基于量化視域的智慧教育生態(tài)模型探究

王錄通， 邰尖敏， 陳 俊， 黃 琰， 李天嬌

（1．廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院教育系，廣西河池547000；2．貴州師范大學(xué)教育學(xué)院，貴陽550025；3．上海海事大學(xué)外國語學(xué)院，上海201306）

0 引 言

2017年3月地平線報告高等教育版倡導(dǎo)：“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間、數(shù)字素養(yǎng)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、人工智慧、增強現(xiàn)實技術(shù)、STEAM教育”技術(shù)平臺，力求構(gòu)建智能化、物聯(lián)化、數(shù)字化的生態(tài)鏈接系統(tǒng)，智慧教育協(xié)同創(chuàng)新技術(shù)消除數(shù)據(jù)鴻溝，發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)機能效應(yīng)，從而破解封閉堵塞的“信息孤島”［1］。2018年4月教育部頒發(fā)《教育信息化2．0行動計劃》戰(zhàn)略部署教育資源觀轉(zhuǎn)變、教育素養(yǎng)觀轉(zhuǎn)變、教育技術(shù)觀轉(zhuǎn)變、發(fā)展動力觀轉(zhuǎn)變的行動。2019年2月國務(wù)院頒發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》政策指出：“統(tǒng)籌建設(shè)一體化教學(xué)、管理、服務(wù)平臺，建設(shè)智慧化校園，建構(gòu)數(shù)字化教育資源共享機制”。在面對規(guī)模龐雜的信息時，智慧教育嵌入技術(shù)因子，拓展遠程教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)直播平臺、數(shù)字電視的教育媒介傳播領(lǐng)域。編碼與解碼相契合彌補數(shù)據(jù)缺失，捕獲ICT異構(gòu)資源核心技術(shù)含量信息，抑制和剔除傳播途徑模糊的信息。經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘、紅外傳感、云計算等智慧監(jiān)測平臺引擎，并且通過數(shù)據(jù)遞歸修正環(huán)節(jié)恢復(fù)信息平衡，增強反饋機制與數(shù)據(jù)耦合性能。智慧教育在信息化不同的語義屬性中激活網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基因，即統(tǒng)稱為“智慧基因”。在高校中開展智慧教育能夠提升師生信息素養(yǎng)與數(shù)字素養(yǎng)，它已成為信息化轉(zhuǎn)型的必然發(fā)展路徑。智慧教育由智慧地球演繹而來，其主要內(nèi)容涵蓋智慧校園、智慧餐飲、智慧工程（Smart Engineering）、智慧交通（Smart Transportation ）、智慧醫(yī)療等技術(shù)模塊［2］。在信息化不同的視域中彰顯智慧教育組織結(jié)構(gòu)的升級，尤其指網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)字媒體相融合，塑造智慧教育的新形態(tài)，促進教育管理智慧化、服務(wù)智慧化、課堂智慧化的綜合體系，從而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與創(chuàng)新技能［3］。智慧教育側(cè)重創(chuàng)新實踐與價值研究，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下充分挖掘智慧教育的研究價值。智慧教育核心內(nèi)涵是創(chuàng)建良好的信息化環(huán)境，教師施展各種教學(xué)技能，學(xué)生獲得美好體驗、樹立良好價值取向、較強的操作技能、創(chuàng)新型品質(zhì)［4］。并從教育理念、技術(shù)創(chuàng)新、方法創(chuàng)新、人才培養(yǎng)等方面闡述。智慧教育指以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算為核心，統(tǒng)籌教育信息化各項工作，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、國際化、智慧化的現(xiàn)代教育體系［5］。綜上所述，智慧教育是借鑒智慧城市的創(chuàng)新發(fā)展理念，配備數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與信息表征技術(shù)優(yōu)化教育信息化生態(tài)環(huán)境與整合教育資源。

1 熱點探測

該研究采取citespace（v．5．3．R3）對智慧教育高頻關(guān)鍵詞進行聚類探析（Clustering analysis），并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)指標(biāo)。時間區(qū)域鎖定為2016～2019年，Network：N ＝50，E ＝66（Density＝0．053 9），N 表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量，E表示連線的數(shù)量，Density表示網(wǎng)絡(luò)的密度。剔除新聞、廣告、征稿等無效信息，共篩選496篇文獻。Modularity是網(wǎng)絡(luò)模塊化的評價指標(biāo)，Modularity Q＝0．660 1表明智慧教育網(wǎng)絡(luò)社團結(jié)構(gòu)顯著［6］。Silhouette值是用來衡量網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性指標(biāo)，Mean Silhouette＝0．792 5表明聚類結(jié)果合理。如表1所示，經(jīng)過citespace主題共現(xiàn)知識圖譜分析，高頻關(guān)鍵詞蘊含教育信息化、信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)＋、人工智慧等視域。教育信息化頻次為42，智慧教育是引領(lǐng)教育信息化發(fā)展脈絡(luò)，成為教育技術(shù)變革的主旋律，信息化建設(shè)過程中缺乏數(shù)據(jù)標(biāo)準與數(shù)據(jù)規(guī)范，信息技術(shù)頻次為40，智慧教育是依托物聯(lián)網(wǎng)、通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)等智慧信息技術(shù)創(chuàng)建的教育信息生態(tài)系統(tǒng)，信息技術(shù)是數(shù)字教育發(fā)展的高級階段，必將提升數(shù)字教育智慧化發(fā)展。教育大數(shù)據(jù)匯集存儲教育信息資產(chǎn)，它是發(fā)展智慧教育核心區(qū)域［7］。研究通過數(shù)據(jù)挖掘的關(guān)鍵詞頻率閾值（Frequency threshold）探究信息波動、語義空間（Semantic space）的可視化動態(tài)監(jiān)測，預(yù)測教育信息化、信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)＋、人工智慧成為智慧教育研究的熱點與發(fā)展態(tài)勢（見圖1）。

表1 智慧教育的熱點探測

圖1 智慧教育的熱點探測

2 智慧教育生態(tài)模型

智慧教育通過智慧環(huán)境提升學(xué)習(xí)者教育目標(biāo)，體驗真實學(xué)習(xí)視域中的智慧教育［8］，闡發(fā)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、新型教學(xué)模式、現(xiàn)代教育制度的高度融合，重點驗證智慧環(huán)境的重要功能。智慧信息技術(shù)涵蓋人工智能、虛擬現(xiàn)實、智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈為代表的技術(shù)。智慧校園基本功能是數(shù)字校園和實體校園融合，提高管理效率與管理能力，實現(xiàn)一體化、現(xiàn)代化的校園管理［9］。校園基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)趨于智能化、自動化、立體化、智慧化，教育資源成為信息化建設(shè)的核心價值觀念［10］。綜上所述，將智慧教育生態(tài)模型歸納為ETMC生態(tài)模型，所謂智慧教育ETMC生態(tài)模型（Environment Technology Management and Conception，ETMC）分別由智慧環(huán)境、智慧技術(shù)、智慧管理、智慧觀念共同構(gòu)成的協(xié)同創(chuàng)新的區(qū)塊鏈技術(shù)（見圖2）。區(qū)塊鏈技術(shù)為教育信息化環(huán)境帶來良好契機，精準的評估和監(jiān)測智慧教育的動態(tài)數(shù)據(jù)［11］，開啟教育信息化智能時代新格局。

圖2 智慧教育ETMC生態(tài)模型

（1）智慧環(huán)境。智慧環(huán)境的核心是融合信息化教學(xué)環(huán)境、混合教學(xué)環(huán)境、數(shù)字教學(xué)環(huán)境以及信息化評價指標(biāo)等復(fù)合因素，推進校園媒介素養(yǎng)、組織素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、傳播素養(yǎng)的價值取向的探索［12］。首先，智慧環(huán)境拓展了場域教育的范圍，全方位精準感知環(huán)境和監(jiān)測環(huán)境的質(zhì)量，通過大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和感應(yīng)設(shè)備捕獲教育信息化和教育資源的原生態(tài)信息。然后，智慧關(guān)鍵技術(shù)增強智慧感知層、智慧傳輸層、智慧應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高效運作，根據(jù)感應(yīng)器追蹤光學(xué)系統(tǒng)和激光控制系統(tǒng)的發(fā)展軌跡［13］，微控制器模塊、溫度測量儀、電源監(jiān)測系統(tǒng)的脈沖頻率波動敏銳地反映了智慧環(huán)境驅(qū)動模塊的狀態(tài)。最后，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和數(shù)據(jù)預(yù)測程序間接跳躍核心技術(shù)區(qū)域，快速承擔(dān)數(shù)據(jù)建模的負荷，脈沖的編碼信號傳遞區(qū)塊鏈技術(shù)的信號。

（2）智慧技術(shù)。智慧技術(shù)驅(qū)動傳感技術(shù)的集聚效應(yīng)，全面跟蹤光敏傳感設(shè)備、溫度傳感設(shè)備、遙感技術(shù)、霍爾感應(yīng)設(shè)備的運作軌跡［14］。傳感技術(shù)以不同視域預(yù)估人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、大數(shù)據(jù)的技術(shù)參考指標(biāo)，從而建立龐大的教育資源數(shù)據(jù)庫。①人工智慧技術(shù)選擇智慧技術(shù)統(tǒng)計與機器學(xué)習(xí)手段刻畫學(xué)習(xí)者的狀態(tài)，推測學(xué)習(xí)者的認知策略與知識掌握的內(nèi)在屬性。根據(jù)知識追蹤模型和答題序列準確性評測學(xué)生知識掌握程度，分別演繹學(xué)習(xí)行為的數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)解析模塊［15］。②數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠精確評估知識組塊學(xué)習(xí)動態(tài)演變，實現(xiàn)大規(guī)模在線學(xué)習(xí)和智慧導(dǎo)學(xué)研究［16］。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)經(jīng)過數(shù)據(jù)清除、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)評估等運作流程，鏟除數(shù)據(jù)堆積、信息阻塞等弊端。③大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)通過數(shù)據(jù)建模組建成科學(xué)的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)，利用傳感導(dǎo)航技術(shù)引領(lǐng)區(qū)塊鏈技術(shù)的爆發(fā)，揭開了智慧教育ETMC模型的序幕。

（3）智慧管理。智慧管理系統(tǒng)配備考勤技術(shù)、遠程監(jiān)控、智能錄播系統(tǒng)、資源共享等服務(wù)體系［17］，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺傳遞校園管理信息，推理系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)、經(jīng)營決策技術(shù)、環(huán)境支持技術(shù)、數(shù)據(jù)集成技術(shù)的時域演變。完善教學(xué)管理、資源管理、物流管理、餐飲管理的進展，實現(xiàn)校園數(shù)據(jù)共享，實時查詢與統(tǒng)計教育數(shù)據(jù)，自動預(yù)警校園的各種危機，確保校園區(qū)域性生態(tài)系統(tǒng)管理。智慧教育采取云計算架構(gòu)部署，配備從不同維度實現(xiàn)數(shù)據(jù)聚合與關(guān)聯(lián)［18］。ETMC生態(tài)模型集聚物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、應(yīng)用層功能，重點強調(diào)教育管理決策的科學(xué)化與信息化。

（4）智慧觀念。智慧觀念決策教師的心理失調(diào)與認知沖突等隱蔽現(xiàn)象，教師觀念并沒有徹底改變，傳統(tǒng)觀念根深蒂固，無法較快適應(yīng)創(chuàng)新技術(shù)的教學(xué)環(huán)境。例如，教師難以具備媒介素養(yǎng)、信息素養(yǎng)、數(shù)字素養(yǎng)、資源素養(yǎng)的能力。信息表征宏觀層面可界定為人腦對信息存儲與加工的認知方式，拓展知覺符號的表征、命題符號的表征、網(wǎng)絡(luò)信息空間的信息表征。超媒體在仿真技術(shù)環(huán)境中處理圖形、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，通過設(shè)置驅(qū)動程序敏感控制知覺符號的動態(tài)演繹。信息表征技術(shù)與語義符號無法從根本上割裂，兩者存在協(xié)同性與創(chuàng)新性。語義符號根據(jù)一定的社會網(wǎng)絡(luò)關(guān)系推導(dǎo)智慧觀念的科學(xué)符號。

3 研究策略

（1）創(chuàng)建智慧教育生態(tài)化環(huán)境。智慧教育環(huán)境可以根據(jù)傳感裝備與信息技術(shù)連接成整體，物理環(huán)境與虛擬環(huán)境有效的推進科技部落的創(chuàng)新，智慧教育ETMC生態(tài)模型可以實現(xiàn)教育數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)增值、數(shù)據(jù)決策［19］，智慧環(huán)境要從教學(xué)方式、教學(xué)制度、教學(xué)管理范疇共同運行，兼容信息化創(chuàng)新設(shè)備并建立ETMC管理環(huán)境。

（2）推進智慧教育技術(shù)運行機制。智慧教育技術(shù)運行機制尚未完善，部分技術(shù)操作具有高難度、高標(biāo)準、高風(fēng)險的特性，溫控傳感技術(shù)、激光技術(shù)、感測技術(shù)靈敏度尚未達標(biāo)，智慧教育技術(shù)層面存在隱形漏洞。因此，智慧教育在實施過程中相對滯后，由于信息數(shù)據(jù)的決策流程相對復(fù)雜［20］，需要提升智慧教育技術(shù)監(jiān)察、管理和服務(wù)的空間。精準監(jiān)察智慧教育的可視化技術(shù)，開設(shè)VR體驗技術(shù)，繼續(xù)深入剖析空氣成像技術(shù)的應(yīng)用，多維度探測電離空氣成像技術(shù)。繼續(xù)挖掘深度學(xué)習(xí)加速技術(shù)（GPU）實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精準跟蹤、借助算法特征評估干預(yù)、反饋和修正等核心技術(shù)。社會信息技術(shù)可根據(jù)生物科技和面部識別技術(shù)初步甄別學(xué)生活動的軌跡，人臉檢測、輪廓檢測、情感計算等技術(shù)特征，側(cè)面解析人的性格類型，精準預(yù)測面部特征。

（3）完善智慧教育管理制度。智慧教育是采用圖像追蹤技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)流媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)評課、錄播系統(tǒng)、校園電視媒體等常態(tài)化管理教學(xué)的相關(guān)環(huán)節(jié)，借助智慧云終端提升環(huán)境控制、智能考勤、安防監(jiān)控、遠程交互學(xué)習(xí)、資源共享激活教學(xué)管理機制，模塊化教學(xué)間接提升教學(xué)管理效率。不斷完善信息化傳輸通道模塊，完善智慧教育基礎(chǔ)設(shè)施，例如，推動智慧物流、智慧交通、智慧餐廳、智慧圖書館等信息化模塊的高速發(fā)展。

（4）更新智慧教育觀念。智慧教育建設(shè)工程尚未健全，教師信息化教學(xué)能力仍未達到理想巔峰，部分教師對高新技術(shù)應(yīng)用尚未嫻熟，可能導(dǎo)致教師對智慧技術(shù)具有抵觸心理，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)紊亂，難以激活教師固定刻板狀態(tài)。教師仍然需要提升信息化素養(yǎng)，提升創(chuàng)新驅(qū)動機制，共同探索智慧教育數(shù)字化路徑。建構(gòu)數(shù)字化參數(shù)指標(biāo)，力爭符合學(xué)生的認知區(qū)域和認知特征，洞察和探測信息表征的智慧化路徑。

4 結(jié) 語

文章分別對智慧教育研究背景、研究熱點、模型建構(gòu)的宏觀層面進行綜述，通過融入智慧教育技術(shù)應(yīng)用和操作探測，并且使用citespace量化智慧教育高頻關(guān)鍵詞，量化呈現(xiàn)智慧教育的邏輯結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果驗證了教育信息化、信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)＋、人工智慧成為智慧教育研究的熱點與發(fā)展態(tài)勢。首創(chuàng)智慧教育ETMC生態(tài)模型的架構(gòu)模型，對智慧教育建設(shè)提供生態(tài)模型，也對智慧教育ETMC生態(tài)模型轉(zhuǎn)型升級提供借鑒與保障。

教育決定著人類的今天，也決定著人類的未來。人類社會需要通過教育不斷培養(yǎng)社會需要的人才，需要通過教育來傳授已知、更新舊知、開掘新知、探索未知，從而使人們能更好認識世界和改造世界、更好創(chuàng)造人類的美好未來。

——摘自習(xí)近平2013年4月致清華大學(xué)蘇世民學(xué)者項目啟動儀式的賀信