基于技術賦能學習的教育數字化新發展

李可

【摘 ?要】 在數字化時代，互聯網憑借其連通性、開放性、泛在性、感知性和顛覆性的特點，對各行各業產生了影響，在教育領域則表現為技術賦能學習。基于此，文章介紹了技術賦能學習的內涵，分別闡述了互聯網的五類技術如何在教育領域實現技術賦能。隨著數字教育時代的來臨，教育行業對教育有了新的認識和理解，技術賦能學習也有了新的發展——技術智慧，即技術占有智慧、獲得智慧，其承擔了教育角色，創造了新發展。

【關鍵詞】 技術賦能;教育數字化;技術智慧

一、技術賦能學習的內涵

技術賦能學習的概念，首次在2010年美國聯邦教育部教育技術辦公室頒布的《國家教育技術規劃》中提出，其主題為“變革美國教育：以技術賦能學習”。《國家教育技術規劃》提出了“技術賦能學習”模型，該模型突出了在以技術為支撐的時代，教育必須以學習者為中心，將學習者作為分析和設計整個學習生態系統的“邏輯起點”，技術應成為學習生態系統的組成部分，而非作為教育應用中的孤立技能存在。而后，2016年的美國《國家教育技術規劃》進一步指出，“技術是推動學習變革的強大動力，它能夠幫助重建和增強師生關系，重塑學習和協作方式，提供適應性的學習體驗，以滿足學習者的學習需求”。

宏觀上，技術賦能學習是指技術為人類學習賦予某種能力或能量，以更好地實現個體的學習目的;微觀上，技術賦能學習是指采用合適的技術支持學習者解決學習問題的能力，其目的在于改善學習者的學習績效。宏觀和微觀的技術賦能學習定義，都體現了建構主義的思想，即以學生為中心，通過技術本身具有的能量影響學生的學習，實質是教育領域應用從“技術為導向”向“以學生為導向”進行轉變，技術與學習共同構成一個整體，促進了學生的全面發展。

二、技術賦能學習的應用

數字時代的主要技術，大致可分為五類：即物聯網、云計算技術、大數據技術、虛擬/增強現實為主的三維計算技術以及人工智能技術。這五類技術在教育領域的賦能如下：

（一）物聯網實現了教育互連

物聯網是指借助各種信息傳感設備，如射頻技術、傳感器和全球定位系統，按照約定的協議實現任何物品與互聯網的連接，實現人與人、人與物信息的實時交換與通信，進而構建人對物的識別、跟蹤、監控和管理的智慧化、泛在化網絡。物聯網具有連通性、技術性、智能性和嵌入性四個特點。

依據其特點，物聯網在教育中的應用，主要表現為三個方面：

1. 物聯網支持教育管理

物聯網能夠將校園的各個物理對象進行互通互聯，通過全面感知校園環境收集數據信息，發現問題并分析原因，實時對物體進行控制，并反饋相關信息，使校園環境可視化，促進校園管理的科學化、人性化和智能化，為學生提供一個優質的學習環境。例如校園一卡通系統將學籍信息、交通出行系統、生活消費系統和圖書借閱系統聯系在一起，實現了一卡多用，既方便了師生使用，又便于管理員處理系統信息。

2. 物聯網提升了教育質量

一方面，物聯網可以將書本上的知識與實際相聯系，便于學生理解知識點，提高了學習效率。例如無錫市南豐小學開展的鴿蛋孵化實驗，幫助學生掌握了生物進化知識。該實驗應用物聯網技術，將鴿蛋孵化的保溫箱與網絡連通在一起，學生通過網絡可以監控鴿蛋孵化的全過程，并對溫控設備和攝像設備進行遠程操作，隨時修正孵化環境，記錄實時的影像資料;另一方面，物聯網可以幫助教師實現課堂測評，便于教師發現學生的知識漏缺，及時對學生進行針對性的輔導，改進教學策略。例如無線交互終端可以構建課堂交互系統，實時監測學生的學習情況。

3. 物聯網延展了學習寬度

物聯網可以實現區域內資源的共享，使信息互通、系統共連，學生可以隨時隨地地學習。例如物聯圖書館服務將圖書信息進行互聯，讀者可以方便地獲取圖書信息、定位圖書，實現跨校借閱圖書、知識庫共享，擴大了知識的傳輸面。

（二）云計算技術提供了教育云服務

云計算最早是由美國的Ramnath Chellappa教授提出的，而后隨著該技術的發展，各類專家提出了云計算的相關定義。現階段，學界普遍認同智慧詞典中給出的定義：“云計算是一種超大規模、虛擬化、易擴展、按需提供、低成本的網絡服務交付和使用模式”。

云計算技術在教育領域提供教育云服務，主要表現為數字資源的存儲、共享和平臺的開發。云服務提供海量的教學資源與平臺，一方面可以滿足“教”與“學”的需求，便于師生實現泛在學習、移動學習等，提高了教育質量;另一方面由于云服務強大的計算能力和巨大的網絡吞吐量，平臺和資源的開發可以同時在云端進行，大幅節約了時間成本，便于維護，減少了教育成本。

目前，很多地區都利用了云計算技術提供教育云服務，例如佛山市教育局通過微軟教育云應用為學生提供郵箱服務、Office Web Apps、網絡硬盤、即時通信，并能實現多平臺、多操作系統、多瀏覽器和多設備的無縫使用，有效地促進了教育的信息化發展。

（三）大數據技術推動了精準教育

大數據源于2004年谷歌公司提出的Map Reduce模型，是指難以用“常規的軟件工具在容許的時間內對其內容進行抓取、管理和處理的數據集合，以及海量數據的獲取、存儲、管理、分析、挖掘與運用的全新技術體系”。大數據具有4V特性，即數據體量大（Volume）、類型多（Variety）、速度快（Velocity）和價值密度低（Value）。

大數據技術在教育領域主要表現為學習分析技術和教育數據挖掘兩個方面。學習分析技術是指對教育大數據進行建模、處理和分析，從而為學習提供支持，發現學習的相關問題以及預測學習的發展趨勢，從而增強了學習效果，實現了精準學習;教育數據挖掘是指運用相關技術和方法，對原始數據進行一系列處理，探究數據隱含的價值，從而為教育提供支持，實現精準教學。前者強調的是分析數據，后者則側重挖掘數據的價值，其典型應用如Masteryconnect，它從教師的日常工作出發，提供了數據的采集、分析、呈現，以及基于數據的協作支持，教師可以在其支持下采集各種教學數據，包括課堂觀察數據和在線測試數據等，在采集數據后，Masteryconnect能夠進行自動化分析和可視化呈現，方便教師及時地發現學生的問題，并采取應對措施。

（四）虛擬/增強現實為主的三維計算技術創建了虛擬教育場景

三維計算技術是指一種可以讓學習者大腦產生“幻覺”的技術，主要包括虛擬現實和增強現實等技術，其通過生成具有視覺、聽覺等多重感官刺激、可進行交互的逼真場景，讓用戶身臨其境。三維計算技術具有沉浸性、想象性、交互性和泛在性等特點。

基于三維計算技術的特性，其在教育領域中的應用，主要表現為知識教育、技能訓練及學習活動效能支持三個方面。首先是知識教育方面，三維計算技術將書本知識通過虛擬場景展示出來，加深了學習者的學習體驗，促進了學習者對知識的理解，從而快速、高效地掌握了知識點。例如國外學者Cai、Chiang等利用AR和Kinect設備，制作了體感教學軟件，將磁場進行了可視化，并可以由學習者通過手勢與磁場進行實時的自然交互，幫助學生掌握了初中物理“磁場與磁感線”的知識內容;其次是技能訓練方面，三維計算技術通過虛擬空間打造了訓練基地，人與場景進行了交互，人們可以進行模擬訓練，從而增強了相關技能。例如佛羅里達大學的喬浩川（Joon Hao Chuah）等研究者開發了用于訓練臨床溝通能力的MR系統，使學習者可以在MR環境中與虛擬兒童病患進行模擬對話，用以檢查兒童的發育狀態，訓練醫學生的臨床技能;最后是學習活動效能的支持。三維計算技術的泛在性特點，讓學習變得更靈活，它能夠構建學習社區，方便學習者的交流，促進了學習活動的展開。例如英國埃塞克斯大學的卡拉漢（Victor Callaghan）等研究者力圖創建一個“MR在線學習環境”，該系統將參加在線課程的師生生成虛擬對象，并集成在同一個MR空間中，學習者借助MR眼鏡、高清顯示器和空間音頻，能夠看到其他的虛擬對象，并進行交流，從而實現了不同空間師生、生生的實時互動。

總之，三維計算技術通過創建虛擬教育場景，為學習提供了支持，促進了學習者對知識的理解、技能的訓練，以及學習活動的展開。

（五）人工智能技術推動智能教育

“人工智能”一詞起源于1956年的美國達特茅斯學院會議，是指通過程序使計算機進行思維推理，使其具備一定的環境適應、自動學習和自動決策等類似于人類大腦的高級智能。

人工智能主要包括三個發展階段，即計算智能、感知智能和認知智能，其在教育領域方面的應用，主要表現在支持學習和促進教育管理兩個方面，推動了智能教育的發展。在學習方面，人工智能的支持主要有智能導師系統、自動測評系統、教育游戲和教育機器人等應用形態，教師可以通過人工智能技術了解學生的特性，改變教學策略，激發學生的興趣，引導學生的學習，從而為學生的學習提供了支持，并有助于學生的個性化學習。例如日本東京理科大學的“Saya教師”項目，這是一個教學輔助機器人，能夠幫助教師解決重復性工作的問題，以便教師能夠將更多的精力用于創新學習方面。在管理方面，人工智能主要包括智能管理系統、教育數據的挖掘、智能化分析與數據可視化等。學校通過人工智能技術分析大量的數據，能夠獲取有用的信息，有助于制訂出高效、科學和可行的教育計劃，為教育決策提供了支持，能夠實行有效的教育管理。例如阿聯酋教育部推出了先進的數據分析平臺，為教育管理提供了支持。

三、技術賦能學習的未來趨勢

從技術賦能的具體應用中可以感知，技術賦予了教育能量。在學習上，技術賦予了學習新能量，使學習更加多元化、高效化，各種學習形態在技術的支撐下開始迸發，為學生提供了個性化的學習路徑;在教學方面，技術賦予了教學新形態，以學定教，實現了精準教學;在管理方面，技術賦予了管理新發展，相關人員通過分析數據、互聯管理系統等創造了新環境，提供了更加科學、高效和人性化的管理方式。技術賦能學習，賦予了學習新能量、教學新形態、管理新發展，實現了技術從身作為工具支持學習到技術能量影響學習的轉變。

如今，技術也被賦予了一種全新的角色——教育者。教師不僅可以利用技術進行教育，還可以創造出一個全新的教育者，一個具有思想、行動力和主動性的教育者，即進入了技術賦能學習的新階段——技術智慧。技術智慧是技術賦能的進一步發展，其本質是技術占有智慧，并獲得智慧的過程。技術智慧強調兩個重點，一是技術的發展具有智慧，技術是由人創造的，但在某些程度上，技術“超越”了人的智慧。例如阿爾法狗對戰柯潔，柯潔戰敗，阿爾法狗機器強大、精準的算法能力，是人類無法匹敵的，但技術的超越是無法決定社會的，這種技術的智慧在人的可控范圍之內;二是技術的智慧成為主體，在教育領域，技術可以充當一個教育者的角色，學習者在技術的指導下進行學習活動，技術甚至可以支配教育。例如美國奇點大學校長雷·庫茲韋爾提出，到2030年，納米機器人技術，能夠通過毛細血管以無害的方式進入人的大腦，將人的大腦皮層與計算機聯系起來，進而改變人類大腦的運算能力。奇點大學強調了科技的力量，指出這是一個指數型增長的時代，技術的高速發展，導致新型組織的產生，變革行業的發展。奇點大學的這種理念從側面反映了技術智慧，技術通過其本身具有的智慧創造了新發展。

在未來，學習可能存在這樣一種形態，學生在日常使用技術的過程中，通過感知技術的智慧發現知識漏洞，產生問題，從而主動地補充知識，尋求解決方案。總而言之，技術賦能發展是技術智慧，技術智慧變革了教育，技術不僅促進了教育的發展，還可以承擔教育的角色，引發學生主動學習、創造性發展。

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