智能技術驅動在線教育創新發展

衛婷 陳思靜 趙瑞斌 江蘇師范大學智慧教育學院

● 智能技術觸發在線教育新生機

科學技術的發展驅動人類社會邁向更高階段。當前，以人工智能為代表的新一代信息技術引領我們步入智能時代。我國教育信息化已經進入2.0時代，加快智能技術與教育的有效融合對于教育信息化工作具有重要意義。

作為一種新型教育形態，在線教育本質上離不開技術的支持，技術的發展推動著在線教育的不斷發展和創新。2019年，教育部等十一部門聯合印發的《關于促進在線教育健康發展的指導意見》明確指出：“實現現代信息技術與教育的深度融合，在線教育質量不斷提升，學習型社會建設取得重要進展。”國家對技術賦能在線教育提出了更高的要求，也寄予了厚望。同時，在新冠疫情的交織疊加下，可以預見，以智能化、數字化、自動化為特征的智能技術將不斷對在線教育進行變革和升級，在線教育也將借勢發展，觸發新的生機。

● 智能技術驅動在線教育創新發展機理

1.在線教育現存困境

在線教育因其不受時空限制、資源豐富等優勢得到了廣泛應用，與此同時，在實際教學中，在線教育也存在著一些問題值得反思：第一，在線教學資源內容的創新性不足。目前，大多數在線資源的內容基本上是對已有教材內容的簡單電子化，學生只是對教材知識進行重復學習，學習興趣沒有被喚醒，很難實現高階的知識目標。第二，學生社會臨場感缺失。學生長時間身處網絡環境，面對冰冷的屏幕上課容易出現孤獨感和焦慮感，無法產生傳統課堂上面對面交流的真實感受，導致社會臨場感缺失，從而對學習效果產生制約作用。第三，師生深度交互不足。雖說在線教育可以突破時空限制隨時調整學習進度，但缺少面對面的互動與交流，長期下去學習的有效性難以得到保障。第四，教學效果評價不準確。在線教育的教學效果長期以來都被人詬病，由于存在在線教育場域被弱化、師生處于分離狀態、教學環境也存在不確定性等因素，在線教學效果無法得到保障。

2.智能技術驅動在線教育創新的理論依據

（1）多模態理論

模態也可理解為感官，是進行有效交流的渠道，它通過文字、語言、圖像、音樂等符號刺激的人類感官，如視覺、聽覺、觸覺等感官實現與外界環境的交互。多個感官參與到交互過程中就實現了多模態的交互。若單靠網絡一端教師的口頭講授以及幻燈片呈現進行教學，學生只能獲得單一的感官刺激，體驗感也相對較差。相比之下，多模態的交互既可達到接近真實的體驗感受，又可刺激多種感知通道共同推動學習的深度融合。

（2）情境認知理論

情境認知理論認為積極且有效的學習要發生在一定的情境之中。通過真實情境的學習活動，學習者與環境進行交互，真切融入其中，形成共同體，這是實現有意義學習的重要途徑。而在線教育中缺少的就是這種真實的學習活動。長期面對電腦屏幕，學生存在網絡連線的隔閡以及孤島問題，無法真正理解教師所教授知識的含義，也無法進行高階思維的學習活動。

（3）具身認知理論

具身認知理論重視身體和環境的動態交互。認知過程要善于利用情境模擬將學生引入真實的、形象化的具體情境中，促進其用身體感知認知，激發學習興趣，幫助其更深入地理解教學內容。只有基于真實情境且身心合一的交互才能實現沉浸、投入、忘我的學習狀態。

3.智能技術賦能在線教育的新樣態

（1）三維立體的在線教學資源增強內容表征

當前，高校大多采用各類數字化的以圖片、文本、聲音、視頻為主的教學資源進行線上教學，從內容感知和學習體驗方面來看，這類二維扁平化的資源還存在著一些不足。

隨著VR、AR、全息投影等智能技術的不斷應用升級，三維動態的教學資源開始涌現并逐漸應用于在線教學中。它主要分為以下三類：其一，面向生物、物理、化學等學科教學的虛擬實驗。這類資源大多通過創設虛擬實驗室或模擬情境進行教學，將一些不容易理解或難以實現的內容通過虛擬的形象表現出來，切實提高學生的領悟能力。其二，教育部認定并開放的虛擬仿真實驗教學。此類資源主要是面向課堂的一些突發事件，包括模擬心肺復蘇、地震躲避等情境。其三，面向安全問題、思想政治的主題教育。這類資源大多以360全景的方式將異地的博物館、紅色景點實時同步地呈現在師生面前，彌補因時間、成本、路程等問題造成的不便，支持常態化的實踐教學。同時，在5G技術的加持下，可解決網絡卡頓、延遲等現象，保證了在線教學內容的質量。顯然，以立體、動態為特征的教學資源更加生動逼真且具有良好的交互性，學生能更好地把握教學重難點，領悟教學內容。

（2）高度仿真的在線學習環境消除時空分離

學習環境被認為是學習資源和人際關系的組合。在新冠疫情期間，學生的學習環境變為了在線的學習環境，主要由網絡學習環境和家庭學習環境構成。絕大多數學生認為身處網絡學習環境中，極大地影響了在線學習效果和體驗。同時，家庭學習環境并不具備安靜的學習空間，這也對在線學習有較大干擾。可見，學習環境的好壞可直接影響學生的心理情緒和學習狀態，從而影響其學習效率。

在線教育不能直接支持師生之間實現同地同步的教學，正因為如此，學習環境的智能化、仿真化以及虛實化才越來越受到重視。智能技術支持下的在線學習環境旨在營造高度仿真的場域，消除異地時空的分離狀態，努力克服因處于網絡而造成的身體缺場。例如，VR技術打造的仿真化環境，可讓學生有真實觸摸的狀態；AR技術可搭建虛擬和現實之間的橋梁，增強學生的真實體驗感；在元宇宙中，實現超越時空的共生融合，在學生進行知識創造的同時，幫助轉向更高階的智慧學習階段。不難看出，當前在線學習環境依托相互賦能的智能技術，正轉向智慧、互聯、融合、創新，滿足了學生具身學習、個性化學習以及情境化學習的需求。

（3）自然靈活的在線交互方式實現置身參與

對于在線教育而言，師生的實時雙向互動、自然臨場體驗是未來在線教育的新常態。課堂中的互動旨在調動參與教學過程的師生，形成彼此之間良性的交互，以更好地實現教學目標。無論是線下課堂還是線上教學，學生都不能作為一個旁觀者，應該成為一個參與者。越來越多的教師開始重視線上教學中學生的互動，如使用交互式課件、在視頻中插入習題等，可以發現，這些互動主要是在計算機兩端通過點擊鼠標、鍵盤或者觸屏等行為進行操作。這種交互方式雖然讓師生聚焦于課程內容中，但也在一定程度上限制了師生的身體行為，即師生無法感受到對方身體的存在，易造成無助感。借助智能技術創設具有真實感的場景，師生可通過高速無線網絡以及便攜式穿戴設備進行語言、表情、身體動作的雙向交互，讓雙方都能感受到對方身體的存在，獲得置身體驗。顯然，這與現代認知科學的理念不謀而合，即基于真實的環境且身體參與下的交互更有利于學習主體進行知識的靈活遷移。

（4）科學高效的在線教學評價保障教學質量

智能技術創新教學評價，通過全面、科學的評價數據診斷學生已有認知水平，匹配訂制化學習內容，為支持個性化教學提供科學依據，其主要表現在過程評價、增值評價、結果評價和綜合評價四方面。

過程評價注重記錄監測學生在成長軌跡中的表現，對學生的動態學習過程進行伴隨式監測，及時反饋學習效果，及時改進教學方法。增值評價主要針對學生外在的行為和內在的情感、態度等各個方面的數據進行高階分析，將學生的成長變化展現出來，關注的是學生的進步程度，激發學生學習動機。結果評價支持大規模量化的測試，并能自動生成評估報告，極大地減輕了教師的負擔，提升了教學效率。綜合評價支持多元化評價主體和評價手段。評價主體不再僅限于課堂中的教師和學生，課堂外的家長甚至是網絡上的同伴都應參與其中；為了加強教學評價的客觀、公正，評價手段也要從不同角度對學生的發展進行整體性的評估，除了單一的測試，還應包括檔案評價、口頭評價等。

● 智能技術驅動在線教育創新的典型案例

1.三維建模技術創設新型教學資源，激發學生在線學習興趣

三維建模技術是利用計算機系統對現實事物進行精準描繪，實現真實再現的技術。當前，在在線教育中，以往課堂中的實體資源都處于云端、遠端，運用三維建模技術可手工構建或自動生成各類三維模型，實現虛擬與現實之間的交融。一方面，如Maya、3dsMax等，是通過技術人員在三維空間手工繪制并創造出精致、逼真甚至藝術化的三維模型。另一方面，如基于全景圖像VR場景的自動生成、基于多視角圖像三維對象自動建模以及基于激光點云的三維場景自動重建等，是基于真實數據的自動化建模，可將異地的教師以及遠端的實體和抽象的教學內容實時數字化、立體化，并實時、同步地呈現在學生眼前。可以說，利用三維建模技術制作的資源能夠方便學生的記憶、理解與深化，激發學生學習積極性，促進學生自主學習與創新能力的培養。

2.虛擬現實技術彌補臨場體驗的缺失，促進師生線上情感交流

針對目前在線教育中社會臨場感缺失以及師生缺少面對面眼神交流的問題，虛擬現實技術營造的沉浸式學習環境能很好地解決這方面的問題。虛擬現實技術可創設立體動態的、虛實融合的仿真學習環境，讓學生突破時空限制，體驗到在線課堂中無法實現的場景。同時，基于AI+5G所營造的技術場域，可實現高速下載、智能感知以及多模態交互，這種泛在且智能的教學環境能帶給學生仿佛真實環境的臨場感，而不再是隔著電腦屏幕的感受。學生可沉浸其中實現對內容的深度學習，同時也促進了師生的情感交流，達到真正的“共情”。

3.全息投影技術彌補交互體驗的不足，增強師生異地雙向交互

全息投影技術是一種利用干涉和衍射原理記錄再現真實事物的形狀、特征以及動態變化等的三維立體影像技術。全息投影技術助力直播教育的快速發展，讓學生在直播中獲得逼真的在場體驗感甚至超越現場的體驗。當前在線教育大多是一種單向傳輸的方式，未來以全息影像進行學習的方式，可以實現跨時空的深度融合，無延時的特征能夠極大提升師生在課堂中的雙向交互體驗。

4.大數據、云計算技術進行伴隨式數據監測，實現線上教學精準評價

隨著數據挖掘和云計算技術的快速發展及其廣泛應用，線上教學評價呈現出全面化、科學化、精準化的特征。首先，實時關注學生的在線學習痕跡成為可能，也可實現同時監控多個學生的學習動態。對這些真實的數據進行分析，便于教師在線上對學生進行個性化管理，減少無關因素的影響，提高在線教育質量的即時反饋。其次，在準確記錄學生學習行為和學習痕跡之后，可以對其做出科學的預測，對學生學習行為進行有效干預與引導。在此過程中，區塊鏈技術憑借其去中心化、高可信度等特點可有效解決學生的隱私安全問題，促進在線教育的健康發展。當然，區塊鏈中的賬本也可記錄學生更多的有關學習的成果數據，這種數據更具真實性。最后，智慧學習環境中的教學評價應是多元化的，大數據技術可以保證評價的準確性，保障在線教育的高效精準評價。

● 總結

當今時代，信息技術與教育教學的深度融合已成為大勢所趨。以5G通信、人工智能、虛擬現實、大數據等為代表的新一代信息技術已經進入密集創新發展期，驅動教育教學創新發展。智能技術正不斷從教學資源、學習環境、交互方式及教學評價等方面革新在線教育，有效彌補傳統在線教育中的不足，推進在線教育的常態化應用。此外，元宇宙的持續發展及應用落地，也將為在線教育注入新的活力。