智慧教育云平臺標準的“三環”模型構建*

殷寶媛 武法提 章 怡

（1．北京師范大學 教育技術學院，北京 100875；2．哈爾濱師范大學 教育科學學院，黑龍江哈爾濱 150025；3．世界圖書出版上海有限公司，上海 200083）

教育信息化若要可持續發展，必須走標準化的道路——沒有標準，就沒有效益；沒有標準，就沒有規模化；沒有標準，就無法聯通，教育信息系統就會處處是“孤島”。教育信息化標準化即教育信息化的發展要走標準化的道路，教育信息化產品的設計、開發和生產就需依據業內共同體研究決定的、具有非強制性的準則。教育信息化標準化意味著教育信息化由不成熟逐漸走向成熟，有利于教育信息化的可持續發展。為順應教育信息化標準化的趨勢，智慧教育云平臺標準的研發工作也提上了日程。

一 智慧教育云平臺標準研發的目的

智慧教育云平臺是以云計算為基礎，能夠匯聚優質資源及應用，為教師、學生和家長提供相關服務的教育云平臺。研發智慧教育云平臺標準，目的是為了規范教育信息化企業的設計和開發，實現有效的信息交換和資源共享，讓信息技術更好地進入課堂教學，最終實現信息技術與教育的深度融合。

1 從技術角度看深度融合的關鍵點

從技術角度來看，信息技術與教育的深度融合面臨三大壁壘：技術壁壘、資源壁壘和應用壁壘。隨著云計算、大數據和物聯網等技術日漸成熟，教育基礎設施中的技術壁壘已不再是難題。然而，多元化數據源彼此孤立、數據無法共享等問題，使得各個信息系統的信息資源不夠暢通，資源壁壘和應用壁壘的問題仍然存在。《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》指出：“鼓勵互聯網企業與社會教育機構根據市場需求開發數字教育資源，提供網絡化教育服務。”在國家政策的引導下，越來越多的互聯網企業進入教育領域，資本大量流入教育產業，開展教育信息化的企業越來越多。如果各個企業自行設計教育資源和管理信息的格式，各系統之間就無法進行有效的信息交換和資源共享。打破封閉的“信息孤島”、實現信息技術與教育的深度融合，其關鍵就在于應用統一的標準，使各類教育信息系統之間實現數據交換，即聯通。

2 從“互聯網+教育”的發展看深度融合的關鍵點

從發展角度來看，“互聯網+教育”在K-12（即幼兒園至高中三年級的基礎教育）領域有著廣闊的市場前景。當前，我國各地教育資源分布不平衡，升學、擇校、分班等競爭激烈。與此同時，全面二胎政策使得 K-12教育即將迎來新的人口紅利期，用戶特點也隨之改變——當80后、90后逐漸成為學生家長的主流人群，他們對K-12教育的重視程度遠超上一代學生家長[1]。然而，與成人教育相比，“互聯網+教育”在教育最主要、最核心的K-12領域卻略顯遜色，這在課堂教學方面表現尤為明顯——當前學校一直沿用的是工業時代的教學模式。

為什么教育的發展仍然落后于社會經濟的發展？技術與教育深度融合的關鍵點是什么？如何突破這個關鍵點？要回答這些問題，首先需要分析 K-12教育的特點。總的來說，K-12的學生基本都未成年，他們的信息辨別能力較弱、自制力較差、自學時間較少，而且學生個體差異大、學科門類多、知識跨度大。因此，對學生教育的責任，在家里由家長承擔，在學校則由教師承擔；對技術產品的選擇，在家里主要由家長篩選（低齡學生尤其如此），在學校則由教師和學校篩選。而技術能否進入學校，一方面靠自上而下的力量，主要由政府負責推行，通過行政命令促使技術順利進入學校；另一方面則是學校和教師的選擇，學校和教師是技術進入學校后的執行者，是技術與教育深度融合真正的實踐者，尤其是教師的作用不可低估——教師是技術進入課堂的最重要的“把關人”，決定著什么樣的技術能走進自己的課堂、怎樣將技術與教育進行深度融合。由此可見，在學校課堂上，信息技術與教育深度融合的關鍵點是教師。

二 智慧教育云平臺標準的設計理念

1 通過技術服務于教師切入教學過程

如前文分析，教師是信息技術與教育深度融合的關鍵點，是技術進入課堂的“把關人”。那么，在設計智慧教育云平臺時，研究者就要思考如何讓教師愿意將信息技術深度融入他們的課堂教學之中。K-12的教師每天都要處理各種教學、管理繁雜事務，如果使用信息技術會增加他們的工作負擔，就難以讓他們愿意主動使用信息技術，就會出現信息化與教育改革“兩張皮”的現象，最終許多決策者、管理者和教師就會產生動搖，陷入糾結的狀況[2]。因此，切實可行的辦法就是思考：技術要給教師提供什么樣的幫助，才能幫他們解決實際的教學問題？技術在幫助教師解決教學問題的同時，怎樣才能不增加教師的負擔，使他們的工作更加輕松有效？基于此，智慧教育云平臺的一個重要設計理念可以確定為：屏蔽復雜的技術，簡化技術的操作，讓技術的使用更加簡單；技術的設計更有針對性，能幫助教師提高工作效率。技術通過服務于教師切入教學過程，可以改變教師的教學行為，降低教師的備課難度，從而提高教學的質量。

2 以活動為中心整合教學系統的各個要素

課堂是信息技術與教育深度融合的關鍵場所。能否實現信息技術與教育的深度融合、能否讓信息技術對教育真正產生“革命性影響”，衡量標準就是傳統的課堂教學結構是否發生了改變，而不是只做改進教學手段、方法等方面的“漸進式修修補補”。課堂教學的結構性變革，具體體現在課堂教學系統四個要素（包括教師、學生、內容、媒體）的地位和作用的改變[3]。在應用云平臺的課堂中，教師和學生是人的要素，內容可以擴展成云平臺中的資源，媒體即云平臺中的工具。從這個角度來說，智慧教育云平臺的設計需以活動為中心，教師通過組織教學活動整合教學系統的各個要素，實現以教師為主導、學生為主體的課堂教學的結構性變革。

3 面向智慧教育的愿景

當前，云計算、大數據、物聯網等新技術為智慧教育體系的構建提供了現實基礎和技術支撐。智慧教育不是傳統意義上的計算機輔助教學，而是信息技術與教育深度融合的產物；不僅是一種技術化的教育，更是一種新型的教育形態[4]，它被賦予了深刻的時代內涵以及人們對信息技術引領教育改革的美好期望。智慧教育云平臺通過感知學習者的狀態變化，對信息進行智慧處理和分析，主動向學習者推送相關的學習支持服務。智慧云平臺屬于智慧學習環境中智能工具的范疇，應提供感知（收集）、處理、分析（適配）、評價（可視化）、推送等五個功能，即智慧云平臺應是一個智慧感知、智慧處理、智慧分析、智慧評價、智慧推送的閉環系統。

三 智慧教育云平臺標準的“三環”模型構建

基于智慧教育云平臺標準的設計理念，本研究構建出包括內環、中環和外環三個部分的智慧教育云平臺標準的“三環”模型，如圖1所示。其中，技術服務于教師切入教學過程的理念通過內環的活動序列和為教師設計的簡便的拖拽式操作來實現，以活動為中心整合教學系統各個要素的理念通過內環的活動序列和中環的網絡學習共同體來實現，面向智慧教育愿景的理念通過外環的學習支持系統來實現。

圖1 智慧教育云平臺標準的?三環?模型

圖2 基于智慧教育云平臺的課堂活動序列

1 內環——以活動為中心的設計

學習活動是為達到特定學習目標而進行的師生行為的總和[5]。不同的學習活動序列構成了不同的學習過程或學習模式，反映了不同的教學策略，而不同的教學策略又指向不同的教學目標。根據活動理論，基于智慧教育云平臺的教學設計可以被看作是一個具有特定目的的活動序列（不一定是線性的）。一個完整的教與學過程必然包括多個學習活動，而一個活動既可能包含多個活動任務，也可能只包含一個活動任務[6]。在目標導向下的學習活動設計中，首先需根據目標決定活動的任務；其次依據活動任務的特點選擇相應的活動組織策略，并據此對活動序列做出相應安排，最后逐步細化設計每個學習活動[7]。基于智慧教育云平臺（下文簡稱“平臺”）的課堂活動序列如圖2所示，具體包括以下三個環節：

①課前，教師通過設計活動序列進行教學設計。平臺歸納了教師和學生的常用活動，并依據與其它學科的不同設置特色活動。如在語文教學活動中，常用活動有練習、考試、討論、展示、講解、分享、評價等，而與其它學科不同的特色活動有朗誦、聽寫、閱讀、寫作等。每一種活動都在該平臺以圖標的形式出現，教師設計活動序列時，只需拖動代表不同活動的圖標到流程線上，就可以彈出相應鏈接（如資源、視頻等），教師通過鼠標點擊完成活動內容的設置。所有的活動設置好后就形成了一節課的預設活動序列，不同的活動序列反映了不同的教學策略，而不同的教學策略又指向不同的教學目標。教師根據教學設計，選擇拍攝微視頻，上傳資源（如PPT、動畫等），并將預習資料發送給學生。

②課中，教師按照設計的活動序列展開教學。預設的活動序列可以隨時更改、刪除，并根據教學現場隨時生成新的活動序列，體現了教學的生成性特點。平臺會依據學生學習的過程性數據對學生進行個性化診斷，并以可視化的方式輸出診斷結果，從而為教師和學生提供決策和評價的參考。學習活動結束后，學生通過作業或試題對學習效果進行階段性檢驗，也可通過人際網絡向專家、教師、同伴尋求幫助；平臺對學生的作業或試題進行智能評分，評價的結果被記錄在學生的電子檔案中，成為學生形成性評價和總結性評價的數據。

以“禪茶養生”為主題，緊扣廬山西海與廬山的佛教文化和茶文化起源進行微電影的拍攝。內容可以以云居山真如寺的發展歷程為題材，講述一位在寺中常年修行的高僧為了增強自己的修行閱歷進行茶葉的種植、采摘、烘烤制作以及和寺外來的讀書人在品茗中講經說道的過程，以體現禪茶的悠久歷史和它的深遠影響。

③課后活動是診斷、評價和拓展知識的過程。學生依據儀表盤診斷出的問題，自己確定學習活動序列；平臺根據收集到的信息，在資源網絡中自動檢索、匯聚，將最佳資源推送給學生；學生對平臺推薦的資源進行審批、添加，形成個性化的資源網絡。同時，平臺向學生推薦與資源網絡相關的人際網絡信息，便于學生形成個性化的人際網絡，支持學生之間的交流與協作。

2 中環——網絡學習共同體的設計

“共同體”最初作為社會學的概念進入學科領域，其基本含義是一種基于協作關系的有機組織形式。杜威將“共同體”引入教育領域，提出了“學習共同體”的概念。“網絡學習共同體”是學習者進行網絡學習的一種組織形式。本研究認為，智慧環境下的網絡學習共同體既要考慮文化性和情境性，又要將教學系統的基本要素整合為一個系統，并實現系統的相關功能。人、資源和工具是教學系統的基本要素，而每一個要素又可視為一個網絡，即人際網絡、資源網絡、工具網絡，它們共同構成了網絡學習共同體。網絡學習共同體不僅表示人、資源、工具形成的群體及三者之間的關系，而且強調這些群體要作為一個集合表現出整體的特征。整體與部分是密不可分、唇齒相依的，因此人際網絡、資源網絡、工具網絡要相互聯通、有機組合，才能較好地發揮網絡學習共同體的整體功能。

聯通是智慧教育平臺達到智慧的前提。從聯通主義視角來看，每一個網絡都由無數個節點組成；各網絡之間的聯通性越強、各節點之間的聯通性越緊密，系統的適應性就越強。聯通主義認為，學習就是形成三個基本網絡——內部認知神經網絡、概念網絡和內外部社會網絡的連接的過程[8]；學習的過程就是一個學生從個體出發，連接尋徑到的外部節點（人、資源、工具等），經過意會，提取合理成分，打通個人內部認知神經網絡，重組概念網絡，最終形成個性化學習網絡的過程。智慧教育云平臺的愿景是為學生提供個性化的學習和支持服務，從聯通主義的學習過程來看，平臺實現智慧的關鍵就是實現“聯通”，即實現人與人、人與資源、人與工具、資源與工具之間盡可能的聯通，形成人際網絡、資源網絡和工具網絡——三者的無縫對接、暢通無阻、智能聚合，能使學習時刻保持暢通，保證各項活動智慧地開展。

①人際網絡。人際網絡是一個將學習共同體中的每個人（包括學生、教師、管理者、專家）都視為節點、將人與人之間建立的關系視為邊而組成的網絡圖。在學習過程中，節點之間能隨時隨地展開交流、協作及評價，單個節點既可以連接已有節點，也可以連接尋徑到的外部節點，經過意會，提取合理成分，從而獲得持續不斷的反饋與指導。資源網絡和工具網絡之間的交互也會促進人際網絡的連接，當單個節點（學生甲）按照自己的偏好尋徑到某一資源節點和工具節點時，會發現與其具有共同偏好的單個節點（學生乙），他們會結成具有相同學習需求和偏好的小型學習共同體。小型學習共同體的多樣化，有利于人際網絡的生態化發展。

②資源網絡。資源網絡是指與學習內容、學習成果、輔助資源等相關的資源集合。智慧教育云平臺的資源網絡，可以自動在網絡上搜索相關的學習資源，不斷更新自己的內容，挖掘學習內容之間的關系，為學生提供及時、個性化的指導。學習內容和資源是在學習者模型和資源網絡匹配的基礎上集成的，一方面通過情境感知、數據挖掘、智能聚合和搜索等技術實現系統的個性化推薦，其中優質數字資源會因其較高的權重而得到優先推薦；另一方面結合用戶定制、收藏、訂閱、推薦等概念手段對資源進行篩選，實現資源之間的高效關聯并形成具有針對性的資源網絡[9]。學生通過不斷連接和創建新的資源節點，形成獨具個人特色的資源網絡。

③工具網絡。工具網絡是一系列工具的集合，既有面向教師的備課工具、出題工具、評價工具，也有面向學生的作業工具、錯題本工具，還有面向全體的搜索工具、交流工具等。平臺可以通過綜合考慮任務的性質、學生的需要等，進行工具的匹配和推薦。在學習過程中，學生通過聯通人、資源、工具來促進學習，不斷淘汰弱的節點，聯通或產生新的節點，從而使網絡學習共同體得到優化。總之，人際網絡、資源網絡、工具網絡構成的網絡學習共同體是一個相互影響、密不可分的整體，任何一方出現問題，都會影響教學活動的開展。

3 外環——智慧閉環系統的設計

①智慧感知，即智慧教育云平臺可以獲取學生在智慧環境學習的各種信息數據。平臺可以通過手機、平板電腦、可穿戴設備、傳感器等，感知學生個人的生理信息、環境信息、關系信息等。其中，生理信息包括呼吸、血壓、脈搏、心律、體溫等；環境信息包括時間、地理位置、場景、溫度、網速等；關系信息包括社交網絡中同伴、教師、專家的位置和在線的狀態等。這種多源頭、多場景、多模態數據的聚合，使得系統對學生的診斷、預測、干預和推送更加精準。

②智慧處理，即智慧教育云平臺通過個性化的學習者模型對數據進行結構化的轉換。構建個性化的學習者模型是智慧處理的前提。目前，常見的個性化學習者模型有覆蓋模型、偏差模型、認知模型和貝葉斯網絡模型等[10][11]。其中，覆蓋模型將學生的表現與專家知識作比較，來判斷學生對知識的理解情況，從而向學生推薦相應的學習內容；偏差模型將學生的錯誤概念表示為專家知識的偏差，來構建學生的行為模型，并通過對學生學習過程中的錯誤進行構造，來體現學生對知識的掌握情況；認知模型通過對學生的認知能力進行定量評估與測量，不斷對學生模型進行更新，來反映學生的知識水平、認知能力及心理因素；貝葉斯網絡模型則通過確定網絡結構和條件概率分布，來構建個性化的學習者模型。

③智慧分析，即運用學習分析技術對學生及其學習情境方面的數據進行分析，從而為個性化的學習診斷、學習決策、精準推送和多元評價等學習服務提供科學的依據。學習過程的量化使得分析學習全過程的數據成為可能，而學習過程性的數據可以描述和解釋已有的現象、預警和干預正在進行的學習、推斷和預測未來的學習，讓學生了解并及時調整自己的學習狀況[12]。隨著數據的采集逐漸突破技術的限制，課堂上的學習行為數據不僅可以通過問卷調查、人工觀察等方法采集，還可以通過感知設備將學生的面部表情、眼動軌跡等數據記錄下來，因此極大地豐富了學習數據的類型，擴展了學習分析的邊界。通過多源頭、多場景、多模態數據的聚合，構建以學習者為中心的全息數字模型或將成為現實。

④智慧評價，即依據學生的個人數據、學習行為數據、學習過程數據對學生進行評價和預測，并將結果進行可視化輸出。可視化輸出可以幫助教師和學生直觀地了解學生的活動參與度、目標完成度和學習習慣等信息，而這些信息又可為學生學習提供指導，幫助學生進行自我反思和意義建構。目前，關于評價和預測的方法有三種：第一種是利用統計學方法對影響學習效果的個人數據進行分析和推測；第二種是利用已標注的行為樣本建立多特征融合的分類模型，挖掘行為數據的規律性，并對未知樣本進行識別；第三種是對學生行為在時間序列上的動態演化特征進行建模，動態預測學習的結果。

⑤智慧推送，即在合適的時間和情境下，智慧教育云平臺利用學生的個人信息、學生之間的相似性、學生與學習對象的相關性等來挖掘學生的興趣，由此快速、準確地篩選出最符合學生需求的信息內容，主動向學生推薦個性化的信息。推薦服務的推薦算法是設計的關鍵部分，它決定著推薦服務質量的優劣。目前，常見的推薦算法有基于關聯規則的推薦算法、基于內容的推薦算法、基于協同過濾的推薦算法以及混合式推薦算法等。其中，混合式推薦算法可以很好地彌補其它推薦方法的弱點，且推薦的效果優于單一的推薦算法。隨著學習者全息數據的獲得逐漸成為可能，面向場景的個性化推送服務亦將成為現實。

綜上所述，智慧教育云平臺標準的“三環”模型由內環、中環、外環組成：內環是以活動為中心的不同活動序列；中環是由人、資源、工具組成的教學系統的基本要素，與其相應的人際網絡、資源網絡、工具網絡相互聯通，構成了網絡學習共同體；外環是以技術為支撐的智慧閉環系統，由智慧感知、智慧處理、智慧分析、智慧評價、智慧推送等五個環節組成且循環運動，為網絡學習共同體提供支撐。在智慧教室的課堂教學中，教師通過組織教學活動，發揮網絡共同體的整體功能，在智慧閉環系統的支撐下，實現智慧教育的愿景。

四 結束語

本研究構建的智慧教育云平臺標準的“三環”模型，是中國教育信息化團體標準項目之一“智慧教育云平臺標準體系”的理論模型。教育信息化標準化的建設意義深遠：①從宏觀角度來看，制定統一的標準有利于國家教育信息化的穩健發展，能滿足信息化發展的實用性和經濟性需求；②從中觀角度來看，制定統一的標準是教育信息化團體日趨成熟、走向規范的標志；③從微觀角度來看，制定統一的標準能給教育信息化企業設計和開發提供“抓手”，因為標準化的建設與企業的發展密切相關，在產品開發中應用統一的標準是其市場前途的保證，可以避免重復性的投入和低水平的開發。教育信息化標準化能夠提供更可靠、更經濟的服務，其最終受益者是廣大的教師和學生群體。后續研究將重點關注智慧教育云平臺標準“三環”模型的實踐應用，并制定智慧教育云平臺的技術標準，以期推動教育信息化標準化的發展。

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