新興教育技術在氣象人才培養中的應用及發展趨勢

秦育婧 盧楚翰

（南京信息工程大學大氣科學學院，江蘇 南京 210044）

0 引言

“互聯網+”時代，新技術的迅猛發展使社會生活發生了前所未有的改變，高等教育也在這場技術帶來的變革之列。當前，信息化浪潮正席卷全球，人工智能、大數據、云計算等新技術與教育逐漸融合，對教育的“革命性影響”正在日益凸顯[1]。

氣象人才培養是我國氣象事業發展的關鍵一環。為了發展我國氣象事業，拓展氣象服務領域，保障人民生命財產安全，更好地服務于國民經濟和社會發展，就必須全面提高氣象隊伍的整體素質，增強氣象隊伍的開拓創新能力[2]。高層次、復合型、創新應用型氣象科技人才的培養是國家氣象事業發展的有力支撐[3]。目前國內招收大氣科學類本科專業學生的院校有20所（不含港澳臺）。整體來說，由于開設氣象專業的高校少，分布不均（學校分布在12個省市，招生生源地分布不均），畢業生人數遠不能滿足氣象部門和行業需求[4]。將新興教育技術充分應用于氣象人才的培養中，是提高氣象人才培養質量的重要途徑。

隨著信息技術不斷發展和應用場景的不斷擴展，學生對開放教育資源的需求不斷增加。這些變化的發生都會增加新興技術在教學方面的重要性，將新興技術應用于氣象人才的培養中將是一個不可逆轉的趨勢。然而新興技術在氣象人才培養中的應用的相關研究還比較缺乏。本文通過對2021年《地平線報告（教學版）》的分析，討論了新興技術在氣象人才培養中的應用，思考新興教育技術未來的發展趨勢，以期助力高層次、復合型、創新應用型氣象科技人才的培養。

1 影響高等教育教學發展的技術趨勢

在信息技術教育教學應用發展趨勢方面，美國新媒體聯盟（New Media Consortium，NMC）自2004年起，開始發布《地平線報告》，預測未來五年內，可能會在教育領域對教學、學習產生重大影響的新興技術、關鍵趨勢和重要挑戰[5]。《地平線報告》影響了全球160個國家和地區，被翻譯成50種語言，成為教育信息化發展的風向標[6]。

2021年《地平線報告（教學版）》概括了影響高等教育的關鍵技術與實踐。報告對第二部分的標題進行了調整，將原有標題“新興技術和實踐”改為了“關鍵技術與實踐”。表1是2020年與2021年《地平線報告》中提出的影響全球高等教育教學的技術與實踐的對比。可以看出，2021年報告提出的6項影響未來高等教育的關鍵技術與實踐，其中人工智能、開放教育資源、學習分析等3項在2020年報告中就已出現，說明這3項技術的重要性在延續。此外，新增了混合課程模式、優質在線學習和微型證書3項關鍵技術與實踐，替代了原來的教學設計、學習工程和用戶體驗的提升、下一代數字學習環境及擴展現實技術。可見，調整之后的關鍵技術與實踐更加注重該項技術在高等教育中的關鍵性，并且顯示出了新冠肺炎流行對高等教育格局的改變。雖然這些轉變是否已經生根發芽并將持續到未來還有待觀察，但新興技術在高等教育中的應用已經是不可逆轉的了。

表1 2020、2021年《地平線報告》中影響全球高等教育教學的技術與實踐對比

圖1為2021年《地平線報告》中人工智能、開放教育資源、學習分析、混合課程模式、優質在線學習和微型證書6項關鍵技術與實踐案例的占比。圖2給出了2021年《地平線報告》中6項關鍵技術與實踐的評估結果。評估從后疫情時代的重要性、學習成果影響、風險、促進公平與包容、師生接受度及成本開支6個方面進行。

圖1 《地平線報告》中關鍵技術與實踐案例占比

圖2 2021年《地平線報告》中6項關鍵技術與實踐的評估

（1）人工智能。人工智能在高等教育領域的應用已非常廣泛。人工智能技術的第一個關鍵作用是幫助師生應對在教學與學習過程中遇到的各種挑戰，助力學習者取得成功，典型案例是各種機器人項目和基于人工智能的學習分析工具等應用。第二個關鍵作用是促進課程和相關研究項目的重構，以更好地服務“人工智能一代”[7]。此外，人工智能所需投入的資本是所有6項關鍵技術與實踐中最多的，但目前該技術的師生接受度最低、風險等級最高。

（2）學習分析。通過分析學習相關的數據，高等教育相關機構能夠不斷完善教育決策，為學習者提供最佳服務。該技術需要特別注意的是，學習分析所產生的道德倫理問題，諸如數據透明度、數據所有權和控制權、數據可訪問性、機構責任和行動義務、數據授權許可、學生參與和責任等[8]。

（3）開放教育資源。受到“新冠疫情”的影響，開放教育資源的重要性日益凸顯。開放教育資源能夠促進教育公平，保持教學內容的時效性，節約成本，并賦能師生完善教學設計，增強學習體驗。在“新冠疫情”期間，教師尋找形式靈活的教材，一些學生也開始參與學習資源建設。在所有6項關鍵技術和實踐中，對于后疫情時代助力靈活的教學模式而言，開放教育資源是最重要的[9]。

（4）混合課程模式。在今年呈現的關鍵技術與實踐案例中，有近2/3的案例與混合課程模式相關。“新冠疫情”促使高等教育領域迅速出現了大量形式多樣的混合課程設計。師生對教室功能也產生了新的需求，希望教室能夠支持混合課程模式[9]。

（5）微型證書。微型證書首次作為關鍵技術與實踐出現在報告中。紐約州立大學（SUNY）將微型證書定義為：能夠驗證、核實并證明相關人士已習得特定技能和/或能力的學習項目[10]。混合課程模式可能是微型證書不斷發展的重要因素，微型證書能夠創造個性化的學習結構，為職業發展特別是在職人員的職業發展創造無限可能。

（6）優質在線學習。受到“新冠疫情”的影響，許多教育機構被迫采取在線教學模式和方法，并在緊急情況下將大量線下課程轉型成數字化課程形式。但為應對緊急狀態而設計的在線課程，可能難以保障教學質量，因此，高等教育機構加強了對課程數字轉型過程中教學質量問題的研究[11]。

綜上所述，混合課程模式、優質在線課程和開放教育資源幾項技術是后疫情時代最重要的關鍵技術。并且從學習成果影響、促進公平與包容及師生接受度三方面來說，這幾項技術評分也是最高的。可以認為，疫情的發生加快了高等教育進入混合或在線模式的腳步，新興技術在高等教育中扮演越來越重要的角色。值得注意的是，雖然目前調查顯示人工智能技術成本和風險等級最高，師生接受度最低，但它在高等教育領域的應用已非常廣泛，并且它在促進課程和相關研究項目的重構中有重要作用，將影響未來高等教育的可持續發展。所以人工智能技術的發展仍然是不可忽視的。

2 我國氣象人才培養中新興教育技術的現狀

魏雪峰等[1]的研究表明，我國高等教育的新技術應用與上述分析既有吻合之處亦有諸多不同。我國高等教育的新技術應用有兩個重要的趨勢：一是，開放教育資源快速增加；二是更多地應用混合式學習設計。混合式學習就是要把傳統學習方式的優勢和網絡化學習的優勢結合起來，既要發揮教師的主導作用，又要充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性[12]。

得益于新興技術的應用，部分氣象類課程已經采用線上線下混合的教學方式，從“教師教”向“學生學”轉變。同時，這些教學資源也有利于教師互助交流，提升教師教學水平。在應對疫情的線上教學中，新興教育技術也發揮了重大作用。參考2021年《地平線報告》，對多所高校40余名教師進行了調研。圖3給出了我國氣象人才培養中的關鍵技術與實踐現狀及未來發展趨勢。可以看出，目前氣象人才培養中應用最多的技術是開放教育資源，其次是混合課程模式和優質在線學習。最可能在未來五年得到大發展的新興技術也是開放教育資源，其次是優質在線學習及人工智能。值得注意的是，在應用現狀中人工智能與學習分析技術的使用比例較低，但在未來五年的預期發展中比例大幅增加，這也說明了未來新技術的應用趨勢。

圖3 我國氣象人才培養中的關鍵技術與實踐現狀及未來發展趨勢

圖4為我國氣象人才培養中的關鍵技術與實踐評估。可以看出，后疫情時代最重要的關鍵技術是開放教育資源混合課程模式、優質在線課程和混合課程模式。從學習成果影響、促進公平與包容及師生接受度三方面來說，這幾項技術評分也是最高的。這與《地平線報告》中的前幾項是一致的，只是排序略有不同。這說明我國氣象人才培養使用的關鍵技術與實踐在后疫情時代與全球高等教育體現出了一致性。投資成本與風險最高的仍然是人工智能。

圖4 我國氣象人才培養中的關鍵技術與實踐評估

與《地平線報告》結果有所不同的是，師生接受度最低的是微型證書而不是人工智能。這可能與對微型證書的理解有關。目前國內微型證書確實還未開始廣泛應用，但微型證書首次作為關鍵技術與實踐出現在《地平線報告》中，表明它在全球的高等教育中已經有了一定的接受度。因此，微型證書在人才培養中的應用趨勢也是值得關注的。

從以上分析可以看出，目前我國的氣象人才培養中關鍵技術的使用與全球高等教育的情況基本一致。可以認為，疫情的發生加快了高等教育進入混合或在線模式的腳步，新興技術在高等教育中扮演越來越重要的角色。將新興技術應用于氣象人才的培養中將是一個不可逆轉的趨勢。從評分來看，《地平線報告》中各項技術的評分比較平均，而我國氣象人才培養中的關鍵技術與實踐評估中，各項技術的評分則體現出較大的差異。特別是微型證書這項實踐，在各項評分中均較低。而在《地平線報告》中，微型證書在后疫情時代的重要性、師生接受度中評分都居于第三位。這一差異性存在的原因及未來的趨勢是值得討論的。

3 我國氣象人才培養中新興教育技術趨勢的思考

通過與2021年《地平線報告》中的關鍵技術與實踐對比，我國的氣象人才培養中關鍵技術的使用既有與全球高等教育一致的情況，也呈現出自己獨特的一面。目前社會生活的方方面面都受到了全球疫情的影響，由此讓我們看到教育生態系統的生長點和韌性，也看到了教育生態系統的脆弱性和痛點[9]。這期間新興技術的應用呈現出了不可逆轉性和不可替代性。正因如此，我們需要思考新興教育技術在氣象人才培養中的應用策略，助力高層次、復合型、創新應用型氣象科技人才的培養。

3.1 加快構建高質量的教學資源及教學環境

從疫情走向后疫情時代，新興技術在教學方面的重要性大大增加。不管是目前已經在教學中應用較多的開放教育資源、混合課程模式、優質在線學習等技術，還是未來可能極大發展的人工智能、學習分析等技術，都要借助智能技術手段，如為教學活動提供技術工具，將基于技術工具的場景融入常態化教學環境。同時師生對教室功能也產生了新的需求，希望能多建設支持新興技術應用的智慧教室。此外，優質的教學資源也是人才培養的根本保證。與傳統教學資源不同的是，在新興技術的參與下，優質教學資源還包括優質的在線課程及精品課程。目前氣象類的在線開放課程還偏少，需要加快建設，為氣象人才的培養打下堅實的基礎。

3.2 優化教學組織模式

隨著信息技術的不斷發展和應用場景的不斷擴展，學生對開放教育資源的需求不斷增加，傳統的教學方式向“以學為中心”的教學方式轉換。學習方式呈現多樣化，考核方式更加注重過程性評價、教師角色的轉換與重塑。新興技術的應用不能唯技術論，而應該是人與技術的融合。不能單純地強調技術的改進，而是重視將技術融入學習者和教育者中并加以實踐和應用。以學習者學習為中心，強化教學設計和學習設計。教師從單純地承擔教育者的角色，向承擔設計者、引導者和實踐者的多重身份轉變。這對學校的管理、教師的專業發展以及學生的能力都提出了新的要求。在教學設計方面，以混合式的教學設計替代傳統單一的教學設計，通過教學設計創新驅動混合課堂轉型升級和教學方式創變。教師要運用開放教育資源助力學生開展在線學習，幫助學生隨時隨地獲取學習資源，促使學生能夠根據教師、同伴或技術平臺的評估反饋進行自我調節，全方位地提高參與度和投入度[13]。與此同時，高校也應鼓勵信息化技術的使用，開展有效的教師培訓，完善管理制度。

3.3 促進跨學校跨機構之間合作

新興教育技術的應用有助于打破地域局限和跨界壁壘，促進學校之間、局校之間的氣象人才培養的合作。推動國內高校引進國外大學的優秀教育資源，同時把中國高校的優秀教育資源推向世界，積極搭建國際開放教育資源共享平臺，促進國際合作交流。在跨學校跨機構的合作中，微認證以其“微型”特征，以能力導向、面向需求、滿足個性、快速靈活等優勢區別于傳統高等教育資格認證體系，是一個較好的實踐途徑。同時微認證能夠為在職人員的專業發展創造無限可能，能有效指導學生開展針對性的非正式學習，構建靈活的終身學習成長機制。微認證能彌補傳統證書時間跨度大、可流動性能差、無法精準匹配等問題，并能有效彌合教育供給與市場需求之間的鴻溝，縮小社會需求和培養能力之間的差距[14]，對提升學生專業能力水平和豐富人才資格認證體系具有重要價值。