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“智慧教育示范区”环境建设实践探索

来源:《中国教育装备行业蓝皮书(2021版)》发布日期:2022-01-21浏览人数:196

  张乐乐 曾海军

  随着新一轮科技革命和全球经济的快速发展,各行各业对人才的需求比以往任何时候都更加强烈。我国政府高度重视创新人才的培养,将其作为智能时代强国建设的重要抓手和增强综合国力的重要支撑。2018年教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》,明确将智慧教育创新发展作为新时代教育信息化八大实施行动之一。《中国教育现代化2035》中也明确指出,要“加快推进信息时代教育变革,利用现代技术加快推动人才培养模式的改革”。为了提升区域教育质量,大力发展智慧教育,2019年,《教育部办公厅关于“智慧教育示范区”建设项目遴选工作的通知》印发,决定遴选一批地方积极、条件具备的地区,开展“智慧教育示范区”建设,探索积累可推广的先进经验与优秀案例。本文从环境建设出发,对各示范区在环境建设过程中积累的经验及建设成效进行梳理,为未来全面发展智慧教育提供环境建设方面的借鉴与指导。

  一、智慧教育研究现状

  智慧教育的理念提出以来,不少专家学者都对其进行了深入研究,以求搭建良好的学习环境,促进学习方式的变革。纵览国内外关于智慧教育的研究成果,国内研究者主要从信息技术学、生态学、教育学等视角开展了相关研究,基于不同的视角,他们对智慧教育具有不同的看法。从信息技术学出发对智慧教育进行研究是一种最普遍的方式[1],祝智庭教授认为智慧教育是经济全球化、技术变革和知识爆炸的产物,是教育信息化发展的必然阶段,并提出从三个方面促进智慧教育的发展[2];黄荣怀教授指出智慧教育是教育信息化的高端形态,分析了智慧教育系统包括三重境界[3]。从生态学视角出发,智慧教育促进技术与教育的融合发展,杨现民认为智慧教育是技术推动下的和谐教育信息生态,将其核心教育特征概括为五个方面,并对智慧教育和数字教育、教育信息化、教育现代化进行了概念辨析[4]。教育学视角下,智慧教育的研究主要落地到课程、教学、教师发展。祝智庭等人认为智慧教育中的思维教学应以学生中心为理念起点,培养学生的高级思维能力和认知水平[5]

  而国外对于智慧教育的研究不仅从理论层面上探讨,更多倾向于从实践层面出发,以调查、报告、访谈等形式来表明技术、平台、模型对教育教学的影响。Jo等学者研发了教案生成平台,可以帮助教师快速创作所教学科的教案[6]。Jeong-Sook等人以开发和验证智慧教育应用程序的评估工具为目的,提出了评估教育应用程序的潜在模型[7]。Scott和Benlamri等人采用相关技术对智慧学习空间进行开发[1]。这些实践方面的重要突破,给教育教学带来了深刻的变革。

  总体而言,国内研究者主要基于学科的视角对智慧教育进行了深入的理论研究,国外侧重于实践探索,以实践操作带动学校教育的发展。值得肯定的是,智慧教育在促进教育教学改革、实现学生的全面发展方面发挥了重要的作用。但国内关于智慧教育在实践方面的研究还处于起步阶段,并存在诸多问题需要解决,特别是在环境建设方面,如智慧校园环境应如何改造升级,教育云平台应如何互联互通,基础设施如何满足个性化的教学需求等。

  二、智慧教育示范区

  为了推动教育信息化融合创新发展,实现教学环境、教育理念与模式、教学内容与方法的改革创新,提升区域教育发展水平。2019年,《教育部办公厅关于“智慧教育示范区”建设项目推荐遴选工作的通知》(以下简称《通知》)印发,决定遴选一批地方积极、条件具备的地区,开展“智慧教育示范区”建设。

  通过遴选推荐、综合评议、集中公示等环节,2019年教育部确定了北京市东城区、山西省运城市、上海市闵行区、湖北省武汉市、湖南省长沙市、广东省广州市、四川省成都市武侯区和河北省雄安新区8个区域为首批“智慧教育示范区”。2021年2月教育部又确定了北京市海淀区、天津市河西区、江苏省苏州市、浙江省温州市、安徽省蚌埠市、福建省福州市、江西省南昌市、山东省青岛市、广东省深圳市、四川省成都市成华区10个区域进入新一轮获批名单,重庆市璧山区、甘肃省兰州市为培育区域。为了保证创建项目的顺利实施,同时成立了“智慧教育示范区”创建项目专家组,定期对示范区建设情况进行针对性指导,给予咨询意见。

  《通知》对“智慧教育示范区”的建设提出了六大建设重点,其中,环境建设是智慧教育示范区创建的基础,是发展智慧教育、加快推进“教育信息化2.0”的首要条件,其不仅能提升教学实效、提升学习者体验,也能创造更公平高质的教育环境。

  三、“智慧教育示范区”环境建设案例分析

  (一)智慧教育环境建设

  环境建设与发展是智慧教育示范区创建的重要内容,也是建设智慧校园的重要支撑。目前对于学习环境的认识还没有统一的界定,但不少专家学者已对其进行了相关研究,基于不同理论提出了不同的理解。Hannafin[8]指出学习环境不仅包括技术、教学材料和评价技术等,还包括在其中开展学习活动的学习者和教师之间的互动。黄荣怀等在总结国内外学习环境构成要素的基础上,给出了智慧学习环境的六个构成要素:资源、工具、学习社群、教学社群、学习方式和教学方式[9]。结合专家观点,本研究将学习环境定义为智慧学习环境建设,主要分为基础设施建设、智慧校园建设、教育云平台建设三个方面。

  (二)“智慧教育示范区”环境建设

  自“智慧教育示范区”创建项目启动以来,各示范区以构建数据互联融通的个性化教学支持服务环境为六大重点任务之一,因地制宜地进行了大胆探索和有益尝试。经过一年的发展,各区域在环境建设方面取得了不错的进展,并形成了一些可借鉴的亮点。

  1.基础设施建设

  随着5G、物联网、人工智能、云计算、数据中心等技术的日趋成熟,新基建的内涵和建设目标更为明确。2021年,教育部明确提出“十四五”期间,要推动信息化时代教育创新,实施教育新基建工程,大力开发优质数字教育资源,促进新技术与教育教学深入融合[10]。为顺应信息化时代的高速发展,各示范区积极行动,主要从网络带宽、核心装备等方面对基础设施建设进行详细规划,特别是在网络带宽方面,各区域切实根据实际情况统筹实施。例如,山西省运城市推进IPv6教育专网建设,市级、县级、校级核心交换节点已经完成IPv6实施,边缘物联设备完成4.7万个IPv6地址部署,全网已经实现IPv4和IPv6的无缝转换;武汉市加快校园网络提速增效,中心城区、新城区学校班均带宽逐步达到100M;长沙市升级教育主干网络到IPv6,所有学校接入互联网,宽带接入率为100%,与所辖十个区县(市)教育城域网、千兆光纤互联互通,校园网建设率100%。在核心装备方面,各区域加大对中小学教室交互式多媒体教学设备的配置,提供网络同步教学资源。

  2.智慧校园建设

  随着5G、Wi-Fi6等多网融合的推进,我国加快了从数字校园向智慧校园的转型发展[11]。智慧校园成为当前教育领域的热点话题,其既是实现智慧教育的必由之路,也是智慧教育示范区的重要建设内容[12]。目前,各示范区中小学正着力推进智慧校园建设,从校园框架、教室环境、智能化教学场景的应用等方面进行改造升级。

  一是智慧校园框架体系构建。这是智慧校园建设的关键环节,为智慧校园的整体建设提供了思路。智慧校园框架主要依托数据中心及应用支撑平台,重点建设校园管理中心、资源中心和数据应用系统,形成数字化、智能化的校园环境。其中,成都市武侯区构建了“1+1+N”的智慧校园建设框架,即“1张硬件物联网、1张软件业务网、N个学校个性化智能应用场景”,以1张统一的业务网络和1张基于5G网络的硬件物联网,整合学校所有教育教学线上业务,对学校硬件环境进行智能化升级并集成互联,打造“一网”。

  二是推进中小学智能化教学环境建设。教学环境决定着课堂的教学质量,对教学效果有着重要的影响。成都市武侯区着眼教学一线的现实需求,利用智能技术实施了“教室雪亮工程”“教室清听工程”,打造高质量、无伤害的光声环境,解决了教学过程中基础性的视听难题,降低了学生的近视率,提升了师生的获得感。同时,武汉市积极推进智能化教学环境设计,统筹建成120间人工智能实验室、120间智慧教室、60所智能化标准化考场学校、30间智慧图书馆,全面推进智慧校园生态建设。运城市按照“试点引领一批、示范推广一批、普及巩固一批”的原则,在智慧教育校园建设中,完成了12所引领校、24所示范校和173所普及校及655间录播教室、智能化教室、创客教室等各类新型教室的建设任务。

  三是校园智能应用场景的建设和应用。智慧校园就是利用新技术对各类资源、应用进行有效整合,并且对学生的学习活动、健康安全等方面进行智慧化管理和服务的新型校园建设模式,提升学教管评的服务能力。长沙市与四大银行合作,探索智慧校园一卡通的建设模式;广州市开展智慧阅读、教育事业统计分析数据、校车动态监测、体质健康、校园安全视频监控等11个主题的大数据分析应用;上海市闵行区中小学基于学生手环、课堂视频分析、学习行为分析等智能教学助手和智能学伴应用,加强学生学习过程数据分析和应用。同时,聚焦课堂教学、适应性学习、课程选择、校园活动、社团参与、社会实践、家校互动等业务场景,重构学校智慧学习环境和支持服务系统。

  四是智能化、标准化考场的建设。智能化、标准化考场可以在提高考试管理效率、保证考试安全等方面发挥重要作用。广州市启动了中考理化生实验操作评价工作,以人工智能、大数据、物联网等新一代信息技术推动中考评价改革,已在全市统一建设标准化、规范化中考理化生操作性评价考点47个,考场154个。武汉市印发了《武汉市推进高中阶段学校考试招生制度改革的实施方案(试行)》,启动初中理化生实验操作智能化、标准化考场建设试点工作,探索部分科目实验操作的机考。

  3.智慧教育云平台建设

  随着人工智能技术、物联网技术的发展,学习环境已经从封闭的物理空间向开放的、虚实结合的空间转变。相比于教育信息化1.0阶段的信息化、数字化2.0阶段则更强调智能、联通与共享。因此,智慧教育云平台的构建是“智慧教育示范区”环境建设的重点。北京市东城区依托东城区数字资源平台构建了数字教育资源汇聚和共享通道,形成了市区校三级协同的资源公共服务体系。上海市闵行区全面启动服务全区中小学的教育云平台建设,已初步完成基于学生、教师、机构、家长和社会五类用户的统一身份认证和用户管理的初步设计。长沙市在智慧教育云平台上建设了四级网络学习空间群,形成了层层建空间、人人用空间、学习在空间的树状结构,已在全市10个区(县市)和400多所学校建立了自己的特色网络学习空间。运城市依托“运教云”,建立相互融通的市、县、校三级教育云空间、资源平台和管理平台,开设学生空间、教师空间、班级空间、管理者空间、家长空间,实现了“县县有自主平台,校校有特色空间”。成都市武侯区启动了“武侯智慧教育大脑”,依托“武侯政务云”,形成4T的数据治理云架构,实现了部分系统的单点登录、数据融通,目前已实现了5个智慧教育应用场景。

  四、“智慧教育示范区”环境建设过程中存在的问题

  当前,智慧教育建设取得了一定的成效,为学校营造了灵活、便捷、舒适的智慧学习环境[13]。但通过“智慧教育示范区”环境建设具体案例以及年度绩效评估时专家的意见反馈,各示范区在环境建设过程中还存在一系列的问题。

  (一)智慧校园建设智能化水平有待提升

  5G时代的来临,为教育的未来发展带来了新挑战、新机遇,加速了重塑智慧教育新生态[14]的进程。作为“智慧教育示范区”建设的实践场,技术的快速更新,对智慧校园建设提出了更多、更高的要求。从目前示范区的建设情况来看,智慧校园还停留在基础设施建设、教学设备更新、网络平台构建的硬件层面,还未能充分满足学校智能化、个性化的教学和管理需求。因此,如何提升“智慧”,聚焦教学、管理、服务中的重点问题,提升数据治理能力,成为智慧校园建设的重要突破点。同时,教室是学校教学的主阵地,各示范区对智慧教室的建设缺乏系统性的规划与设计,存在有些多媒体设备功能单一、手段匮乏的现象,不能智能地解决教师和学生在课堂中碰到的一些棘手问题,存在“空壳”的现象。

  (二)数据平台建设泛化,未能实现区域与学校的融通、互联

  “智慧教育示范区”云平台建设的数据采集缺乏统一的标准,且各区域基础环境层次不同,不同学校、不同学科对教学需求存在一定的差异。因此,部分区域为了示范区的建设需求搭建了大数据平台,部分学校也基于自身教学服务需求搭建了属于学校的平台。基于不同需求的数据平台存在“泛化”现象,多个平台只是搭了框架,对于数据的采集缺乏统一的标准与规范,大数据平台并未在真正意义上实现数据的融通、互联。因此,如何实现区域大数据平台与学校平台的互联互通、资源共享,需要做好统筹管理;要关注区域、学校之间的业务衔接与整合,避免出现重复建设问题。

  (三)师生缺乏数据核心意识,教与学功能单一

  环境建设的服务对象与最终使用者是师生,师生的意识转变也是其中的关键一环。作为智慧教育发展的核心部分,数据在“智慧教育示范区”校园环境建设中尚未得到足够重视。由于教师使用信息技术的应用能力不强,教学模式转变较慢,师生对数据在教学过程中的重要性认识不足,导致师生“简单化”使用智能技术,沿用传统的学习模式,课堂互动活动少,忽略了运用教学数据进行深入分析与挖掘的重要意义[15]。在学生学习过程中,数据采集与分析、学习成果的精准评价以及个性化学习资源的推送等功能尚未普及与推广,教与学功能尚显单一。

  (四)注重环境布局和硬件设备建设,忽略了教学需求学校环境的改造升级是为了更好地服务于教育教学活动,智慧教室的建设一般是由学校网络中心和厂商沟通决定的。但就目前的情况来看,主要是从厂商的技术角度而不是从学校的需求角度出发。厂商擅长什么、有什么新技术,都试图放入智慧教室这个新生事物中,力争将其做到“高大上”[16]。但一味地追求大而全,可能会出现操作复杂、实际应用效果不佳的现象。究其原因,主要是网络中心、厂商对于教师的教学需求没有进行深入研究,与教师、学生、教学管理人员缺乏沟通交流。

  五、“智慧教育示范区”环境建设的改进路径及思考

  “智慧教育示范区”学习环境建设从基础设施、智能装备的升级,到大数据平台的搭建,再到个性化智慧学习空间的设计,实现了技术与空间的深入融合,为智慧教育的发展提供了环境支撑。针对“智慧教育示范区”环境建设现状及其存在的问题,提出以下改进对策。

  (一)推动智慧校园一体化建设,促进智慧新生态发展网络建设是环境建设的基础,智慧校园建设要不断提升校园网络建设水平,保证无线网络的全覆盖;同时利用技术打破物理学习空间与数字学习空间的界限,实现物理空间和数字空间无缝衔接[17]。将教室看作一个小型校园,建设智慧教室小生态——以小见大,从学习、管理与服务等方面入手,全面开展高校智慧校园体系化的建设。

  未来智慧校园建设将从单一向多元化方向发展,最大限度地发挥数据的应用效能,针对师生的教学、学习、生活、饮食、安全等方面构建系统的治理体系,形成数据驱动的教育治理新样态,推动智慧校园新生态的发展。

  (二)构建数据平台指标体系,深入推进平台间的融通

  “智慧教育示范区”数据平台建设刚刚起步,对于平台中数据的建设标准和数据的采集、处理与应用的研究成果较少。因此,教育主管部门应联合高校、企业或科研机构,参考智慧校园、智慧工场等相关国家标准,结合教育改革的实际情况制定相关标准。通过数据指标体系的建立,帮助各区域、各学校明确数据平台的建设方向,真正实现数据资源共享,满足教师、学生个性化教与学需求。同时,为了避免重复建设问题,如何实现区域、学校平台之间的互联互通也是目前平台建设过程中需要考虑并解决的问题。一是区域加强统筹管理,做好分层建设,强化数据的融合。二是以区、校数据两级联动、共享为目标,围绕“完善数据管理平台”“创新数据汇聚”两条主线,提升区域大数据平台的功能和服务支撑能力,推进教育综合数据的汇聚、服务工作。三是增强企业与学校之间的交流合作,推进平台与教学应用相结合,深入推进教育教学改革,提升师生的信息素养。

  (三)深度挖掘教学数据,实现教学功能的多元化

  大数据、人工智能技术、云计算的到来为教师课堂教学提供了大量的数据支持,为全面剖析学生的学习过程,对学生进行精准评价提供了可能。统计学生在学习场所、图书馆的学习时间,出入频率等数据,有利于更好地完善基础设施建设;收集学习者在学习平台的学习记录数据,有利于及时推送适切的学习资源;利用大数据平台或支持服务系统,有利于丰富各类教育教学的应用需求。为更好推进新技术使用,一是可以建立教师信息素养提升课程体系,针对信息化领导力、信息化教学能力和信息化服务能力,分别对管理者、教师和技术人员开展相关培训。二是可以成立教师研修中心,开展全区研修、学区研修、校本研修、教师自主研修等活动,提升教师的专业能力。三是坚持以教育大数据应用为目标的信息化工作思路,全力打造“数据大脑”,整合学校管理数据、教师发展数据、学生成长数据。

  (四)完善基本服务,满足不同用户的需求

  新技术、新设备为校园环境建设、教师教育教学活动的开展,为创新人才的培养提供了一个崭新的环境。为避免建设中出现设备堆砌现象,需从以下几个方面进行改进。一是开展多种形式的调研活动,收集师生用户、二级单位、一线运维人员的意见,对设备、环境进行升级、改造。二是组织教师开展信息技术的相关培训,让他们及时了解新技术、新设备,主动探索、调整教学模式、教学方法,以更好地满足教学需求。三是建立政府定标准、企业保产品、学校买服务的运营模式,通过购买服务的方式提供基本服务,学校及企业开发的应用实现平台共享。

  (作者单位:北京师范大学互联网教育智能技术及应用国家工程实验室)

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