智慧教育的技术体系及融合路径探究

马小玲，张 毅

（1.新疆大学国际文化交流学院，新疆乌鲁木齐 830046；2.新疆应用职业技术学院汉语言教学部，新疆奎屯 835215）

0 引言

智慧教育是技术与教育相融合的产物.智慧教育的概念提出时间虽然不长，但有关技术与教育融合的研究却由来已久.在科学技术发展历程中，教育与技术的关系逐渐紧密.技术对教育的优化、促进作用也日益凸显，并在不同时期呈现为不同的形态，如电化教育、教育技术、信息化教育和如今的智慧教育.从以上发展历程能够看出，各历史时期的教育形态实际上反映的是其与技术的融合程度.发展至智慧教育阶段，物联网、虚拟化、人工智能、大数据等一系列先进技术在教育实践中的应用使得教育形态发生巨大变革，技术自身发展的智慧化趋势也必然导致教育的智慧化.由此可见，技术在智慧教育中所扮演的关键角色，需要从技术角度出发，对智慧教育做更加透彻的分析.

1 智慧教育的概念及特征

整合现有有关智慧教育的研究文献，对智慧教育概念的解读主要存在2种主流观点：一种为为智慧存在而教育，另一种为以智慧方式进行教育.本文所关注的智慧教育即为以智慧方式进行教育.

前文提到，技术与教育的融合发展到目前经历了电化教育、教育技术、信息化教育和智慧教育4个阶段，其中智慧教育是在物联网、虚拟化、大数据等先进技术支撑下而产生的新教育形态.横向分析，智慧教育是智慧地球概念的衍生.智慧地球的概念于2008年首次提出，当时IBM首席执行官彭明盛发表的《A Smarter Planet：The Next Leadership Agenda》主题演讲中，将智慧地球视为未来社会的发展趋势，并提出其三项基本特征：第一，世界的工具化演变；第二，世界的互联化演变；第三，万物的智能化演变［1］.自此之后，智慧地球的概念被融入各个领域当中，其在教育领域的融入即催生了智慧教育.智慧教育中先进技术的应用，使教育本身不再受时间和空间的严格限制，教育模式也不再一成不变，体验式、沉浸式、交互式教育随之出现.此类新的教育模式和手法得到当代学生的普遍欢迎，并在激发学习动力、强化学习体验、增加学习深度、提升学习效果等方面发挥出显著作用.

在智慧教育的特征方面，黄荣怀将智慧教育的特征总结为感知、适配、关爱、公平和和谐［2］；杨现民提出，智慧教育整体表现出智能化、融合化、泛在化和开放化的特征［3］.从不同学者对智慧教育特征的提取能够看出，智慧教育的特征与现代科学技术的特征高度相关，因科学技术在教育中的高度渗透使得智慧教育表现出各类先进技术的基本特征，这也是为什么教育经过长期发展，在如今呈现为智慧教育形态的原因.

2 技术与教育的作用关系辨析

2.1 互动关系

教育发展历程的各个阶段，技术被作为工具融入教育实践当中；然后随技术水平的升级和技术形式的丰富，对教育环境创建、教育方式变革发挥推进作用，且这种作用关系越发明显［4］.尤其在信息时代，信息技术以超乎想象的速度发展，技术对教育的影响、作用效果也随之上升.在教育与技术的融合过程，其极大吸取技术本身所具备的实践优势，并对教育的不同方面作出改善革新.例如，多媒体设备在课堂教学中的运用，使知识的呈现方式能够扩展到动画、图像、声音等等；而电子白板的出现在此基础上又提供了人机交互功能，使学生能够与不同形式的知识之间展开互动.总之，技术成为教育发展的主要驱动力之一，并促使教育呈现为循序渐进的发展过程.

2.2 促进作用

智慧教育作为目前最新的教育形式，其在很大程度上消除了传统教育中存在的弊端，解决传统教育的部分历史遗留问题，使得教育实践能够有更大的可选择空间，去主动适应目前的教育需求.

2.2.1 促进思维发展

思维驱动行为的发展和变化.结合人类社会的发展规律，思维的发展往往表现为一瞬间的飞跃，然而这一变化的产生却要经过前期大量的积累.传统教育中，教育目标采用总体性的目标，虽然也强调依照个体特征展开差异化教育，但受到教育模式、方法的限制，普遍的差异化教育很难被实现.因此，在传统教育阶段，对学生思维的培养需要依照客观规律，以量的积累来完成，这也导致了教育的长期性.

进入智慧教育阶段，先进科学技术使得原本抽象、复杂、固化的知识以直接、具体、生动等各类学生易于接受的方式呈现，并能够感知不同个体的学习状态.通过数据分析，掌握个体的学习习惯和特征，进而匹配出最佳的自主学习及教育指导方案.而依托于虚拟现实、人工智能等技术，学习本身不再是现成知识的分析和获取.学生能够参与知识的形成过程当中，多感官接收知识信号，感知到知识中所蕴含的每一个细微之处，引导学生循序渐进深入思考，激发其思维的质变.教育量的积累过程被极大压缩，教育及学习效率自然得到相应的提升.

2.2.2 提升教学实效

在教育实践中，智慧教育彻底打破了以往单向传输的教育方式，充分调动学生思维、情感、行为融入学习活动中，实现高效、深度学习.相较于探究式学习等新式教学方法，智慧教育在效率和自主性、个性化方面更占优势.已有大量教学实验成果表明，智慧教育有利于教学实效的提升，且较一般方法提升效果更为显著.

传统教育以教师为核心，以黑板、课本、纸笔等为主要工具，灌输式的知识传递使得学习本身脱离真实生活情境.因缺少学习动机，学生学习情感并不能得到充分满足，进而导致教育效果发挥不佳.智慧教育借助先进教学工具，使学习本身不再受时间、空间、形式的限制，教育内容以动静结合、声光结合等多种模式呈现.尤其是目前的虚拟现实技术，使得教育环境模拟功能进一步升级，营造出更为逼真的知识学习情境，使学生在与环境的互动中学习知识、感受知识、探究知识.在课堂之外，学生也能够借助各类智慧化学习工具开展自主学习活动，作为课堂教学的延伸，教师可对学生自主学习过程做合理干预.而学生则可结合自身学习需求，自主选择学习内容和方式，并与教师开展在线交流互动，实现泛在化学习.学习针对性增强及时间资源的更好规划，无疑能够让教育实效有更大的提升空间.

2.2.3 引导教育变革

教育变革不简单等同于教育理念认知或方式方法的变化，其涉及的内容非常复杂，指的是教育系统以及与教育系统存在直接或间接关联的人和事物的变化，其中就包括教育指导理论、教育观念、教育模式、评价方法、教育环境、家庭及社会的参与等等.

以往教育教学创新要受到实际条件的限制，然而在智慧教育背景下，教育技术水平足够发达，教育硬件设施也不断完善更新，使得大量以前无法实现的创新教育方案能够付诸实践，教育变革热情空前高涨.在技术、理论、设施等要素的多重支撑下，教育诉求可被最大限度地满足，同时促使教育创新升级活动的频繁开展.

在个体学习角度上，智慧化工具的普及应用正改变着人们的学习理念和学习习惯，引发教育需求侧的变动.教育供需匹配作为教育改革的核心，智慧教育所引发的学习需求变化也反过来促进教育改革的深化开展.

3 智慧教育技术体系构建方案

3.1 智慧教育体系架构

智慧教育体系架构是智慧教育技术的载体，各项技术的优势作用均需通过该载体传导、发挥，最终作用到教育实践中.现将智慧教育体系架构划分为指挥中心、智慧环境、资源系统和功能模块4部分，分别介绍其特点、构建方式等内容.

3.1.1 指挥中心

指挥中心即智慧教育中心.其作为智慧教育体系的核心，是促使国家或地区教育智慧化发展的关键，有利于打破教育智慧化发展中融资难、共享难、推进难等难题.鉴于指挥中心的重要性，将其建设作为智慧教育发展的首要任务.

指挥中心的服务范围在国家或区域层面，提供统一的门户网站、身份认证规则、数据中心等基础性服务.可集中整合现有数据及软硬件资源，为各教育单元提供完善的教育资源服务，实现教育资源的集中化管理和按需分配.另外，指挥中心整合各类教育软件，强化各软件平台间的互通互联，形成服务于整个智慧教育体系的数据环境和智能化平台，面向广大学习者提供教育服务.指挥中心建设需要得到社会多个部门的协调与配合，需要投入大量时间及人财物成本.为保证各项资源利用率，中心建设规划设计必须合理、适度，且能够满足教育数据计算、存储、共享及网络管理等功能需求.

3.1.2 智慧环境

智慧环境即智慧教育实施的基本场所.环境融合物联网、虚拟现实、大数据、云计算等多类先进技术，并依照服务对象及服务阶段不同，分为面向学校教育的智慧校园环境和面向终身教育的智慧城区环境.

智慧校园环境包括智慧教室、智慧图书馆、智慧实验室及其他多功能教育场所.建设过程中需逐步完成学校现有教育设备设施的升级改造，实现高速无线网络在校园范围的全面覆盖.融入传感技术和RFID技术的智慧教育装备，以满足不同物类之间的互动互联［5］.其中，传感技术主要用于实验教学、学生学习状态监管、学生健康监测；RFID技术则主要用于学校管理，包括图书馆管理、门禁管理、学生定位跟踪等.

智慧城区的服务对象不局限于在校学生，社会中任何存在学习需求的人均可享受智慧城区提供的智慧教育服务.将教育信息化设施与远程教育手段相结合，在智慧校园的基础上，打造智慧博物馆、智慧公共图书馆、智慧社区等环境，为大众终身学习提供必要的物质条件.

3.1.3 资源系统

简单来说，资源系统就是智慧教育体系的数据库，用以承载与智慧教育有关的理论资料、教学资源、教学科研成果等，其由学习资源库、共享资源库和管理信息库三模快构成.

3.1.3.1 学习资源库

学习资源库主要服务于教师教学及学生自主学习活动的开展，是智慧教育资源的基本来源.其构成包括教学课件、案例、试题、多媒体素材、各类教育网站、学习工具、文献资料等.学习资源库的构建将满足实际应用作为引导，依照当前教育体系的课程设置情况进行资源配置.其中资源的来源包括自建和购入2种方式，其内容应满足国家新课程标准的要求.因自建形式的存在，来自不同区域、学校教学人员的创新教学方案可有效整合、共享，以实现学习资源库的不断更新、扩充.

3.1.3.2 共享资源库

共享资源库中的资源面向社会开放，其属性与慕课类似，将来自教育、科研等单位的优质教育资源共享至资源库当中，依照特定的机制和规律进行分享.共享资源库的建设应满足如下几点要求：第一，构建高效、适用、公平的教育资源共享模式；第二，打造开放式教育资源共享平台，以网络为媒介，向社会大众开放资源访问权限，并提供可供学生大规模、超大规模互动参与的远程课程；第三，逐步完善共建共享体系，资源库服务范围的广度使其构建难度进一步提高，需要得到社会各个部门，如出版社、培训机构、公立学校等部门的支持［6］.同时，将目前主流开放教育平台中的资源整合到资源库当中，保证共享资源库能够覆盖到更广的服务面，满足大众多样化的学习需求.

3.1.3.3 管理信息库

管理信息库用以存储大量与管理业务有关的数据信息，涉及学生管理、教师管理、教务管理、科研管理等多个方面.管理信息库服务于智慧教育的宏观管理层面，其构建必须保证数据信息的标准化程度，使其能够与各地方的教育资源库实现无缝衔接，形成上下统一的智慧教育管理标准化信息体系.

3.1.4 功能模块

3.1.4.1 智慧教学模块

智慧教学即在智慧环境中，借助各类先进技术和丰富教育资源开展的教育活动.智慧教学的直接服务对象为教师群体，有助于智慧教学水平提升、教师职业发展促进、课堂教学模式及方法创新等，然后间接作用于受教育者.教学环境改变及教学工具创新对教师信息化、智慧化教学能力提出了严格要求，因此在体系构建的同时，要重点关注教师专业能力的提升.通过专业技术培训，使广大教师群体掌握必要的智慧教学技术，进而能够灵活运用智慧环境、智慧教育资源，进行课堂教学模式创新，打造智慧课堂.

3.1.4.2 智慧学习模块

智慧学习则以学生自主学习为服务对象.学生可在智慧环境中，获取与学习需求有关的资源和服务，并进行学习方案的个性化定制，以挖掘学习特点、激发学习热情，实现高效、自主学习.智慧学习的顺利实现需要学生具备足够的自主学习能力，包括知识的挖掘、理解、探究、创造、运用能力等.

3.1.4.3 智慧管理模块

从当前的发展形势来看，教育管理似乎较教育的信息化程度更高，然而在体系完善及水平提升上，还需作出一定努力.以往教育管理中涉及大量重复、低效的数据录入、统计、更新等工作，教育管理的自动化程度并不高，且因统计分析技术过于简单，难以对教育数据做深挖处理.为提高教育管理水平，管理工作本身也要逐渐从信息化过渡至智能化，将那些重复、低效的工作自动化完成，使管理人员有更多时间和精力投入状态监管、决策制定、远程指导等工作当中.

3.1.4.4 智慧评价模块

借助大数据、云计算等技术，定期统计教育数据.通过数据深挖，对教育工作做更加系统、客观的评价，反观智慧教育中存在的问题加以改进.基于该功能，智慧教育过程需构建学生及教师档案，并将档案资料永久存储在云端，构建适当的教育评估模型，对教学及学习情况进行分析评估.

3.2 智慧教育技术体系构建

3.2.1 物联网技术

物联网技术以传感器和电子标签为基本工具，在课堂教学、自主学习、教育管理等方面均发挥技术支撑作用［7］.例如，前文提到的智慧教室即需要以物联网技术为基础进行构建，可提供考勤管理、资产管理、环境调节、视频监控等功能，优化智慧教学环境.除智慧环境的打造，物联网技术还可为学生健康监测、学情数据采集、教育安全监控、教学设备管理等提供技术支持.例如，为学生佩戴专门的健康监测传感器，以精确采集学生体温、心率、血压等健康指标信息，构建全国或区域性的学生体质健康数据库，以了解我国各阶段学生身体状况变化，辅助德智体美全面提高教育目标的实现.再比如，在设备管理中，为各项智慧教育设备安装传感器或RFID标签，由专人进行统一管理和调控，实时了解智慧设备的运行状态.

3.2.2 虚拟化技术

虚拟化技术支撑智慧教育数据资源整合工作的开展，为校园用户提供安全、可靠、便捷的数据中心基础设施.虚拟化技术整合多台物理机的计算资源，构建虚拟资源池，并将其合理分配至不同的虚拟机，以有效解决资源分配不佳、数据安全程度不足等问题.同时，虚拟化引擎使得管理工作开展更加便捷高效，可提供远程维护功能.在存储虚拟化方面，搭建资源池①整合单一应用的存储资源进行集中管理，依照系统特点，提供IP、FC、SSD等多种访问模式.存储虚拟化借助先进的预分配虚拟容量技术，依照资源使用实况对其进行调整，以实现教育资源的优化配置.

3.2.3 大数据技术

大数据技术②优势在教育管理、需求分析、教育评价等领域得到充分发挥，教育信息化、智慧化进程深入，使得教育各个环节、时间节点均有大量教育信息产生.大数据技术的作用优势就是能将教育信息开发为信息资源，并实现海量数据的高效分析挖掘，从中找出教育活动的普遍性规律及潜在问题，用于教育管理、分析、评价等各项工作的高质量开展.例如，动态采集学生成长信息，结合有关评价指标体系，细化学生在某一具体能力、素养或学科上存在的不足，好为其制定更具针对性的成长方案.再比如，借助大数据技术，采集学生在各互联网平台中的信息发布及获取情况，对学生主流意识形态的发展情况进行跟踪监督，实时引导教育舆情.大数据在该模块中的应用对于现代教育质量提升及教育触手延伸来说具有重要意义.智慧教育背景下，网络技术、信息技术高度发达，微博、微信、论坛等成为学生的主要社交工具.网络环境中信息构成复杂，在开阔学生视野的同时也使其更容易受到不良信息的干扰甚至诱惑，动摇其主流意识形态.进行教育舆情监测并及时开展教育介入，是教育体系及智慧教育顺应时代发展所必须作出的选择.

3.2.4 人脸识别技术

人脸识别技术通过对人面部特征信息的提取和对比分析，验证目标对象的身份.该技术使用摄像头采集人脸图像信息，并在图像内对人脸做定位跟踪.人脸识别技术在智慧教育中的运用主要是人员考勤管理.下面以智能无感知考勤为例，来说明其具体应用.

智能无感知考勤构建学生人脸特征信息库，并完成全校学生的信息采集.在人脸识别服务平台预设各项教学活动的考勤时间，课前启动智能无感知考勤模块，动态捕捉人脸信息，并形成考勤记录，数据汇总、统计后，输出相应报表以直观反映学生出勤情况［8］.基于人身份验证信息的唯一性，人脸识别技术有效解决了学生代签到、代课等给考勤管理带来的麻烦.对学生教学活动参与行为做全程跟踪管理，其逃课、迟到、早退等行为均会被摄像设备准确记录，对学生起到更有效的约束作用.相较于刷卡、指纹等考勤方式，无感知考勤的效率更高，无需额外的人力资源投入即可实现.

4 智慧教育技术具体融合路径

前文就技术与智慧教育的关系，以及智慧教育体系及技术支撑系统构成作出详细介绍.智慧教育体系的构建以教育与技术的深度融合为基础.为更好促进智慧教育发展，以下将对二者的融合路径做具体分析：

4.1 打造联动机制

智慧教育的受众不局限于学校、教师和学生，其参与主体包括学校、政府、科研机构，以及其他相关社会部门.为有效整合智慧教育发展资源，有必要打造政府、学校、企业三位一体的联动机制，分工合作共同开展智慧教育建设工作［9］.例如，以政府部门为主导，推进各教育阶段智慧课堂建设；开发国家或区域级别的智慧教育中心并完善相关配套设施及管理理论，为智慧教育技术融合营造优良的外部环境.以学校为核心，开展智慧教育特色课程开发及教育科研工作，集中教育人才优势，共同完成智慧教育资源库的更新及补充、经典课程模板设计、课堂教育流程及模式优化等工作.以企业为辅助，与学校及政府部门保持高效的信息互通关系，及时将社会生产实践中反映出的人才需求传递给学校，以引导课程优化设计、教育方案创新等工作的针对性开展.除教育引导作用外，智慧教育中涉及的各项先进技术资源多由社会企业提供，将智慧教育发展的技术需求传递给企业，促使其在行业前沿技术创新上做足努力，以便将更多先进技术融入智慧教育体系当中.

4.2 提高课程质量

智慧教育虽然较传统教育表现出诸多优势和先进性，但从本质上来讲，其仍为一种教育形式，以受教育者为服务对象，以教育人员为使用主体.在诸多智慧教育服务项目中，课程资源是最主要的服务媒介；同时也是衡量智慧教育水平的关键指标之一.

在课程资源质量提升方面，要做好如下几项工作：第一，精确课程定位，做好课程规划.第二，精益求精开展课程资源开发工作，为教师提供足够的时间和资源，使其能够专注投入课程开发当中，源源不断输出优质教育资源.第三，关注用户服务，引入用户需求，对课程资源开发过程进行指导；同时提供更简便的资源索引方式.

4.3 善用外部资源

4.3.1 深入开展校企合作

企业在智慧教育发展中扮演非常重要的角色.教育信息化、智慧化催生大量技术创新型企业.通过校企合作，发挥学校与企业发展合力，依照国家对智慧教育前瞻性提出的要求，合作开展技术优化及教育创新工作，逐步培养完善、纵深化的智慧教育产业链［10］.

4.3.2 配合智慧城市建设

智慧教育与智慧城市同为智慧地球的概念延伸，二者之间存在包容与被包容的关系.智慧城市为智慧教育的发展平台和空间，城市建设中形成的新技术、新服务、新理念为智慧教育发展提供更优的资源支撑.反过来，智慧教育发展水平又体现着智慧城市的建设水平.因此，在技术融合过程中，智慧教育要善用智慧城市建设大背景下的各项宏观资源，包括人才支撑、政策支持等，为智慧教育争取更优质的发展条件.

5 结束语

智慧教育是一个复杂而系统的工程，是现阶段教育的最高表现形式，其教育的本质并未改变.不同于传统教育形式，智慧教育中技术的支撑和引导的作用程度更高，教育与技术之间的内在联系更加密切.因此，我们能够透过技术进化规律去探析教育的发展特征，进而找出更加准确、科学的智慧教育发展及技术融合思路.在今后一段时间里，智慧教育的发展还需以智慧教育体系的完善和优化构建为核心，结合智慧教育实践情况，形成相应的技术实现方案；并通过打造联动机制，提高课程质量，善用外部资源等手段，促进教育与技术融合，发展并普及智慧教育形式，全面提升教育整体水平.

注释：

①资源池（Resource Pool）是指云计算数据中心中所涉及的各种硬件和软件的集合，按其类型可以分为计算资源、存储资源和网络资源.

②大数据技术，是指大数据的应用技术，涵盖各类大数据平台、大数据指数体系等大数据应用技术.