中學教育智能設備產品設計思路探究

摘要：教育智能設備產品指能夠應用于教育和學習場景的專門或非專門的智能化硬件與軟件，其能夠與中學教育相配合，助力教育改革，優化教育資源配置。設計教育智能設備產品應當綜合考慮教師、學生與家長的需求，注重探索使用者的成就感，保證教師在智能化教學的人機協同中處于主導地位。

關鍵詞：中學教育;智能設備;產品設計;大數據

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）24-0-03

智能化教育設備產品用于中學教育已非新鮮事，從“粉筆+黑板+書籍”到多媒體設備投影，再到近年來支持交互的智能電子產品的使用，教學用具經歷了很大變革，大數據時代的到來更是為教學軟硬件設備的進步和發展提供了更多的可能。大數據與人工智能算法的使用進一步優化了教育資源的配置效率，提升了教育公平的可能性，為教育改革帶來了新機遇。

1 教育智能設備產品的優勢

1.1 中學教育智能設備產品的內涵與外延

這里所說的中學，主要指中等教育中的全日制普通中學，包括全日制普通初中、完全中學、全日制普通高中，以該類學校的教育教學為主要面向的應用場景，主要針對該類場景探究智能化教育設備產品的設計思路。

教育智能設備產品，也稱智能教學產品、智能化教育設備等，具體而言包括能夠應用于教育和學習場景的專門或非專門的智能化硬件與軟件，具有智能化、多終端、多平臺、可協作、交互性強等特點。如在校學生使用的定制平板電腦及其內置的定制系統、針對學生特點設計的電話手表、多功能型的教師學生互聯軟件或專門性的搜題和記憶背誦的軟件。從廣義上來說，一切智能化的有利于提升教學與學習效率的軟硬件都可以稱為教育智能設備產品。

1.2 智能化教育適合與中學教育階段配合

義務教育階段的教學內容相對于本科或研究生教育呈現出知識體系相對固定、爭議性觀點少的特點，這樣的知識體系更適合建立在智能化系統中。當下的智能軟件有能力將輸入的參數與其內置的知識體系進行對比，從而快速地作出判斷，相對固定和爭議性觀點少的知識體系使面向中學階段的智能教學產品幾乎無須考慮變化，開發難度相對較低，所需的成本更少。如拍照搜題軟件“猿題庫”，其廣告場景多是拍照搜索義務教育階段的習題答案，而某些高等教育階段的習題需要大量論證，且在若干年后仍有可能被推翻，若拍照搜索這些問題就略顯滑稽。

在義務教育階段，經過多年對素質教育的強調與對各類政策的落實，在教育資源有限的現實下，應試的重要性依然無法被否認。小學階段的教育相較于中學階段更加強調發散性思維，強調啟發和引導，而非對知識體系的掌握，最典型的例子就是“上中學以后，課本上的小明、小紅便消失了”，原因就在于中學階段的作業習題更多強調知識本身，而不追求先行構建某些使學生具有代入感的場景。因此，在當下的智能化社會階段，智能化教育體系和系統能夠很好地適應應試氛圍更濃厚的中學階段。

1.3 智能化教育可以推進教育公平

對義務教育階段課外輔導的限制一方面緩解了學生的學習壓力，另一方面也推動了教育資源不均衡現狀的固化。在各行各業使用智能化系統武裝勞動個體、推動人機協同的當下，智能化教育系統能夠有效縮小教師特長與能力間的差異。教師因人而異、因材施教的教學模式難以復制，但智能化系統具有可復制性，且出于普適的特點，復制成本低。復制主要須考慮智力成果知識產權方面的問題，即便是針對使用者的本地化需求，也已有成熟方案，如市面上的許多駕考軟件，就能夠針對用戶所在地域推薦本地高頻題庫。智能化、多功能的教學系統能盡可能地彌補教師在文書、備課邏輯、教學進度掌握等方面的短板，縮小教師隊伍在此類能力上的差異，從而給教師提供更大的發揮特長與自我提升的空間，在一定程度上使教育資源均衡化。

1.4 智能化教育可以增強教學中的交互性

相對于多媒體單純地展示和播放教學素材，教育智能設備對于學生而言具有更強的交互性，其不僅能在空間上擴展課堂的范圍，更可以在時間上延伸課堂的思考。智能化的教學模式允許學生在時間上不完全依附于教師，為學生因思維上的置后而產生的知識體系的困惑提供了現實的、可隨時回溯的錨點，從而構建起適合學生的教學模式，相對于傳統教具而言，更深層次地參與了學生的學習過程，也允許教師和家長參與學生的教育進程。

1.5 智能化教育可以增強教學的個性化設計

交互性的增強也將進一步增強教學的個性，與以往憑教師喜好而分配對學生的關注度不同，理想狀態下，智能化的教學系統能夠關注到每個學生的狀態，包括但不限于課業完成狀態，且可以為每個學生設計與分配不同的課業任務，并向操作系統的教師提示與反饋個別特殊學生的情況。一套完成了數據互聯的系統還能在較長的時間里關注學生的行為和興趣愛好，教師對學生的關注度也能夠進行數據量化分析，像推薦“您可能感興趣的視頻”一樣推薦“您可能/應當關注的學生”，教師在了解學生之前甚至可能被推薦到“您可能喜歡的學生”“您應當照顧的學生”“關系可能不好的一對學生”等。

1.6 智能化教育有助于建立更科學的教學評估機制

交互性的教學模式更具吸引力，且能覆蓋更多學生，在增強學生參與感的同時，也能建立和完善教育評估機制。交互性的教學模式向教師端反饋了更多信息，傳統模式下的教師精力有限，在備課與教學之外不可能去了解所有學生的想法，何況收集學生意見。而智能化教育系統能夠將學生端的信息科學全面地反饋至教師和教育部門端，充分發揮互聯網的信息化優勢。

2 教育智能設備產品市場現狀

2.1 硬件層面

現有的硬件類教育智能設備產品有功能較為全面的多功能型智能設備，如教學平板電腦、學生智能手表，也有功能專門化的設備，如翻譯筆、電子單詞卡（見表1）。前者的功能更為全面，旨在建立家校溝通平臺，全面關注學生心理和生理狀態、各門科目的成績，及時交流，在疫情期間也能及時更新在線授課信息。后者主要輔助語言學習，與前者相比，專門化教育智能設備更為便攜，形態各異，但聯網屬性較弱，且功能相對單一，僅以模式成熟的輔助英語學習為主，從智能筆到智能臺燈，均標榜自身的英文翻譯功能，只有少數設備具有拍照搜題、多屏書寫協同等其他功能。

此種軟件功能存在差異的原因在于硬件設計的差異。專門化的教育智能設備自產品設計伊始就限定了其功能的可能性，其內置的模塊通常不足以支持如智能手機一般的復雜系統運行，以期之后兼容其他軟件進行升級，如此可以有效壓縮生產成本，提高設備的便攜性。多功能型教育智能設備通常內置定制化的Android系統，生產流程與一般的手機、平板電腦的生產流程相似，但使用的部件相對低廉，性能較弱，在實際使用此類教學設備的過程中，體驗遠不如并不標榜教學功能的價格略低的非教學用平板電腦，教師與學生的大量時間被浪費在了等待軟件加載和計算的過程中。

2.2 軟件層面

從軟件層面來看，當前在教育智能產品領域，多功能型設備與專門化設備的設計思路都以市場為主要導向，鮮見地方部門牽頭進行定制與開發的情況。對于專門化設備來說，軟件只能由生產方開發，力求與設備硬件完全配合，而對于多功能型的智能教學設備來說，由于其與一般智能手機、電腦等設備的架構相近，開發者得以針對教學場景在設備內部塞入或深度或淺度定制化的Android系統。

在定制不同程度的Android系統的大框架下，廠商或獨立開發者可以針對教學市場開發專門的教學軟件，且能夠適配各教育智能設備的系統。與研發硬件設備相比，其成本較低，但收益模式問題更顯尖銳。傳統的移動端免費軟件開發者可以在軟件中加入廣告以獲得收入，然而在教學類軟件中不適宜采用該營收模式，如果對軟件進行收費，除非被批量采購，否則將陷入軟件無人問津的局面，依靠付費增值服務，在批量采購以外，依賴用戶的主動購買不可能取得樂觀的結果，缺少穩定的收入將給內容長期穩定的產出帶來不良影響。

在以市場為導向的教育智能產品領域，各開發方限于資金與實力，難以將目光放長遠，學生的升學更使他們難以擁有穩定的用戶群。如今智能算法逐漸完善，手持智能手機者紛紛感嘆購物軟件的商品推送機制，此類算法尚未在教育領域有亮眼表現，可謂遺憾。

3 大數據時代教育智能產品設計思路

設計之初應當保持傳統思路，追求硬件的創新感，但更應注重軟件的軟實力。應以中學應試教育為出發點，考慮多方需求，主要包括教師、學生、家長等群體，保持和發揚產品特色，最后考慮在長期運營的情況下收集和運用數據，以優化產品。

對于教育智能產品，教師更注重實際使用體驗，主要需求是便于使用和上手，產品能夠充分提升教學效率。學生的探索欲強，主要需求是界面美觀有吸引力、使用中有成就感。家長的主要需求是在提升學生學習效率的同時，有效防止學生使用智能產品進行與學習關系不大的娛樂活動，并保證學生的生理與心理健康，另外，價格應當被所有家長接受。

在硬件上，以多功能的集成性教學軟件為例，現有的一個系統多個平板電腦和智能手機終端可能是最優的方案，一方面其依托互聯網和成熟的基礎系統，減少了前期成本，另一方面其能夠滿足屏幕教學中的視聽需求，適應應用場景。對專門性功能的設備而言，市面上的產品百花齊放，雖多見手持大小的便攜“小匣子”，但仍有一部分與筆、臺燈等文具相結合的設計方案存在。

滿足教師對教育智能產品的實用需求，減少文書工作的煩瑣操作功能，如自動批改作業、線上作業、自動生成教案等;減少機械化逐一關注學生狀態的功能，重點關注應當受到關注與照顧的學生，即通過算法與機器學習去研究學生的普遍性與特殊性，建立學生檔案，針對弱項科目進行任務加權。這與當下智能化設備產品能夠減少使用者機械和煩瑣勞動的思路是一致的，也能夠幫助教師縮小個體意志之間的差別，在穩定的平臺上追求更好的教育結果，充分開發個體學生的潛力和可能性。

為滿足學生的探索欲和成就感，應當使用較為簡潔的主界面，僅展示主要功能或特色功能，產品色彩應當在科技感與純色等方案之間選擇，前者可以多用鋼鐵、藍光、復雜機械等元素，多用直線、直角、銳角，后者可多用飽和度較高的暖色調，以冷色點綴，多用弧線。此外，針對成就感的滿足，可以為學習功能配套設計相應的可量化的成就系統，避免學習成果僅在許久后的正式考試中才有所體現。學生會對學習軟件中的高額積分產生攀比與分享欲，也可合理設計積分機制，調動學生學習的主動性。

關于家長的需要，能夠限制學生娛樂性操作的深度定制系統與價格要求實際是矛盾的，也與一些學者主張的“用信息化把互聯網帶入課堂”[1]相矛盾。觀念的改變并非一朝一夕能實現的，如今仍需求開發者權衡，保護學生生理健康可以通過久坐提醒等功能實現，此類功能均有成熟的商業方案。

探究中學教育智能產品的根本，應根植于服務教學，特色在于智能產品功能上的可拓展性，為教學模式提供更多的可能性，但絕非拋開現有的教育體制去建立一個并行的學習系統，對算法更應保持警惕，保證算法設計的目標與全中國的利益一致[2]。

關于長期運營和優化的思路，不可能由單獨的市場主體去完成，多半需要官方牽頭或建立聯盟，以此對聯盟中的產品進行進一步的標準化定制，在聯盟內部進行分工，如對單項科目的智能產品進行專門化開發，對學生用具和教師用具的智能設備進行專門化開發，分析學生的個性化特征，進行區域性預測[3]。還可以針對學生定制個性化的作業應用，如此可以提升規模收益，進行數據共享，有利于之后的產品升級。

4 結語

大數據與智能算法是一把雙刃劍，能夠錨定學生群體的共性，提升教學系統的運作效率，優化教育資源配置，也必將參與到教育系統的改革升級中。但更應注重學生的個性，注重信息安全，警惕非感性的算法抹殺學生的個性，避免讓學校成為流水線工廠。

參考文獻：

[1] 王竹立，李小玉，林津.智能手機與“互聯網+”課堂：信息技術與教學整合的新思維、新路徑[J].遠程教育雜志，2015（4）：14-21.

[2] 劉德建，杜靜，姜男，等.人工智能融入學校教育的發展趨勢[J].開放教育研究，2018，24（4）：33-42.

[3] 馮登國，張敏，李昊.大數據安全與隱私保護[J].計算機學報，2014，37（1）：246-258.

作者簡介：李稷翔（1997—），男，浙江永嘉人，碩士在讀，研究方向：訴訟法學。