我國智能教育裝備發(fā)展現(xiàn)狀及重點研發(fā)方向分析

鄭婭峰 王楊春曉 嚴曉梅 張志禎 鄭永和

【摘 要】? 智能教育裝備是智能時代教學活動的基礎條件，直接作用于教育教學過程，對深化課程改革、提高教育質量、培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)和實踐創(chuàng)新能力具有重要作用。教育裝備內(nèi)容陳舊、利用率低、適用性差、智能化程度低是現(xiàn)階段制約我國教育信息化深入推進的重要瓶頸之一。在調(diào)研總結我國當前教育裝備發(fā)展狀況的基礎上，界定了智能教育裝備的概念并提出智能教育裝備發(fā)展的必要性和新思路。從智能教育裝備體系構建、研究重點和發(fā)展思路三個方面進行深入闡述，為我國智能教育裝備的研究和發(fā)展提供有價值的參考。

【關鍵詞】? 智能教育裝備;人工智能教育;標準制定;智能教育環(huán)境;效果測評;人機協(xié)同;學科裝備;智慧課堂

【中圖分類號】? G434? ? ? ?【文獻標識碼】? A? ? ? ?【文章編號】? 1009-458x（2020）11-0011-09

一、研究背景

人類社會進入智能時代，科技創(chuàng)新已成為推進教育教學模式變革的內(nèi)生動力（陳麗， 2018）。智能時代人機協(xié)同、跨界融合和共創(chuàng)分享的特點將對傳統(tǒng)教育理念、教育體系和教學模式產(chǎn)生重大影響。智能教育裝備是智能時代教學活動的基礎條件，直接作用于教育教學過程，對深化課程改革、提高教育質量、培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)和實踐創(chuàng)新能力具有重要作用，是全面推進素質教育、促進教育公平、實現(xiàn)教育現(xiàn)代化的重要基礎支撐。在新的時代背景下，如何應用先進的信息技術探索智能教育裝備發(fā)展的新思路，已成為當前教育信息化發(fā)展面臨的重要研究問題。

我國智能教育裝備研究起步較晚，但發(fā)展迅速。當前，教育領域已經(jīng)基本完成了教育信息化的基礎設施配置，但智能化、前沿化教育基礎設施的建設仍處在起步階段。近年來，國務院、教育部相繼發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》《教育信息化2.0行動計劃》《中國教育現(xiàn)代化2035》等文件，旨在深化科教融合推進智能教育建設?！督逃畔⒒?.0行動計劃》明確提出要依托各類智能裝備和網(wǎng)絡，積極開展智能化教學支持環(huán)境建設，加快智能教室、智能實驗室和虛擬工程等智能教育裝備及設施建設，加強智能教育助手、教育機器人、智能學伴等關鍵技術研究與應用?！缎乱淮斯ぶ悄馨l(fā)展規(guī)劃》提到，利用智能技術開發(fā)智能教育助理，建立智能、快速、全面的教育分析系統(tǒng)。這些政策文件指明了教育智能化的發(fā)展方向，對我國智能教育裝備從研發(fā)、應用到產(chǎn)業(yè)化都提出了更高要求，體現(xiàn)了教育裝備研究的迫切需求。

為此，本研究首先選取中國知網(wǎng)中教育裝備相關的文獻進行分析，對教育裝備相關概念進行溯源，厘清教育裝備的內(nèi)涵和概念界定。然后，在中國知網(wǎng)中以“教學儀器”“教育裝備”“教育技術裝備”“電教裝備”為主題進行檢索，重點關注核心期刊文獻，總結當前教育裝備領域的研究現(xiàn)狀。通過匯總當前教育裝備的研究內(nèi)容，結合智能時代教育裝備發(fā)展的新問題和重要政策文件，提出了智能時代教育裝備重點研究內(nèi)容的體系框架。基于專家咨詢法，直接征詢高等學校、研究院、電教館等機構在人機交互、學科教學、創(chuàng)客教育、VR教育、腦與認知科學等研究領域6名專家的書面意見，將歸納、合并和總結匯總后的重點研究方向再次發(fā)送給6位專家直到形成共識，以期為我國智能教育裝備的發(fā)展提供建議和路徑指引。

二、教育裝備概念辨析

教育裝備最早被稱為“教學儀器”（劉詩海， 2003）。我國在1978年頒布的《中學理科教學儀器配備目錄》和《小學數(shù)學自然教學儀器配備目錄》均使用這個術語。早期教學儀器僅關注學科工具和儀器，只能夠滿足基本的教學需要。伴隨著教學儀器的種類越來越豐富，逐漸演變出“教育裝備”這一術語。2013年，教育部教學儀器研究所正式更名為“教育部教育裝備研究與發(fā)展中心”，標志著教育裝備這一術語在教育教學發(fā)展和研究中的確定（教育部， 2013）。多年來，由于該研究領域更偏重產(chǎn)品和工程實踐，理論研究相對較少，因此對教育裝備還未有相對統(tǒng)一的概念界定。

我國學者在不同時期從不同角度對教育裝備進行了概念界定。一些研究者將教育裝備定義為實施和保障教育教學活動所需的儀器、器材、學具、設備和設施以及相關軟件的總稱（趙錦紅， 等， 2005）。還有研究者將教育裝備定義為包含裝備、人員、環(huán)境、管理等的復雜系統(tǒng)，認為教育裝備是指在教育領域中為實施和保障教育教學活動而配備的各種資源的總和以及對其進行相應配置、配備的行為與過程（殷常鴻， 等， 2005）。劉詩海（2014）則認為教育裝備是指在學校教育教學活動中產(chǎn)生作用的物資資源。這個物資資源包含了學習資源、教學儀器、教學設備、育人設備。該定義進一步擴大了教育裝備的外延，將辦公管理、服務設備等育人設備都納入到教育裝備的范疇。面對時代的變化，教育裝備的內(nèi)涵也重新被定義，研究者認為現(xiàn)代教育裝備是指以計算機為代表的數(shù)字化教育教學工具（張倩， 等， 2019）。總體來看，國內(nèi)研究者從教育裝備的作用、功能、特征等角度對教育裝備的概念進行了不同層次的界定，并伴隨時代發(fā)展不斷完善和豐富。

在人工智能時代，教育裝備的內(nèi)涵與外延不斷擴充。以物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實（VR/AR）等為代表的新興技術促進了教育裝備向智能化方向發(fā)展，演變出新一代智能教育裝備產(chǎn)品。智能教育裝備作為智能學習環(huán)境的重要基礎支撐，與教學過程緊密融合，在教學中的作用越來越突出。然而，學界對智能教育裝備還未有深入的探討和明確的定義。

本文通過對教育裝備概念進行溯源，結合智能時代教育裝備的特點和需求對智能教育裝備做出概念界定。智能教育裝備是指運用信息化與智能化技術手段，吸納前沿的科技創(chuàng)新成果，實施和保障教育教學活動的先進的教育教學儀器、設備、設施以及相關軟件的總稱。更廣義的理解為，凡是一切運用了信息化和智能化技術手段進行自身的創(chuàng)新以及吸納前沿科技創(chuàng)新理念的融合創(chuàng)新，并在整個教育教學環(huán)節(jié)起到實施和保障作用的教育教學儀器、設備、設施及其相關軟件，都稱為智能教育裝備。

三、智能教育裝備研究與發(fā)展現(xiàn)狀

（一）教育裝備研究現(xiàn)狀

已有研究將教育裝備領域分為裝備管理、測量評價、裝備標準、實驗教學和教育裝備的信息化與智能化五大研究課題（艾倫， 2019）。其中，裝備管理類研究最多，而信息化與智能化研究相對較少。

教育裝備管理是傳統(tǒng)教育裝備中探索較為深入的一個方向。早期的裝備管理研究主要關注裝備的使用、登記、報廢等操作層面的研究。近年來出現(xiàn)了一些智慧管理和大數(shù)據(jù)等視角下教育裝備管理應用的新觀點，包括依托大數(shù)據(jù)技術開展宏觀管理和決策（陳京， 2019）、基于物聯(lián)網(wǎng)技術實施智能化決策（邱峰， 等， 2018）以及基于云平臺實現(xiàn)云端遠程統(tǒng)一管理及統(tǒng)計（殷常鴻， 等， 2018）等不同的技術支撐方法，以解決原有手工管理費時、費力和誤差較多的問題。

教育裝備測量評價是當前教育裝備研究相對深入的另一個方向。研究者從不同的理論視角提出了不同的評價方法。早期教育裝備評價多基于軍事中的裝備效能理論，對裝備采用可用性、可信性和可靠性指標進行效能評估，如基于ADC模型效能評估方法（王曉迪， 等， 2012）。伴隨教育技術領域中績效技術理論的發(fā)展，一些研究從收益的角度考慮裝備性能、裝備效能和裝備成本等評價指標，如DEA投入產(chǎn)出評價指標體系（王艾艾， 2012）和基于均衡性指數(shù)的教育裝備績效評價（艾倫， 2016）。近年來，研究者意識到裝備作為教學產(chǎn)品的服務屬性，開始從教學的適用性和滿意度等角度實施教育裝備的評價，如基于用戶體驗的評價方法（張倩， 等， 2019）、產(chǎn)品導向的教育裝備評價指標體系（任志明， 等， 2019）和創(chuàng)客教育裝備的教學適應性評價（吳永和， 等， 2018）等。這些方法從教學裝備的適用性場景出發(fā)，驅動教學裝備對教學環(huán)境更友好的支持。

教育裝備標準制定是教育裝備研究發(fā)展相對緩慢的一個方向。早期的教育裝備標準多為配備標準和性能標準（張忠偉， 2006），較少涉及應用標準。2018年11月，教育部發(fā)布《關于完善教育標準化工作的指導意見》，要求出臺教育裝備分類標準，加快完善教育裝備配備的標準研制。一些研究者意識到教育裝備的標準制定不同于一般工業(yè)產(chǎn)品的標準、過程與服務要求，必須體現(xiàn)教育領域自身的特點，滿足教育領域的特殊要求。張倩等（2019）從教育產(chǎn)品適用性角度提出了教育裝備的評價標準;張耀東（2017）從層次和應用相結合的維度提出了加強教育裝備標準的推進策略。

實驗教學研究主要針對學科實驗儀器裝備的相關研究。研究者從不同學科實驗教學如何與學科教育裝備進行深度融合方面進行探索，如生物教學裝備對生物學課程的教學改革（王健， 2019）、創(chuàng)客教育裝備促進創(chuàng)新意識及批判性思維發(fā)展（許艷娟， 2019）等相關研究。在以STEAM創(chuàng)新教育引領的教學改革浪潮下，學科實驗裝備的作用正在從教學輔助轉變?yōu)榻虒W支撐。

教育裝備的信息化與智能化是最近幾年出現(xiàn)的新的研究領域。有研究者指出，教育裝備應在學校教育教學中表現(xiàn)為性能上的“渺無痕跡”和功能上的“智能涌現(xiàn)”（艾倫， 2018a），但并未對此做出更為詳細的論述。也有小部分研究者將不同領域的創(chuàng)新理念與教育裝備結合開展初步的探索，如馬如宇（2019）提出了將多元智能理論應用于學前教育裝備中的創(chuàng)新思路。

（二）教育裝備發(fā)展現(xiàn)狀與現(xiàn)存問題

伴隨教育信息化的發(fā)展，教育裝備也呈現(xiàn)出數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化的發(fā)展趨勢。尤其是在新的教育教學形態(tài)下，智能教育裝備研究成為重要發(fā)展方向。智能教育裝備作為新興裝備支撐領域，其總體研究呈現(xiàn)起步階段，研究內(nèi)容較為淺層，涉及領域相對較窄。《教育部關于新形勢下進一步做好普通中小學裝備工作的意見》明確指出，在新形勢下教育裝備仍存在裝備標準體系不健全、發(fā)展不平衡、不適應教育教學的需要、適用性評價體系不健全等問題。

從智能教育裝備當前的研發(fā)技術來看，基于大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術的新型智能教育裝備生態(tài)體系尚未建立。有限的教學環(huán)境交互技術難以滿足教學交互設備沉浸式、體驗式和人機協(xié)同發(fā)展的需求;科學領域最新技術成果還未融入智能學科教學裝備，形成技術生態(tài)和教學內(nèi)容生態(tài)的雙向融合;創(chuàng)客教育、STEAM教育、人工智能教育等創(chuàng)新型教育教學改革還缺乏具有我國自主知識產(chǎn)權的智能教學裝備的支撐。認知科學和腦科學規(guī)律的發(fā)現(xiàn)還未轉化為面向學習障礙診斷和干預的教育裝備支持產(chǎn)品。

在測評體系方面，當前裝備領域的評價大多借用軍事裝備的效能評價體系（王曉迪， 等， 2012），并不完全適用于教育裝備領域。在新的技術背景下，如何設計更科學、高效的數(shù)據(jù)采集方式、構建基于大數(shù)據(jù)的采集與分析處理評價模型，是新時期教育裝備測評需要解決的重要問題。在標準建設方面，我國智能教育裝備可持續(xù)發(fā)展的標準、規(guī)范、專利體系尚未建立，在國際教育裝備產(chǎn)業(yè)的技術標準方面還未擁有話語權。盡管有少量研究者已經(jīng)意識到僅從功能制定標準的局限性，但當前的研究仍更多地集中在功能與技術參數(shù)標準，而忽視標準制定的系統(tǒng)性和拓展性（殷常鴻， 等， 2019）。在新課程標準下，教育裝備在教育活動中發(fā)揮著越來越重要的作用，加快教育裝備標準制定的廣度和深度，對于促進教育公平和提高教育質量具有重要的現(xiàn)實意義。在科學管理方面，基于數(shù)據(jù)驅動的裝備管理和決策系統(tǒng)平臺還有待研究與部署。

總體來看，智能教育裝備理論體系、方法體系和技術體系都亟待深入研究。基于此，本研究針對當前智能教育裝備研究存在的問題與挑戰(zhàn)，結合新技術融入教育領域的現(xiàn)狀，對智能教育裝備研究的研究體系、重點研發(fā)方向和發(fā)展思路進行梳理，以期為我國智能教育裝備的發(fā)展和實施方式提供新的思路。

四、智能教育裝備研究體系

作為與新興技術融合的交叉研究領域，智能教育裝備領域還沒有一個明確的研究模型。教育裝備服務于教育活動，教育活動包含教育者、受教育者和教育影響三大要素（全國十二所重點示范大學， 2014）。教育裝備學的研究對象正是教育裝備以及教育裝備與人和環(huán)境的關系（艾倫， 等， 2006），即對應了教育活動中的教育影響要素。教育影響又包含教育內(nèi)容和教育措施。教育措施指教育活動中采取的方式和方法，以及開展教育活動所采取的一切物質手段，其中最重要的是教學環(huán)境和教學手段。因此，本研究將教育裝備對教育內(nèi)容的深化、對教學環(huán)境的支撐和對教學手段的改造作為核心研究內(nèi)容。

智能教育裝備是構建智慧教育情境的基本載體（孫震， 等， 2019），是實施未來教育新型教學活動的重要保證，應始終服務于完整的教學環(huán)節(jié)。要理解教育裝備研究的關鍵要素，建立智能教育裝備研究模型，必須對未來教育教與學的本質構成進行探究。無論是終身學習理論還是建構主義理論，都強調(diào)以學生發(fā)展為中心，以新的形式改革教育內(nèi)容、教育方法和教育場所。未來教育環(huán)境應提供個性化學習支持與分析，提供開放共享的服務模式，提供自然簡便的交互界面或接口（黃榮懷， 等， 2019），因此教育裝備支持教學過程也需滿足個性化、交互性和開放性三個基本特征。更進一步說，教育裝備作為教育活動的實施載體，其自身需要構建管理、標準和測評機制，確保進入教育教學互動的有用性、可用性和適用性。

因此，將環(huán)境、內(nèi)容和手段作為教育裝備著力研究的三個核心要素，將個性化、交互性和開放性作為三個基本特征，將管理、標準和測評作為三大支撐要素，共同構建智能教育裝備的研究模型（如圖1所示）。

在圖1中，內(nèi)部灰色區(qū)域表征智能教育裝備需堅持以學生發(fā)展為中心的總體原則，即智能教育裝備的發(fā)展應該始終堅持為育人服務，不能為裝備而裝備（顧明遠， 2016）?；谶@一總體原則，智能教育裝備賦能三個基本元素。智能教育裝備賦能教學環(huán)境重點關注教育裝備對智能校園、智慧學校、智慧課堂等基礎環(huán)境建設的支持，智能教育裝備賦能教學內(nèi)容主要關注教育裝備依托的新型課堂教學資源庫的建設，智能教育裝備賦能教學手段主要關注教育裝備對創(chuàng)新教學手段的支持。同時，智能教育裝備還需滿足為每個學生提供不同內(nèi)容的個性化特征，滿足擴大學習空間、豐富學習方式的交互性特征，滿足裝備資源可共享、可連接的開放性特征。更進一步說，利用大數(shù)據(jù)和機器學習等新技術，全面掌握基礎數(shù)據(jù)，完成教育裝備的過程化、動態(tài)化管理，建立教育裝備現(xiàn)代化標準體系，達成智能教育裝備的評估機制，為教育宏觀決策提供可靠依據(jù)。

圍繞智能教育裝備研究模型中的各個要素及其關系分析，通過對當前我國教育領域亟須解決和重點發(fā)展的研究方向進行梳理，本文提出了我國智能教育裝備的研究框架（如圖2所示）。

該框架主要包含理論支撐層、關鍵要素層和教學服務層三個邏輯層次。在理論支撐層中，主要以當前教育科學、認知神經(jīng)科學、計算機科學等領域前沿成果為支撐，吸納各學科經(jīng)典及前沿理論，如沉浸式學習、以學生為中心的建構主義理論、認知神經(jīng)科學理論等，在智能教育裝備的創(chuàng)新發(fā)展中應充分以這些理論為指導。關鍵要素層主要以當前迫切需要解決的教育裝備技術發(fā)展問題為主，涉及虛擬體驗、實時仿真、自然交互、感知終端、研創(chuàng)環(huán)境、腦智測量、測量評價和管理分析等多個方面，如以虛擬體驗為手段的各學科虛擬仿真實驗設備和平臺、以機器嗅覺、機器觸覺和情緒理解為基礎的多模態(tài)感知終端等。教學服務層主要是依托智能教育裝備真實教學活動的實施，最終服務于教與學的過程，以全面創(chuàng)設和支持基于真實問題情境的線上線下學習為重要目標，支持教師、學生、環(huán)境、過程以及教學內(nèi)容的自然交互，促進教學模式和教學手段的創(chuàng)新變革。

五、智能教育裝備重點研發(fā)方向

基于智能教育裝備研究框架，從亟待解決的教育裝備發(fā)展問題出發(fā)，研究將關鍵要素層內(nèi)容歸并到智能教育環(huán)境裝備、智能學科教育裝備、創(chuàng)客/STEAM教育裝備、VR/AR教育裝備以及腦智科學裝備五個研究方向。其中，智能教育環(huán)境裝備是智慧學習環(huán)境建設的重要基礎支撐;智能學科教育裝備是支撐智慧學習課堂教學的重要保障;創(chuàng)客/STEAM教育裝備研究服務于國家人工智能戰(zhàn)略，著力創(chuàng)新人才培養(yǎng);VR/AR教育裝備服務于智慧學習環(huán)境下的教學模式創(chuàng)新;腦智科學裝備服務于人的終身學習和發(fā)展，著力于培養(yǎng)心智健康的綜合素養(yǎng)人才。這五個方面的重點研究內(nèi)容涵蓋了從環(huán)境—課堂—教學模式—創(chuàng)新人才培養(yǎng)—人的終身學習發(fā)展的整個教育環(huán)節(jié)。管理、測評和標準則作為三個重要保障服務各子研究方向。具體研究內(nèi)容框架如圖3所示。

（一）智能教育環(huán)境裝備

沉浸體驗、智能交互、軟硬件結合的裝備特征是當前智能環(huán)境裝備的主要發(fā)展趨勢。這一特征在《文化部“十三五”時期文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《關于推動數(shù)字文化產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的指導意見》等規(guī)劃意見中都得以明確。在教育裝備領域，實現(xiàn)主動感知環(huán)境、追蹤學習過程數(shù)據(jù)、自主做出分析和決策的能力的智能環(huán)境裝備，是構建智慧學習環(huán)境的重要支撐。

為達成在自然人機交互的過程中自動采集教與學過程的多模態(tài)數(shù)據(jù)，為個性化學習、自適應學習、智能教學干預提供數(shù)據(jù)保障，需要從交互、感知、終端、分析多維度進行教育環(huán)境裝備的研發(fā)探索。該領域的未來研究應聚焦于以學生為主體，符合人體工程學和認知規(guī)律的智能教學互動裝備、智能環(huán)境感知裝備、智能學習終端以及以大數(shù)據(jù)采集為支撐的智慧學習環(huán)境分析系統(tǒng)的研究。

智能教學互動設備研究應以提升學生學習過程的沉浸感、促進學生對于復雜場景系統(tǒng)的探索能力為目的，探索與教學場景的自然交互，改善原有“鍵盤鼠標+屏幕”造成的感知通道單一的交互方式。

智能環(huán)境感知裝備應能準確感知教學環(huán)境與教學主體的特征，為智能教育裝備提供適應性教與學支持和干預的基礎。智能感知裝備的研究應在現(xiàn)有環(huán)境與個體生物、心理狀態(tài)感知技術與設備的基礎上，探索面向多樣化環(huán)境下的位置感知、情境感知、社會感知等情境感知功能設備，并驗證特定感知技術對于教育場景的適用性。

智能學習終端主要實現(xiàn)在教育場景師生交互的互操作性、無縫連接和深度參與。終端需考慮學習和傳播理論，依據(jù)學習者需求進行技術重構，而非泛化的功能設計。終端可以內(nèi)置多模態(tài)、多來源感知數(shù)據(jù)的整合模型，為進一步探究環(huán)境及個體基礎數(shù)據(jù)與學習行為、態(tài)度和績效的關系提供數(shù)據(jù)支撐。

智能學習環(huán)境分析系統(tǒng)則應聚焦于教育數(shù)據(jù)采集、學習者建模和學習分析領域的智能技術，建立學科知識本體庫、認知模型庫以及推理引擎等核心基礎模塊，對采集的感知學習過程交互數(shù)據(jù)進行自動化分析，實現(xiàn)學科工具、學習活動序列、社會知識關系網(wǎng)絡等學習資源與學習服務個性化、適應性推送，幫助深化智能教育裝備在探究教育教學規(guī)律和實施教育決策。

（五）腦智科學裝備

腦智發(fā)育是當前國際腦與認知科學最受關注的前沿領域（陶沙， 2019）。我國在《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》中就把“腦科學與認知”列入基礎研究的科學前沿問題之一?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年（2016—2020年）規(guī)劃綱要》中將“腦科學與類腦研究”作為15個“科技創(chuàng)新2030——重大項目”之一。腦智科學裝備的研發(fā)對于國家戰(zhàn)略具有重要意義。在教育領域，兒童和青少年的腦智提升是國家公共衛(wèi)生健康和教育發(fā)展領域的核心。

基于多樣本、多模態(tài)的腦智大數(shù)據(jù)為認知神經(jīng)科學提供了全新的研究視角，促使最新的腦科學研究成果逐漸用于指導教育政策制定和一線課程教學改革實踐（左西年， 等， 2018）。腦智科學裝備的研究成為腦科學指導教育教學研究的重要載體。該方向重點關注多模態(tài)生物信息數(shù)據(jù)采集與分析裝備、學習障礙兒童的腦問題診斷裝備、腦智測驗裝備以及腦智提升工具四個重點研究內(nèi)容。

多模態(tài)生物信息數(shù)據(jù)采集與分析裝備依據(jù)認知神經(jīng)科學和腦科學最新研究成果，構建融合可穿戴腦電、心率、皮膚電、眼動和坐姿分析等生物信息的腦認知智能硬件平臺，實現(xiàn)多模態(tài)的實時數(shù)據(jù)采集與分析。

腦問題診斷裝備主要在采集正常學齡兒童的腦認知和生理指標的基礎上，建立正常學齡兒童腦認知和生理指標數(shù)據(jù)庫，推進在兒童學習困難問題識別、腦發(fā)育異常和情緒行為問題預警、防治與康復體系等領域的裝備研發(fā)和技術突破。

腦智提升裝備應結合腦科學、認知神經(jīng)科學、計算建模、機器學習等前沿領域研究，依托腦智發(fā)育大數(shù)據(jù)實現(xiàn)個體化、標準化的多維度腦發(fā)育評估、感覺運動與認知測評、學習能力評估與發(fā)展預測以及基因—環(huán)境風險測評等相關腦智測試。更進一步說，利用可穿戴近紅外腦功能成像系統(tǒng)和可穿戴腦電測量系統(tǒng)同步分析學習者腦功能結構特征，研究學習者腦認知加工機制，研發(fā)與應用認知康復與提升系統(tǒng)、神經(jīng)反饋訓練技術與設備、智能化在線提升系統(tǒng)等腦智提升工具。

（六）裝備標準、管理與測評研究方向

智能教育裝備標準對于保障裝備設計、開發(fā)、應用、管理和評價具有重要的支撐作用。同時，基于標準的裝備測評工具研發(fā)能夠優(yōu)化教育評價機制，促進教學質量提升。建立、制定與修訂教育裝備標準是當前教育裝備研究領域工作的重中之重（艾倫， 2018b）。2019年，《初中物理教學裝備配置標準》等六個學科教學裝備配置標準以及《義務教育綜合實踐活動教學裝備配置標準》相繼發(fā)布，從宏觀上對裝備質量和配置進行了規(guī)定，但在更為微觀的數(shù)據(jù)標準以及裝備管理和裝備應用效果測評方面還缺乏大量的規(guī)范，用以確保智能教育裝備的良性發(fā)展。

智能教育裝備標準應包含數(shù)據(jù)安全和隱私標準、軟硬件數(shù)據(jù)接口與元數(shù)據(jù)標準等。通過研發(fā)面向教育裝備的數(shù)據(jù)采集、儲存、共享、公開和安全管理等環(huán)節(jié)的行業(yè)標準，支持教育主管部門對教育數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌管理，可以提升大數(shù)據(jù)環(huán)境下的教育治理能力。更進一步說，為了推動教育裝備產(chǎn)品的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享，該研究方向還需要研制開發(fā)軟硬件數(shù)據(jù)訪問接口統(tǒng)一標準，解決當前教育裝備功能不關聯(lián)、數(shù)據(jù)孤島、系統(tǒng)間難以互操作、信息與教育應用相互脫節(jié)等問題。

智能教育裝備管理應在貫徹安全與隱私標準的前提下，依據(jù)大數(shù)據(jù)等新技術開展教育過程監(jiān)測、學情分析、發(fā)展預測等研究，為宏觀決策提供參考和數(shù)據(jù)支撐。

測評與評價主要研究教育裝備適用性測評和應用有效性測評。前者主要圍繞教學實際需求和教學環(huán)境條件分析與評價教學裝備質量、性能和適用性，為裝備設計和生產(chǎn)單位提供準確高效的裝備測評工具;后者主要是教育裝備在現(xiàn)實場景中應用后的效果評價，根據(jù)評價標準與量表研發(fā)測評工具對特定場景中的教育裝備應用提供科學的測評服務。

六、面向未來的創(chuàng)新融合發(fā)展

智能教育裝備的發(fā)展是智能時代下教與學改革的必然訴求。當前，具有產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競爭力的智能教育裝備研發(fā)還面臨諸多挑戰(zhàn)：現(xiàn)有研究成果多數(shù)仍立足于工業(yè)時代以知識傳授為主的教學模式支持設計，缺乏智能時代核心素養(yǎng)為主導的創(chuàng)新教育理念的融入，無法滿足教學全過程下“數(shù)字化”“個性化”“智能化”教育教學需求，亟須通過創(chuàng)新融合為現(xiàn)代化智能教育裝備提供強力支撐。

智能教育裝備創(chuàng)新融合具有兩個層面的意義：

（一）基于內(nèi)在創(chuàng)新源的創(chuàng)新演變

智能教育裝備依托自身發(fā)展基礎，發(fā)揮內(nèi)容聯(lián)想機制，激發(fā)持續(xù)的創(chuàng)新內(nèi)容。如在創(chuàng)客教育領域，由最初的物聯(lián)網(wǎng)模塊、傳感模塊的持續(xù)改進和創(chuàng)新，衍生出圖形化編程和開源電子硬件結合的豐富的可編程創(chuàng)客實驗箱，繼而又衍生出面向人工智能的視覺感知、顏色感知等實驗裝備及配套課程體系。總體而言，基于內(nèi)在創(chuàng)新驅動的裝備研發(fā)與轉化將改善我國智能教育裝備適切性不強、性能落后、利用率低下、集成性低等問題，為教育裝備技術與學科深入融合提供有效途徑。

（二）基于外部創(chuàng)新源的創(chuàng)新融合

與內(nèi)部創(chuàng)新依賴原有知識和技術不同，外部創(chuàng)新融合需要打破原有知識框架和壁壘，鼓勵探尋和發(fā)現(xiàn)交叉創(chuàng)新。如腦認知科學最新研究成果與VR/AR教學仿真結合研究學習者在虛擬三維環(huán)境中的行為表現(xiàn)和心理狀態(tài)，通過眼動腦電等生物信號裝備實現(xiàn)對學習者全模態(tài)測評，收集大量用戶在互動過程中的過程數(shù)據(jù)和心理數(shù)據(jù)。結合機器學習技術，建立基于學習者在虛擬環(huán)境下的問題解決模式的深度學習模型，構建更為和諧的人機交互環(huán)境?？萍紕?chuàng)新成果向智能教育裝備的滲透將加快促進教學環(huán)境、教學模式、教學評價和教學管理的創(chuàng)新與變革。

當前，教育裝備已從單一教學工具發(fā)展到連接智慧教室、智慧校園的綜合工具，從簡單的示意功能發(fā)展到多模態(tài)信息復合體，從支持課堂應用發(fā)展到促進終身學習與發(fā)展，不斷向智能化、創(chuàng)新化和專業(yè)化發(fā)展。全面認識智能教育裝備的發(fā)展趨勢是智能教育裝備創(chuàng)新設計的前提。未來研究應充分挖掘前沿和重點研究內(nèi)容，將先進技術理念和教育裝備設計研發(fā)相融合，探索基于新技術的智能教育裝備教學融合新模式，實現(xiàn)教育裝備從融合應用向創(chuàng)新發(fā)展的高階演進，助力傳統(tǒng)課堂教學向現(xiàn)代課堂教學轉變。

[參考文獻]

艾倫. 2016. 教育裝備績效評價技術研究（2）：均衡性指數(shù)[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備（17）：1-3.

艾倫. 2018a. 教育裝備的階段性發(fā)展[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備（20）：8-10.

艾倫. 2018b. 教育裝備標準分類[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備（24）：17-19.

艾倫. 2019. 教育裝備研究的五大課題[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備（14）：1-5.

艾倫，許成果，張霞，等. 2006. 教育裝備學的發(fā)展與定位[J]. 現(xiàn)代教育技術（1）：5-7.

陳京. 2019. 大數(shù)據(jù)視角下的基礎教育裝備管理信息平臺建設與應用研究[J]. 中國電化教育（8）：72-75.

陳麗. 2018. 教育信息化2.0：互聯(lián)網(wǎng)促進教育變革的趨勢與方向[J]. 中國遠程教育（9）：6-8.

顧明遠. 2016. 教育裝備要始終堅持為育人服務[J]. 教育與裝備研究（3）：4-7.

黃榮懷，劉德建，閆偉，等. 2019. 雄安新區(qū)發(fā)展智慧教育的基線調(diào)研與政策建議[J]. 中國遠程教育（11）：1-14.

教育部. 2013. 教育部辦公廳關于教育部教學儀器研究所更名為教育部教育裝備研究與發(fā)展中心的通知[EB/OL]. [2019-05-15]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A04/s7051/201302/t20130216_14776 6.html

教育部. 2019. 教育部發(fā)布《初中物理教學裝備配置標準》等6個學科教學裝備配置標準[EB/OL]. [2019-05-15]. http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/201905/t20190531_383961.html

劉詩海. 2003. 教學儀器的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 教學儀器與實驗（5）：2-5.

劉詩海. 2014. 教育裝備概念的界定[J]. 教學儀器與實驗（10）：3-4.

馬如宇，白璐瑩，王春梅，趙雪梅. 2019. 兒童發(fā)展理論在學前教育裝備中的應用[J]. 中國教育技術裝備（3）：9-11.

邱峰，徐國穎，張際平，等. 2018. 智能教育裝備物聯(lián)網(wǎng)信息管理云平臺[J]. 智庫時代（46）：168-171.

全國十二所重點師范大學. 2014.教育學基礎（第三版）[M]. 北京：教育科學出版社.

任志明，張倩，梁綺琳，等. 2019. 信息化教育裝備用戶體驗評價方法研究及案例分析[J]. 教育與裝備研究（9）：89-94.

孫震，黨建偉. 2019. 教育裝備：教育情境構建的基本載體——論杜威實用主義哲學對教育情境構建的啟示[J]. 教育與裝備研究（12）：9-13.

陶沙. 2019. 學齡兒童青少年腦智發(fā)育與學校適應的追蹤隊列研究[J]. 心理學通訊（2）：88-90.

王艾艾. 2012. 基于DEA的中小學教育技術裝備成本效益評價研究[D]. 杭州：浙江師范大學.

王健. 2019. 生物教學裝備新標準? 助力生物學教育改革[J]. 教育與裝備研究（7）：3-5.

王曉迪，彭秀艷，杜軍. 2012. 基于ADC方法的高等學校教育裝備效能評價研究[J]. 計算機工程與設計（11）：4333-4337.

吳永和，仲嬌嬌. 2018. 創(chuàng)客教育裝備的教學適應性評價研究——以Arduino學習套件為例[J]. 現(xiàn)代教育技術（9）：120-126.

許艷娟. 2019. 教育裝備與教學實踐深度融合——以創(chuàng)客教育引領教學創(chuàng)新為例[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備（10）：6-7.

殷常鴻，胡又農(nóng)，艾倫. 2005. 教育裝備理論框架構建淺析[J]. 中國教育技術裝備（11）：11-15.

殷常鴻，馬曉燕，高偉，等. 2019. 論教育裝備標準制定的本質與發(fā)展[J]. 現(xiàn)代教育技術（12）：61-67.

殷常鴻，張義兵，高偉. 2018. 基于云的教育裝備管理模式研究[J]. 現(xiàn)代教育技術（4）：81-87.

張倩，任志明. 2019. 現(xiàn)代教育裝備評價標準體系的建構[J]. 教育與裝備研究（8）：84-88.

張耀東. 2017. 新形勢下加強教育裝備標準化工作的價值分析和推進策略建議[J]. 教育與裝備研究（1）：12-16.

張忠偉. 2006. 《江蘇省中小學教育技術裝備標準》編制的若干說明[J]. 江蘇教育（15）：47.

趙錦紅，胡又農(nóng). 2005. 教育裝備的可靠性分析與可靠性管理[J]. 中國教育技術裝備（5）：2-5.

左西年，蘇學權，楊寧，等. 2018. 腦智科學研究的最新進展與實踐應用[J]. 中小學管理（5）：5-9.

收稿日期：2019-11-04

定稿日期：2020-05-22

作者簡介：鄭婭峰，博士，副教授，碩士生導師，創(chuàng)客教育實驗室負責人，河南財經(jīng)政法大學計算機與信息工程學院（450018）。

王楊春曉，在讀博士;嚴曉梅，博士后;張志禎，博士，講師。北京師范大學教育技術學院（100089）。

鄭永和，碩士，教授，博士生導師，本文通訊作者，北京師范大學科學教育研究院院長（100089）。

責任編輯 韓世梅