❶ 智慧教育的關鍵問題思考及建議
隨著信息技術在教育中的廣泛應用，教育信息化、教育現代化、智慧教育和智慧校園等等新名詞相繼出現在大眾的視野之中，但是很多研究者在還沒有搞清楚這些詞之間的關系和差別時，就開始開展轟轟烈烈的改革之路，如有人認為，只要建設了教育雲平台、智慧校園等，就實現了教育的變革和創新，就實現了教育信息化，實現了智慧教育，其實這是一個錯誤的認識，由此可見，很多教育者對教育信息化和智慧教育並沒有一個清楚的認識。所以我們有必要探討教育信息化和智慧教育之間的關系，同時也應該對智慧教育的關鍵問題進行深入的思考。
教育信息化是指在教育領域中全面深入地運用現代信息技術來促進教育改革和發展。目前，教育信息化的開展有兩種截然不同的做法。一是按照原有教育體系的需要應用技術。這是原有教育體系的信息化，是將技術貼到教育教學中去。這種做法，更多的是提高教育教學效率，在效率提高的基礎上，一定程度上能夠解決部分質量問題。比如在管理上，通過信息技術的應用，將各種信息匯聚在一起，根據工作需要調取所需信息，特別是通過移動終端，在不攜帶任何紙質材料情況下，可以隨時隨地調取所需信息，大大提高管理工作的效率。在教學上，將相關學習及時提供給教師和學生，大大提高了教學和學習的效率。這種做法，除了提高效率外，從方便信息和資源獲取的角度講，是一種信息和資源獲取方式的變革。這種變革，在管理工作上的作用比較顯現，可在教學和學習方面，盡管有一定的作用，但是還不足以產生顛覆性的作用。因為教學和學習不好的主要原因是教師教和學生學的思路、方式方法等方面存在問題引起的，有的甚至是教學目標定位有問題。這種情況下，無論如何通過信息技術也解決不了質量問題，這就需要研究出新的教學和學習思路、方式方法，甚至重新定位學習目標。但在常規條件下，大多數問題很難找到新思路和新方法。在沒有新手段、新條件的情況下，要想找到可操作的新思路和新方法，幾乎是不可能的。
另一種教育信息化的做法是，在信息技術條件下，即充分利用「互聯網+」、大數據、人工智慧、虛擬模擬等技術，針對教育教學的瓶頸問題，探索教育新思路和新方法，再根據新思路和新方法的需要，應用信息技術構建有效的支撐環境，來實施新的教育體系。這種做法，才有可能從根本上解決教育教學的核心瓶頸問題，才是真正的教育信息化，才有可能實現智慧教育。
關於智慧教育的概念，眾說紛紜。祝智庭教授指出：智慧教育就是通過利用智能化技術（靈巧技術）構建智能化環境，讓師生施展靈巧的教與學方法，使其由不可能變為可能，由小能變為大能，從而培養具有良好價值取向、較高思維品質和較強施為能力的人才。黃榮懷教授指出智慧教育是教育信息化的高端形態，它是一種由學校、區域或國家提供的高學習體驗，高內容適配性和高教學效率的教育行為（系統），它能利用現代科學技術為學生、教師和家長等提供一系列差異化的支持和按需服務，能全面採集並利用參與者群體的狀態數據和教育教學過程數據來促進公平，持續改進績效並孕育教育的卓越。從以上兩種智慧教育的定義中，我們可以看出，信息技術為智慧教育的實現提供了強有力的保障，為學生的個性化學習和創新能力的培養提供了有效的途徑。本文認為智慧教育是指在「互聯網+」、大數據、人工智慧、虛擬模擬等信息技術的支持下，讓學生能夠主動學習、根據自己的需要學習、按照適合自己的方式學習、找到適合自己的學習環境學習、找到最適合自己的夥伴學習、得到最適合自己的教師幫助學習，逐步形成系統的思維能力和創新性思維能力。在智慧教育視域下，能夠對教育教學全過程進行實時監測與調控，最大限度地將師資、設施設備、場地等教育資源合理、均衡配置；能夠將優秀教師的教學智慧和典型學生的學習經驗實時提供給每一個學生和教師，改變優質教育智慧的供給形態等。因此，智慧教育的核心特徵就是學生智慧成長、教師智慧教、學生智慧學、管理者智慧管、教師智慧成長、學校與家庭智慧溝通等。
智慧教育的實現，需要變革傳統的教育模型，構建智慧教育模型。智慧教育包括智慧學習、智慧教學、智慧管理、智慧研修等方面，實現智慧教育的基礎是智慧教育模型，包括智慧教學、智慧學習、智慧管理及智慧研修等要素，如圖1所示。該模型是在培養學生綜合解決問題能力、學科素養及多元智慧框架下，利用技術構建有效學習環境，更好地完成教學活動，使學生智慧得到長足和多元發展。智慧學習是指學生在智慧學習系統的支持下，能夠動態掌握自己的學業水平和學習能力，在不同課程內容的學習上定位合適的學習層次，選擇合適的學習方式，得到最適合的學習環境和條件，找到最佳的合作夥伴，獲得最有效的教師指導和幫助等完成學習活動，在有限的時間內，做最有效的學習活動，進而幫助學生樹立正確的人生觀和價值觀，健全人生品格，建構完整的學科知識和能力體系，形成系統的思維能力，特別是創新性思維能力和善惡辨別能力，多元智慧得到長足發展。智慧教學是指教師能夠動態監測每一個學生的學習狀況，並根據學生的情況，引導、組織、指導學生定位合適的學習層次，選擇合適的學習方式，找到合適的學習環境，提供有效的學習指導，建立合適的學習群體，通過「互聯網+」、大數據、虛擬模擬和人工智慧等技術，為每個學生提供個性化的學習路網和調控系統，幫助學生隨時隨地開展個性化學習。
二、智慧教育的基本思路
按照原有教育體系的需要，直接應用信息技術，在管理工作中會產生明顯的效果。但是，在教學和學習中，想要引起革命性的變化是非常困難的。因此，按照這種方式，要想通過信息化實現智慧教育的可能性非常小。在教育教學工作中，只有採取第二種信息化實施路徑，才真正有可通過信息化實現智慧的教育。
教育信息化路徑選擇正確之後，接下來的問題是如何通過教育信息化，來實現智慧教育。具體講，就是教育信息化從教育教學的哪些方面發揮作用才能夠實現智慧教育。
要回答這一問題，應從什麼樣的教育是才是智慧教育，確定出實現智慧教育的瓶頸問題，探索出破解這些問題的新思路、新方法（新教育）；找出實施新思路、新方法遇到的條件障礙；在此基礎上，系統研究通過信息化如何提供實施教育新思路、新方法所需要的新條件。
教育到底做到什麼樣才是實現了智慧教育呢？現在，大多數評價標准更多側重在環境、設備、師資隊伍等方面，這些都是基礎保障條件，不是核心標志。智慧教育的核心標志應當以學生培養結果和學習過程優劣為主要依據。其中，至關重要的衡量依據應當是學生的學習過程。具體說，智慧教育是否真正實現了，從學生角度看，就是學生認同、主動學習，能夠按照自己的需要學習，能夠按照適合自己的學習方式學習，能夠找到最適合的學習條件完成學習活動，能夠找到最適合的教師引導、組織、指導自己完成學習活動，能夠找到最適合的夥伴共同完成學習活動等，是否真正做到了。
要實現這樣的教育，在常規條件下，幾乎是不可能的。現在的學校，大多數情況是一個教師面對至少40多個學生，要實現讓每個學生按照適合的方式、適合的條件、適合的教師、適合的夥伴開展學習活動，基本上是不可能的。在現有的學校組織形態下，普遍遇到的困難包括：⑴學生的學習興趣沒有被激活到最高點，因此，學習不可能達到最佳狀態；⑵教師設計好了教學流程，所有學生是按照統一流程開展學習活動的。教師所設計的教學流程，最好的情況也就是盡可能滿足更多學生的需要，無論如何也不可能滿足每一個學生的個性化需要。因此，課堂教學基本上是計劃的，嚴重缺乏個性化；⑶最好的教師只能服務於所負責班的學生，不可能為其他班級學生提供服務，因此，教學不可能是高位均衡的；⑷無論是教師對於教學的改進，還是各級管理人員對管理工作的改進，大多數都像中醫一樣，更多的是靠經驗，望聞問切，以此判斷課堂教學的總體情況，管理工作的總體情況等。每個學生的學習過程好壞情況，每項工作的具體質量情況很難准確判斷，因此，無法做出精準的調控和管理；⑸學生的系統思維能力、創新性思維能力培養普遍欠缺。大多數教學，更多的是幫助學生完成知識的學習和技能的形成，系統思維能力和創新性思維能力培養非常缺乏。
綜上所述，教育信息化應聚焦以上實現智慧教育的核心瓶頸問題，應為構建能夠解決教育瓶頸問題的新教育提供全方位支撐。教育信息化不是最終的目的，只是途徑和手段，通過教育信息化構建全新的教育體系，解決實現智慧教育所遇到的瓶頸問題，進而實現智慧教育才是最終的目的。因此，教育信息化的根本目的是改造教育，改造學習，只有實現了改造，才是真正的教育信息化，才是真正地實現智慧教育，如圖2所示。
三、實現智慧教育的有效路徑
一實現智慧學習的有效路徑
要想構建智慧學習的有效路徑，我們最主要的就是找到學生學習中普遍存在的本質問題，針對這些問題找出破解本質問題的思路和方法。我們認為當前學習存在的普遍問題主要包括學生對所學知識的認同度不高、學習過程缺乏精準調控、計劃課堂缺乏個性化、創新及系統思維能力普遍欠缺以及難以獲得最好老師和最佳夥伴等問題。針對這些問題，本研究認為應該在「互聯網+」、大數據、虛擬模擬和人工智慧等技術支持下，探索破解教學和學習本質問題的新教育體系。在此基礎上，以點帶面，全面推廣新教育體系，如圖3所示。其中，學生培養目標庫是智慧教育的內核，學生學習大數據能夠為教師提供學習結果的反饋，同時也是調控和管理學習過程的一種途徑或手段。
1.明確智慧教育內核，培養智慧的人
智慧教育的核心是為了培養智慧的人。在常規教學中，我們所學習的新知識大多是教師直接傳授，學生不清楚為什麼學習這些知識，學習這些知識之後，能夠解決什麼問題，所以就導致了大多數學生對知識的不認同，甚至出現迷茫感。基於這種情況，本研究認為可以從以下兩個方面入手：一方面，我們可以藉助信息技術手段，為學生創設情境；另一方面，我們要將知識進行還原，以任務或問題的形式將知識傳遞給學生，引導學生在完成任務或問題的過程中，構建學科基本知識體系，並在解決問題的過程中，形成解決問題的方法體系和學科能力體系，最後培養學生的智慧，如圖4所示。
2.建立學習大數據，構建教育調控系統
在學科培養目標庫的基礎上，為每個學生建立學習大數據，具體包括每一個知識點目標庫中所有問題和任務是否能夠解決或完成，相應的方法體系建構的完整程度，每一個任務或問題、相應方法體系的學習方式等。依據學生學習大數據，建立學生每一個知識點學習微調控，幫助學生及時調整學習層次、學習方式，使學生找到適合自己的學習層次和方式；教師對全班學生的總體學習情況進行調控，根據全班學生總體學習情況，及時為學生提供學習路網和建議的學習方式，從而真正地通過大數據和「互聯網+」實現教學和學習的精準調控和管理，具體如圖5所示。
3.建立智慧學習路網，改變資源供給形態
學生在學習某一知識時，不可能隨時隨地得到最適合自己教師的指導和幫助。正常情況下，課堂上教師要面對全班學生，只能選擇適合大多數學生學習活動的統一教學模式，無論如何也做不到因材施教。而課後學生更無法得到教師的個性化指導和幫助，同樣也很難找到最佳學習夥伴的共同交流。由此可見，在常規教學條件下，要想解決高位均衡問題是不可能的。藉助「互聯網+」、大數據、虛擬模擬和人工智慧等技術，按照每一個知識點聽講、自主導學和探究等不同學習方式的需要，分類建立個性化學習路網，包括支撐資源與工具，教師分層講解和指導微課，學生學習經驗分享微課等，改變優質師資教學智慧和學生典型學習經驗的供給形態，將最好教師和最佳夥伴的教學智慧和學習經驗積淀在學習路網中，最大限度地將優質師資資源和典型學生學習經驗隨時隨地提供給所有需要的學生，只有這樣，才能夠實現「互聯網+」的思維方式，才能真正給教育帶來一場深刻的革命，具體如圖6所示。
二實現智慧研修的有效路徑
智慧教育主要表現為一種教育境界，應當滲透在教育教學當中，教師作為教育目的、意義和任務等的直接體現者、承載者和實踐者，是智慧教育實踐中最重要的角色。教師研修是提升教師專業能力發展的一個有效途徑，對智慧教育理念的落實起著重要的作用。《教育部關於深化中小學教師培訓模式改革全面提升培訓質量的指導意見》(教師[2013]6號)提出：「各地要積極推進教師網路研修社區建設，推動教師線上與線下研修相結合，虛擬學習和教學實踐相結合的混合學習」。由此，本研究認為智慧研修的實現可以從以下幾個方面入手。
1.明確現代教師能力培訓的方向
智慧教育聚焦的核心問題主要包括了學生對知識不認同、課堂缺乏個性化、學習過程缺乏精準調控以及難以獲得最好老師和最佳夥伴等，因此，教師能力培訓的方向要有針對性。教師培訓的方向包括了知識還原、環境准備、引導指導和檢測評價。知識還原針對的是學生對知識認同度不高現象，主要提高教師將知識還原為問題和任務的能力；環境准備針對的是課堂缺乏個性化問題，主要是指導教師如何構建個性化學習環境，從而實現學生的個性發展；引導和指導針對的是學生難以獲得最好的老師和最佳夥伴問題，主要培養教師如何組織、指導和引導學生，使他們獲得最好的幫助；檢測評價針對的是學習過程缺乏精準調控問題，主要培訓教師如何對學生學習質量和行為狀態數據進行監控和評價，具體如圖7所示。
2.構建線上線下混合培訓體系
本研究中的混合學習模式指的是在信息技術支持下，將網上培訓和傳統的面授指導相融合的一種模式，從而達到相互補充，互相融合的研修，主要包括了在線培訓、交流討論、教學觀摩和集體備課四個模塊。在線培訓主要是讓教師注冊賬號，在線觀看優秀的教學案例，完成網路研修，或利用網路上大量的優質資源，完成自主研修；教學觀摩主要指的是教師親自到實踐中去觀摩，從教學中吸取教學經驗和技巧；交流研討是教師針對共性的問題，組織在一起開展有針對性的研修活動；集體備課是以教研組為單位，組織教師集體研讀課標和教材、分析學情和反饋教學實踐等活動。
3.建立智慧研修系統
智慧教師研修系統包括了網路基礎設施、軟體支撐工具、區域均衡管理、藉助教師智慧和學生智慧生成的資源、教學模式以及教育雲公共服務平台幾個模塊。智慧教師研修平台依託於雲計算技術、互聯網+、大數據和虛擬模擬等技術，藉助軟體支撐工具集和網路基礎設施，在學校、學科帶頭人和教師的共同參與下，實現教師專業能力的提升，如圖9所示。通過錄播教室、多媒體教室和資源等，生成優質的資源，實現優質資源的大規模復制與共享。
三實現智慧管理的有效路徑
智慧管理應該從兩方面入手，一方面是聚焦教學管理中存在的問題；另一方面是探索一條由管理轉變成治理的有效路徑。實踐表明，在教學管理中存在著學生學習質量、日常行為監測與評價困難； 教師教學、管理水平監測及評價困難；教師間、教師與家長間、師生間、管理者與教師間、管理者與家長間、管理部門與學校間等的溝通不夠及時與暢通；管理者及時了解學校、區域教育狀況困難；教育運行狀態及時預警、動態科學決策困難等。針對這些問題，如果我們單純地通過管理是很難從根本解決問題的，所以我們要探索一條由管理向治理轉變的信息化路徑。本研究認為實現由管理向治理轉變的信息化系統建設方向可以從四個角度來考量，如圖10所示。
如圖10所示，該智慧管理系統能夠提供四個核心功能，即匯集數據、規范過程、預警和決策支持。匯集數據主要是利用大數據技術，收集教育教學中的各類數據，從而全面地了解教育狀況；規范過程主要是指規范工作流程，支持業務流程創新；預警和決策是指通過動態監測學校、教育局及相關部門運行狀態，為各級管理人員科學決策、合理配置資源和優化管理等提供全方位的支持。智慧管理的關鍵是能夠按照教育相關部門的各項工作流程，全部連通。
智慧教育的實現離不開信息技術的支撐，實際上，教育的本質是一種特殊的服務，信息技術的進步為教育服務的智慧化水平創造了條件。在雲計算、大數據、物聯網等信息技術的支撐下，智慧教育實現了以下3個改變：
1.改變知識和信息獲取方式
將知識與信息轉變為電子資源，通過搜索引擎、電子書等方式，幫助學生和教師快速獲得知識與信息，改變知識與信息獲得方式，提高知識呈現效率。這種方式，無論是學生自己學習，還是教師講解，都有很直接和明顯的作用。
2.改變知識呈現形態
理、工、農、醫等學科的大多數知識，都是學習自然現象、自然規律，以及應用這些規律解決實際問題的方法等。這些知識的學習，通常是通過抽象的文字，結合圖形圖片等呈現出來。以這種方式所呈現的知識，讓學生自己理解，非常困難。通過教師講解讓學生理解知識，也存在很大的難度。100個學生聽教師講解，可能會有100種理解。要想讓學生容易理解知識，最好的辦法是將知識本來的面貌直接呈現給學生。但是，在常規條件下想將知識的本來面目直接呈現出來，幾乎是不可能的。因此，利用多媒體、虛擬模擬、虛擬現實、增強現實等技術，將抽象知識轉化為直觀生動的形態，對於教師講解和學生理解的作用是非常明顯的。
比如，對於電磁爐工作原理的學習。沒有火苗，沒有電阻絲，電怎麼就變成熱了呢？對於很多學生而言，通過書本或者老師原有方式的講解，非常難以理解。最好的辦法是，通過虛擬模擬技術，直接模擬出電磁爐打開開關後出現電磁場，放上銅鍋、鋁鍋、陶瓷鍋等沒有任何反應，放上鐵鍋、不銹鋼鍋馬上就產生渦流了，渦流流動使鍋加熱。通過這樣的技術應用，無論是學生學習，還是教師講解，都變得非常容易了。
3.改變知識學習方式
一看就懂的簡單知識不需要探究，疑難復雜的知識最需要探究。探究是激發學生求知慾望，形成系統思維能力，特別是創新性思維能力最有效的途徑。探究需要環境和工具，僅靠書本、常規教具和實驗環境是很難提供探究所必須的條件。因此，藉助虛擬模擬、虛擬現實和增強現實等技術，能夠為探究提供必要的條件和環境。
通過虛擬模擬、虛擬現實、增強現實等技術提供的探究工具，可以分為2個層次。一是現實環境呈現，為探究提供基本的實際環境，幫助學生全面了解知識產生的實際場景，為探究提供必要的情境和線索。具體實現方式有3D情境漫遊、3D虛擬模擬、增強現實等。二是實際探究操作環境模擬，為探究提供基本的操作環境。具體實現方式包括虛擬模擬工具和增強現實工具兩種。
比如，以平面鏡成像規律的學習為例。如果讓學生直接學習書本，或教師直接講給學生，對於大多數學生來講並不一定喜歡學習。最好的方式是讓學生有機會直接探究，通過探究，總結歸納出平面鏡成像規律。但這在常規條件下很難操作，藉助虛擬模擬和人工智慧技術，模擬出探究工具和環境，讓學生有機會直接去總結歸納出平面鏡成像規律，對於學生的探究學習而言，就變得很容易了。