智慧教育體系結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用研究

胡伏湘

（長沙商貿(mào)旅游職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙410116）

1.智慧教育的內(nèi)在訴求

智慧教育（Wisdom Education）是信息技術(shù)的產(chǎn)物。上世紀(jì)九十年代以后，互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展，隨之而來的云計算、移動計算、物聯(lián)網(wǎng)，極大地加快了信息化進(jìn)程，智慧城市、智能制造、智能交通等智慧產(chǎn)業(yè)成為社會的研究熱點(diǎn)，特別是以智能手機(jī)、iPad、平板電腦為典型代表的智能終端的普及，讓每一個用戶同時具備數(shù)據(jù)使用者和數(shù)據(jù)制造者雙重功能，信息量呈幾何級數(shù)急劇增長，人類社會步入大數(shù)據(jù)時代，大數(shù)據(jù)分析與精確定位在商業(yè)領(lǐng)域取得了空前的成功，同時也為教育教學(xué)提供了更加廣闊的前景，智慧教育從此應(yīng)運(yùn)而生，是時代賦與教育界的歷史使命。

1.1 智慧產(chǎn)業(yè)的大趨勢催生智慧教育

縱觀人類文明的發(fā)展進(jìn)程，經(jīng)歷了三次大的技術(shù)革命，第一次是以紡織機(jī)和蒸汽機(jī)為標(biāo)志的農(nóng)業(yè)革命；第二次是電力電機(jī)為代表的工業(yè)革命；而第三次是以計算機(jī)和空間技術(shù)為主導(dǎo)的信息產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用。不難發(fā)現(xiàn)，每一次歷史性變革都是通過傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和更新迭代來實(shí)現(xiàn)的。無人駕駛汽車、手機(jī)銀行、人臉識別、GPS定位等智慧產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，人們充分感受到新型信息技術(shù)帶來的巨大便利，智力經(jīng)濟(jì)時代已經(jīng)來臨開啟，運(yùn)用信息化手段促進(jìn)教育現(xiàn)代化，利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行個性化指導(dǎo)和差異化培養(yǎng)，改革教育教學(xué)模式成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，并且已經(jīng)上升為國家策略的高度[[]]。

1.2 學(xué)生的思維模式發(fā)生了根本性變化

教育正面臨著有史以來最大的網(wǎng)絡(luò)“土著”群體，90后、00后的學(xué)生從小就生長在網(wǎng)絡(luò)和智能化環(huán)境中，一日不可無網(wǎng)，有問題問百度，輕松即可獲得，成為真實(shí)寫照，網(wǎng)絡(luò)改變了他們的思維模式、生活習(xí)慣和人際交往方式，徹底打破了傳統(tǒng)的課堂邊界、學(xué)校的邊界和求知的邊界，虛擬社區(qū)對三尺講臺提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，求必有應(yīng)、迅速得到，平等對話、親身體驗(yàn)、共同參與、陪伴成長成為一種本能的需求，灌輸式教學(xué)逐步失去興趣，質(zhì)疑、反駁成為教學(xué)互動的新常態(tài)。

1.3 社會對專業(yè)人才提出了全新的標(biāo)準(zhǔn)

照搬照抄、人云亦云的簡單勞動逐漸不再被企業(yè)認(rèn)可，流水線崗位逐步被機(jī)器人擠占，靠記憶、只會標(biāo)準(zhǔn)答案的應(yīng)試型人才越來越失去競爭力，取而代之的是會分析、能綜合、有團(tuán)隊精神、主動探索最佳解決方案的創(chuàng)新型人才，大數(shù)據(jù)時代，掌握獲取知識的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過掌握知識本身，方法比技能更有價值[[]]。

1.4 大數(shù)據(jù)技術(shù)為智慧教育提供了數(shù)據(jù)存儲和實(shí)施方法的支撐

由校園有線網(wǎng)、無線網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)匯聚于數(shù)據(jù)中心，通過存儲器虛擬化將來源于業(yè)務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲在公有云和私有云上，經(jīng)過清洗和過濾發(fā)送到共享數(shù)據(jù)平臺，供不同的用戶調(diào)用，隨著時間的增加，教育大數(shù)據(jù)平臺上記錄的信息不斷完善，學(xué)生的軌跡逐漸清晰，老師對學(xué)生的洞察能力大為提高，為定制個性化導(dǎo)學(xué)方案和精準(zhǔn)推送提供了準(zhǔn)確的方向。

綜上所述，在大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下，搭建智慧教育平臺，采集梳理教與學(xué)的相關(guān)信息，建立網(wǎng)絡(luò)資源共享課程，在智慧教室中運(yùn)用智慧教育方法，線上與線下互為補(bǔ)充，行政班級與學(xué)習(xí)共同體互為配合，形成智慧教育體系的基本框架。通過實(shí)施智慧教育，推動傳統(tǒng)教育教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，促進(jìn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的整體提升。

2.國內(nèi)外相關(guān)研究

2.1 國外研究進(jìn)展

智慧教育概念最早是在2001年由加拿大教育家范梅南（Max.Vanmanen）提出，他在著作《教學(xué)機(jī)智-教育智慧的意蘊(yùn)》中寫到，教育要以學(xué)習(xí)者為中心，要因勢利導(dǎo)因材施教，注重個性化培養(yǎng)[[]]。2008年IBM公司的《智慧地球》計劃，設(shè)想把傳感器嵌入電網(wǎng)、鐵路、公路、建筑等物體中，相互連接構(gòu)成“物聯(lián)網(wǎng)”，并整合到Internet，開啟了智慧時代的進(jìn)程，智慧城市、智能交通、智慧大樓逐步出現(xiàn)，智慧教育隨之產(chǎn)生，美國、新加坡等率先響應(yīng)，先后發(fā)布了本國的智慧教育計劃。如韓國2011年頒布了“智慧教育推進(jìn)戰(zhàn)略”、馬來西亞的“智慧學(xué)校計劃”、新加坡的iN2015計劃[[]]。與傳統(tǒng)教育相比，智慧教育以數(shù)字化資源作為主要載體，讓學(xué)生主動參與教學(xué)過程，和老師一起探討問題的最優(yōu)化解決方案，而不是被動接受知識，強(qiáng)調(diào)教師的引導(dǎo)作用。實(shí)施智慧教育需要智慧環(huán)境、智能終端和無線網(wǎng)絡(luò)，同樣需要教師掌握現(xiàn)代信息技術(shù)[[]]，其核心是智慧學(xué)習(xí)，通過泛在學(xué)習(xí)和社會學(xué)習(xí)共同體達(dá)到掌握問題解決方案的目的[[]]，通過教學(xué)資源的輸送，學(xué)習(xí)者可以定向獲取按需材料[[]]，除傳統(tǒng)的文字和圖表外，還應(yīng)包括視頻、聲音、動畫、AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）、虛擬場景、地理位置等非結(jié)構(gòu)化信息等[[]]。

2.2 國內(nèi)研究進(jìn)展

我國正式將“智慧教育”作為關(guān)鍵詞寫進(jìn)文獻(xiàn)標(biāo)題的是在2000年[[]]，從2009年開始成為研究熱點(diǎn)，從中國知網(wǎng)上搜索，每年都有100篇以上的論文發(fā)表，2014年以后達(dá)到200多篇，表明智慧教育的關(guān)注度越來越高。研究主題集中在內(nèi)涵、環(huán)境構(gòu)建、模式、學(xué)習(xí)方式和運(yùn)用等方面[[]]：

祝智庭認(rèn)為，智慧教育是信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用類型，通過智慧環(huán)境和智慧方法培養(yǎng)具有高智能和創(chuàng)新能力的學(xué)習(xí)者，需要環(huán)境、資源、教師、學(xué)生和管理者的共同配合[[]]。楊現(xiàn)民通過比較數(shù)字教育與智慧教育的差異，得出的結(jié)論是：智慧教育是對現(xiàn)有數(shù)字教育系統(tǒng)的改造升級，實(shí)現(xiàn)全球教育資源的無縫整合共享，具有按需推送、智能管控、可視化等技術(shù)特征[[]]。金江軍歸納了智慧教育的三個典型環(huán)節(jié)，即集成式教學(xué)環(huán)境、自由式學(xué)習(xí)過程和體驗(yàn)式教育方式[[]]。實(shí)施智慧教育需要的集成平臺通常以云計算和物聯(lián)網(wǎng)為架構(gòu)，感知并記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，教師事先建立立體化的課程與專業(yè)教學(xué)資源庫，利用大數(shù)據(jù)提取、分析和信息推送方法，引導(dǎo)學(xué)生共同掌握知識要點(diǎn)，達(dá)到熟能生巧靈活運(yùn)用的目的[[],[]]，其理想的環(huán)境是用大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建起來的智慧校園，教師起主導(dǎo)作用，學(xué)生主動探索未知領(lǐng)域的解決方案[[]]。余勝泉指出，智慧教育對學(xué)生也有要求，傳統(tǒng)的被動接受知識達(dá)不到智慧的標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容交互與數(shù)據(jù)追蹤、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析、學(xué)習(xí)動機(jī)維持、社會知識網(wǎng)絡(luò)等學(xué)習(xí)技術(shù)是智慧學(xué)習(xí)的關(guān)鍵內(nèi)容[[]]。智慧教育可以為學(xué)校師生及社會的各類用戶提供服務(wù)，其核心業(yè)務(wù)主要包括智慧教學(xué)（對師生）、智慧學(xué)習(xí)（對學(xué)生）、智慧科研（對教師）、智慧管理（對管理者）、智慧服務(wù)（對家長及公眾）和智慧評價（對學(xué)校），形成依托大數(shù)據(jù)平臺的教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)[3]。比較典型的架構(gòu)由“一個智慧云中心、二類智慧環(huán)境、三個智慧內(nèi)容庫、四種智慧技術(shù)、五類服務(wù)用戶、六種智慧業(yè)務(wù)”組成[[]]，既需要主管部門的頂層設(shè)計，也需要學(xué)校的支持，更需要老師學(xué)生和管理人員的積極參與和相互協(xié)作[11]。

2.3 研究述評

智慧教育的前期研究成果雖然不少，但大多立足于某一視角，局限于理論層面，有一定的片面性，難以達(dá)到實(shí)際操作的需要，特別是總體結(jié)構(gòu)、平臺建設(shè)和具體實(shí)踐方面還有待進(jìn)一步深入探索：（1）體系結(jié)構(gòu)問題：智慧教育是系統(tǒng)工程，其主要組成元素是教師和學(xué)生，前人的研究往往忽略了后者的中心地位。事實(shí)上，如果不充分激發(fā)學(xué)生的主動性，再好的理念和方法都會徒勞無功。（2）智慧教育的平臺問題：硬件和軟件構(gòu)成的平臺是實(shí)施智慧教育的必要條件，將數(shù)字化校園網(wǎng)升級為大數(shù)據(jù)智慧校園平臺，不斷收集信息逐漸匯聚成教育大數(shù)據(jù)資源，為學(xué)校、專業(yè)、課程和學(xué)生四個層面提供決策和個性化服務(wù)，這是尚未研究透徹的內(nèi)容。（3）教師的定位問題：傳道授業(yè)解惑是教師的基本要求，但更重要的是會引導(dǎo)學(xué)習(xí)、能設(shè)計課堂、善于啟發(fā)潛力、掌握推送技術(shù)、懂得評估優(yōu)化方案，和學(xué)生共同成長，教師是實(shí)施智慧教育的具體落實(shí)者，原有研究在這個角度明顯不足。（4）應(yīng)用模式問題：在平臺和環(huán)境建設(shè)好之后，教師應(yīng)善于從各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫中挖掘資源，為不同類型的學(xué)生推送個性化服務(wù)，重在使用，這是前人研究所缺失的內(nèi)容。

3.智慧教育體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計

3.1 服務(wù)對象的需求分析

截至2016年底，中國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到7.31億，其中手機(jī)網(wǎng)民用戶6.95億，智能手機(jī)用戶超過90%，屏幕大小和清晰度逐步提高，智能化程序和體驗(yàn)性不斷上升，利用手機(jī)搜索資源進(jìn)行學(xué)習(xí)的趨勢進(jìn)一步明顯[[]]，不僅是學(xué)生，還有老師和管理者，以及與教育領(lǐng)域相關(guān)的社會人士，都是智慧教育的服務(wù)對象，而他們的關(guān)注點(diǎn)是不同的，設(shè)計智慧教育體系要充分考慮不同用戶的需求。

學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)是在輕松活潑的環(huán)境中，以直觀生動的方式掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，所需要的知識信手拈來，志同道合者一起探討感興趣的問題，有自我表現(xiàn)的機(jī)會，掌握有用有趣有挑戰(zhàn)的知識和技能，能獲得成就感。老師更加關(guān)注如何激發(fā)學(xué)生的興趣，所講授的課程內(nèi)容能不能被學(xué)生掌握，是不是按照自己的布置進(jìn)行了預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和完成作業(yè)，能不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，老師的付出是否得到認(rèn)可，良好的教學(xué)環(huán)境、實(shí)時了解學(xué)生動態(tài)、有利于學(xué)歷職稱的提升、方便的科研服務(wù)都是他們期待解決的問題。職能部門管理人員的側(cè)重點(diǎn)是所轄的業(yè)務(wù)能否順序執(zhí)行，以及項目進(jìn)展情況。校級領(lǐng)導(dǎo)更加希望掌握學(xué)校的總體情況，隨時隨地掌握招生、就業(yè)情況、重大項目的建設(shè)進(jìn)程、資金使用等宏觀數(shù)據(jù)和未來趨勢，作為決策依據(jù)。社會用戶有多種，關(guān)注點(diǎn)也不盡相同，如上級主管部門關(guān)心政策的實(shí)施和學(xué)校目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，家長關(guān)心自己孩子的成績和表現(xiàn)，企業(yè)關(guān)心的是能否招聘到公司所需要的人才，能否有更多合作的機(jī)會。

不難看出，智慧教育體系中，搭建數(shù)據(jù)采集平臺是基礎(chǔ)，教師和學(xué)生是最主要的用戶群體，其它用戶均有不同的需求，用數(shù)據(jù)說話是關(guān)鍵，定向輸出定制推送是核心應(yīng)用，快速存取和數(shù)據(jù)安全是保證，營造以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)環(huán)境和以教師為主導(dǎo)的教育環(huán)境，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對學(xué)校的運(yùn)營進(jìn)行監(jiān)管，提升綜合治理水平是智慧教育的高級應(yīng)用。

3.2 智慧教育體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

智慧教育體系采用云計算技術(shù)搭建平臺，利用IaaS、PaaS、SaaS三種云服務(wù)模式，面向各類用戶提供數(shù)據(jù)采集、篩選與聚合、統(tǒng)計分析與決策支持功能，如表1所示。

表1 智慧教育體系的三層服務(wù)

云服務(wù)可以將學(xué)校所需的軟硬件和資料都放到網(wǎng)絡(luò)平臺上，在任意時間（Anytime）、任意地點(diǎn)（Anywhere）、任何人（Anywho）都可以將授權(quán)的設(shè)備連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存取、互相貫通和遠(yuǎn)程管理，個人數(shù)據(jù)保存在私有云端，而系統(tǒng)信息保存在公共云端，經(jīng)過軟件系統(tǒng)的處理輸出給不同用戶，供調(diào)用和維護(hù)。

體系結(jié)構(gòu)是根據(jù)功能和屬性的不同而設(shè)計的基本框架及工作原理與應(yīng)用的統(tǒng)稱。為了達(dá)到服務(wù)對象的要求，按照大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計算技術(shù)的特點(diǎn)，智慧教育體系的邏輯結(jié)構(gòu)可以設(shè)計成五層四個接口兩翼，由低層到高層依次是：基礎(chǔ)設(shè)施層、基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)資源層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、綜合展示層。與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)相仿，相鄰兩層之間數(shù)據(jù)的傳遞通過接口實(shí)現(xiàn)，接口由低層向高層單向傳遞，兩冀是保證智慧教育正常實(shí)施的政策要求和安全運(yùn)維體系，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧教育體系結(jié)構(gòu)

第一層是基礎(chǔ)設(shè)施層，分為網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)兩個子層，前者是表示原始數(shù)據(jù)的來源，后者是數(shù)據(jù)采集設(shè)備和存儲位置。第二層是基礎(chǔ)支撐層，在制定統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將采集到的數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)中心，并且建立統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一信息傳遞、統(tǒng)一信息門戶、統(tǒng)一支付和統(tǒng)一決策支持五個平臺，以保證單點(diǎn)登錄，全局漫游，數(shù)據(jù)出口的唯一性。這兩層之間的接口是數(shù)據(jù)的采集與清洗，無用的、多余的數(shù)據(jù)將被過濾掉。

第三層是數(shù)據(jù)資源層，主要功能是將數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲，形成可用資源。主要包括三類資源：基礎(chǔ)教學(xué)資源，如課程資源、報刊網(wǎng)站、聲音視頻、動畫等，隨著時間的推移不斷增長，形成教學(xué)資源庫；共享交換資源，是相對固定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，即教師信息（來自人事部門）、學(xué)生信息（來自學(xué)生工作管理系統(tǒng)）、課程信息（來自教務(wù)管理系統(tǒng)）、固定資產(chǎn)信息（來自資產(chǎn)管理部門），這些數(shù)據(jù)可供不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)調(diào)用，但發(fā)源地只有一處；決策支持資源根據(jù)檢索條件或者查詢需求重構(gòu)而成，臨時組建，用完刪除，一般是經(jīng)過統(tǒng)計或者分析得到，由專業(yè)軟件抽取和運(yùn)算，為決策提供數(shù)據(jù)支持。第二層到第三層之間的接口是分類和整理，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、共享數(shù)據(jù)庫和專用數(shù)據(jù)庫。

第四層是業(yè)務(wù)應(yīng)用層，由各個業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)構(gòu)成，面向不同的職能部門和二級學(xué)院提供教育教學(xué)和相關(guān)服務(wù)。與傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)不同之處在于：其底層數(shù)據(jù)已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心全部貫通，業(yè)務(wù)系統(tǒng)存取的信息有一部分是本身所在的子系統(tǒng)，還有一部分來源于其它子系統(tǒng)，甚至是處理后的數(shù)據(jù)，資源更加豐富和智能。第三層與第四層的接口是數(shù)據(jù)提取，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)信息的歸口處理。

第五層是綜合展示層，即綜合信息服務(wù)門戶，在實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一信息門戶和單點(diǎn)登錄功能的前提下，通過對歷史數(shù)據(jù)和子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，完成各類信息的聚合和匯總，支持個性化的頁面設(shè)置，為不同用戶提供資源呈現(xiàn)和趨勢預(yù)測服務(wù)。第四層和第五層的接口是聚合和匯總。

這種智慧教育五層體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：從數(shù)據(jù)源入手到智慧教育環(huán)境的構(gòu)建，通過大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)的應(yīng)用，使實(shí)施智慧教育過程的對象和手段具體明確，在國家有關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)、安全和運(yùn)維體系的保障下有序進(jìn)行。

4.智慧教育的典型應(yīng)用模式設(shè)計

智慧教育是通過信息化手段推動教育的現(xiàn)代化，其技術(shù)基礎(chǔ)是大數(shù)據(jù)等新型IT技術(shù)，緊密跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)生活路線，實(shí)時掌握動態(tài)變化情況，通過個性化教學(xué)內(nèi)容和方法的滲透修正其成長軌跡，智慧教育的本質(zhì)是人才培養(yǎng)，關(guān)鍵在于教育教學(xué)，提高管理效率和決策水平。為教師營造智慧教育環(huán)境，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供場景，形成行政班級與學(xué)習(xí)共同體云班級配合、線上線下混合式教育相互補(bǔ)充，是智慧教育的典型應(yīng)用。

4.1 智慧教學(xué)過程設(shè)計

智慧教育的特點(diǎn)是：以學(xué)生為中心，依靠學(xué)生，通過教師的主導(dǎo)作用，充分考慮學(xué)生的個體差異，讓學(xué)生主動參與教學(xué)過程，為他們提供陳述觀點(diǎn)和評價的機(jī)會，變被動接受為主動探究。要求老師事先準(zhǔn)備好足夠的課程資源，因材施教，通過預(yù)置問題、創(chuàng)設(shè)情境、小組討論、方案評價等方式激活學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。在智慧教育環(huán)境中，教師的身份是導(dǎo)學(xué)（學(xué)生自主學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者），是導(dǎo)師（學(xué)生成長路徑的設(shè)計者），是導(dǎo)演（實(shí)施課堂教學(xué)過程的組織者），同時也是課題團(tuán)隊成員之一（陪伴學(xué)生成長），是資源的提供者（精確推送個性化資源），是最優(yōu)方案的評估者（考量和評價學(xué)習(xí)效果），而不是標(biāo)準(zhǔn)答案的制定者，更不是真理的化身。學(xué)生的地位由課堂內(nèi)容的吸納者變成了方案的探索者，也是教學(xué)過程的參與者。智慧教學(xué)過程如圖2所示。

圖2 智慧教學(xué)過程

從圖2可以看出，智慧教學(xué)過程采用了翻轉(zhuǎn)課堂模式，利用微課（圍繞一個知識點(diǎn)制作的10分鐘左右的教學(xué)視頻）、MOOC（大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程，由若干視頻組成，每個視頻時間短，以一門課為單位，教學(xué)內(nèi)容完整，任何人都可以注冊學(xué)習(xí)）、SPOC（小規(guī)模受限制網(wǎng)絡(luò)課程，只允許所在專業(yè)的部分人學(xué)習(xí)）等課程資源，面授和在線式教學(xué)混合進(jìn)行，以問題為導(dǎo)向，探索最優(yōu)方案為終點(diǎn)，通過學(xué)習(xí)小組共同配合，發(fā)揮每個人的智慧，達(dá)到掌握知識要點(diǎn)提升技能的目標(biāo)。

4.2 智慧教學(xué)環(huán)境設(shè)計

實(shí)施智慧教育首先需要重構(gòu)教學(xué)環(huán)境和學(xué)習(xí)空間，這是實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)變革的前提、抓手和基礎(chǔ)，靈活安排室內(nèi)設(shè)施的布局和座位,能使學(xué)生容易參與到課堂教學(xué)活動中，突出以人為本和個性化的設(shè)計理念，符合人體功效學(xué)和認(rèn)知工效學(xué)原理，打破物理空間、數(shù)字空間和虛擬空間的邊界，更大的自由活動空間方便學(xué)生對移動終端使用的便捷性，可以調(diào)節(jié)范圍的區(qū)域組合,幫助學(xué)習(xí)者便捷地穿梭于不同類型的學(xué)習(xí)空間，方便老師線上線下混合式教學(xué)。

合適的空間布局，無處不在的網(wǎng)絡(luò)資源，固定端與移動端融為一體，必要的教學(xué)儀器設(shè)置，所有這些構(gòu)成一種新型教學(xué)環(huán)境，或稱智慧教室，是完成智慧教學(xué)過程的典型場所。與傳統(tǒng)教室不同，它采用了大數(shù)據(jù)技術(shù)云計算架構(gòu)，教師采用服務(wù)器虛擬化桌面，課程資源存儲在云端，學(xué)生人手一臺智能終端設(shè)備，方便教師移動教學(xué)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 智慧教室邏輯結(jié)構(gòu)

智慧教室從物理設(shè)備來看，可以由三部分組成：一是教學(xué)設(shè)備。如投影、觸摸屏、攝相機(jī)、麥克風(fēng)、音箱等，用以錄制播放課件及音視頻，捕捉師生狀態(tài)。二是環(huán)境感知設(shè)備。如傳感器、射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、二維碼，將感知信息傳送到數(shù)據(jù)中心，通過軟件自動簽到并智能調(diào)節(jié)教室環(huán)境，形成舒適而環(huán)保的氣氛。三是控制設(shè)備。對教室中的設(shè)施設(shè)備統(tǒng)一管控，將錄播、投影、互動信息發(fā)送到系統(tǒng)平臺，為資源庫建設(shè)、視頻點(diǎn)播、場景設(shè)計、遠(yuǎn)程培訓(xùn)提供素材，與智慧教育的其它功能貫通。智慧教室的數(shù)據(jù)來源遠(yuǎn)不止課件，而是大量從校園網(wǎng)或者智慧校園大數(shù)據(jù)平臺中提取，通過存儲在云服務(wù)器端的教學(xué)管理系統(tǒng)可以調(diào)用各類業(yè)務(wù)管理模塊的信息，實(shí)現(xiàn)預(yù)約課堂、發(fā)布信息、實(shí)時互動等傳統(tǒng)教室所不具備的服務(wù)。其教學(xué)場地可以由教室延伸到宿舍甚至家里，將學(xué)生的碎片化時間充分利用起來，通過實(shí)體課堂和虛擬課堂的相互補(bǔ)充，提高學(xué)習(xí)效率。

4.3 大數(shù)據(jù)智慧推送應(yīng)用設(shè)計

推送（push）是將經(jīng)過整理的信息資源以文件或者鏈接的形式發(fā)送到用戶終端，使其不用通過搜索而能夠直接打開，滿足用戶個性化需求，精確而快捷。推送服務(wù)的內(nèi)容可以由用戶自己定制，也可以在大數(shù)據(jù)環(huán)境中由軟件智能分析而確定，其依據(jù)是活動軌跡和行為記錄。充分利用智慧教育平臺的推送服務(wù)，不僅可以為學(xué)生節(jié)省用于搜索和整理資源的時間，更為重要的是能夠定期接受到最新資訊，將興趣和特長引導(dǎo)持續(xù)和深入，對于提高職業(yè)技能培養(yǎng)核心競爭力大有益處。

學(xué)生一旦登錄上網(wǎng)，其上網(wǎng)行為、學(xué)習(xí)進(jìn)度、消費(fèi)情況均會由系統(tǒng)自動記錄，逐漸構(gòu)成活動軌跡，通過大數(shù)據(jù)挖掘和處理，教師、管理人員和開發(fā)人員適時及時掌握其動態(tài)，利用推送系統(tǒng)給予他們指導(dǎo)和幫助，如圖4所示。

圖4 智慧信息推送服務(wù)系統(tǒng)

在信息推送系統(tǒng)中，會根據(jù)需要同時向?qū)W生、教師和管理者推送不同的信息，以幫助不同的用戶從不同的角度提高教學(xué)和學(xué)習(xí)的效果，從而提升教育質(zhì)量。

在智慧教育的應(yīng)用過程中，教師的工作量比以前會更大，不僅要備課準(zhǔn)備教學(xué)資源，還要關(guān)注領(lǐng)域內(nèi)的動態(tài)，不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)新思想，否則有可能無法駕馭課堂，同時需要掌握導(dǎo)學(xué)方案設(shè)計、移動課件制作、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的捕捉、大數(shù)據(jù)的提煉與分析、聚類與分類等相關(guān)技術(shù)，隨身云盤、隨時存儲、隨手記錄成為智慧型教師不可缺少的習(xí)慣。

五、結(jié)束語

智慧教育作為智慧大家庭中的一個重要成分，是推動教育教學(xué)改革與創(chuàng)新的時代命題，大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)為這一新型模式提供了可以落地生根的技術(shù)基礎(chǔ)，極大地豐富了教育理論的內(nèi)涵，拓展了教育實(shí)踐的視角。教育工作者不僅要掌握好教育教學(xué)理論，同樣還需要學(xué)會教育技術(shù)和信息化手段，這是信息社會對教師職業(yè)的挑戰(zhàn)。本文立足于此，對智慧教育的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探索，并設(shè)計了智慧教育的典型應(yīng)用。而對智慧管理和教育教學(xué)模式并未過多涉及，這也是本文的不足。

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