对智慧教育关键问题的思考与建议
教育信息化是指现代信息技术在教育领域的全面深入应用，推动教育改革和发展。目前，教育信息化有两种完全不同的实施方式。首先是根据原有教育系统的需求应用技术。这是对原有教育体系的信息化，是给教育教学附加技术。这种做法更多的是为了提高教育教学效率，在提高效率的基础上，一定程度上可以解决一些质量问题。比如在管理方面，通过信息技术的应用，可以将各种信息汇集在一起，并根据工作需要检索所需信息，特别是通过移动终端，可以随时随地检索所需信息，无需携带任何纸质材料，大大提高了管理的效率。在教学中，及时向师生提供相关的学习，大大提高了教与学的效率。这种做法，除了提高效率之外，从方便信息和资源获取的角度，也是信息和资源获取方式的一种改变。这种改变，在管理中的作用更明显，但在教与学中，虽然有一定的作用，但不足以产生颠覆性的作用。因为教与学不好的主要原因是教师教与学生学的思维、方法等方面的问题，有的甚至是教学目标定位的问题。在这种情况下，无论如何通过信息技术解决质量问题，都需要开发新的教与学的思路、方式和方法，甚至重新定位学习目标。但在常规条件下，对于大多数问题，很难找到新的思路和方法。没有新的手段和条件，几乎不可能找到可操作的新思路和新方法。
教育信息化的另一种方式是在信息技术条件下，充分利用互联网+、大数据、人工智能、虚拟仿真等技术，针对教育教学的瓶颈问题，探索新的教育思路和方法，然后根据新的思路和方法的需要，应用信息技术构建有效的支撑环境，实施新的教育体系。只有这样，才能从根本上解决教育教学的核心瓶颈问题，实现真正的教育信息化，实现智能教育。
关于智慧教育的概念，众说纷纭。朱志廷教授指出:智慧教育是利用智能技术(smart technology)构建智能环境，让师生展示智慧的教与学的方法，让不可能变成伟大，从而培养价值取向好、思维品质高、实践能力强的人才。黄荣怀教授指出，智慧教育是教育信息化的高端形态，是由学校、区域或国家提供的高学习体验、高内容适应性、高教学效率的教育行为(系统)。它可以利用现代科学技术为学生、教师和家长提供一系列差异化支持和按需服务，并可以全面收集和利用参与者的状态数据和教育教学过程的数据，以促进公平，不断提高绩效，培育教育卓越。从以上对智慧教育的两个定义可以看出，信息技术为智慧教育的实现提供了强有力的保障，为学生个性化学习和创新能力的培养提供了有效的途径。本文认为，智慧教育是指在互联网+、大数据、人工智能、虚拟仿真等信息技术的支持下，学生能够主动学习，根据自己的需求学习，以适合自己的方式学习，找到适合自己的学习环境，找到最合适的学习伙伴，得到最合适的老师帮助学习，逐步形成系统的思维能力和创新的思维能力。从智慧教育的角度来看，可以对教育教学全过程进行实时监控和调控，最大限度地合理均衡配置教师、设施设备、场地等教育资源；可以将优秀教师的教学智慧和典型学生的学习经验实时提供给每一位学生和老师，改变优质教育智慧的供给形式。因此，智慧教育的核心特征是学生智慧成长、教师智慧教学、学生智慧学习、管理者智慧管理、教师智慧成长、家校智慧沟通。
智慧教育的实现需要改变传统教育模式，构建智慧教育模式。智慧教育包括智慧学习、智慧教学、智慧管理、智慧研究等。实现智慧教育的基础是智慧教育模式，包括智慧教学、智慧学习、智慧管理和智慧研究等，如图1所示。该模式以培养学生的综合解题能力、学科素养和多元智能为框架，利用技术构建有效的学习环境，更好地完成教学活动，使学生的智慧得到跨越式发展。智慧学习是指在智慧学习系统的支持下，学生能够动态掌握自己的学业水平和学习能力，在不同课程内容的学习中定位合适的学习层次，选择合适的学习方法，获得最适合的学习环境和条件，寻找最佳的伙伴，获得最有效的教师指导和帮助，在有限的时间内完成学习活动。进而帮助学生树立正确的人生观、价值观，完善人生品格，构建完整的学科知识和能力体系，形成系统的思维能力，特别是创新思维能力和辨别善恶的能力，使多元智慧得到了跨越式发展。智慧教学是指教师能够动态监控每个学生的学习情况，通过“互联网+”、大数据、虚拟仿真、人工智能等技术，引导、组织和引导学生定位合适的学习层次，选择合适的学习方法，寻找合适的学习环境，提供有效的学习指导，建立合适的学习小组，为每个学生提供个性化的学习网络和控制系统，帮助学生随时随地进行个性化学习。
二、智慧教育的基本理念
根据原有教育系统的需要，信息技术的直接应用将在管理上产生明显的效果。然而，要在教与学方面带来革命性的变化是非常困难的。所以这样的话，通过信息化实现智慧教育的可能性非常小。在教育教学中，只有走信息化的第二条道路，才能真正有一种通过信息化实现智慧的教育。
在选择了正确的教育信息化路径之后，接下来的问题就是如何通过教育信息化实现智慧教育。具体来说，就是教育信息化从教育教学的哪些方面发挥作用，才能实现智慧教育。
回答这个问题，要从什么样的教育是智慧教育来确定智慧教育的瓶颈问题，并探索解决这些问题的新思路和新方法(新教育)；找出在实施新思想和新方法时遇到的障碍；在此基础上，系统研究了如何通过信息化为实施新的教育理念和方法提供新的条件。
教育究竟通过什么来实现智慧教育？目前大部分评价标准更多侧重于环境、设备、师资等基础保障条件，而非核心标志。智慧教育的核心标志应该是基于学生培养的结果和学习过程的优劣。其中，最重要的衡量标准应该是学生的学习过程。具体来说，从学生的角度来看，智慧教育是否真正实现了，是指学生认同并主动学习，能根据自己的需求学习，能根据自己的学习方法学习，能找到最合适的学习条件完成学习活动，能找到最合适的老师指导、组织和引导自己完成学习活动，能找到最合适的伙伴完成学习活动。
这种教育在正常情况下几乎不可能实现。目前大部分学校，一个老师面对至少40个学生，要让每个学生以合适的方式，在合适的条件下，有合适的老师和伙伴来开展学习活动，基本上是不可能的。在现有的学校组织下，常见的困难包括:(1)学生的学习兴趣没有被激活到最高点，所以学习达不到最佳状态；⑵教师设计了教学过程，全体学生按照统一的流程开展学习活动。教师设计的教学过程的最佳情境是满足尽可能多的学生的需求，无论如何都不可能满足每一个学生的个性化需求。所以课堂教学基本上是计划性的，严重缺乏个性；(3)最好的老师只能为自己负责的班级的学生服务，而不能为其他班级的学生服务。因此，教学不能在高水平上平衡；(4)无论是教师提高教学，还是各级管理者提高管理，大多数都像中医一样，更多地依靠经验来判断课堂教学和管理的整体情况。很难准确判断每个学生学习过程的质量和每份工作的具体质量，无法进行准确的调控和管理；5.学生的系统思维能力和创新思维能力普遍欠缺。大多数教学更多的是帮助学生学习知识，形成技能，系统思维能力和创新思维能力的培养非常缺乏。
综上所述，教育信息化要围绕上述实现智慧教育的核心瓶颈问题，为构建能够解决教育瓶颈问题的新型教育提供全方位支撑。教育信息化不是最终目的，而是方式和手段。最终目的是通过教育信息化构建全新的教育体系，解决实现智慧教育遇到的瓶颈问题，进而实现智慧教育。因此，教育信息化的根本目的是改造教育和学习。只有实现了转型，才能实现真正的教育信息化，才能真正实现智能教育，如图2所示。
第三，实现智慧教育的有效途径
实现智能学习的有效途径
为了构建智能学习的有效路径，我们的主要任务是找出学生学习中普遍存在的本质问题，并找出解决这些问题的思路和方法。我们认为，当前学习中普遍存在的问题主要包括学生对所学知识的认可度较低、学习过程缺乏精准控制、备课缺乏个性化、普遍缺乏创新和系统的思维能力、难以获得最好的老师和伙伴等。针对这些问题，本研究认为，应该在互联网+、大数据、虚拟仿真、人工智能的支持下，探索新的教育体系，解决教与学的本质问题。在此基础上，以点带面，全面推进新的教育体系，如图3所示。其中，学生培养目标数据库是智慧教育的核心。学生学习大数据可以为教师提供学习结果的反馈，也是对学习过程进行规范和管理的一种方式或手段。
1.明确智慧教育的核心，培养智慧人
智慧教育的核心是培养有智慧的人。在常规教学中，我们学习的新知识大多是老师直接传授的。学生不知道为什么要学习这些知识，不知道学习这些知识后能解决什么问题，导致大部分学生对知识不认可，甚至迷茫。基于这种情况，本研究认为可以从以下两个方面入手:一方面可以借助信息技术为学生创设情境；另一方面，要将知识还原，以任务或问题的形式传递给学生，引导学生在完成任务或问题的过程中构建基础知识体系，在解题过程中形成解题方法体系和学科能力体系，最终培养学生的智慧，如图4所示。
2.建立学习大数据，构建教育管控体系。
在学科训练目标库的基础上，为每个学生建立学习大数据，包括每个知识点目标库中的所有问题和任务是否都能解决或完成，对应的方法体系构建的完备性，每个任务或问题的学习方法和对应的方法体系等。根据学生对大数据的学习情况，建立对学生各个知识点的微观控制，帮助学生及时调整学习水平和学习方法，让学生找到适合自己的学习水平和方法；教师对全班学生的整体学习情况进行调控，根据全班学生的整体学习情况，及时为学生提供学习网络和建议的学习方法，真正通过大数据和“互联网+”实现教与学的精准调控和管理，如图5所示。
3.建立智慧学习路网，改变资源供给格局。
学生在学习某一知识时，不可能随时随地得到老师最合适的指导和帮助。一般情况下，教师在课堂上要面对全班，只能选择适合大多数学生学习活动的统一教学模式，无论如何也不能因材施教。课后，学生无法得到老师个性化的指导和帮助，也很难找到最佳的学习伙伴进行交流。可见，在常规教学条件下，不可能解决高水平均衡问题。借助互联网+、大数据、虚拟仿真、人工智能等技术，根据每个知识点的听力、自主学习、探究等不同学习方式的需求，建立个性化的学习道路网络，包括配套资源和工具、教师分层讲解指导微课、学生共享微课等。，改变优质教师教学智慧和学生典型学习经验的供给格局。积累学习路网中最好的老师、最好的伙伴的教学智慧和学习经验，最大限度地随时随地为所有有需要的学生提供优质的师资资源和典型的学生学习经验。只有这样，才能实现“互联网+”的思维方式，真正给教育带来一场深刻的革命，如图6所示。
二、实现智慧学习的有效途径
智慧教育主要表现为一种教育境界，要渗透到教育教学中去。教师作为教育目的、意义和任务的直接体现者、载体和实践者，是智慧教育实践中最重要的角色。教师培训是促进教师专业能力发展的有效途径，在落实智慧教育理念中发挥着重要作用。《教育部关于深化中小学教师培训模式改革全面提高培训质量的指导意见》(教师[2013]6号)提出:“各地要积极推进教师网上培训共同体建设，推进教师线上线下培训、虚拟学习和教学实践混合学习”。因此，本研究认为，智慧训练的实现可以从以下几个方面入手。
1.明确现代教师能力培养的方向。
智慧教育聚焦的核心问题主要包括学生对知识的不认同、课堂缺乏个性化、学习过程缺乏精准调控、难以获得最好的老师和伙伴等。因此，教师能力培养的方向要有针对性。教师培训的方向包括知识还原、环境准备、指导和测试评价。知识还原是针对学生对知识的认同度不高的现象，主要提高教师将知识还原成问题和任务的能力。环境准备是针对课堂上缺乏个性的，主要是指导教师如何构建个性化的学习环境，从而实现学生个性的发展；指导和引导是针对学生得不到最好的老师和伙伴的问题，主要培训老师如何组织、引导和指导学生，使他们得到最好的帮助；检测与评价是针对学习过程中缺乏精准调控的情况，主要培训教师如何监控和评价学生的学习质量和行为状态数据，如图7所示。
2.构建线上线下混合培训体系。
本研究中的混合式学习模式是指在信息技术的支持下，将在线培训与传统面授教学相结合，实现互补整合培训的一种模式，主要包括在线培训、交流讨论、教学观摩和集体备课四个模块。线上培训主要是让老师注册账号，在线观看优秀教学案例，完成线上培训，或者利用网络上大量优质资源完成自主培训；教学观摩主要是教师到实践中去观察，从教学中学习教学经验和技能；交流讨论就是老师们组织在一起，针对* * *性问题开展针对性的研究活动；集体备课是以教研组为单位，组织教师集体学习课程标准和教材，分析学习情况，反馈教学实践。
3.建立智慧培训体系
智能教师培训系统包括网络基础设施、软件支持工具、区域均衡管理、教师智慧和学生智慧生成的资源、教学模式和教育云服务平台等几个模块。智慧教师培训平台依托云计算技术、互联网+、大数据和虚拟仿真技术，借助软件支撑工具集和网络基础设施，在学校、学科带头人和教师的共同参与下，提升教师的专业能力，如图9所示。通过录播教室、多媒体教室、资源，生成优质资源，实现优质资源的大规模复制和享用。
三、实现智能管理的有效途径
智慧管理要从两个方面入手:一方面是针对教学管理中存在的问题；另一方面是探索从管理到治理的有效路径。实践表明，在教学管理中监控和评价学生的学习质量和日常行为存在困难。难以监控和评估教师的教学和管理水平；教师之间、教师与家长之间、教师与学生之间、管理者与教师之间、管理者与家长之间、管理部门与学校之间的沟通不够及时和顺畅；管理者很难及时了解学校和地区的教育情况；及时预警教育运行状况、动态科学决策困难等。针对这些问题，单纯的管理很难从根本上解决，应该探索一条从管理到治理的信息化道路。本研究认为，信息系统建设实现由管理向治理转变的方向可以从四个角度考虑，如图10所示。
如图10所示，智能管理系统可以提供数据采集、流程标准化、预警和决策支持四大核心功能。采集数据主要是利用大数据技术采集教育教学中的各类数据，从而全面了解教育情况；标准化流程主要是指规范工作流程，支持业务流程创新；预警决策是指通过动态监控学校、教育局及相关部门的运行状态，为各级管理者科学决策、合理配置资源、优化管理提供全方位的支持。智能管理的关键是能够连接教育相关部门的所有工作流程。
智能教育的实现离不开信息技术的支持。事实上，教育的本质是一种特殊的服务，信息技术的进步为教育服务的智能化水平创造了条件。在云计算、大数据、物联网等信息技术的支撑下，智慧教育实现了以下三个转变:
1.改变获取知识和信息的方式
将知识和信息转化为电子资源，帮助学生和教师通过搜索引擎和电子书快速获取知识和信息，改变他们获取知识和信息的方式，提高知识呈现的效率。这样无论是学生自学还是老师讲解，都有非常直接明显的效果。
2.改变知识呈现的形式
理科、工科、农学、医学等学科的知识，大部分是学习自然现象、自然规律，以及应用这些规律解决实际问题的方法。这些知识的学习通常是通过抽象的文字结合图形和图片来呈现的。学生很难理解以这种方式呈现的知识。学生也很难通过老师的讲解来理解知识。100学生听老师讲解，可能有100种理解。让学生轻松理解知识的最好方法就是直接把知识的本来面目呈现给学生。但是，在常规条件下，直接呈现知识的本来面目几乎是不可能的。因此，利用多媒体、虚拟仿真、虚拟现实、增强现实等技术将抽象的知识转化为直观生动的形式，对于教师讲解和学生理解都是非常明显的。
比如电磁炉工作原理的学习。没有火焰和电阻丝，电怎么会变成热？对于很多学生来说，通过书本或者老师的原话讲解是很难理解的。最好的办法是用虚拟仿真技术直接模拟电磁炉开启后的电磁场。当有铜锅、铝锅、陶瓷锅等。都戴上了，没有反应。铁锅和不锈钢锅一放上去，马上就会产生涡流，涡流会把锅加热。通过这项技术的应用，无论是学生的学习还是教师的讲解都非常容易。
3.改变知识学习的方式
简单的你一眼就能看懂的知识不需要探索，复杂的知识最需要探索。探究是激发学生求知欲望，形成系统思维能力，尤其是创新思维能力的最有效途径。探究需要环境和工具，仅靠书本、常规教具和实验环境难以为探究提供必要的条件。因此，借助虚拟仿真、虚拟现实和增强现实，可以为探索提供必要的条件和环境。
虚拟仿真、虚拟现实、增强现实提供的查询工具可以分为两个层次。一、现实环境的呈现为探究提供了基本的实践环境，帮助学生充分了解知识生成的实际场景，为探究提供必要的情境和线索。具体实现方法包括三维情景漫游、三维虚拟仿真、增强现实等。二是实际勘探作业环境的模拟，为勘探提供基本的作业环境。具体实现方法包括虚拟仿真工具和增强现实工具。
比如以平面镜成像规律的研究为例。如果让学生直接学习书本，或者老师直接告诉他们，大部分学生不一定喜欢学习。最好的办法是让学生有机会直接探索，通过探索，总结平面镜的成像规律。然而，在常规条件下很难操作。借助虚拟仿真和人工智能技术，便于学生模拟探索工具和环境，给他们直接总结平面镜成像规律的机会。