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以智慧教育引领教育信息化创新发展

祝智庭   华东师范大学终身教授

一、从数字化教育到智慧教育
  1.教育信息化创新发展诉求
  当前世界范围内教育信息化建设进入新的发展阶段。透过美国1996年、2000年、2004年、2010年发布的“国家教育技术规划”可以清晰地看出美国教育信息化走过了基础设施与设备配备、教育资源建设与推广、教师全员信息技术应用能力建设等阶段,目前进入教育应用创新阶段,寻求教育系统的整体变革成为教育信息化发展新目标。我国教育信息化发展经历了“九五”期间的多媒体教学发展期和网络教育启蒙期、“十五”期间多媒体应用期和网络建设发展期,“十一五”期间网络持续建设期和应用普及期的发展轨迹,[1]现阶段正处于应用整合阶段。《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》提出力争到2020年实现全面融合、部分创新的阶段性发展目标,要求“以教育信息化带动教育现代化,破解制约我国教育发展的难题,促进教育的创新与变革”。
  再观信息技术在教育教学中的应用,从计算机、互联网、多媒体等数字化技术逐步进入校园;到交互式电子白板、虚拟仿真实验等技术在“班班通”建设、数字化校园建设中的应用,数字化教育蓬勃发展中各种数字技术丰富了教与学的过程。当前移动终端、物联网、云计算、大数据、移动通信等新一代信息技术的发展刺激了研究者和教育实践者去拓展学习的概念和开展学习环境的设计,推动着学习环境的研究与实践从数字化走向智能化。信息技术的发展成为促进教育教学变革与创新的重要动因之一。
  在信息技术——社会——教育变革三元互动结构[2]中,如何在社会信息化大背景下,推动教育信息化进程,解决当前教育发展难题(公平与均衡、优质与创新、个性与灵活),以理念创新、技术创新、教学法创新等落实教育信息化创新发展,智慧教育(Smart Education)成为教育信息化新追求。智慧教育作为“智慧地球”思想在教育领域的延伸,世界上多个国家和地区已将智慧教育作为未来教育发展的方向,如澳大利亚、韩国、马来西亚、新加坡等均颁布了相关的国家教育政策。从数字化教育到智慧教育,这不仅仅象征着教育信息化中技术的数字化转为智能化走向而促发的“形变”,更蕴含着信息技术促进教育变革所追求的“质变”,尤其是教育文化的创新。以智慧教育引领教育信息化创新发展,带动教育教学创新发展,最终指向创新型人才的培养,已成为教育信息化发展的必然趋势。
  2.智慧教育图示
  信息化环境下的智慧教育指信息技术支持下为发展学生智慧能力的教育,旨在利用适当的信息技术构建智慧学习环境(技术创新)、运用智慧教学法(方法创新)、促进学习者开展智慧学习(实践创新),从而培养具有良好的价值取向、较高的思维品质和较强施为能力的智慧型人才(人才观变革,要培养善于学习、善于协作、善于沟通、善于研判、善于创意、善于解决复杂问题的智慧型人才),落实智慧教育理念(理念创新),深化和提升信息时代、知识时代和数字时代的素质教育。图1是理解智慧教育的基本图示,描述了智慧教育、智慧学习环境、智慧教学的关联性。其中,根据不同的尺度范围,智慧学习环境可以划分出不同的学习空间,如智慧终端、智慧教室、智慧校园、智慧实验室、智慧教育云等;根据学习情境和方式的不同,可将智慧教学法划分为差异化教学、个性学习、协作学习、群智学习、入境学习、泛在学习等。
    
                 
  二、技术变革创新:智慧学习环境
  1.智慧学习环境的内涵及特征
  构建学习环境是实现学与教方式变革的基础,智慧学习环境是信息技术发展的必然结果,对教与学有着革命影响。我们认为,智慧学习环境是以适当的信息技术、学习工具、学习资源和学习活动为支撑,科学分析和挖掘全面感知的学习情境信息或者学习者在学习过程中生成的学习数据,以识别学习者特性和学习情境,灵活生成最佳适配的学习任务和活动,引导和帮助学习者进行正确决策,有效促进学习者智慧能力发展和智慧行动出现。[3]综合已有学者对智慧(智能)学习环境研究的分析,智慧学习环境将突显以下基本特征:①全面感知:具有感知学习情境、学习者所处方位及其社会关系的性能;②无缝连接:基于移动、物联、泛在、无缝接入等技术,提供随时、随地、按需获取学习的机会;③个性化服务:基于学习者的个体差异(如能力、风格、偏好、需求)提供个性化的学习诊断、学习建议和学习服务;④智能分析:记录学习过程,便于数据挖掘和深入分析,提供具有说服力的过程性评价和总结性评价;⑤提供丰富资源与工具。提供丰富的、优质的数字化学习资源供学习者选择;提供支持协作会话、远程会议、知识建构等多种学习工具,促进学习的社会协作、深度参与和知识建构;⑥自然交互。提供自然简单的交互界面、接口,减轻认知负荷。期望在这样的学习环境中通过设计多种智慧型学习活动,能够有效降低学习着的认知负载,提高知识生成、智力发展与智慧应用的含量;增强学习者的学习自由度和协作学习水平,促进学习者个性发展和集体智慧发展;拓展学习者的体验深度和广度,提供最合适的学习支持,提升学习者的成功期望。
 2.智慧计算技术的支撑
  智慧计算是支撑智慧学习环境构建的核心技术。智慧计算(Smart Computing)是继主机计算(Mainframe Computing)、个人计算(Personal Computing)、网络计算(Network Computing)的技术革新的新阶段。智慧计算整合了硬件、软件、网络等技术要素,在现有技术基础上增添了情境感知和自动分析等新的性能。一般将智慧计算划分为5A阶段[4]:感知(Awareness)——关注泛在设备(如传感器、智能卡)和无线网络;分析(Analysis)——集成的商业智能和专业的分析软件,用于分析由他感知设备收集的实时数据;抉择(Alternatives)——利用规则引擎和工作流,以自动方式或者人工审核确定替代行动来应对异常;行动(Actions)——利用综合的关联和适当的流程应用程序,主动采取行动以减轻威胁或捕捉机会;审核(Auditability,对于教育应用而言可理解为“溯因”)——利用每一个阶段的活动数据,记录发生过的事件并分析其相符情况和改善情况。当前各种智慧终端技术、物联网技术(支持环境感知、设备管理等)、云计算技术(实现平台服务生态化、资源汇聚共享化)、大数据技术(提供基于数据的教育决策、学习评价)为构建智慧学习环境提供了有力支持。
  3.智慧学习空间:智慧校园
  推进以学校为主体的教育信息化进程是教育信息化的重要组成部分。回顾数字校园建设,从最初的通资源、通网络(打基础),到各类教育管理应用(始应用),再到学校信息资源的整合及应用集成(致融合),当前智慧计算技术的迅速发展与应用,为智慧校园建设创造了良好的外部环境和实现手段。黄荣怀等(2012)[5]综合已有研究观点,将智慧校园的特征归纳为环境全面感知、网络无缝互通、海量数据支撑、开放学习环境及师生个性服务五个方面。当前有关智慧校园的建设在高等教育领域已由理念转向实践,如浙江大学信息化“十二五”规划中提出支持无处不在的网络学习、融合创新的网络科研、透明高校的校务治理、方便周到的校园生活的智慧校园。在智慧教育框架下,我们认为智慧校园强调“智”、“慧”、“行”,其中“智”即从日从知,全方位持续感知与获取校园工作和生活中的各类信息;“慧”即从彗从心,持续的分析和处理获取到的各类信息,明确这些信息意味着什么;“行”即心明则行笃,在此基础上开展5A服务(Anyone,Any time,in Any way,Any place,Any content),随之便出现各类应用系统。
  根据以上对智慧校园的理解,数据(分析)中心、SDN网络、智慧应用面构成智慧校园整体视图。其中数据(分析)中心位于最里层,汇聚校园工作和生活中的各类信息数据,是实现数据驱动、智慧管理的基础;而建设智慧校园的首要任务之一是形成信息数据的设计规划。SDN(Software define network)即软件定义网络,能够实现教育网络的虚拟化、开放化和按需调整,更加便捷地对虚拟化资源进行调配,将传统教育网络转变成智能化的技术和业务创新平台,以满足当前对数据中心网络提出的网络管理、业务支撑和绿色节能等方面的更要要求。智慧应用面即智慧校园建设涉及的各类应用,包括OA活动、教学活动、科研活动、外联管理、能源管理、设备运作、校园文化生活等方面。从功能视角入手,当前智慧校园典型应用包括提供高效教学环境的智慧教室、提供科学探究新体验的智慧实验室、提供全方位监测的智慧校安、提供水电管控的智慧节能、提供生活-学习一体化管理的智慧ID卡等。
  三、方法变革创新:智慧教学法
  智慧教学法强调信息技术在促进教学方式和教学过程变革中的作用,面向信息技术在教育领域应用融合、创新的要求,以下从班级、小组、个人、众体四个层面提出具有智慧教学特征的学习样式:
  1.班级差异化教学
  班级差异化教学是兼容标准化与个性化的良方,可使学习者掌握核心概念及技能。一个完整的差异化教学过程首先通过前测了解每个学生的特性,涉及已有的知识水平、个人兴趣和学习风格;再结合课程标准及学生特性设计教学内容和教学过程(教学可能面向班级集体、小组或个体);教学实施过程中强调诊断学习的重要性,能及时进行形成性评价(如问题错误模式),并将结果作用于其他环节;最后开展总结性评价,评估学生的学习结果。
  技术对班级差异化教学实施的支撑表现在,围绕掌握核心概念及技能的教学目标,通过信息技术创设信息对称的课堂空间,开展基于课程标准的教学,让学生系统性地学习学科知识;通过学习评估系统加强形成性评估与学习诊断,为学生提供适性的补救练习;借助信息快速汇总工具,实施数据驱动的教学决策,为教学过程中的动态分组提供数据支持,同时更有针对性地给出学习干预;此外考虑到学生接受能力差异的存在,追加在线个别辅导,借助已有的在线学习平台为有需求的学生提供个性化学习辅导。
  2.小组合作研究型学习
  研究型学习作为一种学习方式,与接受学习相对应,强调学生的主动参与,要求“教师或其他成人不把现成结论告诉学生,而是学生自己在教师指导下自主发现问题、探究问题、获得结论的过程”。[6]小组合作作为研究型学习的基本组织形式和主要活动方式,有助于对问题的发现及深入探究。当前信息技术支撑下,典型的小组合作研究型学习有基于问题的学习(PBL,Problem-based learning,简称问题学习)和基于项目的学习(PBL,Project-based learning,简称项目学习)。
(1) 问题学习
  问题学习是将学习“抛锚”于具体的问题之中的一种情境化了的、以学生为中心的教学方法。[7]问题学习强调把学习设置于复杂的问题情境,通过小组合作形式解决真实性问题,因此我们将其实施步骤划分为6步,即:描述问题、建立假设、规划调研、开展调研、分析结果、展示分享。问题学习是信息时代的学习范式,其课程从内容转移到问题,教师的角色由讲授者转变为指导者看,学生由接受者转变为问题解决者。[8]
  (2)项目学习
  项目学习由美国教育家克伯屈(Kilpatrick)于1918年首次提出,强调在真实世界中基于资源开展探究活动,最终实现作品制作并将作品展示给他人,同时在一定时间内解决一系列相互关联的问题。项目学习模式的教学流程是以学习者自主学习、主动探究的教学模式,其实施步骤分为选定项目、制定计划、活动探究、作品制作、成果交流和活动评价等六个基本步骤。Intel推出的“未来教室”宣传片“桥梁工程”(Project Bridge)为我们展示了技术丰富环境下的项目学习案例,项目学习过程突显了对教与学主体智慧发展的支持。
  问题学习与项目学习两者既有共性(共同的理论基础,基于建构主义思想的实践模式;强调以学生为中心,强调个体积极参与小组合作等),也有差异性(两者定位不同、教学操作模式不同),但在实际学习活动中两者的界线是比较模糊的,通常会将两种方法耦合应用。一方面,项目学习从一个清晰的、特定的问题或多个问题开始,并要求学生具备解决问题技能从而完成项目的执行,即“需知”如何开展问题学习;问题学习中学习者在明确问题基础上,可开展项目学习解决劣构问题,最终以作品形式展现。   
    3.个人兴趣拓展学习
  当前基础教育在线学习产品和服务产业展现出快速发展的势头。用户观念的转变、网络应用的普及、学习技术的发展及学生个性发展的需求均是其发展动因。就学生个性发展而言,由于每个学生都有不同的兴趣爱好、不同的创造潜能,在掌握核心学科知识的基础上,需要充分利用信息技术为其创设个性发展的学习环境。学生在学习环境中,将基于个人兴趣确定学习主题,选择结构化、富媒体化的学习资源,借助相关学习工具,在个体构建或群体参与下获取与个人兴趣相关的知识与技能。
  而技术对个人兴趣拓展学习的支持体现在:首先网络普及与发展让个人随时随地进行学习成为可能,不再受时间和地域的限制;其次学习终端技术的发展,促使各类学习终端不断涌现,为个人随时随地接入学习提供载体,突破了学习地点的限制;再次富媒体技术的发展,提高了学习内容的交互性,改善了用户体验,使学生更有意愿选择内容开展学习;同时学习者建模技术与认知诊断技术的发展,让学生根据个人兴趣获取适切的学习资源成为可能,使得学习更为高效。
  4.网众互动生成性学习
  Web2.0的出现与发展,为网络个体、群体构筑知识分享新平台。网众互动生成性学习即是在这样的社会化环境中,以个体为起点,与相关领域的网络个体、网络群体形成学习共同体,实现知识在个人网络及连接网络的循环发展,通过这样的连接确保在各自的领域保持不落伍,最终实现信息知识的共享及创造(生成)。如此结合个人兴趣参与到网络协作,将促成集体智慧发展,使得群体信息聚合优于小组内单个成员的结果。2009年11月美国国防部发起的“红气球项目”,后来发展成为美国大学本科教学改革项目,即证明了社交媒体对于群体智慧发展的作用。
  四、实践变革创新:智慧学习实践
  1.智慧学习的基本理解
  智慧学习是继“数字学习(e-learning)”、“移动学习(m-Learning)”、“泛在学习(u-Learning)”之后的第四次浪潮。较之数字学习,移动学习借助移动设备和无线通讯技术,任何学习者能够在任何时间和地点进行学习;泛在学习不但支持移动学习强调的与移动设备的交互、学习者提供移动设备与学习内容交互以及与其他人的社会性交互,还支持学习者与现实世界的交互。智慧学习在泛在学习基础上新增了“智能分析”,意在对学习者所产生的大范围数据中的隐含意义进行挖掘,为评估学习过程、预测未来表现和发现潜在问题提供服务。[9]
  教育中应用技术的最终目标应该是促进学习形态由低投入(利用技术强化教学)转向高投入(利用技术创新学习),变革与创新技术支撑下的学习实践。此处的“投入”(engagement)是指学生在学习过程中的心力付出,学生只有高投入才可能有高产出,智慧学习环境应该是促进学生高投入的自然推力。当然,智慧教育最重要的是促进教育目标变革,特别是人才观更新。美国“阿波罗”集团2004年通过大量企业调研,得出对人才能力结构要求,即人际沟通能力第一位,团队协作精神第二位,再次分别为创造性问题解决、批判性思维和专业技能,而当前人才培养能力结构显然与此相偏离。因此智慧学习实践应以培养智慧型人才为目标取向,旨在智慧学习环境下应用智慧教学法引发创新学习实践。
  2.智慧学习的实践路径
  (1)基于电子书包的课内外创新学习
  在电子书包教学应用蓬勃开展之际,智慧学习的实践路径之一,是以电子书包作为智慧学习平台,构建智慧学习环境,无缝连接学习者的不同学习情景。即在现有的电子书包环境(涉及包含移动终端、交显示设备、无线网络的物理环境;包含课堂交互系统、教学服务平台的软件环境;包含电子课本、教学资源、学科工具的数字资源)建设基础上,整合创新技术支撑(物联网、二维码、多屏互动技术、自然交互技术、学习分析技术等)构建智慧学习环境。这样既可开展课堂创新应用实践,也可积极实践发挥学生主体能动性、体现其个性特征的课堂外的非正式学习。已有的实践案例包括,以电子课本为核心的小学课堂创新应用:如华东师范大学与Intel合作,基于电子课本技术标准设计开发牛津版《自然》二年级下学期“第四单元灭绝、濒危的野生动植物”,并在上海闵行区莘庄镇小应用;基于交互系统的高中高效课堂教学应用等。
  (2)基于学习分析的个性化自适应学习
  概览近三年国际新媒体联盟(NMC)所发布的地平线报告,学习分析成为基础教育和高等教育领域的技术热点。Siemens[10]提出学习分析是“关于学习者以及他们的学习环境的数据测量、收集、分析和汇总呈现,目的是理解和优化学习以及学习情境”,可为关益者(机构、教师、学生等)提供精准决策、个性服务,以优化结果。当前有关数据集框架、学习分析服务设计框架等方面的研究为基于学习分析的数字化教育服务的实施提供了良好基础。美国教育部在一份简报[11]中指出,学习分析和教育数据挖掘是大数据在教育领域的主要应用,而两者在教育技术领域内的应用最终指向个性化学习和自适应学习环境的研究和开发。结合以上智慧学习环境的基本特征,即基于学习者的个体差异提供个性化的学习诊断、学习建议和学习服务;并挖掘和深入分析学习历史数据以提供智能决策、多元评价和推送服务,实践智慧学习过程中,主张基于学习分析为学习者提供个性化自适应学习服务,更好贯彻“以学习者为中心”的人本主义教育理念。以Knewton(美国一家网络培训公司)提供的自适应学习技术为例,基于学习分析将为学生创造个性化学习资源并不断了解学生学习特点,以提供个性化学习路径。 
  五、学习评价变革创新:智慧学习评价
  学习评价作为学习系统的反馈调节机制,在学习与教学过程中有着重要作用。《美国教育技术规划2010》将用技术支持学习评价作为促进美国教育系统变革的路径之一。其目标是各级教育系统充分利用技术的力量来测量各要素,并使用评价所得数据来促进教育系统的持续改进。然而,当前学习评价常用的方式是用成绩说话,或基于教师的经验型评价,未形成学习过程信息的全面采集、缺乏对数据的深度挖掘和分析、缺乏对学习能力的多元评价、未提供丰富的反馈形式。在世界进入大数据时代,评价、决策以数据为依据的背景下,智慧教育需要为学习与教学提供智慧的学习评价。学习分析技术的兴起为智慧学习评价的开展提供了支撑。
  学习分析通过使用学习过程数据,可以描述和解释过去的现象;可以预警和干预正在发生的学习;可以推断发展趋势和预测将来,回答关于学习和教学的不同问题。利用学习分析开展学习评价,其数据源来自全面采集的过程信息,将丰富评价指标(如对21世纪技能和复杂思维能力的考察);提供可视化的分析结果,将丰富反馈形式;预警和干预正在发生的学习,提升学习评价的价值。如此“智慧”的学习评价将变革创新评价方法,从经验性评价走向科学数据分析、走向发展性评价;又将为改进教与学提供科学依据,服务于智慧学习实践。

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