第1章　智慧教育新图景

1.1　智慧教育：科技驱动的教育发展新路径

1.1.1　科技重塑未来教育新范式

随着互联网技术的发展，产业互联网的兴起已经成为大势所趋。在教育领域，移动互联网、大数据、云计算等技术不仅能够打造出个性化的教育手段，有效提升学习效率，而且能够孕育丰富的教育应用产品，扩大知识的传播范围。在“互联网+教育”的生态圈中，学习者将从知识的被动接收者转变为主动吸收者，智慧教育也将成为教育发展的新路径。

教育是国之大计，处于优先发展的战略地位。因此，20世纪90年代伴随互联网的发展，国际教育领域就呈现出了教育信息化的发展趋势。所谓教育信息化，即与教育相关的各个环节如教育科研、教育教学、教育管理等均可以广泛应用信息技术并以此来带动教育领域的改革和发展。纵观教育信息化的进化历程，它先后经历了教育网络化、教育数字化和教育信息化三个阶段，而云计算、大数据、物联网等新一代信息技术的进步和应用范围的不断拓展，更是推动教育领域进入智慧化发展阶段，具体表现为教育资源与技术呈现一体化、学习环境趋于体验化、教育管理更加智能化、学习工具越来越个性化等。

（1）智慧教育的概念与内涵

2008年11月，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”的概念，该概念一经提出便被国际社会迅速接受，并延伸至各个领域，比如“智慧城市”的实质就是借助先进的信息技术对城市建设进行精细化管理，致力于提高城市管理水平和运行效率。而“智慧教育”作为新概念，也指明了教育领域改革和转型的方向，能够依托于先进技术为教育各环节赋能，丰富教育的表现形式，为教育工作者提供高效的工具，满足学习者多样化的需求，扩大教育的想象空间，最终实现教育领域的改革和现代化发展。

智慧教育是智慧城市必不可少的组成部分，是新兴技术、现代化教育思想与智慧城市有机结合的产物，也是教育信息化发展的新阶段。大数据、云计算、物联网等技术应用于教育领域，不仅能够催生个性化的教育产品、智能化的教育系统，还有助于构建智慧化的教育环境和学习环境。在智慧教育范式中，教育教学的水平、教育科研的质量和教育管理的效率都将得到极大的提升，学习者也不再是知识的被动接收者，而会具备越来越强的学习能力和创新能力。

（2）智慧教育与相关概念辨析

信息技术在教育领域的应用催生出了数字教育、教育信息化、教育现代化等概念，智慧教育与这些概念既有区别也有联系。

①智慧教育与数字教育

数字教育是依托于数字技术而在信息化环境中开展的一种教育形态。与数字教育相比，智慧教育具有开放协同、个性化、泛在化、智能化等明显特点，二者在发展目标、技术作用、核心技术等多个方面均有区别，具体如表1-1所示。

智慧教育与数字教育之间并不是一种非此即彼的关系，智慧教育本质上是一种被大数据、云计算、物联网等多种技术赋能的增强型数字教育，是数字教育的高级进化形态，也属于数字教育的范畴。

②智慧教育与教育信息化

教育信息化是将信息技术全面且深入地应用于教育服务、教育科研、教育教学、教育管理等各个环节，推动教育的发展和改革，从而实现教育现代化目标的过程。

教育信息化的推进需要国家层面的统一规划以及教育部门的有序组织，目前智慧教育已经成为教育信息化的重要发展战略。因此，一方面，教育信息化能够为智慧教育的发展奠定良好的基础，通过相关政策的发布、制度的完善、机制的健全以及队伍的建设等降低智慧教育实现的难度；另一方面，智慧教育的发展也能够体现教育信息化路径的优势，并进一步巩固教育信息化道路的战略地位。

③智慧教育与教育现代化

教育现代化指的是将现代化的技术以及先进的教育思想应用于教育领域，力图让教育相关的硬件设备设施以及教育的理念和手段等均能够达到世界领先水平，从而培养出能够为国家建设贡献力量的高素质人才和新型劳动者。智慧教育是信息化技术推动下全方位的教育改革，是为了适应信息社会的发展而进化成的一种高级的教育形态。智慧教育的“智慧”具体体现在多个层面，包括教育评价、教育服务、教育科研、教育管理以及教育环境等的智慧化。

教育现代化与智慧教育的联系主要体现在两个方面：其一，二者的特征基本相同，智慧教育不仅是信息时代教育改革的重要方向，也是教育现代化期望达成的目标，智慧教育具有个性化、开放性、终身性、公平性等特征，这些特征也是教育现代化的核心特征；其二，二者的目标基本相同，教育现代化的目标是培养现代化人才，智慧教育的目标是培养适应数字时代的智慧型人才。

1.1.2　智慧教育的教育特征

人工智能、大数据等技术在教育领域的应用，孕育出智慧教育这一新型的教育形态。智慧教育与传统教育的不同，不仅表现在技术特征方面，也表现在教育特征方面。智慧教育的教育特征大致可以归结为以下几点，如图1-1所示。

（1）技术与教学深度融合

智慧教育是技术驱动下的教育发展新路径，技术与教育的融合体现在教育领域的各个层面，比如，技术应用于校园生活、技术应用于教育科研、技术应用于教育管理、技术应用于教育教学等。其中，教学作为教育的主要环节，其与技术的有机融合也是智慧教育重点关注的内容。

在传统的教学活动中，教育系统的核心业务是学科教学，教育的主要阵地是课堂。而在智慧教育模式中，学科教学不再仅仅局限于课堂，它能够使用的工具也越来越丰富。比如，软件方面，几何画板、图形计算器等专用教学软件，不仅能够极大提高知识传授的效果和效率，也更有利于培养学习者学习的积极性和主动性；硬件方面，智能手机、平板电脑、电子书包等形式多样、功能丰富的移动终端将逐渐成为承载学科教学的工具，使得课堂教学更加灵活。

由此可见，在智慧教育模式中，学科教学的成果与师生的技术应用能力有较大的关系，数字技术不仅可以应用于授课过程，也可以应用于课前的课程设计与课后的学习和评价。而且，借助于数字技术，教育者与学习者会越来越关注“教与学”本身，而这也是智慧教育的核心特征。

（2）教育资源“开放共享”

移动互联网、大数据、人工智能等技术的发展，不仅使得资源越来越丰富，而且极大降低了资源获取的难度。与此对应，地理距离已经无法阻挡个体之间的沟通和交流，“地球村”正逐渐成为现实。在这种背景下，智慧教育塑造的是具有更强的学习能力、创新思维和全球视野的公民。

伴随移动互联网的发展，世界知名大学纷纷将教育资源共享，MOOCs（Massive Open Online Courses，慕课）运动、OER（Open Educational Resource，开放教育资源）运动等如火如荼地发展，智慧教育的核心特征之一即教育资源“开放共享”。在智慧教育模式中，任何个体均可以通过交换、购买或引进等方式高效便捷地获取自己所需的教育资源，而优质教育资源的无缝整合与无障碍流通将极大缓解教育资源地区分布不均衡的问题，有助于提升整体的教育质量。

（3）泛在化学习

在传统的教育模式中，教育的主要场景是教室和学校。但实际上，学习的需求时刻有可能出现，学习活动也时刻都有可能进行。移动互联网、物联网、云计算等技术在教育领域的应用，为个体的学习提供了极大的便利，使得公园、图书馆、博物馆、社区以及学校等任何场所都可以是知识传授的场所，教育环境不再是割裂的空间，而是由多种场景有机组合而成的生态系统。

学习的需求随时可能发生，因此智慧教育倡导的学习正是泛在化学习。泛在化学习并不围绕某个独特的个体（传统教育中的教师）而展开，而是回归于生活和社会，围绕学习需求实现互联。泛在化学习包括三个层面的含义：其一，学习的个体无处不在；其二，学习的服务无处不在；其三，学习的资源无处不在。综合这三个层面，智慧教育就构建了一个和谐的教育信息生态。

（4）高效的教育管理

云计算等技术在教育领域的应用不仅有利于教育资源的共享和教学效率的提高，也能够为教育管理提供助力，实现教育事业的健康可持续发展。数字技术为实现教育管理的智慧化改革提供了技术基础，比如：

● 大数据技术应用于教育领域，能够采集、分析和处理相关的教育数据，从而为学习布局规划、教育经费分配等教育管理事务提供数据参考；

● 云计算技术应用于教育领域，能够对相关的应用软件（SaaS）、研发平台（PaaS）以及基础设施（IaaS）等进行有效整合，对教育管理涉及的各项数据进行统一采集、梳理和存储，从而确保管理部门可以对各项业务进行有效监控；

● 物联网技术应用于教育领域，能够借助全球定位技术、红外感应技术、射频识别技术等教育环境中的各种智能终端进行连接，并实现智能化的定位、识别、监控，从而提高教育管理的质量。

在传统的教育管理中，经费报销、设备招标、公文审批等活动不仅需要遵循严格的制度，而且需要依照烦琐的流程，而数字化技术的应用能够极大精减管理活动流程、提高教育管理业务系统的运行效率。

（5）科学的教育分析与评价

在传统的教育模式中，教育分析和评价基本遵循“经验主义”，但这种具有较强主观性的评价方式难免会有失偏颇。大数据、云计算、物联网等技术的应用，使得教育过程中产生的各种数据能够被及时、全面、准确地采集，而这也就为教育分析与评价的“数据主义”奠定了基础。

智慧教育中的教育现代化发展评价、教育信息化程度评价、教学质量评估、学生体质健康评价、学生学业成就评价等数据都能够被高效采集，并经过处理和分析以可视化的方式呈现出来，进而极大提升教育分析和评价的科学性与智慧性。

1.1.3　智慧教育的技术特征

由于融合了多种数字化技术，因此智慧教育可以理解为集约化的信息系统工程。智慧教育的技术特征主要包括以下几点，如图1-2所示。

（1）情境感知

除教育者拥有的教学水平、采用的教育工具外，教育的效果受到多种因素的影响，比如教学活动场所的温度、学习者的身体健康状况等。在智慧教育模式中，感知温湿度等环境信息的传感器与QRCode（二维码）、RFID、GPS等情境感知技术可以对情境进行感知，并将感知到的信息推送给用户或教育管理部门等。

情境感知是智慧教育的基础特征之一，智慧教育领域情境感知的对象主要包括学习者与学习环境两类，具体的感知内容比如：

● 教学活动场所的地理位置；

● 教学活动场所的光照、温度、湿度等；

● 教学活动开始、结束以及持续的时间；

● 学习者已有的相关知识背景；

● 学习者的学习习惯、认知风格等；

● 学习者的学习需求；

● 学习者的身体状况；

● 学习者的情绪状态。

（2）无缝连接

智慧教育为了满足无处不在的学习需求，就需要构建能够无缝连接的泛在网络，无缝连接是智慧教育的又一基础特征。智慧教育的无缝连接主要体现在：

● 多终端访问：学习者能够通过拥有的多种智能终端登录教育平台，获取自己所需的学习资源与服务；

● 多终端切换：学习者能够根据自己的需要切换不同的智能终端进行学习，各个终端的应用数据可以实现实时同步、无缝切换；

● 社群联结：学习者可以根据自己的需求加入学习社群，并与社群其他成员进行高效的沟通和交流；

● 系统集成：基于统一的技术标准，不同地域或级别的教育服务平台可以实现系统集成和数据共享；

● 虚实融合：基于虚拟现实、增强现实等技术，真实的物理环境可以与虚拟环境进行虚实融合，实现无缝连接。

（3）全向交互

教育活动的本质是一种交互的过程，智慧教育模式中的交互则是全向交互，既包括个体与个体之间的交互，也包括个体与物体之间的交互。全向交互作为智慧教育的基础特征之一，具体表现为：

● 个体之间的深度交互：教师与学生之间以及学生与学生之间随时随地可以进行交互；

● 个体与终端的交互：教师、学生等以语音、文字等方式与教育系统中涉及的智能终端进行交互；

● 交互过程的记录：教与学的活动被实时记录，所记录的信息数据可以为后续的教学活动、教学管理等提供数据支持。

（4）智能管控

作为一种智慧化的教育模式，智慧教育的一个重要的基础特征即对教育涉及的环节与要素（如教育教学、教育管理、教育服务、教育资源、教育环境）的智能管控。智慧教育的智能管控主要表现为：

● 智能调节：采集教学活动场所（如教室、图书馆、研讨室等）的环境信息（如光照、温度、湿度、空气质量指数等），并根据个体的需要进行自动化的调节；

● 智能分析：基于采集和挖掘的各种相关数据进行深入分析，为教育各环节的决策提供依据和参考；

● 智能诊断：基于采集和挖掘的数据，分析教育活动中可能出现的问题，并有针对性地给出解决方案；

● 智能调度：基于智能分析和智能诊断的结果，对教育经费的分配、教育机构的布局、教育资源的分布等进行科学调度；

● 智能控制：基于已有的统一标准，对教育服务、教育管理、教育资源、教育环境等进行智能化控制。

（5）可视化

在智慧教育模式中，出于监控、观摩等方面的需要，数据需要以可视化的方式呈现，因此可视化也是智慧教育的基础特征。智慧教育的可视化主要包括以下几方面：

● 可视化呈现：与教育活动相关的各类统计数据能够以图表等可视化的形式清晰直观地呈现出来；

● 可视化监控：与教育活动相关的应用系统的运行情况能够通过视窗进行监控；

● 可视化操作：与教育活动相关的应用设备和系统能够通过设置合理的界面进行操作。

将教育与技术相融合的智慧教育模式已经体现出传统教育无法比拟的优势，也正成为教育改革的新范式。智慧教育涵盖与教育相关的方方面面，除智慧教学与智慧学习外，智慧教育还包括智慧教育服务、智慧教育评价、智慧教育管理等。智慧教育发展的初衷即以科技驱动教育的发展，以智慧化的教育生态系统培养高素质人才。

1.1.4　智慧教育的未来趋势

2012年3月13日，我国教育部通过《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》，提出“以教育信息化带动教育现代化，是我国教育事业发展的战略选择”。此后，我国陆续出台了一系列与教育相关的重要政策，这些政策都在一定程度上推动了我国教育信息化的发展，使得智慧教育成为国家层面的战略决策。

大数据、云计算、人工智能等技术在教育领域的应用，为教育产业的发展和教育创新变革提供了极大助力，智慧教育已成为科技驱动的教育发展新路径。随着技术在教育领域的不断深化，未来智慧教育将呈现出以下发展趋势，如图1-3所示。

（1）智慧教育与智慧城市逐渐融合

要重塑未来教育新范式、发展智慧教育，首先应该建设智慧化的学习环境。通过对国内以及其他发达国家智慧教育领域的研究不难发现，智慧教育初始阶段着力的重点就在智慧学习环境的建设。而学习的需求是无处不在的，学习环境既包括家庭、教室、图书馆、博物馆等现实物理环境，也包括远程教育平台、在线教育平台等虚拟学习环境，建设智慧学习环境一方面需要增强现实物理环境的数字化、智慧化水平，另一方面需要加强线上与线下的联系，从而确保智慧教育不受时间、空间等因素的制约。

建设智慧化学习环境，最重要的一点在于利用大数据、云计算、物联网等技术。比如，借助物联网、人工智能等技术让学习者线上与线下的学习能够实时同步；大数据等技术能够基于学习者的需求为其推送定制化的教育资源；云计算等技术能够对可以获取到的优质教育资源进行整合，确保学习者能够共享所需资源。

通过以上分析不难看出，环境对于智慧教育的重要性不言而喻，而城市作为学习者活动的场所，城市环境的智慧化程度实际上也就决定了学习环境的智慧化程度。因此，从这个角度来看，未来智慧教育与智慧城市将逐渐融合。

（2）以学习者为中心的智慧教学

传统的教育模式是以教师为中心的，教师作为授课的主体，直接决定了学生能够获取到的教育资源以及能够达到的学习效果。智慧教育则是以学习者为中心，倡导“Smart Learning”（智慧学习）。

当前的学习者是伴随信息技术的发展而成长起来的，擅长利用智能手机、平板电脑等作为获取学习资源的工具，对传统的教学模式较为抵触。而智慧教育以学习者为中心、无缝连接线上与线下课程的教育模式更能满足他们的需求，也更有利于教育信息化改革的推进。近年来，国外一些知名大学通过微课、翻转课堂、MOOCs、SPOC等活动进行了较多的尝试并取得了不错的成果，我国的教育机构也在课程设计方面不断创新，力图改变传统的教育者与学习者的角色，构建以学习者为中心的智慧教学。个性化学习、协作学习、泛在学习、混合式学习等智慧化的学习方式，实质上正是围绕学习者的学习而设计的，力求能够为学习者提供更好的智慧学习服务。

（3）信息技术不断为教育赋能

在智慧教育领域，有一种观点认为：智慧教育与传统教育的不同仅仅在于技术的引入，在于“机器”成为授课的主体，并不考虑个体的差异与学习者的情感需要，这种教育模式不利于培养学习者的主观能动性和创造性，也难以培养出高素质人才。实际上智慧教育的主流趋势之一即重视个性化学习。技术作为教育改革的重要助力，不仅能够提供智能终端与多样化的应用，更能够与教育深度融合，为个性化学习奠定基础，其中人工智能技术的深度学习（Deep Learning）和机器学习（Machine Learning）等能够再造和重塑学习模式，便于学习者个性化学习的开展。

经济的发展、社会的变革等大环境的变化，都对教育提出了更高的要求。技术作为改革的利器，必然也将融入教育活动的各个环节。要充分发挥技术在教育发展中的作用，首先应该理清二者之间的关系。技术是工具，教育是对象，技术的进步应该为教育服务，而教育也不能被动接受技术的冲击，而应该主动适应技术带来的转变。

其中，教育者、学习者、管理者等教育活动的参与者，一方面需要充分利用先进技术提高教育质量，另一方面也不能唯技术论；高等院校等教育相关机构，应该加强与企业之间的合作，培养综合素质高的创新人才，实现教育产业的转型升级；各级政府部门应该及时完善智慧教育相关政策文件，并加大在智慧教育产业方向的投入，提升数字技术在教育领域应用的普及度。