智慧教育生态体系构建初探.pdf
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1、智慧教育生态体系构建初探 摘 要:基于当前国内外智慧教育研究现状,提出了“智慧教育生态体系”理念。智慧教育包括智慧环境、智慧素养、智慧融合、智慧人才四个层次,各层次之间相依相存,互为补促,自我进化,不可分割,各层次内部相辅相成,和谐共生。在智慧教育发展过程中,应对智慧教育各层进行合理规划、布局和调控,实现系统的稳定、有序,通过智慧教育生态体系研究有效推进我国智慧教育事业发展。关键词:智慧教育;智慧环境;智慧素养;智慧融合;智慧人才 一、引言 智慧教育是教育领域对于智慧地球大趋势的积极回应,也是当前构建智慧城市大环境的必然要求。2008 年 IBM 首次提出“智慧地球”概念,得到了世界各国的普遍
2、认可。2012 年我国正式启动了智慧城市试点工作,国内很多大中城市明确提出建设智慧城市。随后演化出智慧医疗、智慧交通、智慧电网、智慧教育等相关概念。现代信息技术的发展,特别是大数据、云计算、物联网、移动互联、人工智能等新一代信息技术为智慧教育的起步提供了基础和保障。智慧教育作为教育信息化的新阶段正面临着前所未有的机遇与挑战,而智慧教育的发展速度与水平对于未来教育发展改革趋势和质量具有决定性作用。笔者在一些城市智慧教育发展规划项目的调研过程中发现,大部分研究者对智慧教育内涵与要素尚不清晰,建设路径尚不明确。基于此,在调研国内外智慧教育研究的基础上,提出了智慧教育的生态体系,期望能对国内智慧教育建
3、设带来些许启发。二、智慧教育发展研究现状(一)国外智慧教育发展研究现状 国外对于智慧教育发展研究起步较早。1999 年,马来西亚提出“智慧学校计划”,确定通过 10 年时间将传统学校转型为智慧学校的目标;2006 年,新加坡公布“智慧国家 2015”计划,试图利用 10 年时间打造智慧国家;2008 年,IBM 首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”理念,随后该理念迅速传播,在不同层面和领域催生出智慧教育、智慧医疗、智慧交通等一系列概念;2010 年,日本启动“未来校园”计划;2011 年,韩国颁布智能教育推进战略实施计划,探索智能技术与教育教学结合路径。有研究者通过分析 Web of Scie
4、nce 核心合集上 20102019 年间以“智慧教育”为主题的文献,以在核心类别和研究方向的 1238 条文献为研究对象,分析结果表明,国外研究主要集中在智慧学习环境建设、智能技术支持下的智慧教学和机器学习技术支持下的个性化学习三个方面。智慧学习环境的研究主要集中在高等教育阶段,在自然科学学科和计算机学科上应用较多,其中智慧学习环境里教学策略和案例设计是国外研究者最为关注的。智能技术支持下的智慧教学研究主要是应用新技术,实现技术和教学的深度融合、教学模式的变革。比如利用虚拟现实技术和 3D 打印技术,给学生带来了交互式和沉浸式的学习体验,以及 MOOC、SPOC、翻转课堂、微课等新型教学模式
5、的应用。国外学者也十分关注机器学习在教育领域的运用。通过深入挖掘海量的教育大数据发现学习者的规律,然后分析建模,去预测学习者的学习行为,并为其提供个性化学习的支持和测评。总体而言,国外关于智慧教育理论的系统探讨较少,多是从实践层面去构建一个信息技术支撑下的智慧学习环境,再利用人工智能和机器学习技术去服务教育的产业升级1。(二)国内智慧教育发展研究现状 1.政策层面 我国于 2010 年出台 国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020 年),强调要将教育信息化纳入国家信息化进展整体战略;2012年出台教育信息化十年发展规划(20112020 年),标志着国家已明确教育信息化发展的重要性
6、;2014 年至今,教育部相继出台当年“教育信息化工作要点”,细化教育信息化发展要点;2016 年 6 月,教育部出台教育信息化“十三五”规划,指出教育信息化要更好地服务国家重大需求;2016 年 12 月,国务院出台“十三五”国家信息化规划,确定新型智慧城市建设行动和在线教育普惠行动共同成为优先行动之一;2017 年 1 月,国务院印发国家教育事业发展“十三五”规划,提出要以教育信息化推动教育现代化,积极促进信息技术与教育的融合创新发展;2018 年 4 月,教育部发布 教育信息化 2.0 行动计划,明确指出教育信息化 2.0 行动计划是顺应智能环境下教育发展的必然选择。上述政策的陆续出台为
7、智慧教育的发展提供了坚实有力的政策保障。2.理论层面 智慧教育理念被越来越多的学者所关注和重视,学界对于智慧教育的研究也在稳步推进,多位学者分别从不同视角进行了阐释。有学者构建了理解智慧教育的基本图式,描述了智慧教育、智慧环境(智慧计算是其核心技术)和智慧教学三者之间的关联性,认为智慧教育要以智慧学习环境为技术支撑,以智慧教学法为催化促导,以智慧学习为根本基石2。有学者认为,智慧教育是指运用物联网、云计算为代表的一批新兴的信息技术,统筹规划、协调发展教育系统各项信息化工作,转变教育观念、内容与方法,以应用为核心,强化服务职能,构建网络化、数字化、个性化、智能化、国际化的现代教育体系3。有学者认
8、为智慧教育是依托物联网、云计算、大数据、无线通信等新一代信息技术所打造的智能化教育信息生态系统,是数字教育的高级发展阶段,旨在提升现有数字教育系统的智慧化水平,实现信息技术与教育主流业务的深度融合(智慧教学、智慧学习、智慧管理、智慧评价、智慧科研和智慧服务),促进教育利益相关者(学生、教师、家长、管理者、社会公众等)的智慧养成与可持续发展4。有学者以近年国内教育技术学专业领域 CSSCI 检索源期刊所刊登的与智慧教育相关的 217 篇论文为研究对象,统计分析得出:我国学者对于智慧教育研究的内容主要包括智慧教育的理论研究、智慧教育的功能与特征、智慧教育环境下的学习变革、智慧教育教学模式研究等四个
9、方面,并指出智慧教育的理论体系还不够丰富和完善,智慧教育环境评价与反思还很少,智慧教育的学科教学应用研究还不够深入5。总结其研究思路:一是从系统性思维出发,构建智慧教育生态体系。目前国内学者研究多是围绕智慧教育的内涵与特征、功能与境界、基本框架与路径探索而展开,或将智慧教育视为一种全新的教育理念,通过对其价值体系和价值导向的研究,探索智慧人才的培养模式,对智慧教育的系统性思维和指导方面的研究较少。二是将信息素养融入智慧教育生态以及对智慧人才的培养中。目前大多数研究者惯于围绕智慧教育环境和应用方式等方面进行研究,但智慧教育的终极目标是培养智慧人才,因此对在智慧环境下如何有效培养智慧人才的研究尤为
10、重要。三是在智慧教育生态系统中提出注重对智慧教育对象的人文关怀和情感交流。教育是培养人的过程,众多智慧教育研究一直在关注理论技术革新,将人视作工具性的信息技术掌握者和传播者,强调人与物之间的利用关系,忽视了人与人之间的情感联系,而智慧教育发展过程离不开人文关怀和情感交流。3.实践层面 国内外一些 IT 企业在教育信息化 2.0 基础上,纷纷提出了智慧教育解决方案。2012 年,华为提出“网筑数字校园云播智慧教育”理念,推出教育主管机构层面“教育云”、学校层面“数字校园”、教室层面“多媒体教室”、个人层面“电子书包”四层次的 ICT 解决方案,为实现“三通两平台”的教育信息化规划作出了有力的支撑
11、。2018 年,联想基于“联想智慧教育解决方案全景图”,打造了“教学、教务、教研”的智能化场景创新,推动教学内容、教学方法创新,并将“教、学、考、评、管”的链条形成闭环,实现教育、教学模式的变革。2019 年,腾讯发布“We Learning”3C 能力方案助力智慧教育发展,3C主要是指以连接(Connection)扩展学习、以内容(Content)丰富多元化学习、履行社会责任(Commonweal)。除此之外,全国各大高校也积极开展智慧教育实践,电子科技大学利用大数据技术,研究设计了统一的校园大数据分析决策平台。该平台以 80%的通用性对接现有的校园业务系统,整合教务处、学生处、图书馆等部门
12、的业务数据,同时对整合后的数据进行“清洗”、管理与隐私保护,形成标准化的校园数据。由此可见,智慧教育理念越来越被人们接受和重视。随着对其理论研究的不断深入,与之相适应的实践探索也在稳步推进,智慧教育已然成为当今世界教育发展的必然要求和未来趋势。三、智慧教育生态体系 智慧教育生态体系是以大数据、物联网、云计算、移动互联、人工智能等新一代信息技术所打造的智慧环境为基础,通过提升人的智慧素养,在教育实践中进行智慧融合,从而培养出智慧人才并循环促进智慧环境改造的一个相互联系、相互依赖、自我适应、自我进化的系统。智慧教育生态体系包括:智慧环境、智慧素养、智慧融合、智慧人才,如图 1 所示。智慧教育生态体
13、系是在生态观的视阈中对智慧教育所涵主要内容的明确分层和完整架构,其中智慧环境、智慧素养、智慧人才是一种静态化的理念分析,智慧融合是一种动态化的实践过程。智慧教育生态体系就是这样一个集静态与动态为一身,合理念与实践为一体,各层次内部相依而存和各层次之间循环作用的自我适应、自我进化系统。在智慧教育生态体系中,智慧环境是智慧教育的基础,智慧环境包括智慧硬环境和智慧软环境;智慧素养是技能,涵盖“物一理”认知、“物一物”协作、“物一人”协同三个阶段;智慧融合是运用,包括智慧生活、智慧教学、智慧管理、智慧评价;智慧人才是目标,包括智慧学习者、智慧教育者和智慧参与者。其中智慧环境为智慧素养提供支撑,智慧素养
14、又能促进人对智慧环境的掌握;智慧素养通过实践达到智慧融合,智慧融合又是检验智慧素养的重要手段;智慧融合的目标是培养智慧人才,智慧人才又可有效提升智慧融合效果;智慧人才的培养影响着智慧环境的改造,而智慧环境不断升级最终又带来了智慧人才的变革,由此形成一个互为依托、循环促进的智慧教育生态体系。在智慧教育发展过程中,从智慧教育生态系统论出发,应对智慧教育各层次进行合理规划、布局和调控,实现系统的稳定、有序。(一)打造智慧环境是基础 智慧环境是基础。智慧环境主要包括智慧硬环境(感知层、网络层、资源层)和智慧软环境(数据层、平台层、应用层),主要是在“物”的层面进行基础设施的完善以及技术应用平台的搭建,
15、满足智慧教育“物有所用、物尽其用”的基本条件。1.智慧硬环境 智慧硬环境建设主要包括感知层、网络层和资源层。感知层通过RFID 技术、无线传感器、视频监控等感知设备全面感知物体,实现物物相连。感知技术是智慧环境建设的基础技术,RFID、图像识别等在学校校园安保、校园一卡通、安全监控、虚拟图书馆中有很多应用之处。网络层通过有线网络、无线网络、卫星传感网络等实现物、人、资源的高速无缝连接,特别是 5G 技术使虚拟现实教育、远程互动教学等都成为可能。资源层包括云存储资源、云计算资源、网络资源、安全资源等。资源可以通过云供应商定制运算能力、网络带宽、存储空间、正版产品、教学资源、教学及管理工具等服务,
16、无需本地进行建设,而且可以动态地对其进行重新配置,避免学校直接面对技术、设备、系统运维等,让学校便于使用。新技术背景下,基于大数据、云计算、物联网、智能终端的智慧 校园建设是未来学校发展趋势6。现阶段,智慧硬环境建设面临的主要问题有以下几点:一是智慧硬环境建设发展不均衡;二是缺乏统一管理和体系设计;三是智慧硬环境设施利用率低,未形成系统化体系与应用。2.智慧软环境 智慧软环境主要包括数据层、平台层和应用层。数据层由基础信息库、学习资源库和第三方数据库形成智慧教育数据资源池。平台层在人工智能引擎、VR/AR 引擎、大数据引擎下实现统一认证、统一支付、统一物联等功能。应用层是在智慧环境的基础上,基
17、于数据层和大数据平台产生的应用软环境,比如智慧教室、智慧实验室、智慧决策系统、智慧评价系统、智慧管理系统、智慧服务系统等。现阶段,智慧软环境建设面临的主要问题有以下几点:一是缺乏顶层设计和系统架构设计,各学校各区域建设软环境无整体规划,难度大,费用高,维护成本高,难以持续使用。二是缺乏行业标准,即缺乏规划引领机制,数据标准、评测标准、绩效评估标准等缺失。三是缺少人才,智慧软环境的建设需要既懂教育又懂技术的人才,这类对口型人才相对不足。3.智慧环境的主要支撑技术及核心特征 智慧环境是利用物联网云计算、大数据、移动互联、人工智能和区块链等新一代信息技术,搭建智慧教育的基础层,营造物联化、感知化、智
18、能化、泛在化的智慧教育环境。主要支撑技术见表 1。智慧教育环境至少应该有以下四个核心特征。一是物联化:智慧教育环境中有不同的装备和设备,不同设备之间可以无缝通信、异构通信。二是感知化:能够感知教与学活动实施的物理位置信息,感知教与学活动场所的环境信息,感知学习者的专业知识背景,感知学习者的学习状态,感知学习者的知识背景、知识基础、知识缺陷、认知风格等。三是智能化:通过数据精确了解管理对象的深层次信息,并做出科学决策,实现智能控制、诊断、分析、调节、调动。四是泛在化:学习不仅仅在学校进行,在学校、家庭、社区中,学习是任何时刻都可以进行的无缝学习。(二)提升智慧素养是关键 智慧素养是技能。智慧素养
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