台的开发。云服务提供海量的教学资源与平台，一方面可以满足“教”与“学”的需求，便于师生实现泛在学习、移动学习等，提高了教育质量;另一方面由于云服务强大的计算能力和巨大的网络吞吐量，平台和资源的开发可以同时在云端进行，大幅节约了时间成本，便于维护，减少了教育成本。

目前，很多地区都利用了云计算技术提供教育云服务，例如佛山市教育局通过微软教育云应用为学生提供邮箱服务、Office Web Apps、网络硬盘、即时通信，并能实现多平台、多操作系统、多浏览器和多设备的无缝使用，有效地促进了教育的信息化发展。

（三）大数据技术推动了精准教育

大数据源于2004年谷歌公司提出的Map Reduce模型，是指难以用“常规的软件工具在容许的时间内对其内容进行抓取、管理和处理的数据集合，以及海量数据的获取、存储、管理、分析、挖掘与运用的全新技术体系”。大数据具有4V特性，即数据体量大（Volume）、类型多（Variety）、速度快（Velocity）和价值密度低（Value）。

大数据技术在教育领域主要表现为学习分析技术和教育数据挖掘两个方面。学习分析技术是指对教育大数据进行建模、处理和分析，从而为学习提供支持，发现学习的相关问题以及预测学习的发展趋势，从而增强了学习效果，实现了精准学习;教育数据挖掘是指运用相关技术和方法，对原始数据进行一系列处理，探究数据隐含的价值，从而为教育提供支持，实现精准教学。前者强调的是分析数据，后者则侧重挖掘数据的价值，其典型应用如Masteryconnect，它从教师的日常工作出发，提供了数据的采集、分析、呈现，以及基于数据的协作支持，教师可以在其支持下采集各种教学数据，包括课堂观察数据和在线测试数据等，在采集数据后，Masteryconnect能够进行自动化分析和可视化呈现，方便教师及时地发现学生的问题，并采取应对措施。

（四）虚拟/增强现实为主的三维计算技术创建了虚拟教育场景

三维计算技术是指一种可以让学习者大脑产生“幻觉”的技术，主要包括虚拟现实和增强现实等技术，其通过生成具有视觉、听觉等多重感官刺激、可进行交互的逼真场景，让用户身临其境。三维计算技术具有沉浸性、想象性、交互性和泛在性等特点。

基于三维计算技术的特性，其在教育领域中的应用，主要表现为知识教育、技能训练及学习活动效能支持三个方面。首先是知识教育方面，三维计算技术将书本知识通过虚拟场景展示出来，加深了学习者的学习体验，促进了学习者对知识的理解，从而快速、高效地掌握了知识点。例如国外学者Cai、Chiang等利用AR和Kinect设备，制作了体感教学软件，将磁场进行了可视化，并可以由学习者通过手势与磁场进行实时的自然交互，帮助学生掌握了初中物理“磁场与磁感线”的知识内容;其次是技能训练方面，三维计算技术通过虚拟空间打造了训练基地，人与场景进行了交互，人们可以进行模拟训练，从而增强了相关技能。例如佛罗里达大学的乔浩川（Joon Hao Chuah）等研究者开发了用于训练临床沟通能力的MR系统，使学习者可以在MR环境中与虚拟儿童病患进行模拟对话，用以检查儿童的发育状态，训练医学生的临床技能;最后是学习活动效能的支持。三维计算技术的泛在性特点，让学习变得更灵活，它能够构建学习社区，方便学习者的交流，促进了学习活动的展开。例如英国埃塞克斯大学的卡拉汉（Victor Callaghan）等研究者力图创建一个“MR在线学习环境”，该系统将参加在线课程的师生生成虚拟对象，并集成在同一个MR空间中，学习者借助MR眼镜、高清显示器和空间音频，能够看到其他的虚拟对象，并进行交流，从而实现了不同空间师生、生生的实时互动。

总之，三维计算技术通过创建虚拟教育场景，为学习提供了支持，促进了学习者对知识的理解、技能的训练，以及学习活动的展开。

（五）人工智能技术推动智能教育

“人工智能”一词起源于1956年的美国达特茅斯学院会议，是指通过程序使计算机进行思维推理，使其具备一定的环境适应、自动学习和自动决策等类似于人类大脑的高级智能。

人工智能主要包括三个发展阶段，即计算智能、感知智能和认知智能，其在教育领域方面的应用，主要表现在支持学习和促进教育管理两个方面，推动了智能教育的发展。在学习方面，人工智能的支持主要有智能导师系统、自动测评系统、教育游戏和教育机器人等应用形态，教师可以通过人工智能技术了解学生的特性，改变教学策略，激发学生的兴趣，引导学生的学习，从而为学生的学习提供了支持，并有助于学生的个性化学习。例如日本東京理科大学的“Saya教师”项目，这是一个教学辅助机器人，能够帮助教师解决重复性工作的问题，以便教师能够将更多的精力用于创新学习方面。在管理方面，人工智能主要包括智能管理系统、教育数据的挖掘、智能化分析与数据可视化等。学校通过人工智能技术分析大量的数据，能够获取有用的信息，有助于制订出高效、科学和可行的教育计划，为教育决策提供了支持，能够实行有效的教育管理。例如阿联酋教育部推出了先进的数据分析平台，为教育管理提供了支持。

三、技术赋能学习的未来趋势

从技术赋能的具体应用中可以感知，技术赋予了教育能量。在学习上，技术赋予了学习新能量，使学习更加多元化、高效化，各种学习形态在技术的支撑下开始迸发，为学生提供了个性化的学习路径;在教学方面，技术赋予了教学新形态，以学定教，实现了精准教学;在管理方面，技术赋予了管理新发展，相关人员通过分析数据、互联管理系统等创造了新环境，提供了更加科学、高效和人性化的管理方式。技术赋能学习，赋予了学习新能量、教学新形态、管理新发展，实现了技术从身作为工具支持学习到技术能量影响学习的转变。

如今，技术也被赋予了一种全新的角色——教育者。教师不仅可以利用技术进行教育，还可以创造出一个全新的教育者，一个具有思想、行动力和主动性的教育者，即进入了技术赋能学习的新阶段——技术智慧。技术智慧是技术赋能的进一步发展，其本质是技术占有智慧，并获得智慧的过程。技术智慧强调两个重点，一是技术的发展具有智慧，技术是由人创造的，但在某些程度上，技术“超越”了人的智慧。例如阿尔法狗对战柯洁，柯洁战败，阿尔法狗机器强大、精准的算法能力，是人类无法匹敌的，但技术的超越是无法决定社会的，这种技术的智慧在人的可控范围之内;二是技术的智慧成为主体，在教育领域，技术可以充当一个教育者的角色，学习者在技术的指导下进行学习活动，技术甚至可以支配教育。例如美国奇点大学校长雷·库兹韦尔提出，到2030年，纳米机器人技术，能够通过毛细血管以无害的方式进入人的大脑，将人的大脑皮层与计算机联系起来，进而改变人类大脑的运算能力。奇点大学强调了科技的力量，指出这是一个指数型增长的时代，技术的高速发展，导致新型组织的产生，变革行业的发展。奇点大学的这种理念从侧面反映了技术智慧，技术通过其本身具有的智慧创造了新发展。

在未来，学习可能存在这样一种形态，学生在日常使用技术的过程中，通过感知技术的智慧发现知识漏洞，产生问题，从而主动地补充知识，寻求解决方案。总而言之，技术赋能发展是技术智慧，技术智慧变革了教育，技术不仅促进了教育的发展，还可以承担教育的角色，引发学生主动学习、创造性发展。

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