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[DOI]10.13939/ki.zgsc.2016.36.197
1 中學教育現狀
教育乃立國之本，而中學教育乃是重中之重。一方面，中學生處于青春的成長期，各項綜合素質逐漸完善中，中學教育意義和責任重大；另一方面，中學教育仍然是應試教育為主，仍然需要面對千軍萬馬過獨木橋的“中考”“高考”，中學教育很大程度左右了學生的未來。
目前的中學教育資源，分為公共教育資源――公辦/民辦學校教育，和社會教育資源――私人家教、補習班等，有如下兩個特點。
1.1 學生得到的公共教育資源不足
學校班級結構的構成是：一名班主任教師，多名科任教師。在大多數學校中，無論是班主任教師，還是科任教師，均會承擔其他班級的教學任務。可以看出，教師資源是非常有限的，加上“中考”“高考”的上線壓力，教師往往會將有限的精力分散關注在所有的學生上，每個學生得到的公共教育資源并不多。
1.2 學生獲取的社會教育資源不公
學生若在學校無法獲取更多的教育資源，將不得不轉向社會教育資源去求助。據統計，學生參與社會教育資源的成本在200元/小時，學習費用成本過高，進一步造成普通學生的社會教育資源也無法獲取。
本文要探討的，正是通過人工智能這一現代信息化技術，構建智能輔助學習系統，使中學生能夠獲取到更多、更公平的教育資源。
2 智能輔助學習
2.1 人工智能簡介
人工智能（Artificial Intelligence）是計算機科學的一個分支，是一門研究運用計算機模擬和延伸人腦功能的綜合性學科，能夠對人的意識、思維等信息過程進行模擬。隨著計算機科學技術的發展，特別是近年來大數據技術的成功應用，人工智能在越來越多的行業展現出蓬勃的沖擊力。以谷歌圍棋機器人“阿爾法”、微軟助理機器人“小娜”等為代表的虛擬智能機器人，能像人那樣思考，也具備超過常人的智能。
在國內，人工智能在教育領域的理論研究和教學實踐表現得越來越活躍，盡管人工智能并不是為教育專門研發的，但是人工智能的不斷發展，使得其在教育中的應用也越來越廣泛，教育的智能化一直是教育界和教育技術領域的理想和目標。
2.2 智能輔助學習系統
智能輔助學習系統，其表現形式是能夠為每個學生，配備一個虛擬教師。學生能夠通過電子設備（如手機、計算機），與虛擬教師進行交流對話，咨詢虛擬教師各學科的問題，并得到有效的學習輔助。
該智能輔助學習系統，具備以下幾個特征。
2.2.1 虛擬教師跨學科能力
與傳統的教師專一某一學科不同，虛擬教師并沒有學科邊界劃分。只要學習系統研發出某一學科的學習算法，該虛擬教師就能夠獲取該門學科的能力。
2.2.2 虛擬教師深度自學習
虛擬教師的“智能”來源于三方面。一是學生基本信息檔案，該檔案涵蓋了從小學教育開始的學科成績、綜合能力、愛好特長等，虛擬教師得到學生的人物畫像。二是虛擬教師對學生的自學習，每一次雙方的溝通交流，虛擬教師都能夠不斷更新發展學生的畫像。三是虛擬教師對學校課堂內容的自學習，虛擬教師并不是獨立于學校教育存在的，而是作為學習教育資源的一個補充，虛擬教師能夠掌握課堂進展、作業部署、考試動態等信息。
2.2.3 接近自然語義的溝通
學生與虛擬教師之間，可以通過自然語義的語音和文字進行溝通，如 “今天數學作業第2題不會”“《荷塘月色》全文中心思想是什么”“Lets start a conversation”等。其他計算輔助手段為補充，如上傳某道數學題圖片，虛擬教師通過圖形識別匹配，給出該題的解題思路和講解。
2.3 優勢分析
智能輔助學習系統，有三大核心優勢。
一是“即學即問”，相比目前的學校教育和社會教育，學生在學習遇到困難時，只有有限的時間與教師交流，在智能輔助學習系統中學生將不受空間、時間限制，隨時隨地可以與虛擬教師互動，獲取充足的教育資源。
二是“定制教學”，相比目前的教育形式，課堂上教師與學生是一對多的關系，教師不可能專為某個學生定制教學方案，在智能輔助學習系統虛擬教師與學生是一對一的關系，虛擬教師能夠更了解學生，根據學生的具體情況制訂最佳學習方案。
三是“受眾廣闊”，相比目前的公共教育資源緊缺、社會教育資源費用昂貴，智能輔助學習系統一旦推廣，受眾學生可無限增加，邊際效應非常明顯。并且計算機系統設計特有的水平擴展能力，能夠隨著學生人數的增加而增加，支撐廣大的學生輔助學習。
2.4 前景預測
筆者比較看好人工智能在中學輔助教育中的落地前景，除了前文所述的人工智能技術發展，為中學教育帶來的價值外，當前國家政策和社會環境也非常有利。
第一，未來10年國家政府和教育部門會大幅增加在教育信息化產業上的投入，隨著《國家中長期教育改革和發展綱要（2010―2020年）》和《教育信息化十年發展規劃（2011―2020年）》等相關規劃相繼出臺，各級地方政府和教育部門都非常重視教育信息化產業的投入，人工智能+云計算是重中之重，人工智能技術的興起必將教育信息化推向一個新的高度。
第二，教育信息化逐漸成為風口，根據前瞻產業研究《中國在線教育市場前景與投資戰略規劃分析報告》統計，2015年在線教育市場規模大約為479億美元，而這一數字在2020年預計將增長到504億美元。這個持續迅猛增長的市場正在吸引越來越多的創意和資本，教育領域中的人工智能也很快會成為熱點，涉足其中的高科技公司也會越來越多。
3 結 論
本文通過智能輔助學習系統，探索了人工智能在中學輔助教育中的一個應用。雖然沒有介紹具體的技術實現、系統研發，但對現狀痛點、應用前景做了綜合性分析概述，相信隨著科學技術的持續發展、教育領域的融合開放，本文探索的這個應用將實現于市場，使廣大中學生能夠獲取到更多、更公平的教育資源。
參考文獻：
[1]何維貴.利用現代化教學手段打造高效課堂[J].廣西教育（中等教育），2013（6）.
這只是人工智能在教育領域的小試牛刀。雖然有專家預測在未來十年內不會看到人形機器人替代教師進入課堂，不過地平線報告2016年基礎教育版和2107年高等教育版都預測未來五年內人工智能將會在教育行業普及。
教育行業已有的人工智能研究和應用
Woolf等人在2013年提出了人工智能在教育領域應努力解決“五大挑戰”：①為每一個學習者提供虛擬導師：無處不在地支持用戶建模、社會仿真和知識表達的整合。②解決21世紀技能：協助學習者自我定位、自我評估、團隊合作等。③交互數據分析：對個人學習、社會環境、學習環境、個人興趣等大量數據的匯集。④為全球課堂提供機會：增加全球教室的互聯性與可訪問性。⑤終身學習技術：讓學習走出課堂，進入社會。
過去十年，一些研究者對人工智能在教育領域中的應用做了大量的探索。相關的研究成果包括：①跟蹤學習者的思維步驟和解決問題的潛在目標結構（Anderson等，1995）；②診斷誤解和評估學習者的理解域（VanLehn，1988）；③提供及時的指導、反饋和解釋（Shute，2008）；④促進高效學習的行為，如自我調節、自我監控和自我解釋（Azevedo&Hadwin，2005）；⑤以合適的難度水平和最適當的內容來規劃學習活動（VanLehn，2006）。
這些研究，基本上使用到了人工智能的每一項技術——自然語言處理、不確定性推理、規劃、認知模型、案例推理、機器學習等。“智能導師系統”就是基于這些研究和技術而開發的人工智能教育應用。類似的成熟產品包括Tabtor（hellothinkster.com）、CarnegieLearning（carnegielearning.com）和FrontRow（frontrowed.com）。2014年，加拿大西蒙弗雷澤大學的一項試驗發現用智能導師系統的學習者比使用其他教學方法的學習者獲得的成績更高。
人工智能在教育行業的新發展
教育行業的三種類型（內容、平臺和評估）的服務商都在經歷著一場變革。內容出版商面臨紙質印刷到數字出版和開放教育內容的挑戰。學習平臺正試圖區分自適應、個性化和數據分析的功能。評估供應商則繼續探尋從多項選擇題測試轉向更具創新性的問題類型。人工智能將為這三種類型教育服務商帶來新的發展思路和契機，同時也惠及教育生態系統中的所有利益相關者。學生通過即時反饋和指導提高學習效率，教師將獲得豐富的學習分析和個性化指導經驗，父母能夠低成本地為孩子改進職業前景，學校能夠規模化提高教育質量，政府能夠提供負擔得起的教育。2017年，人工智能將在以下領域發揮其效益。
1.人工智能批改作業
批改作業和試卷是一件乏味的工作，這通常會占據教師大量的時間，而這些時間本可以更多地用于與學生互動、教學設計和專業發展。
目前，人工智能批改作業已經相當接近真人教師了，除了選擇題、填空題外，作文的批改能力已經大幅提高。美國斯坦福大學已經成功開發出一種機器學習程序，能夠批改8～10年級的作文。隨著圖像識別能力的大幅提高，手寫答案的識別也接近可能。就連占有美國標準化考試60%市場份額的全球最大教育企業——培生公司也認為，人工智能已經可以出現在教室并提供足夠可信的評估。據培生公司近期的報告IntelligenceUnleashed推測，人工智能軟件所具有的廣泛的、定制的反饋能夠最終淘汰傳統測試。
2.人工智能實現一對一輔導
自適應學習軟件已經能為學生提供個性化學習支撐。據2011年VanLehn的一項研究發現，人工智能在某些特定主題和方法上比未經訓練的導師更具有效性。進一步的研究發現，人工智能導師能在學生出錯的具體步驟上給予實時干預，而不是就整個問題的答案給予反饋（Corbett&Anderson，2001；Shute，2008）。
自適應學習在拉美地區正在興起。AndréUrani市政學校的學生使用人工智能軟件Geekie觀看在線課程（視頻和練習）。Geekie為學生提供每一步的實時反饋，并隨著學習的進展來傳授更為精細的課程內容。
早在1984年，本杰明·布盧姆的研究就提出一對一輔導能帶來更好的學習效果。而人工智能技術可以模擬一對一輔導，以更好地跟蹤、適應和支持個體學習者。這將是人工智能在教育中更高層次的個性化學習應用。例如，比爾·蓋茨看好的人工智能聊天機器人或個人虛擬導師，能在學生面臨挑戰時提供強有力的支持，隨時隨地回答學生的提問；還可以為學生訂制學習方案和規劃職業發展路徑，并引導學生走向成功。更重要的是，人工智能可以匹配聊天機器人或虛擬導師的面孔和聲音來滿足學生個人喜好。對比網頁界面的自適應學習系統，這才是真正做到了一人一導師。
3.人工智能關注學生情感
2016年地平線報告高等教育版把情感計算列為教育技術發展普及的重要方向。也就是說，人工智能不僅限于模擬人類傳遞知識，還能通過生物監測技術（皮膚電導、面部表情、姿勢、聲音等）來了解學生在學習中的情緒，適時調整教育方法和策略。例如，機器人導師捕捉到學生厭煩的面部表情時，就可以立即改變教學方式努力激發他們的興趣。這種關注情感的人機交流為學生營造一個更真實的個性化學習環境，更好地維持了學習者的動機。美國匹茲堡大學開發的AttentiveLearner智能移動學習系統就能通過手勢監測學生的思想是否集中。突尼斯蘇斯國家工程學院的研究人員正在研究開發基于網絡的人工智能教學系統。該系統能夠識別學生在任何地方開展科學實驗的面部表情，以優化遠程虛擬實驗室的教學過程。
進一步的研究發現，人工智能還可以關注學生的心理健康。當前已經有使用人工智能來為自閉癥兒童提供有效支持的案例。例如，倫敦知識實驗室在Topcliffe小學開展試驗，讓自閉癥學生與半自動虛擬男孩安迪開展互動交流，研究人員發現患有自閉癥的學生在社交能力方面有進步。
4.人工智能改進數字出版
教科書等課程材料并非總是完美，傳統印刷出版讓課程的修訂變得過于緩慢。這不僅是生產工藝的問題，更主要的是紙質課程材料無法快速獲取使用者的反饋來識別缺陷所在。而數字化出版在人工智能的支撐下能徹底改變這一現狀。
人工智能可幫助使用者快速識別課程缺陷。大規模網絡開放課程Coursera的提供者已經將這一想法付諸實踐。當發現大量學生的作業提交了錯誤的答案時，系統會提示課程材料的缺陷，進而有助于彌補課程的不足。
另一項人工智能在數字化出版的應用是自動化組織和編寫教材。這是基于深度學習系統能模仿人類的行為進行讀和寫。ScottR.Parfitt博士的內容技術公司CTI就依據這項技術幫助教師定制教科書——教師導入教學大綱，CTI的人工智能引擎能自動填充教科書的核心內容。
隨著自然用戶界面和自然語言處理在人工智能領域的成熟應用，課程材料的數字化出版也會有更新的形態——不再局限于書本或網頁的形式，聊天機器人和虛擬導師將成為內容表達的更好的方式。
5.人工智能作為學生
多年的研究表明，教會別人才是更好的學習，即learning-by-teaching。美國斯坦福大學教育學教授DanielSchwartz正基于這一理念來開發新的人工智能產品。他聯合了多個領域的專家一起開發了人工智能應用——貝蒂的大腦（Betty’sBrain），讓學生來教貝蒂學習生物知識。試點研究發現，使用這一方法來學習的學生比其他學生成績更好，且在科學推理上也更勝一籌。
類似的研究和開發還有瑞典隆德大學的TimeElf和美國卡內基梅隆大學的SimStudent，這兩個人工智能產品也是基于learning-by-teaching而開發，讓學生在教會機器人知識的過程中深化對知識的理解。
第一，始終把提高教育質量放在首位，但要避免重蹈應試教育的覆轍。在技術與教育深度融合的過程中，最重要的問題是要明確目的和手段的關系。教育的根本任務是立德樹人，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。技術應用到教育中的最終目的，是為了培養人。相較于城市，農村教育的基礎較為薄弱，可以充分利用信息化手段，把城市優質資源輸送到農村，并且使用技術提高教學效率。但要避免走入技術助長應試教育的誤區，要以育人為前提，在實際教育教學中恰當融入信息技術。
第二，要進一步加強農村地區教師隊伍建設，提高教師的業務水平和信息素養。免費師范生政策、特崗教師計劃及鄉村教師支持計劃等政策的出臺，解決了一些偏遠農村教師“下得去、留得住”的問題。
李 奕：是的，當時計劃的“教師走網”，已經通過“北京市中小學教師開放型教學實踐活動”在全市范圍的教師繼續教育領域里成功地“走”了起來。教師通過自主選課并在課堂中聽課研修，改變了傳統繼續教育“講大課”的方式，實現了教師選擇的自主性和實踐性。該項目自2016年4月啟動以來，已經在上半年和下半年各完成了一輪培訓活動。
第一輪培訓，我們將市級以上骨干教師的1482門課程名錄掛到網絡平臺上，聽課教師在線自助選擇自己喜歡的課，充分尊重了聽課教師的自主選擇權。只要教師自己喜歡，就可以跨年級，甚至跨學科選擇授課老師的課。線上選定聽課對象以后，聽課教師們就可以根據時間安排，到線下授課點聽課，并參與教研和備課。這一系列活動完成后，教師們將照片、任務單上傳到平臺，平臺就會給授課老師和聽課老師雙向計學分。由于這個平臺對接北京市教師MIS系統，所計學分與教師的繼續教育、晉級密切相關。
在開展第二輪培訓時，又實現新的突破――我們把上傳授課目錄的教師擴展到年輕的骨干教師。只要教師具備獨特的內容或擅長的方面，就可以上傳。由于上傳行為本身是沒有成本的，只有實際發生聽課行為了，才有成本，所以我們繼續擴大供給側的結構和數量，供給越多，教師們選擇的范圍就越大。此外，還有一個變化就是，民辦教育機構的教師也首次嘗試進來，量雖不大，但是一種類型，或許不輸給公辦學校的教師。“北京市中小學教師開放型教學實踐活動”是典型的利用互聯網思維來運作的一個項目，它的特點是自選、開放、后付費。形式上，它與初一、初二的開放性科學實踐活動相似，不同的是，這次是教師“走網”，骨干教師、特級教師的優質資源屬性開始在網上流動了。
為了保障培訓質量，讓學員之間能夠有充分的討論和互動，我們要求每位授課教師每學期最多開放兩次課，并且每次課最多接納10個學員聽課。所以，有的授課教師大家搶得厲害，而有些授課老師的課型掛上網以后，沒有人選他的課，形成潛在的壓力。
記 者：在實際的操作過程中，真的會出現這種情況嗎？那不被選的教師豈不是很尷尬？
李 奕：當然有。第一輪1482門課程掛上去后，只有1375門課程選滿了，另外100多課程情況很復雜了。有的授課教師已經脫離教學一線，有的是對開放自己的課程壓力大等。中央提出，要更多地用市場的機制決定資源的配置。這就是由市場機制來決定，拿事實來說話。包括以后我們評價一位教師的影響力，就要看他的受眾到底有多少？通過互聯網的行為數據，能查出每年到底有多少個區縣、多少個教師選他。選的人多了，他自然就是骨干，因為他已經用實際的影響力證明他就是這個領域的“骨”和“干”了。假如還有另外一位教師，他一年教了200節課，發表了10篇論文，但只是面向自己教的這兩個班的學生。那他是一位優秀、敬業的好老師，可是他在骨干引領作用的發揮上，就不充分了。
這些都是在互聯網思維下的市場機制和優質資源屬性配置。這個項目運行后還有個“副產品”：來聽課的10位學員之前可能完全不認識，但在聽完課離開的時候互相加了微信，建了微信群，形成了一個備課交流圈子。有了這個圈子，教師們以后的討論會延伸下去。這就是運用互聯網思維建立起了教育系統內人與人之間“跨界”的連接。
在通州區啟動的雙師服務工程只是一個試點，將來有可能擴展到全市。一旦全面啟動，將會比“北京市中小學教師開放型教學實踐活動”的工程大，因為它屬于教育的基本公共服務范疇。
“智慧學伴”將讓學生的交往超越學校和學區邊界
記 者：您剛才提到教師參加開放型教學實踐活動后，會結成一個個社交的小圈子。這個圈子超越了地區和班級的界限。這種邊界的超越，會發生在孩子們身上嗎？
李 奕：實際上已經發生了。北京市初中開放性科學實踐活動計劃帶來的寶貴“財富”是：一個實踐活動班內30個來自不同學校的孩子聚在一起搞科學實踐活動，從互相不認識，到在一起做事，再到分手時合個影、留個聯系方式，后續還會有聯絡。這是任何一所學校靠自身力量，再怎么走班教學，也提供不了的教育服務。等這撥孩子2018年中考時，每個人的通訊錄里都有五個以上非本區、本校的同學，而且他們在一起合作學習：做過飛機、拆過鼠標或搗鼓過中醫藥、護手霜，到現在還有聯系。這就是在孩子們身上真實發生的實踐活動。這個項目給教育系統留下來的是他們選課的記錄，告訴我們為什么學生喜歡選這個，不選那個。所以，這個項目最大的價值就是讓孩子獨立選擇，而且班級的組合是開放的，是有意做到“無組織、有紀律”，不再需要“帶隊老師”，不再是和“本班的同學”一起做了。
北京市教委2017年從教育信息化角度重點推進的一個項目就是“智慧學伴”。互聯網給人帶來的是相互交往能力的躍升。這時候，人與人之間的交流就不僅是可以穿越邊界，還能實現跨越角色的交往。無論是成年人還是孩子，都可以通過互聯網參與到社會實踐中，找到與自己志同道合的學伴。就拿“雙師工程”來說，其實它背后更可能吸引孩子的，不是雙師，而是學伴。在參與活動的過程中，一個學生可能在這兒找到幾個跨區的、有相同興趣愛好的同學，建立起定向的聯系，分享自己的成果和成長的經歷。這是我們所樂見其成的，因為這實際是從底層，用互聯網思維來支持和幫助孩子。從這個意義上來說，它就是“學伴工程”。
我們現在給學生配雙師，目的是增加學生的實際獲得，但同時也要考慮未來，特別是伴隨著人工智能時代的到來，學生從教師那里直接獲得的知識比例會進一步降低，而且還會更精準，更符合每個孩子的個好和實際需求。通過互聯網也可以掌握大量的關聯知識。就像我們現在在工作過程中利用搜索引擎了解訊息、學習新知那樣，隨時隨地會有個資源庫、智能系統支持我們的工作與成長。
人工智能時代將會深刻影響學習行為，但不會顛覆學校
記 者：人工智能是2016年的熱詞。尤其是AlphaGo與李世石的“人機大戰”，讓人們見識到了人工智能的“過人”之處。相信對于人工智能在教育中的應用，您也有很多思考。我們想聽聽您對此的見解。
李 奕：基礎教育實踐中的人工智能，并不像理論界、科研領域那樣高深到非得有個機器學習或者專家系統等。“人工智能”就在我們身邊。人工智能是一種理念，在教育中的另一種拓展應用就是助力于學生學習方式的改變。它對我們中小學的教師和學生來說，都有重大的影響。如果善于駕馭人工智能，現在我們所倚重的教室、專業器材、教材等，都將不再是最核心的資源。
我們關注同學和老師、同學與同學之間的互動與交流，以及在此過程中產生的新學習資源，即智慧學伴工程。北京師范大學未來教育高精尖創新中心就是在打造這樣一個新平臺，讓學生與學生、學生與教師之間的活動豐富起來，對行為數據記錄和問題收集進行有效處理，形成對每個孩子的個性支持。
我們認為，一個人從中小學到走上社會，他都需要智慧學習和學伴。想想看，我們的微信群里有沒有圈子？其實，你的圈子就是你的智慧學伴，這是自然而然形成的。生活中為什么兩個人總是聯系，就是因為你發的東西我愛看，我發的東西你愛看，我的生活你關注，你的生活我關注，所以人之間的連接越來越豐富。處在這種豐富連接中的人，知識與信息的獲得是持續增長的。當然，這其中要有教師的正確引導和影響。
新的資源觀和環境觀下的數字校園
記 者：確實在現實生活中，基于微信、QQ等互聯網技術建立的圈子，就相當于給人重新劃分了學習的社群。
李 奕：在這種情形下，就涉及新的學習材料的提取和萃取，我們將不再僅僅依靠專家編選資源，讓學生去學，而是在原有基礎上嘗試由市場機制決定誰是優質教育資源。我們也期待學生和教師，在新的資源觀和環境觀下，開始進入一種新的學習狀態。現在，有不少學校已經開始用手持設備和移動互聯網進行日常的教育教學的活動，就是一個例子。
如北京市教委數字校園實驗校中，有的從上個學期9月份開始，就將校園網由PC版升級為移動端APP。升級后，學生每天都要回家完成四項作業：英語的口語、語文的朗讀、數學的速算、每天的日記。孩子每天花5分鐘做完作業以后，可以給同學點贊，看誰獲得的“點贊”多，學生們寫的日記可以互相評論和留言。
用手機的方式做四項作業，是一個進步――教師以前檢查不了英語的口語、聽力，現在通過這種方式能檢查了。但這是一個淺層次的提升，更為核心、深層次的提升是：學生學會欣賞了、學會傾聽了，與此同時，他的閱讀量隨著交流的增多也越來越大。這就實現了在一個班、一所學校這樣一個小環境里信息的流動和互動。
現在學校在三年級又開展了作業閱讀，鼓勵學生們自己上傳作業內容。小孩子都愛往上傳，因為對他來說很容易，就像聊天一樣。比如上傳一句名言“書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟”作為班級作業。只要他上傳了作業，教師就會組織全班50個孩子都念一遍，這個過程中就產生了大量數據，上傳作業的學生還有權利給其他學生做點評。
這樣一來，新的教學方式出現了。在這樣的作業過程中，學習是跨學科的，對象和學伴是互換的，學習的內容是不斷增長更新的。
數字校園真正升級在孩子的交往能力上
記 者：據我們了解，北京也有一些學校正在做這樣的嘗試，比如北京十一學校亦莊實驗小學，利用“一起作業網”的平臺，進行作業的提交、點贊和評價，在此過程中潛移默化地培養學生的社交能力。
李 奕：數字校園真正的升級換代，體現在對孩子們的交往能力的提升上。當然，這只是一所學校范圍的嘗試。如果一個學區有這個意識，像東城和海淀這類有條件的學區，要拓展到學區里去做，效果會更好。比如東城的某些學校在使用“作業盒子”以后，你會發現孩子們交往的朋友圈和視野，比傳統名校的孩子更棒。
這種棒是從教育的角度來看資源和環境，這是將來信息化發展的重要方向。什么是數字原住民？數字原住民不是只玩玩游戲，而是他對信息很敏銳，能提取、篩選信息，而且善于交流，有包容心，會給別人點贊，而不是很嫉妒、焦慮或者壓抑。從社會大背景來看，利用信息技術能不能實現這種升級和超越？我認為能。
所以，看待一件事，一定要發掘這件事背后的價值取向和給孩子帶來的變化。
記 者：我們也發現，教學中技術的使用門檻雖然降低了，但對教師的駕馭能力要求更高了。教師不能只做“教書匠”，而是既要想辦法將信息技術成為學生手里學習的工具，還要善于組織學生的交流、討論和活動。
縱觀今年新增的本科專業，有幾大門類吸引目光：新文科、新農科建設風生水起，人文與科技更多的“融合”，意味著傳統意義上基礎學科和應用學科的界線開始變得模糊。數據科學與大數據技術專業繼續成為熱門，加上今年新開設相關專業的196所高校，目前，全國已有近500所學校開設此專業;35所高校首次設立人工智能專業，這意味著，高校開始體系化培養人工智能行業后備軍。與幼兒養育相關的專業繼續增設，這不僅是因為全面二孩政策的實施，更是由于人們越來越重視對下一代的培養。
“新增專業彌補了我省有關專業的布點空白，進一步優化了專業結構。”省教育廳高教處副處長王國銀介紹，此次省屬高校新增專業主要圍繞數字經濟“一號工程”、戰略性新興產業、高新技術產業和萬億產業開設，這些專業瞄準國家戰略需要和社會經濟發展急需，進行創新型、復合型、應用型人才儲備。
夯實基礎
新文科、新農科未來可期
作為近年來高等教育中最時髦的詞匯之一，新工科對于考生和家長來說已經不陌生了，但如果說起新文科、新農科，很多人可能就要打個問號。
去年10月，教育部等部門決定實施“六卓越一拔尖”計劃2.0，在基礎學科拔尖學生培養計劃中，首次增加了心理學、哲學、中國語言文學、歷史學等人文學科，“新文科”概念浮出水面。今年4月，教育部、科技部等13個部門正式聯合啟動“六卓越一拔尖”計劃2.0，全面推進新工科、新醫科、新農科、新文科建設。
新文科“新”在何處?打破舊壁壘，跨界尋方法，歸納真規律，新文科意味著對傳統基礎學科的一次重新整合。
“相對于傳統文科，新文科有兩個特色。”南開大學傳播學系主任陳鵬說。其一，新文科是問題導向的，新文科面對的是社會發展變化中的新現象、新問題、新變化，有些現象和問題是人類歷從未遇到過的，如大數據、區塊鏈、5G、人工智能等，需要突破傳統文科的框架，采用新方法、新視野去探索新理論、新規律。其二，新文科為了尋求對社會和人類自身的研究，需要通過“跨界”方式進行革新，這種“跨界”不僅僅發生在文科的各學科之間，甚至出現在文科和理科、工科、醫科等學科之間，需要多學科之間的交叉和深度融合。
當前，清華大學、中國人民大學等高校開設的人文科學實驗班，西安交通大學、華東師范大學等高校開展的學院式教學模式，都被視為我國新文科建設的重要經驗。一位資深文科研究專家表示，當前，文科與其他學科有一些結合，比如考古學和技術結合，就形成了科技考古;信息技術和藝術結合，就形成了藝術設計的網絡化等，但還遠遠無法滿足現在社會的需求。新文科就是一種有效路徑。
2018年4月，浙江大學召開文科大會，提出面向2035年發展目標和“文科十條”，進一步推進文科發展強主流、上一流。省內其他高校也紛紛積極為新文科創建搭建平臺。浙江工商大學整合資源打造文科綜合實驗教學中心，打造跨學科綜合性實驗教學平臺;浙江農林大學推出新文科求真實驗班，幫助學生打牢知識儲備金字塔的穩固塔基，再漸次進入專業學習，形成堅實塔身和更高聳的塔尖……
在浙江大學傳播研究所教授、博士生導師邵培仁看來，建設新文科，其實也是對傳統文科的反思。他指出，新文科有利于構建立足中國文化土壤、具有中國特色，具備整體性、包容性、互動性、共享性特質的面向全球、面向全人類的大文科。
不難看出，未來新文科相關專業或將成為熱門。不僅如此，使用文文互鑒、文理交叉、文工融合的思維方法解決問題，還將為高校人才培養和評價體系帶來新變革。
除了新文科，新技術的出現也讓一些專業被賦予了新的內涵，比如新農科。
當前，隨著生態文明建設的持續推進，生態學、環境科學等專業畢業生越來越受歡迎。今年，杭州師范大學就新增了生態學專業。該專業相關老師介紹，隨著國家對生態學專業人才的需求增多，生態學專業人才培養規模逐漸加大，未來掌握生態學及植物學、動物學、微生物學、地理學等基礎知識、分析方法和應用技能的人才會很搶手。
“浙江是‘兩山’理論誕生地，‘農’字頭的專業發展空間很大。”浙江農林大學主要負責人表示，“新農科”建設是鄉村振興實踐、高等教育改革、人才需求變化和社會經濟進步的必然選擇，原先注重高度專業化、技術化的教育教學方式和人才培養模式已無法適應新時代農林高等教育的新需求，亟需探索實現農科學生全面發展的“新農科”建設之路。
順應趨勢
大數據、人工智能紛紛開班
順應當下人工智能行業的熱潮，今年新增的熱門本科專業，均與大數據、人工智能、機器人等信息技術關鍵詞相關。
梳理發現，數據科學與大數據技術專業在短短三四年間，從無到有，并一躍成為熱門專業。2015年度的審批結果中，北京大學、對外經濟貿易大學、中南大學3所高校成為首批獲批設立該專業的高校;2016年度又有32所高校設立該專業;到了2017年度，獲批設立這一專業的高校數量達到250所;加上2018年度新增的196所，目前，共有481所高校開設這個專業。
今年，我省有湖州師范學院、寧波工程學院、寧波財經學院、浙江大學城市學院等9所高校新增備案數據科學與大數據技術專業。一位專業課老師表示，社會在不斷發展進步，現在的一些“新專業”也許尚無足夠的辦學經驗，但可能恰恰是未來社會發展的需求所在。
在新增專業中，人工智能專業的熱度也在逐年遞增。繼去年杭州電子科技大學、浙江理工大學成為我省首批開設智能科學與技術專業的高校后，今年，我省又有一批高校在人工智能人才培養上“摩拳擦掌”，積極增設相關“硬核”專業，改進人才培養思路。
浙江大學今年新增機器人工程和人工智能兩個專業，還將在竺可楨學院新設圖靈班。入選圖靈班的學生可以在計算機科學與技術、人工智能、信息安全三個專業中確認專業。從入學開始，每位學生可從學院的優選導師庫中選擇一名學業導師，還將有國外頂尖大學的教學大師和科研領軍人物到浙大給圖靈班學生單獨授課。
除了浙大以外，省內其他高校也在結合各自特色專業，構建人工智能專業的課程體系。比如，浙理工把專業發展方向和學校的優勢結合起來，重點在智能穿戴等領域取得突破，還專門成立紡織工業人工智能研究院;浙工大結合了安防產業、智慧交通、“城市大腦”等浙江省的優勢領域，與企業合作，開拓專業方向。
“打造新專業特色成了各高校的當務之急和立足之道。”杭州電子科技大學人工智能學院副院長呂強說，針對人工智能人才培養帶來的新挑戰，杭電人工智能學院提出了多方協同育人的理念，并將其作為教學改革項目進行探索，“人工智能對數理基礎要求較高，我們在數學課程中增加了矩陣論、離散數學等原來研究生學習階段才會有的課程內容，努力幫學生打好基礎，在暑假，我們還計劃舉辦夏令營，邀請企業名師進校園培訓，共同開發專業課程等。”呂強說。
值得關注的是，人工智能已經從獨立的專業教育，擴展到更廣的層面。今年，浙江財經大學向非計算機類專業學生推出了人工智能“微專業”，其中包括了Python程序設計、高級數據庫、機器人編程與實踐等課程。“人工智能在信息金融、金融科技等領域有非常多的應用場景。財經類專業學生的數理基礎比較好，這些知識將為他們的未來打下更好的基礎。”浙財大教務處副處長石向榮說，可以預見的是，未來社會需要大量具有具體專業背景，同時又掌握人工智能相關知識的復合型人才。
緊盯兒童
醫教類專業持續擴招
當下，伴隨著“全面二孩”政策施行，各大醫院產科分娩量走高，目前助產人才無論從數量上還是質量上都難以滿足社會需求，臨床急需本科層次助產人才。助產學專業于2016年首次開設，當時僅有4所高校獲批開辦此專業，2017年有20多所高校新增此專業。
近兩年，我省先后有浙江中醫藥大學、溫州醫科大學、杭州醫學院等3所高校新增了助產學專業。溫州醫科大學的助產學專業設在護理學院，目標是培養掌握護理學和助產學的基礎理論和護理技能，具有基本的臨床護理和臨床助產能力，在各類醫療衛生保健機構中能夠從事臨床助產、圍產期護理，以及母嬰保健工作的高級助產人才。今年，臺州學院、溫州醫科大學仁濟學院也開設了助產學專業。
一位從事醫學教育多年的教授表示，當前社會大眾對醫療的需求，不僅體現在量上，更體現在質上。雖然現在醫療行業整體水平保持著上升態勢，但人們對優質醫療的需求增長更快，所以仍然感覺醫療資源緊缺。
不久前，由中國工程院院士鄭樹森擔任院長的浙江樹人大學樹蘭國際醫學院揭牌成立。作為樹蘭國際醫學院首個設置的重點專業，臨床醫學專業面向全國招生100人。學院擁有國際醫學專家、博士生導師等組成的高水平師資隊伍，以及一批高水平的基礎醫學與臨床醫學實驗平臺。
同樣，面對強烈的社會需求，溫州醫科大學今年增加了普通本科計劃數。臨床醫學(定向培養)從30人增加到60人，面向蕭山區等30個縣(市、區)招生;麻醉學專業從61人增加到93人，其中省內普招增加16人。
值得一提的是，今年，浙江中醫藥大學新增食品衛生與營養學專業，這也是我省開辦該專業的高校(不含獨立學院)。該校招生辦相關負責人介紹，食品衛生與營養學作為一門綜合性的交叉學科，涉及預防醫學、食品科學、營養學等多個學科，在提升健康素養，保障食品安全，促進疾病的營養學防治完善健康保障方面大有作為。
縱觀今年我省的新增專業，從撫養、就醫，再到教育，與幼兒養育相關的專業成為熱門，除了新增兒科學、中醫兒科學、助產學等專業外，學前教育、小學教育等師范類專業的報考也很火爆。
目前世界上使用的機器人主要是工業機器人，其中一般以上是面向制造業的工業機器人，即主要用于第二產業。在進入21世紀的今天，機器人已經不再局限于工業上的應用，而應該在社會的各個行業合理利用。近年來，全國機器人大賽的舉辦為這些需求提供了一個平臺，其中的人形機器人舞蹈大賽更是成為社會各界關注的焦點，各大、中、小學校在此項目上的參與度呈現出逐年遞增。因此如何讓人形機器人在教育應用上發揮其應有的作用成為了當前研究的重點和難點。
1 相關研究
人形機器人是具備人類的外形特征和行動能力的智能機器人，可以采用雙腿行走方式，通過手臂和身體的協調完成一些簡單的功能，以及通過簡單的語言和人類交流。與傳統的機器人相比，人形機器人具有顯著的優勢。而且人形機器人以與人近似的形態出現，對人類來說就不會感到特別的陌生，也不會產生排斥心理，更容易被人類所接受，所以人形機器人將可能是未來日常應用中最重要的智能機器人。
人形機器人的研究起步于上世紀60年代后期，目標是解決人形機器人的雙足行走問題。如日本早稻田大學加藤一郎教授在1969年研制出WAP-1平面自由度步行機。1973年, 加藤等人在WL-5的基礎上配置機械手及人工視覺、聽覺裝置組成自主式機器人WAROT-1。進入90 年代，人形機器人在控制方法和人工智能等方面的研究成果不斷出現，從而推動了人形機器人技術的快速發展。如今，人形機器人向這兩個不同的方面發展，一個是外形上與真實人類的細部特征相同的發展；另一個是功能上接近真實人類，具備和人類一樣的運動能力和靈活性及對環境的判斷能力。在2005 年的日本愛知博覽會上，就出現了多種與真人外觀一樣的機器人，在北京第19 屆智能機器人與系統國際會議上，我國同樣也出現了這類人形機器人。
現階段應用于教育的人形機器人是由伺服電機、控制主板、鋰電池、金屬框架與控制主板相配套的軟件組成。例如ROBOT·X人形機器人，在機器的各活動關節的配置多達17個伺服舵機，具有17個自由度，特顯靈活，更能完成諸如手臂后擺90度的高難度動作。控制主板類似于人形機器人的大腦，通過自身智能編程軟件便能自動地完成整套動作。鋰電池就是人形機器人進行活動的能量。金屬框架類似于人形機器人的骨骼，支撐著整個機器人。這些部件組合起來的人形機器人能在音樂的伴奏中完成起舞、行走、起臥、武術等表演，甚至還能完成翻跟斗等雜技以及各種奧運競賽動作。
2 人形機器人的優勢及不足
人形機器人在程序的編寫、邏輯思維能力、外形、創意、動作設計方面都比其它類型機器人更具有優勢。做好一個人形機器人需要很多的創意以及個性的需求，首先要設計好機器人整體框架的構建；接下來是人形機器人的動作設計，它需要設計出能夠吸引注意力的動作，而且要能與音樂完美的結合；再下來就是機器人外觀的設計，也需要能夠吸引人的注意。這些方面都能夠很好地鍛煉學生的創意思維和個性的突出。另外，新課程改革更加注重的是學生的個性以及能力的發展，相比于其它類型的機器人，人形機器人在這兩方面能給學生提供更好的鍛煉機會。
目前, 許多新技術不再隸屬于單一學科, 而是多門學科的高度綜合。人形機器人技術就是一門綜合應用數學、力學、機械、電子、計算機、控制、傳感技術、通信和人工智能等學科的最新成就的技術。而人形機器人在教育中的推廣能有效地激發學生的學習興趣，有很好的趣味性和挑戰性,有以下作用：
1）培養學生的邏輯思維能力。
編寫程序是機器人教學的一個重要的內容，程序就相當于機器人的思想。學生在了解機器人的結構、工作原理和各部件功能的基礎上，根據任務來編寫程序。程序必須是有嚴密邏輯結構的，可以使機器人按照程序進行活動。可見，程序的編寫為培養學生的邏輯思維能力提供了一個極佳的途徑。
2）培養學生分析問題和解決問題的能力。
制作教育機器人是一個非常復雜的過程，涉及機器人的搭建、編程、運行和調試的反復過程。學生要學會分析問題，分析是哪一個環節出現問題。學生在分析原因的同時，也要考慮解決問題的辦法，根據實際情況進行修改、調試和優化，分析出錯的原因，提出解決問題的辦法。
3）培養學生的動手能力。
機器人實踐過程是一個實際動手操作的過程。機器人的搭建過程是學生手腦結合的過程，需要運用數學、物理、化學、機械、材料等方面的知識，需要學生的動手實踐能力。
4）培養學生的創新能力。
創新能力是現在教育最常提及的一個重要內容，也是教育開展的一個重要目標。我校的參賽隊伍在參加的中國智能機器人大賽上常常取得良好的成績，與其他學校最大的區別的就是機器人的創新。我們的機器人除了自己不能生產的部件之外，從設計到制作再到編程都是我們自己解決，這就在眾多相同的機器人中占有優勢地位。
5）培養學生的團隊合作能力。
機器人教學大多是以小組的形式展開，機器人的學習其實就是團隊合作學習的過程。它要求團隊成員團結合作，利用集體的力量來完成個人力量難以完成的問題,在實踐中培養自己的團隊合作能力。
在高等學校中開展人形機器人的教學，進行多層次的機器人教育, 既可以普及學生的機器人知識, 加強機器人專業建設, 又可以提高機器人的應用水平。在各級各類學校積極把機器人引入課堂, 更多的中小學生得以學習機器人知識。機器人課堂教學成為中小學信息技術教育的重要組成部分。在科技創新活動方面, 形成一個廣大中小學生、大學生直到專業科研人員以及機器人愛好者都積極參加各級各類機器人比賽的局面。機器人不再神秘,直接走入人們的生活學習中。在這種氛圍下, 更多的人參與到機器人的研制與應用中去, 必將促進機器人的大發展, 從而促進社會的發展。
3 目前存在的問題
人形機器人的發展相對于其它類型的機器人而言起步較晚，在技術上還不成熟，受到的重視不夠，發展模式存在著一定的弊端。
3.1 人形機器人的發展還處在初始階段，技術不成熟
世界上廣泛使用的機器人主要是工業機器人，而且都是面向制造業的工業機器人，從而導致了人形機器人的發展相對較遲。而且各國在人形機器人的發展上各有不同，例如日本在人形機器人的行走方式上相對較為關注從而其發明出來的人形機器人的行走是相當不錯的，而且由于日本在電子方面的發展較為先進，生產出來的機器人在感應上也相對的成熟。而美國一直注重智能機器人和軍用機器人的研究，研發出多種功能強大的智能機器人和軍用機器人，從而導致人形機器人發展的方向不同。而且各國發展的人形機器人在各方面上都存在著一定缺陷。
3.2 沒有引起教育屆的廣泛重視，缺乏宣傳和引導
隨著科技的不斷發展，機器人開始步入小、中、高校。在許多的大型機器人比賽上參加的比賽隊伍也越來越多。但是，由于受機器人的價格、平時的維護等多方面因素的影響，機器人教育并沒有得到大力的推廣，而且許多學校也只是以課外活動、各種興趣班、培訓班的形式開展機器人教學。從當前實物機器人課堂教學的開展情況來來看，較多的學校只是以課外活動、各種興趣班、培訓班的形式開展機器人教學。通常的做法是：學校購買若干套機器人器材，由信息技術課程老師或綜合實踐課程教師進行指導，組織學生進行機器人組裝、編程的實踐活動，然后參加一些相關的機器人競賽。但是，現在舉辦的比賽大部分都是以大學生為主流，中、小學生參加的相對較少。并且目前只有浙江、上海、江蘇等極少數的地區和學校將實物機器人納入了正規課堂教學。
3.3 思維定勢，沿襲車型的發展思路，穿新鞋走老路
人形機器人現在受許多家公司青睞，正在被研究開發新的機型來適應市場。然而由于人形機器人沿襲了車型的發展思路還是出現了與其相同的問題：產品缺少規范，品牌十分繁雜，并且大多自成體系，互不兼容，開放度低，適應于不同學段的性能價格比高的產品很少，特別是對學校而言，開展人形機器人課堂教學初期投入較高，持續費高，難以長期發展。
這些存在的問題需要各界關注，避免走上以前的老路，應該開辟出一條能夠讓人形機器人這么一個有著巨大潛力的項目發展下去的道路。
4 總結
通過以上的分析，本文認為人形機器人在教育中的應用有利于學生各方面能力的發展。雖然在現階段，人形機器人的普及應用還存在著諸多方面的困難，但是這些不足會隨著科技的發展、政府和教育機構的重視而逐步被改進的。在現階段，教育各界都應該重視、積極參與這一領域的發展，這樣才能使人形機器人在教育中發揮其應有的作用，從而使更多的學生因此而收益。
參考文獻：
[1] 虞漢中，馮雪梅.人形機器人技術的發展與現狀[A].機械工程師,2010（7）:3-5.
近幾年，以iPhone為代表的智能手機的流行，讓各類傳感器的應用貼近了人們的生活。2010年的上海世博會，那些由互動媒體技術構建的光怪陸離的奇幻世界，激發了青少年的好奇心和求知欲。這讓我疑惑：傳感器編程和互動媒體技術，應該歸屬于信息技術還是通用技術？信息技術和通用技術為什么要分割？于是，我嘗試開發一門名為《互動媒體技術》的校本課程，橫跨軟件和硬件兩個領域，引導學生關注軟硬件技術的有機結合和綜合應用，成為連結通用技術和信息技術兩門課程之間的橋梁。
課程的內容及目標
1. 課程內容
“互動媒體”是“媒體”的一個數字化分支，是一種具有特殊信息傳播功能的媒介。互動媒體技術的核心內容是傳感器技術、單片機技術、編程技術和通訊技術，涵蓋了機械學、電子學、工程學、自動控制、計算機和人工智能等領域。《互動媒體技術》課程通過設計單片機控制電路，結合編程語言，參照科技展廳中的互動媒體作品，通過一系列的互動媒體實驗，指導學生把新奇創意變為現實，從而培養學生的技術素養。
2. 課程目標
（1）了解常見的傳感器和數字電路的基礎知識，能正確連接傳感器、LED和電機等模塊；了解計算機串口、并口編程的原理及方法。
（2）通過完整地經歷提出設想、規劃設計、制作與實施、調試與反饋等規范化設計過程，初步掌握綜合設計的方法和技術。
（3）感受新技術對人類社會的重要性，激發對技術的學習興趣；培養問題意識和設計思想，從而全面并富有個性地發展。
3.教學資源
正如景山學校吳俊杰老師所說：“編程技術和以傳感器為核心的控制技術門檻過高，難以在中學開展。”互動媒體技術正是因為其涉及多個領域，所以在中小學中很少有人開設相關的課程。為此，在編程語言方面，我選擇了圖形化編程平臺Scratch和S4A，只要拖曳積木圖標，就可以制作出各種互動的作品，降低了編程技術門檻。而硬件平臺方面，我選擇了Arduino。由于Arduino源碼開放和價格低廉，通過淘寶網等途徑即可購買，因此降低硬件技術門檻和成本，讓中學生能在短時間內理解互動媒體技術的原理，設計并完成一項互動媒體作品成為可能。
課程的實施
2011年開始，我實施了三輪《互動媒體技術》課程教學，共有60多名學生修習了這一課程。在三輪的課程實施過程中，課程方案幾經修改，課程體系逐步完善，同時也積累了大量教學資源，課程日益成熟。目前，課程不僅擁有了一系列配套的支持軟件，還設計并購買了教學套件。該教學套件由Scratch傳感器板、Arduino Uno控制板、系列傳感器、LED燈和舵機等組成。
1. 教學案例
《互動媒體技術》課程是一門實踐性很強的課程，教學中要精講多練。我采用兩節課連上的方式，確保學生有足夠的、連續的動手實踐時間。教師不僅要加強學生對基本原理的學習，還要注意提高學生知識的廣度，注重對學生學習興趣的激發，突出綜合設計能力和動手實踐能力的培養。以《外界信息的獲取》一課為例，其教學流程如下：
教學環節一：復習導入
教師演示一個簡單的互動作品，學生討論其不足之處和解決方案，得出Scratch傳感器板支持的傳感器類型太少的結論，從而引出S4A和Arduino。
教學環節二：教學新課
認識S4A和Arduino，介紹S4A和Arduino的安裝以及常見傳感器類型和接口。教師演示傳感器和Arduino的連接，以及在S4A中顯示傳感器的數值。
教學環節三：技術試驗
學生安裝S4A和Arduino驅動，正確連接傳感器，并在S4A上成功顯示傳感器數值，然后選擇學習套件中的2～3個傳感器，分別研究它們在不同狀態時的數值變化，然后選擇其中一個傳感器的試驗結果填寫試驗報告單。
教學環節四：作品創作
教師演示溫度測量儀的編寫，重點介紹如何將傳感器信息存儲在變量中，并演示將傳感器信息可視化的思路。然后學生任選套件中的一個傳感器進行程序編寫，利用傳感器返回的數值，讓傳感器的數值可視化、形象化。
教學環節五：反饋和提升
教師選擇1～2個學生作品，展示并進行評價。然后提問：數字傳感器能不能接到模擬接口？同樣，模擬傳感器能不能接到數字接口？讓學生開展討論。
教學環節六：總結和作業
通過網絡，了解Arduino支持的傳感器類型，了解這些傳感器的適用范圍以及淘寶網上的價格。
2.學生作品
《互動媒體技術》課程主要采用作品評價法。課程分為9個專題，每個專題都要完成一個小作品，最終要完成一個互動作品的設計。在教學中，教師主要工作是引導學生學會如何去設計一個有創意的互動媒體作品，在設計的過程中不斷學習，不斷完善作品。學生可以模仿一些展覽館中的互動媒體作品，以低成本的方式呈現出來。
學生的創意是無窮無盡的：有的用紅外距離傳感器實現虛擬翻書效果；有的用震動傳感器制作地動儀；也有人用壓電陶瓷傳感器制作電子爵士鼓。其中，一位新疆的學生根據濕度、溫度、雨點等傳感器得到外界環境信息，然后根據信息顯示不同的風景畫，并讓風景畫中的湖面出現波紋，非常有趣。各種傳感器的應用讓學生的創意飛揚。目前已經有10多項學生作品在市青少年科技創意設計大賽和青少年科技創新大賽中獲獎，9項作品被相關部門推薦申報國家專利。很多學生在課程結束后仍和我保持聯系，繼續完善其作品或者分享他們的新想法。
反思與啟示
《互動媒體技術》課程已經實施了一年。從選課情況上看，課程深受學生歡迎，在所有的選修課程中，都是最早“爆滿”。從教學效果看，學生設計制作的作品新奇有趣。這些都讓我進一步認識到，在中小學中開設類似課程是非常有必要的。
1. 是探索創新人才培養的途徑
綜合就是創新。因為互動媒體技術是一門跨學科的綜合性的科學技術。它涉及自動控制、計算機和網絡技術、傳感器、人工智能、微電子技術和機械工程等多個學科領域。北京航空航天大學宗光華教授認為：“只有基于項目的工程課程，才可以塑造多學科知識交叉和綜合運用環境，將零碎知識與機械過程提升為探究世界各側面相互聯系的過程。”
信息時代，無論是高素質勞動者、專門人才，還是拔尖創新人才，技術素養和創新思維都是不可或缺的基本要素。互動媒體技術引入到中小學教學活動，有利于培養青少年從小對科技產生積極興趣，并激發創新思維和創造意識，而Scratch和Arduino大大降低了技術門檻，使中小學的學生實現“有技術含量的創新”成為可能。
2. 可納入中小學信息技術教育內容
目前，中小學的信息技術課程主要關注文本處理、互聯網應用等方面，技術上仍停留在非常初級的階段。將《互動媒體技術》中的傳感器編程、智能控制等技術納入信息技術課程，可以進一步拓展信息技術課程的寬度和深度，使青少年對于信息技術有了科學的認識和較為完整的理解。Scratch和S4A雖然是圖形化編程軟件，但互動功能十分強大。利用S4A和Arduino，學生能理解互動的原理，并搭建出互動媒體作品的模型，甚至可以學習智能手機、智能家居和物聯網這些高新技術的知識，使課程和時展接軌，讓學生感覺技術不再神秘，從而產生興趣。
3. 是承載STEM教育的平臺
“科學、技術、工程和數學教育”（STEM education）是近期美國教育的熱點，如何在基礎教育中實施STEM教育，已經逐漸引起我國教育專家的關注。STEM素養是一個多學科交叉的研究領域，強調把學生學習到的零碎知識與機械過程轉變成一個探究世界相互聯系的不同側面的過程。一個STEM課堂的特點就是，在“雜亂無章”的學習情境中強調學生的設計能力、批判性思維能力和問題解決能力。這種復雜的學習情境包含了多種學科，其問題可能涉及納米技術、生物醫學和天體生物學等學科知識，強調綜合技術的應用。《互動媒體技術》課程以項目的形式，引導學生綜合應用技術，涵蓋了多個課程領域，是一個很好的承載STEM教育的平臺。我深信，隨著《互動媒體技術》課程的普及，對學生STEM素養的提升將起到很好的促進作用。
參考文獻
[1]趙中建. 為了創新而教育[N].中國教育報.第7版.2012.6.15.
[2]吳俊杰，梁森山.Ledong Scratch互動教學平臺的應用與研究（七）——基于自制光敏掃描儀談STEM教育[J].教學儀器與實驗，27卷，9-11.
本次會議的主題是：信息技術促進教育創新，旨在深入探討信息技術促進教育創新的相關問題，推動全球華人計算機教育應用界同仁的交流。圍繞此主題，本次大會開設了十個子會議進行深入討論：移動學習與泛在學習、教育游戲與非正式學習、ICT在華文教學中的應用、計算機支持的協作學習與人工智能教育應用、數字化學習環境構建與教育軟件設計、數字化測試與評價、數字化學習與企業培訓、中小學信息技術教育與應用、中小學教師論壇、博士生論壇。本次會議共吸引了500多名來自大陸、臺灣、香港、新加坡、日本、非洲等國家或地區的學者，其中正式代表240人，嘉賓40人，研究生代表220多人。
二 論文集主題與作者信息
為保證論文的質量和吸引廣大學者的積極參與，本次會議收錄的論文被IEEE出版，并送交工程索引（EI）檢索。當然，這也是前14屆高質量的會議成果鑄就了今天的國際認可，從這一層面也可看出主辦方為促進學術繁榮所做的努力。
1按論文主題劃分
本次會議收到來自大陸、臺灣、香港、新加坡、日本、非洲等國家或地區的學者積極投稿，共收到論文1327篇，經過嚴格的評審后，錄用論文414篇，錄用率為31.2%。其中張貼論文73篇，大會最后還評出優秀論文22篇。論文集緊密按照大會主題進行編訂。
從表1數據可以看出“計算機支持的協作學習與人工智能教育應用”和“數字化學習環境構建和教育軟件設計”來稿數量不相上下，依然沿襲往屆的特征，說明在計算機的教育應用領域，學習環境的構建和教育軟件的設計是熱點。“教育游戲與非正式學習”的篇數緊跟之后，并且與往年相比，數量有所上升，表明在游戲中教育和組織非正式學習受關注度較高。而“ICT在華文教學中的應用”與往年相比數量有所下降，這與大會召開的地理位置相關：本次會議在大陸召開，而此主題研究者多為臺灣地區。經研究分析，本次大會研究熱點和重點話題基本與往屆相同。
2按作者來源劃分
本次會議收錄論文的作者是來自全球各地的華人，筆者按照第一作者所在單位統計得表2：
分析表2的數據得知，除了中小學教師論壇，其他主題論文的作者半數以上來自大陸地區，除了地理優勢外，在教育信息化背景下，大陸地區的研究者積極參與學術研究，推動教育信息化穩步發展。
三 會議內容聚焦與評述
會議邀請來自于大陸、臺灣、香港、新加坡、日本、非洲等地教授、學者做了四個大會主題演講和十個專題討論會，另外還組織參會者對杭州勝利小學進行半天的參訪活動。
1大會主講
香港大學羅陸慧英教授以“信息技術促進教育創新的可持續發展”為題，認為教育是一個復雜的系統，是由多個要素及其相互作用組成，任何一個單一的教育創新的做法都不會成為未來的教育模式。把信息和通信技術引進課堂教學，是對傳統的教與學模式的“破壞性”轉型。羅陸慧英教授以一個園區的變化為喻，提出要從生態系統的角度來處理教育創新問題，并給出了五項教學改革可持續發展的生態條件：一是政策，即跟變革相配合的明確的政策方向和壓力；二是鼓勵和支持策略，即適當的政策措施以栽培嶄新實踐的出現；三是專業連網，即教育人員專業戰略協作和聯網機制：四是為學習而建的架構，即機構學習是教學改革可持續發展的關鍵；五是學習•信息技術•技術，即以信息技術作為教學創新的物質體現、中介和基礎設施。羅陸慧英教授的報告從系統的宏觀角度深刻分析了信息技術能夠促進教育創新，但是教育創新改革的可持續發展過程艱難，需要五項條件統籌配合。
華中師范大學楊宗凱教授主題演講的題目是“深化融合，支撐創新――關于教育中長期規劃教育信息化問題的思考”。楊宗凱教授作為國家教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）編制專家組組長，以《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》第十九章“加快教育信息化進程”的內容及國際教育中長期規劃的需求為背景，闡述了對我國教育信息化發展的思考。在報告中，楊教授指出我國的教育信息化整體上處于起步、應用階段，并結合我國教育信息化發展現狀，介紹了國家教育信息化十年發展規劃編制的指導方針、工作方法、整體風格以及四部分的成果，讓所有教育工作者提前學習到國家教育信息化十年發展規劃。最后楊教授還歡迎大家在國家教育信息化十年發展規劃的意見稿推出時給出自己的意見和思考。
臺灣科技大學黃國幀教授主題演講的題目是“移動與泛在學習的研究趨勢與應用”。在報告中，黃教授完整的介紹了移動與泛在學習的定義、實現架構及研究趨勢，同時結合實例說明過去的教學工具與策略如何與新的科技結合，獲得良好的教學效果。黃教授已發表超過350篇與數位學習及智慧型系統相關的論文及著作，在演講中，黃教授展示了多個在自然科學及鄉土教學方面的實際應用策略及成果，不僅為教師和研究者提供了具體的參考內容，還為研究生樹立了在實際教學活動中研究的典范。最后，黃教授總結說“教育為本，科技為用”，指出了所有的科技都是教育中的工具，教育才是重點。
華中師范大學祝智庭教授在大會最后一天下午以“中國基礎教育信息化新發展：從班班通到教育云”為主題，分析了在落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》背景下，我國基礎教育信息化現狀與發展趨勢，提出了班班通到教育云的發展路線。在報告中，祝教授先介紹代表國內先進水平的“綠色班班通”解決方案以及在全國各省市的推廣應用狀況；接著推出基于大教育裝備的“綠色教育云”開發計劃，介紹其核心技術及服務框架；最后就如何通過電子書包作為云端個人學習環境，介紹具有前瞻意義的電子書包系統功能建模，以及電子課本――電子書包技術標準研究進展。據了解，電子書包已經在上海、揚州的部分學校進行開發使用。祝教授的報告內容吸引了眾多華人的興趣，臺灣、香港等地專家學者紛紛提問，表示對此研究的支持和認同。
2 部分子會議報告綜述
據統計，此次大會的子會議共有182場，同一時間段有5場報告在同時進行，筆者選取部分報告進行綜述分析。
(1)移動學習與泛在學習
移動設備的迅速普及和相關技術的飛速發展催生了移動和泛在學習，創造了這兩種新型的并極富潛力的學習模式。移動與泛在學習（臺灣稱為“行動與無所不在的學習”）歷來是GCCCE大會研討主題之一。從本次會議的收錄論文來看，移動和泛在學習以臺灣學者研究為代表，并以自然科學和英語學習為實例，以混合學習、泛在學習等理論為理論基礎，以當下流行的技術設備為工具和手段，以實證研究等為研究方法，探討相關的學習環境、學習模式、學習活動等。
(2)教育游戲與非正式學習
在娛樂中學習的思想催生了教育游戲，經統計發現，該主題主要是臺灣地區研究生作為畢業論文的熱門選題范圍之一，研究的思路是以一定心理學方法或策略為基礎，用量表、問卷等工具，并結合各種教學策略，設計各種教育游戲，對學生進行實驗研究。其中，以國立臺灣師范大學佳燕的題為《目標層次與鷹架策略對國小學童程序設計學習成效與認知負荷之影響》和國立臺灣科技大學宋涵鈺的題為《基于凱利方格之游戲學習模式對改善學習成效及態度之研究》為典型。此類選題的角度、研究方法和研究重點值得大陸的研究生借鑒。
(3)ICT在華文教學中的應用
在華文教學中寫作課程的教學是一大難點，很多非大陸地區的華文研究者都在研究如何更好的利用ICT提高學生的寫作能力。在報告中，臺灣國立成功大學的蘇彥寧團隊的《導入網絡同儕互評策略于國中寫作課程之學習環境建置與初探》和新加坡教育部教育科技司Jo KimLee團隊的《線上作文互評功能在教學上的設計與使用》不約而同的用到學生的線上互評策略，此策略吸引了與會者的興趣并展開熱烈的討論。該主題的主持人陳明溥教授最后總結時指出，在華文教學中，不管使用何種策略，對社會性軟件的選擇很重要，而學生對社會性軟件的使用熱情度與學習環境的設計或學習活動設計相關，因此學習環境的設計或學習活動的設計才是提高學生寫作能力的重點。
(4)計算機支持的協作學習與人工智能教育應用
從論文投稿和報告數量來看，計算機支持的協作學習與人工智能教育應用是目前的一大研究熱點和重點。北京師范大學蔡蘇代表他的團隊做了題為《基于三維交互虛擬學習環境的案例開發與探究》的報告，報告中以四個眾所周知的數學案例――天體運動、牛頓第一定律、牛頓第二定律、單擺運動展現了三維交互的虛擬學習環境，最后還用增強現實技術現場展示了這四個案例，吸引了眾多與會者的注意和探討。不得不說，隨著虛擬現實技術的發展，尤其增強現實技術，計算機支持的協作學習與人工智能在教育中的應用前景會更寬泛。
(5)數字化學習與企業培訓
數字化學習與企業培訓是計算機在非正式教育領域應用的典范，但一直受到教育界的關注和研究，在往屆的GCCCE大會中數字化學習與企業培訓就受到專家及學者深刻探討，當然此次大會也不例外。臺灣師范大學張基成教授的《臺灣企業數位學經驗與個案》的報告是有關中小企業網路大學校在臺灣的實施和推廣。這個網路大學校的建設是為滿足臺灣企業從業人員、中小企業的自主性學習需求，課程內容淺易入門、廣而多元，為臺灣中小企業營造了數位學習的氛圍，其運營模式主要包括學習入口網、學習平臺、教材管理、學習服務、組織學習、推廣服務和專案管理。這個中小企業網路大學校為逐漸興起的企業大學的建設提供一個好的案例。
南京師范大學張義兵老師的《企業培訓課程的設計與開發》是以蘇寧電器的員工培訓為例，介紹了他為蘇寧電器設計和開發的培訓課程的階段成果。針對蘇寧電器的要求，張老師對蘇寧電器進行知識管理、培訓教材設計、網絡課程設計和e-learning策劃。張老師的研究告訴我們企業培訓沒有通用的課程，不同的企業、不同的工作性質、不同的員工培訓的內容都是不一樣的。所以，要深入研究企業培訓，先深入掌握企業各個崗位和員工特征。
四 GCCCE促進教育技術發展
經筆者調查統計，發現到會作報告的專家學者多是教育技術專業的背景或是與之相關專業的背景，徐州師范大學更是有20多名研究生參加，可見此次大會在教育技術人心中的重要性。計算機應用于教育是教育技術電教發展道路上的一個標志性的分支階段，不僅因為計算機技術的發展越來越廣泛，應用越來越深入，更因為提高教育質量是教育技術的根本問題和使命。
1 名稱問題
2011年4月20日教育部了《普通高等學校本科專業目錄（修訂一稿）》的意見征求稿，提出將“教育技術”更名為“教育信息技術”。對于此問題，《電化教育研究》雜志社通過新浪微博平臺廣泛征求了改名問題的意見和建議，眾多教育技術學專業的專家參與討論并給出自己的意見。根據微博留言可知大家意見不一，總體認為教育技術更名是必要的，但是更名為“教育信息技術”是不合理的。
眾所周知，教育技術在發展過程中先后出現了多次更名的現象：教育技術起源于“視覺教育”，后來更名為“視聽教育”，再到“視聽傳播”，發展至我國曾有學者（至今有學者）稱為“電化教育”，最后到廣為大家接受的“教育技術”。我們不難發現教育技術的名稱變化過程中技術的發展起到了重要的作用。于是教育技術是否要更名，免不了要考慮技術是否又發展到一個新的階段。然而，縱觀此次會議中所有專家學者在報告或論文中所用到的技術發現，專家學者們都在強調計算機在教育中的應用，并沒有提出新的技術，只是技術使用過程中方法的創新。鑒于此點，筆者認為教育技術更名還沒有更名的必要。但是在此次會議中，許多大陸的專家學者提到教育信息化的背景，他們指出我國還處在教育信息化的起步、應用階段，要達到教育與應用的融合發展還需要經過融合和創新階段。另外“教育技術”的名稱畢竟是從國外引進，并不具有中國特色。考慮到以上兩點，筆者贊同一些專家在微博中提出的更名為“信息化教育”的說法，同時“信息化教育”說明了教育技術的重心在教育，從而避免了教育技術姓“教”還是姓“技”的爭論。
2 技術促進教育
正如臺灣科技大學主題報告時所說“教育為本，科技為用”，教育技術的根本落腳點也是在教育，任何的技術（包括計算機相關技術）都是為提高教育的手段。我們關注技術的不斷創新與應用，更強調是各種新技術下的教育能否得到提高甚至改革。
此次GCCCE（2011）大會“數字化學習與企業培訓”的主題會上專門安排了一場由清華大學、中國教育技術協會鐘曉流教授所做的題為《關于中國教育技術行業標準研制》的報告。2010年5月12日中國教育技術協會在清華大學成立了中國教育技術協會技術標準委員會（下稱“標委會”），專門從事教育技術行業標準的研究與制定工作。鐘教授的報告內容是標委會提出的在2011年開展并完成《多媒體教學環境規范建設》研究與制定工作的成果。《多媒體教學環境規范建設》的研究與制定是由清華大學、北京大學、浙江大學、上海交通大學、中國科技大學、南京大學、東南大學等50所高校的65位專家和教育技術領軍企業的10位專家共同參與的，并分為六個小組分別從以下六個方面進行研究與制定：供配電、網絡和建筑物理環境，音頻環境與擴聲系統，視頻環境與視頻設備，智能化控制系統，語言實驗室與教學資源系統，系統集成。聲、光、電等技術的飛速發展和應用改變了人類的許多方面，《多媒體教學環境規范建設》的六個方面正是在聲、光、電等技術的應用基礎上從硬件和軟件兩個角度同時改善了傳統的教學環境，并徹底改變了一黑板一粉筆的教學設施。
[中圖分類號]G420 [文獻標識碼]A [文章編號]672-0008（2012）05-0042-08
一、引言
以計算機、通信、人工智能等為標志的信息技術快速發展及在教育教學領域的應用，使得我們傳統的課堂也漸漸從普通教室轉變為技術增強教室（Technology Enhanced Class-room）從單一技術的教室應用轉變為泛技術的教學環境。這既是科學技術發展的必然結果，也是社會發展對技術教育教學應用的應然要求。正如美國前副總統阿爾·戈爾所說：“美國的每一個孩子都應當接受21世紀的教育，都應當使用21世紀的技術。”當今。我們所面臨的學習者被稱為是網絡一代/數字后代（Digital Generation/Digital Natives），這一代的學習者正以與他們的父母截然不同的方式學習、玩樂、溝通、工作以及創造社群，他們利用網絡，毫不費力地突破了地域和時間的限制，利用指尖橫跨世界。他們崇尚自由和選擇權，追求個性化，喜歡交談、討厭說教、天生就善于協作，他們會仔細監督你和你的組織，堅持做正直的人，就算是在上班或是上學。他們也想過得有趣些。速度才是生活的常態，創新就是生活的一部分。時代的發展要求我們培養出富有創造力和創新精神的學習者。課堂是教學的主陣地，理想的課堂應是互動的，知性靈動的天地。這些都需要我們改變現有的課堂的物理架構和教學樣式。
從技術教育應用的歷史來看，教育技術的發展史其實就是技術發展及其在教育教學領域應用的歷史。技術的層出不窮，改變了信息的呈現、傳輸和存儲，也改變了人類對于信息的獲取和處理方式，但技術的不斷推陳出新，同時也給教學者和學習者帶來了很大的挑戰，他們需要不斷地去熟悉這些新技術，并將這些技術有效地應用于教與學的過程。幸運的是，隨著社會對人的關注，技術也越來越智能化，從過去以技術為中心轉向以人為中心，使人可以從繁雜的技術操作中解放出來，實現與技術、資源最為自然、和諧的交互，將自己的注意力集中于學習過程。借用環境行為學、社會學等學科的觀點，“人塑造了環境，環境也塑造了人”。提高課堂主體對自身及其所處教與學環境的認識，建立和諧的人與環境之間的關系，是未來課堂研究的一個重要主題。
目前。國內外關于未來課堂（教室）研究已經引起了各國政府、全球知名企業、高等學校、科研院所以及中小學校等機構的關注，未來課堂設計與應用已經成為了教育技術學研究的一個新領域。
二、未來課堂的特性及教與學的特點
（一）未來課堂的概念界定及特性
關于未來課堂的界定，國內外的文獻中目前尚無統一的論述，對于未來課堂，從名稱上有“未來教室”和“未來課堂”兩大類。
Clayton M.Christensen.Michael B.Horn and Curtis W.Johnson在“Disrupting Class”一書中指出，未來課堂是一個集成了技術與軟件。提供給學生一些替代方法和選擇以達到規定的目標的課堂。它們鼓勵形成一個讓學生一起工作計劃，分享經驗和教訓和進行概念化的學習，而不是單純記憶一些信息的環境。
美國的《每日論壇》報在其“Classroom of the Future，Here，Now”一文中指出，未來的課堂是一個學習環境，采用創新的教育活動，從課堂管理到教學的所有方面提高對技術的使用。它能使教學者和學習者成為優越的學習環境的一部分。
臺灣的陳曼萃認為，未來教室是指這樣一種教室環境，教學上，希望由過去單向的講授教學。轉變成為師生互動的學習模式，引發及提高學生的學習興趣，并進而啟發學生的創意與思考：同時。讓學生有更大的自由可以依自己的喜好選擇學習及進行探索的方式，以多元的管道汲取知識。包括使用各類的硬件載具，如計算機、學習機、電視、手機、電子書等。
臺灣的賴阿福認為，未來教室可定義為一個高度信息化、互動性強、整合性佳的教學與學習環境，適合進行信息融入教學、數字學習，教師可運用多元教學策略在講授、評量、診斷、互動、討論、探究等教學過程中，除了能強化教學效能及學習成效外，亦能提升學習者的關鍵能力（包含問題解決、創意思考、批判思考、溝通表達、信息應用等能力）。
臺灣資策會在“2009年的數位典藏與學習之產業發展與推動”計劃中提出，未來教室為將新興的數位教學終端設備與數位內容進行整合，輔以適當的教學模式與方法，發揮Ac-tive Learning（主動學習）的成效，培養學生高層次能力的教育體系與環境。未來教室即是將科技工具運用在教學上，且強調團體的交互式教學。并以學習者為中心設計教材，創造出協同合作之虛實整合學習環境。
臺灣的《啟動學習革命》一書中認為，“未來教室=無所不在的學習環境+電子書包+隨意教室+遠距實驗室+高互動教室+相連教室”。在未來教室里，無處不可以學習，還可以跨班際、校際甚至國際進行交流。
未來教室是指將高新技術融入教育，創造全新的互動教育環境。未來教室的目標能力是培養學生的分析力、創新力，教學方式是多向的，以學生為中心進行學習，學生能夠進行主動、探索性學習。
未來教室是一個集多媒體教室、計算機教室、微格教室、校園電視臺等多種環境為一體的新形式教學環境，其中使用了包括電子白板、數字筆、電視（顯示）墻、無線網絡、數字攝像在內的多種技術，讓學生充分體驗到計算機技術發展所帶來的便利。體驗到利用新技術進行學習盼快樂。
未來教室便是利用先進的新一代信息科技，改變傳統學校教室的學習環境，建立師生間雙向互動的教育學習模式，不但能刺激學生學習動機與創新、探究之精神。更讓教師能夠豐富教材內容以及輕松教學。未來教室應該是一個廣義的概念，包括教師的教學工具、學生的學習環境等。
英特爾全球教育總監Brian Gonzalez認為，未來的課堂是“顛倒的課堂”。是指教育者賦予學生更多的自由。把知識傳授的過程放在教室外，讓大家選擇最適合自己的方式接受新知識；而把知識內化的過程放在教室內，以便同學之間、同學和老師之間有更多的溝通和交流。
王珠珠認為，未來教室是一個以學生為中心的教學的、鼓勵學生多方面的進步的，是一個能夠展現、呈現或者使用、分享或者多媒體的，應該是能夠合作研究，能夠便于信息交流的，應該是批判性思考，并且能夠主動的計劃和行動的這樣一個真實和虛擬環境的整合的這樣一個環境，或者叫結合的一個環境。
宋衛華認為，未來教室是一種利用電子白板技術、投影技術、智能空間技術、無線射頻技術、物聯網技術等手段，在現代創新教育理念的指導下，構建出以培養學生21世紀創新技能為目的，以互動為核心，能夠激發學生學習興趣，促進學生協作、探究學習的一種教室環境。
楊宗凱教授認為，未來的教室一定是云端教室，包括電子課本、電子課桌、電子書包、電子白板等，在資源方面，由模擬媒體到數字媒體，再到網絡媒體，資源最終都在教育云上，內容達到極大豐富，從而滿足個性化的學習。
通過對上述定義進行分析，可以看出，目前，已有對未來課堂（教室）的界定一個共有的趨勢是關注于利用新興的技術創建一個教與學的環境，促進學習者的學習和相關技能的培養。綜合以上學者對未來課堂（教室）的概念界定研究，本文認為，未來課堂（Future Classroom/Classroom of the Future）是相對于傳統和現代課堂而言的，是以人本主義、互動、環境心理學等相關理論和智能空間、云計算、人體工學等技術的支持下，以互動為核心，以充分發揮課堂組成各要素（人、技術、資源、環境和方法等）的作用，實施教與學，以促進人的認知、技能和情感的學習與發展的教與學的環境與活動。
未來課堂的特性主要體現在未來課堂的人性化、混合性、開放性、智能性、交互性和生態性等方面。人性化主要體現在技術設計與應用上。更多地體現以人為本的精神：混合性則主要體現在未來課堂可以實現多種教與學活動的混合，正式學習和非正式學習結合，虛擬課堂和現實課堂的混合。不同交互類型的混合等：開放性主要體現在課堂教學組織形式的開放以及教學資源的開放：智能性則體現在未來課堂應是一個智能化的學習空間，具有自然便捷的交互接口，以支持教與學主體方便地獲得未來課堂設備的服務：生態性則體現在未來課堂應是一種平等、和諧、開放的生態系統。
（二）未來課堂教與學的特點
未來課堂的教與學的過程是以學生為中心的、自主的、個性化的。在學習內容上，不管是哪個領域。都要學習批判性思維、復雜問題的解決、合作以及多媒體通訊等21世紀的專業知識與能力：從技術對學習的促進方式上看，作為以泛技術環境為特征的未來課堂，可以通過不同技術來支持不同類型的學習，多媒體的呈現形式、網絡資源和網絡社群可以為學生的學習創造機會：從學習的時間和場所上看，學生可以隨時隨地按需學習，技術為按需學習和全方位學習搭建了關鍵性的橋梁。使學習資源通過正式學習和非正式學習得以有效利用：從學習主體的廣泛性角度看，未來課堂則是提供了靈活的信息呈現方式、學生知識表征方式和活動參與方式，體現為所有課堂教與學主體提供服務。使所有人都能夠得到合適和有效地支持。
三、未來課堂：智慧學習環境
智慧學習環境目前也已開始受到教育技術學界研究者的關注，《開放教育研究》雜志從2012年開始開辟“智能學習環境”專欄，北京師范大學教育學部知識工程研究中心和加拿大Athabasca（阿薩巴斯卡）大學計算機和信息系統學院也聯合主辦了“北京師范大學一阿薩巴斯卡大學首屆“智慧學習環境國際研討會”。
智慧學習環境是數字學習環境的高端形態，是社會信息化背景下學生對學習環境發展的訴求，也是有效促進學習與教學方式變革的支撐條件。智慧學習環境的目標是使得學習場所能夠感知學習情景，識別學習者特征，提供合適的學習資源與便利的互動工具，自動記錄學習過程和評測學習成果，以促進學習者有效學習。
智能空間（smart Space）是智慧學習環境的一種實體形式，也是智慧學習環境實現的基礎，是嵌入了計算、信息設備和多模態的傳感裝置的工作或生活空間，具有自然便捷的交互接口。以支持人們方便地獲得計算機系統的服務。智能空間作為信息時代的產物是具有動態、主動、可思維、開放、多變等特性的建筑空間。
參照NIST（美國國家技術標準研究院）給出的智能空間具備的功能和為用戶提供的服務標準，我們認為，作為智能空間的特定應用形式，未來課堂也應是一個智能學習空間，它應包括能識別和感知課堂主體以及他們的動作和目的，理解和預測這些主體在完成教與學任務過程中的需求：課堂主體能方便地與各種信息源（包括設備和數據）進行交互：他們所攜帶或使用的移動設備可以無縫地與未來課堂這一智能學習空間的基礎設施進行交互：未來課堂能夠提供豐富的信息顯示：提供對發生在未來課堂中的經歷的記錄，以便在以后檢索回放：支持未來課堂中多人的協同工作以及與遠程用戶的沉浸式的協同工作等。
智能學習空間還是一個富交互環境，在未來課堂這一智能學習空間中，大量的計算設備、多模態交互技術模塊、情景感知（Context Awareness）模塊被嵌入并隱藏在實際的物理環境中這些模塊互相協作并能主動為用戶提供服務，使得智能空間擁有立體、連續的交互通道。按照智能空間發展的這三個階段，從獨立的智能空間一開放的智能空間一智能社區的演變。不同的智能學習空間之間也應該能夠自發地發生交互。當一個空間的資源無法滿足用戶的需要時。智能空間應該根據用戶的要求向臨近的空間發出請求來完成用戶的任務。
目前，國內外對智能學習空間的研究主要集中于有關智能教室的研究，筆者曾在智能教室的研究現狀與未來展望一文中。對智能教室研究的國內外現狀進行了系統的綜述。目前如清華大學的Smart Classroom，Dell公司的intelligentclassroom，卓越電子的智能教室等。
也有學者從各自角度提出了關于智慧（能）學習環境的構想。鐘國祥等提出，智能學習環境是從建構主義學習理論、混合學習理論、現代教學理論出發，以學習者學習為中心，由相匹配的設備、工具、技術、媒體、教材、教師、同學等構成的一個智能性、開放式、集成化的數字虛擬現實學習空間，認為其既支持學習者學習的自主建構，又提供適時的學習指導。馬來西亞學者Chin認為，“智慧學習環境是一個以信息通信技術的應用為基礎、以學習者為中心的且具備以下特征的環境：可以適應學習者不同的學習風格和學習能力：可以為學習者終身學習提供支持；為學習者的發展提供支持。黃榮懷等人認為，智慧學習環境是一種能感知學習情景、識別學習者特征、提供合適的學習資源與便利的互動工具、自動記錄學習過程和評測學習成果，以促進學習者有效學習的學習場所或活動空間。
在這些現有的項目中，盡管各個項目關注點會有差異，但是其核心思想是一致的，就是技術整合于教室及教學活動，為課堂教與學活動的順利開展，及為學習者提供良好的個性化學習支持，注重學習者創新能力及創新精神的培養提供@技術、環境、人、資源各主體相互協調的智能學習空間。
在未來課堂研究方面，筆者曾利用質性研究法和文獻研究法，對目前網絡上公開的44篇中小學生所寫的關于未來教室（課堂）的作文利用質性分析軟件Nviv08.0軟件進行了內容分析。提煉出當前中小學生對于未來課堂的想象與期望。基于作文內容分析建立的未來教室特點模型，如圖1所示。
從模型圖中研究者可以發現，學生們對于未來教室（課堂）特點的認識，主要體現在智能的、高科技的、人性化的、靈活的、有趣的、自由調節的、使用便捷的、安全的、心情愉悅的、生態的、環保的、無塵的等概念中。
另外，筆者基于對于未來課堂的定位和特性、學生理想中的未來課堂和未來課堂的目標進行分析的基礎上，還采用了專家意見征詢法，對來自于教育學、教育技術學、計算機科學與技術、建筑學、心理學等領域20位專家，對于未來課堂的認識進行了意見征詢，借此構建了未來課堂的模型，如圖2所示。
從未來課堂模型中。可以看出。未來課堂的設計主要從課堂環境設計和課堂教與學的活動設計兩方面入手。未來課堂要能促進學習者的學習與發展，應使學習者在未來課堂中能夠實現快樂學習和高效學習。而要做到這一點，需要學習者在未來課堂中進入到一個積極的心流狀態。從心流理論研究可以得出，要使學習者獲得這種心流狀態，需要從學習環境和活動兩方面進行考慮。其中環境部分包括未來課堂的物理環境和學習支持平臺。物理環境中，未來課堂給課堂主體提供了高交互的教與學設備。能夠有效支持課堂主體對于學習資源的獲取、處理和呈現。智能環境控制則給課堂主體提供了良好的外在環境，從光、溫、聲、背景音樂、空氣質量等方面根據課堂的實時狀態進行調節。創意空間布局則主要考慮給學習者提供更為人性化的桌椅設施，以及根據教與學活動的需要能夠方便實施桌椅的組合，形成學習小組，以利于小組學習活動的開展。
未來課堂中教的活動、學的活動和評的活動都是基于未來課堂云學習支持系統來實施的，所有學習資源的提取及課堂教學過程中生成的資源均來源于或進入到可進化的學習資源庫中。課后的活動是課中教與學活動的延續，教師可以利用課堂實錄系統記錄的視頻和學習支持平臺記錄的教學生成性資源進行分析，反思自己在教學過程中的經驗和不足之處，并撰寫反思，與同行交流，也可利用學習支持平臺對學生在作業過程中提出的問題進行輔導交流。學生在課后也需要對自己的學習過程進行反思，撰寫反思日志，并利用交互學習終端完成系統根據自己的學習情況推送的個性化作業。
未來課堂學習支持系統是未來課堂模型的重要支持部分，主要可以基于泛在網絡實現高互動教與學設備、智能環控設備的接入與控制，支持未來課堂教與學等活動的開展。教師、學生可以通過交互終端接入未來課堂學習支持系統，進行教與學的活動實施，教研員、學校管理者、教師同事、家長等也可以接入未來課堂學習支持系統，參與教與學的過程，了解學與教的情況。
可進化的學習資源庫是未來課堂學習支持系統的重要支撐。因為在未來課堂教與學的過程中有許多新生成的資源，而且未來課堂中的學習需要有情境性、適應性的資源，需要為學習者進行個體學習時所需的個性化學習資源需求提供支持。根據不同的要求，提供隨需應變的學習資源服務。在未來課堂中，學習者需要的不是泛泛的學習資源，而是需要應時的、與學習目標、教與學內容相關的、能夠切合學習者所處當前語境的資源。可進化的學習資源優勢便在于它解決了資源的應時性。使學習資源有了適應性的特點。由于在未來課堂中，隨著課堂主體與資源的交互，不斷有新的生成性學習資源產生，也就是說學習資源能在與課堂主體進行交互的過程中，吸收資源使用者的集體智慧得以不斷進化，這樣就使得原本傳統的靜態化、結構封閉、內容更新遲緩的學習資源需要轉變為動態生成、持續進化發展、結構開放的學習資源。不斷保留在使用和交互過程中產生的生成性信息作為資源進化的養料，體現資源進化和學習者知識建構的歷史路徑，滿足資源自身生命進化的需求。未來課堂中學習者的學習過程不僅僅是學習者與學習資源的交互，更重要的是在參與學習的過程中，吸取教學者、其他學習同伴、遠程學習者或專家等人的智慧，建立起學習者學習的社會認知網絡，收獲持續獲取知識的“管道”。透過學習資源在學習者、教師等人之間建立起動態的聯系，共享學習過程中的人際網絡和社會認知網絡，滿足社會化學習的需求。
由上可見，未來課堂是一個智慧學習環境，智能性是未來課堂的重要特性之一，未來的課堂應是這樣一個富有技術、充分體現技術、人和諧交互的智慧學習環境。這個環境的組成既包括未來課堂物化形態上所呈現的智能學習空間，同時還包括在這個空間中對課堂主體所進行活動的智慧性支持。在這個環境中，技術也已成為一個具備一定智能的主體，與其他主體能夠進行良好的互動，共同促進未來課堂教與學效率的提高。
四、未來課堂的智慧性體現
基于泛技術環境的支持，未來課堂的目標是旨在構建一個自然、和諧互動的學習空間。促進學習者進行個體學習和社會化學習，進而促進學習者的發展，在空間設計上也應能夠體現綠色、環保，從信息化設計到體驗性設計。
未來課堂作為一個智慧學習環境。其智慧性主要體現技術層面、環境層面和資源和服務層面等方面。
（一）技術層面——應用大量的智能技術
未來課堂作為一個泛技術支持下的教學環境，應用了大量的智能技術，主要實現信息的記錄、傳輸、編輯的智能化，主體之間交互的多元化、便捷化。如RFID技術、泛在網絡技術。智能學習空間（Smart learning space）是嵌入了計算、信息設備和多模態的傳感裝置的教學與學習空間，具有自然便捷的交互接口，以支持課堂主體方便地獲得計算機系統地服務。人們在未來課堂里的學習過程就是使用計算機系統的過程，也是人與計算機系統不間斷的交互過程。在這個過程中，計算機不再只是一個被動地執行人的操作命令的一個信息處理工具。而是協作課堂主體完成教與學任務的幫手，是人的伙伴，交互的雙方具有和諧一致的協作關系。這種交互中的和諧性主要體現在人們使用計算機系統的學習和操作負擔將有效減少，交互完全是人們的一種自發的行為。自發（spontaneous）意味著無約束、非強制和無須學習，自發交互就是人們能夠以第一類的自然數據（如語言、姿態和書寫等）與計算機系統進行交互。
（二）環境層面——實現智能環境
未來課堂中應用了許多電子設備，要做到環境的智能化，需要使電子設備消失在用戶環境中，因此。需要“虛擬設備”來支持課堂主體與消失了的電子器件間的自然交互。通過智能化、個性化和相互連接的系統和服務創造所需的環境和功能。以此提高人們利用環境學習的質量。
空間可以感知人的存在。根據不同的人，空間就會有不一樣的改變。
智能環境控制系統主要基于RFID等的物聯網技術對課堂內的光、電、聲、溫根據學習者學習的需要進行控制，可以根據課堂外的光照條件調節照明，季節氣候的不同調節溫度，根據課堂內的聲場環境調節聲音系統等。如圖3所示。
環境必須能識別生活在其中的人，適應他們，并從他們的行為中學習，可能的話還要具有情感。在環境智能的世界里，由組網的智能設備組成的電子系統將集成到人們的環境中，并為人們提供隨時隨地所需的信息、通信、服務和娛樂等服務。設備還能進一步適應甚至預備人們的需要。環境智能將以完全不同于現在的手柄式或固定的電子盒的方式出現。這些新系統將自然地融合到周圍的環境中，并可以產生更為自然和隱含的交互方式。
智能環境重要的技術特性主要包括嵌入式（Embeded）。許多組網設備被集成到環境中。環境感知（context Aware）系統能識別你和你所處的環境上下文，個性化（Personlized）系統能調整自身以滿足你的需求，適應性（Adaptive）能發生變化以響應你。預備（Anticipatory）系統無需有意識的干涉便能提前準備好你所想要的。
（三）資源層面
未來課堂可以通過云資源支持平臺、智能課堂實錄系統和交互白板實現資源的智能實時錄制和資源存儲。
智能課堂實錄系統可以對課堂中的學習者的學習過程，包括自我學習和小組協作學習等過程進行記錄，儲存于云端資源服務平臺中。可供學習者課后進行學習過程的回放，反思支持。
課堂智能實錄系統是未來課堂物理架構的重要組成部分，實錄系統能夠自動跟蹤課堂主體的狀態和活動，自動調整鏡頭的景別。及實現聚焦和拾音電平的調整。并處理好不同攝像機之間的錄制畫面的同步。可以實現多攝像機、多場景切換式拍攝。
（四）服務層面
未來課堂應為課堂主體而建，終極目標在于促進學習者的個體學習和社會化學習，以促進學習者的發展，是一個充分發揮課堂主體的主動性、能動性，和諧、自由發展的教與學的環境與活動。未來課堂應為課堂教與學活動的實施提供完善的支持與服務。要實現這種支持與服務。需要未來課堂能夠根據課堂實時情境。判斷出課堂主體的需要，為教師和學生實現教與學過程的智能分析，資源的智能推送等。從而為每一個學習者能夠實現個性化學習提供可能。
五、未來課堂——智慧學習環境的實現技術
未來課堂作為一個智慧學習環境，其實現技術主要包括硬件技術和軟件技術兩個層面，其中硬件技術主要包括所有設備之間的智能互聯技術、多功能交互設備技術；軟件技術則主要是指各主體間的信息的智能傳輸技術、控制技術及推理技術等。
（一）硬件技術層面
要使得未來課堂成為一個智慧學習環境，需要有硬件技術的支持，這些硬件技術主要包括物聯網技術、多功能交互設備技術等。
1.物聯網技術
未來課堂是一個泛技術環境，是一個技術增強型課堂。未來課堂的物理架構是指在泛在網絡環境支持下，由多屏顯示、活動桌椅、智能環境控制系統、桌面平板電腦、無線反饋系統、視訊會議系統、智能課堂實錄系統等部分構成。從未來課堂的物理架構可以看出在課堂中應用了許多新的技術，但這些技術在未來課堂中不應該是單獨存在的客體，而都應成為彼此之間信息互通的主體，成為未來課堂的有機組成部分。目前，實現要實現這些設備之間的無縫鏈接，主要可以采取物聯網技術來完成。
物聯網（TheInternet of things）的定義通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備。按約定的協議。把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。
從課堂教與學主體進入課堂開始，其身份信息將自動被讀取。相應的設備都會根據讀取的主體信息調節相應的設備狀態。給主體提供相應的支持。以符合個性化學習的需要。體現所有學習主體的學習機會平等性、學習方式多樣性、學習模式靈活性。
基于物聯網形成的無縫學習環境和泛在網絡技術可以讓所有學生和教育工作者隨時隨地使用綜合性的學習基礎設施。
2.多功能交互設備技術
除了物聯網技術以外，未來課堂的主要特性是其互動性，要實現各主體之間的良好互動。需要有多功能交互設備技術的支持。如多功能交互筆。多觸點交互顯示技術等。
在未來課堂這樣一個包括多種顯示設備的三維交互空間中。用傳統的鼠標鍵盤進行交互是相當繁瑣的。每個顯示設備都需要單獨配備鼠標或鍵盤，對于不熟練的計算機用戶來說。這種交互方式效率很低。對某些操作，例如繪制圖標。即使是熟練的計算機用戶用鼠標和鍵盤也很麻煩。清華大學研究者設計實現了一種多功能交互筆uPen，它是一個具有壓力傳感器的觸摸筆，可以發射激光，筆身上還有激光發射和鼠標左右鍵共三個功能按鍵。結合觸摸板和計算機視覺技術。用戶利用一只uPen就能夠以便捷的方式在課堂中與各種顯示設備進行交互。這種筆勢交互的模式擺脫了鼠標鍵盤，使用戶在課堂的各個位置都能與顯示設備交互，而且交互方式統一便捷。每一支uPen在使用過程中能向系統發送惟一的ID信息。為多支uPen同時工作提供了基礎。結合室內定位系統，就能夠確定使用人員的當前交互狀態，為系統的主動服務和用戶相關的過程記錄提供了可能。
多點觸控技術是一項由電腦使用者透過數只手指達至圖像應用控制的輸入技術。它是采用人機交互技術與硬件設備共同實現的技術，能在沒有傳統輸入設備（如鼠標、鍵盤等）的情況下進行計算機的人機交互操作。多點觸摸交互技術能支持同時多點觸摸輸入，使得觸摸手勢輸入和多人協作交互成為了可能，可以提高交互的智能性、協作性和自然性，也推動了人機界面逐漸由圖形用戶界面（GUI）向自然用戶界面的轉變。將雙手的手勢動作定義成人們在日常生活中常用的自然動作并用來操作計算機，可以大大減少操作者的認知負擔，降低學習操作的門檻。觸摸手勢交互作為一種更自然的人機交互方式，它符合用戶的認知，提高了交互的自然性。
為滿足人們簡單、自然、友好、一致的人機交互需求，利用人在現實生活中的勞動技能和操作技巧，提高交互的自然性，該平臺以用戶為中心。相對于單手操作。雙手交互不單是輸入通道上的增加，而且體現了雙手合作的特點，提高輸入帶寬和工作效率，使得傳統的圖形界面交互能夠和雙手多指交互相結合達到優勢互補。如國防科學技術大學研發的基于手勢的多指觸摸協作交互平臺。解決了多點觸摸識別與定位、觸摸手勢識別、多人協作交互等關鍵技術，利用先進的光感應觸控手段，實現了雙手多指觸摸操作的人機交互。開發了基于雙手自然手勢進行觸摸交互的通用支撐軟件，支持多人協作交互。通過觸摸屏在圖形界面上實現了一種自然、簡單、高效的人機交互。支持自然手勢的雙手多指觸摸人機交互系統，在觸摸精度、顯示面積和顯示方式上與國際同期同類技術相比具有明顯優勢。
（二）軟件技術層面
未來課堂設備的配置和連接從硬件技術層面來講創建了智慧學習環境的物理基礎，但要使其真正發揮各自的作用。成為一個智慧學習環境。則需要相應軟件技術支持。這些軟件技術主要是指各主體間信息的智能傳輸技術、控制技術及推理技術等，具體包括人工智能技術、上下文感知計算技術、和諧交互技術、計算機視覺識別技術和無縫數據管理技術等。
1，人工智能技術
人工智能技術是當前信息技術教育應用的一個研究熱點，基于人工智能技術開發的智能教學系統使得計算機軟硬件系統能夠更好地服務于學習者的學習過程。以智能專家系統ITS（Intelligent Tutoring Systems）為例，ITS是一種能仿真人類教師的計算機教學系統，以學習者為主設計的教育軟件，它能感知學習者的學習狀態，而提供適合學習者程度及喜好的指導、決定學習者模塊內容及選擇特殊設計以輔助學習指導及練習（Shute&Psotka.，1995）。ITS利用AI技術推論學習者的學習狀況、理解狀態及分析學習者特質，進而決定教學的內容、時間點、與方式。這不但塑造了一對一教學的理想環境，同時也提供了針對不同學習者需求，量身定做的適性化（adap.tive）學習內容。ITS以學生模型（Student Model）、教學模塊（Pedagogical Module）、領域知識（Domain Knowledge）、接口模塊（Interface Module）四個組件來達成上述的各項功能。[刪
在未來課堂中，學習者除了可以和實體課堂內的教學者、學習同伴進行互動外。還可以和學習支持系統中的智能型人進行互動，獲得個性化的學習支持，智能性人中的“教學人”可分為“協助教學事物人”及“實際進行教學的仿真教學人”兩種。臺灣學者陳鴻裕的研究指出，協助教學事物的教學人主要的工作有：（1）自動負責同伴間的聯絡；（2）自動檢視并提示學習進度；（3）自動收集課程的相關信息。而“實際進行教學的仿真教學人”則是代替教師實際進行教學的人，大部分的系統皆是以一個動態的3D人像作為溝通接口。以運用虛擬實境中豐富的溝通形式。與學習者在網絡的虛擬實境中互動。
2.上下文感知計算技術
上下文感知是智能空間的重要特征。是提高計算系統交互智能性的核心技術。上下文感知計算是指利用上下文信息自動為用戶提供適合當前課堂教與學情景的服務和支持。它主要涉及上下文信息的感知和表述、上下文建模和推理、上下文感知的應用等方面的內容。
上下文是指任何可用于表征實體狀態的信息，這里的實體可以是個人、位置、物理的或信息空間中的對象。在實際應用中，上下文的種類可歸納為計算上下文、用戶上下文及物理上下文等。上下文可分為低層上下文和高層上下文兩個層次，低層上下文是指直接從相應的傳感器獲得的上下文：高層上下文和低層上下文往往是相互關聯的，一般來說是根據低層上下文進行邏輯推理得到的。由于高層上下文更能體現用戶主體的意圖。因此人們對高層上下文更感興趣。它成為判斷用戶主體當前意圖，為用戶主體提供相應服務和支持的重要依據。
3.和諧交互技術
未來課堂通過開發和集成先進的和諧交互技術，為學習者提供一個高效的信息獲取、交流的工作空間。從而促使顯著提高學習、討論和協作效率。
在未來課堂中，多種來源的相關信息將集成顯示在課堂的三維物理空間中，課堂教與學的主體可以在多個顯示表面上以自然便捷的方式直接與信息系統交互。或與遠程的專家或學習伙伴進行充分的協作交流，整個互動過程還將被自動存放為可索引的學習記錄或參考案例。未來課堂這一智能學習空間是一個典型的多用戶和諧人機交互環境，目標是促使學習者在復雜的情況下盡快地理解和掌握當前形勢并快速地做出合理地決策。關鍵是要為開放式信息集成、多用戶自然交互提供支撐技術。
基于普適計算的智能學習空間技術，能營造全方位信息顯示與和諧交互環境，將大大提高教與學過程的快速性和可靠性。
4.計算機視覺技術
在未來課堂這一智慧學習環境中，人的行為識別理解、物品識別與定位，以及場景恢復等問題都需要利用計算機視覺技術作為主要或者輔助手段來解決。計算機視覺是用計算機或機器對生物視覺的仿真。是一門綜合性的學科，它包括計算機科學和工程、信號處理、物理學、應用數學和統計學，神經生理學和認知科學等。計算機視覺就是用各種成像系統代替視覺器官作為輸入敏感手段，由計算機來代替大腦完成處理和解釋。計算機視覺的最終研究目標就是使計算機能像人那樣通過視覺觀察和理解世界。具有自主適應環境的能力。
在未來課堂中，用到的與計算機視覺相關的技術主要有圖像處理、圖像識別和圖像理解。圖像處理技術把輸入圖像轉換成具有期望特性的另一幅圖像，圖像處理主要利用圖像處理技術進行預處理和特征提取：圖像識別是指根據從圖像抽取的統計特性或結構信息，把圖像分成預定的類別，圖像識別主要用于對人的動作、物品等的識別與定位等；圖像理解不僅描述圖像本身，而且描述和解釋圖像內容所代表含義，圖像理解主要用于對場景的理解和對人的行為和意圖的識別等。
5.無縫數據管理技術
從用戶的角度來看，進入未來課堂后，不同計算設備上的信息被放置在一個系統中，用戶無需關心信息的上傳和下載，只需利用下文介紹的多功能交互筆就能在不同顯示設備上方便地顯示、切換、標注這些信息，使得用戶的注意力能主要放在討論和信息理解的過程中，無需過多理會計算系統的細節。遠程用戶被允許接入未來課堂后，也能利用無縫數據管理模塊來提供和共享信息。
在多種顯示設備集成的智慧學習環境中，課堂教學主體可以通過物理環境（如墻面、桌面）、日常用具（如筆、激光筆），新型信息設備（如PDA、麥克風陣列），以及語音命令等自然便捷的方式與信息系統交互，無需依賴傳統的鼠標鍵盤，以使對計算機不熟練的人員也能夠直觀地訪問、處理信息。原型系統主要通過語音命令和多顯示表面上的筆式交互提供直接的支撐技術。
【關鍵詞】 數學教學；教學系統；教學效果；即時反饋
【中圖分類號】 G434 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1009-458x（2017）03-0037-08
一、研究問題
數學是中小學教育階段國際公認的核心課程之一。世界經濟合作與發展組織（Organization for Economic Co-operation and Development，簡稱“經合組織（OECD）”）的國家和地區發起的國際學生評估項目（Program for International Student Assessment，PISA）測試就包括數學知識考試，它也逐漸成為衡量不同國家之間中小學教育成就的一項重要指標。
但是，在學校常規班級教學中，較高的生師比使得數學教師不可能考慮每個學生的學習進度，也不可能針對每個學生的學習情況給予即時反饋，提出恰當建議，進行個性化的輔導和興趣激勵。而在數學學習中，特別是在應用基本知識解決問題的過程中，即時而恰當的反饋、建議、輔導和激勵對學生來講是至關重要的。
計算機輔助學習系統最重要的優點就是能夠自動給予學生即時而恰當的反饋，這也是其智能性的重要體現。所以，長期以來，以計算機輔助教學系統為代表的現代教育技術在數學教學中得到了廣泛應用。但是其實際應用效果究竟如何呢？
二、相關研究簡介
國際上有大量關于計算機支持的數學教學效果的實證研究，因為篇幅限制不能詳細列舉，簡要介紹相關元分析研究的成果。元分析是一種文獻研究，其研究對象是已經出版的實證研究文獻，研究方法是對這些實證研究的結論進行分析，以便總結和概括這些實證研究結論所反映的共性和規律。國外很多關于計算機輔助教學（CAI）的元分析研究（Burns， 1981； Hartley， 1978； Kulik & Kulik， 1991； Liao， 2007； Tamim， Bernard， Borokhovski， Abrami， & Schmid， 2011）分別分析了幾十個、幾百個乃至幾千個研究，普遍指出：計算機輔助教學與傳統教學手段相比，對于學生的學習表現可以起到更加顯著的正面影響。對于學業表現較差的學生而言，很多研究（Lynch， Fawcett， & Nicholson， 2000； O’Byrne， Securro， Jones， & Cadle， 2006）也表明計算機輔助教學對于其學習成績可以起到正面的促進作用。
在數學領域的大量元分析中，Cheung和Slavin（2013）考察了K-12學校的教育技術應用對學生數學成績的影響，因為美國學生的PISA數學成績表現長期以來不如其他OECD成員國，而教育技術應用于數學教學是改善美國中小學生數學成績的一項有效手段，正如美國數學教師協會曾經指出的“技術在數學的教與學中至關重要”。他設置了非常高的研究方法標準（最少持續12周，有實驗班和對照班，常規教學條件，有要求嚴格的前測和后測成績），篩選出了74篇高質量的研究論文。這些研究包含的學生樣本量為56，886。其中45篇研究了小學階段的31，555名學生，29篇研究了中學階段的25，331名學生。該元分析發現：一般來說，與傳統教學方法相比，教育技術應用都對學生學習產生了正面影響。
在此研究之前，國際上20多個元分析研究考察了教育技術對學生成績的影響，其中7個關注數學學科。這些研究也都發現了教育技術對學生數學成績的正面影響。
國內不少研究也介紹了計算機支持的數學教學系統，但是關于其教學效果的實證研究不多。從中國知網（CNKI）檢索后，我們發現了以下兩篇關于技術支持數學教學的實證研究。
張文蘭等（2013）對參加三個月的電子書包實驗的試點班和對照班的數學考試成績進行了統計和分析。前測中兩個班成績無顯著性差異，后測也無顯著性差異，但是實驗班比對照班成績高出0.21分。該文對成績提高不顯著的原因進行了分析，包括實驗周期有限（三個月）、設備技術和功能的局限性等。
管玨琪等（2015）分析了參加兩年電子書包實驗的三年級和四年級學生和同時期未參加實驗的學生的期末數學成績，發現不論是三年級還是四年級，期末數學考試中，參加實驗的班級的成績都顯著高于未參加實驗的班級的成績。但是，該文沒有介紹實驗班和非實驗班在參加實驗前的成績差異，也未介紹除了實驗變量（電子書包）外，實驗班和非實驗班是否還受其他不同因素的影響。
基于以上的相關文獻分析，我們發現：國內關于計算機支持數學教學的實證研究不多。本研究擬選擇某所學校的數學教學進行較長時間的準實驗研究，以提高實驗結果的可信度。
三、教學理論基礎
行為主義學習理論強調通過強化與教學目標相關的刺激和激勵來實現學習。計算機輔助教學系統給予學生的即時反饋和建議就是這樣的刺激和激勵。行為主義指導下的計算機輔助教學，強調計算機能夠激發學生的反應，并給予學生及時、詳細和恰當的反饋，而這種反饋能夠包含對學生表現的評價（Skinner， 1958）。Tobias（1973）發現，學生建構性的反應對于提高學業成績而言是最有效的，而且，這種對于學生的明確反饋會引起學生的極大關注，并進一步導致更好的學業成就。Clariana和Lee（2001）也認為，網絡學習中的明確反饋可以提高學生的學習成績。
認知主義強調研究和理解人腦內部的復雜過程：感知能力、解決問題的策略、決策過程和對復雜關系的理解，等等。學習是多層次的信息加工過程，包含了對于信息的解釋和評價。教學不是知識的簡單傳遞，而在于學生積極主動的獲取。學生是一個積極的信息加工者――積極地做出選擇和注意等反應，積極地組織已經知道的信息，積極地尋求相關信息來解決問題。教師要為學生創造良好的條件激發學生的學習動機，提供合理的學習策略，從而促進學生的學習（Gagne & Briggs， 1974， pp. 10-20）。
混合式學習方式⒋統的班級教學與通過國際互聯網或局域網進行的在線學習結合起來。Dziuban、Hartman和Moska（2004）指出：“混合式學習應該被看作一種教學方法，它將課堂教學的社會性和有效性與在線學習環境技術支持下的主動學習結合起來。”Bonk和Graham（2006， p.1）強調：“混合式學習環境將傳統面對面的教學方式與計算機支持的在線學習結合起來。”混合式學習是計算機輔助教學的一種教學應用方式，強調傳統的班級教學與計算機支持的學習的有機結合。網絡教學系統支持的數學學習與傳統的學校教學結合起來，顯然是一種混合式學習。
四、教學理論指導下的系統功能設計
北京樂學一百在線教育科技有限公司總結近15年多媒體教育軟件及混合式教學實踐經驗，研發了“樂學一百”在線教學系統。該系統聚焦于中小學數學教學，在行為主義和認知主義等教學理論指導下，提煉出了適應中小學生在線學習的3I教學法并將該教學法貫穿到系統設計之中：個別自適應學習，自定步調（Individualized Adaptation）；漸進掌握式學習，小步闖關（Incremental Mastery）；互動發現式學習，持續互動（Interactive Discovery）。
在內容上，該系統包括與全國初中和小學數學大部分通用教材相配套的習題內容，全部為自己研發。與傳統印刷版的習題集不同，該系統能夠根據學生提交答案的快慢和正誤，給予即時反饋和游戲化的積分激勵，而不是單純呈現解題過程和答案。
我們以北京師范大學出版社《初中數學》（七年級下冊）為例，介紹該系統的主要功能和3I教學法的具體實施。該冊內容包括了“整式的乘除”“相交線與平行線”“變量之間的關系”“三角形”“生活中的軸對稱”“概率初步”等。在每一部分，設置了若干關卡練習。比如在“生活中的軸對稱”部分，設置了18道關卡（如圖1所示）。前面的15關是關于“生活中的軸對稱”的若干分解任務的（如第一關是認識軸對稱，第二關是“畫軸對稱圖形”，等等），后面的3個關卡分別是“挑戰100分”“檢測”“錯題更正單元”。“挑戰100分”和“檢測”是綜合性練習，而“錯題更正單元”是本單元出現的錯題集合。
這些關卡題目的做題順序，完全由學生自我控制，可以根據情況自由選擇，這就是“個別自適應學習，自定步調”的含義。
第八關是“等腰三角形練習1”，包含10道題，滿分為100分，并設置了標準時間，為2到4分鐘。如果做題時間短于標準時間的下限，即2分鐘，則加分；如果做題時間長于標準時間的上限，即4分鐘，則減分。這些題目采用填空題或選擇題的形式，系統可以判斷用戶答案的正誤。如果答對了，系統給予“正確”之類的提示，進入下一道題目；如果答案錯誤，系統則給出“錯誤”或者“再想一想”之類的提示，學生必須再次輸入或者選擇正確答案，直到該題目答案正確為止，才能進入下一道題目。這就是“漸進掌握式學習，小步闖關”的含義。每個關卡的通過，系統給予正確或者錯誤的提示，就是行為主義教學思想的體現；這樣一系列的圍繞等腰三角形等知識點的小步驟闖關過程，可以幫助學生深刻理解相關知識點，體現了認知主義的教學思想。
如果學生實在做不出來，可以求助在線的“老師答疑”。這種人工在線輔導加上系統自動給出的答案正誤的反饋，構成了“互動發現式學習，持續互動”的教學環境。
以上我們介紹了“同步闖關”的基本內容。每個關口的做題過程都會保留下來，便于用戶以后復習。闖關成功后，學生可以看到本次練習的得分、一次正確率、所用時間、（相對于標準時間）提前/延遲、基礎學分、獎勵學分、獲得樂幣（該平臺的一種虛擬貨幣）、當前樂幣。其中的得分、獎勵學分、基礎學分和獲得樂幣是綜合考慮一次正確率、所用時間等多個做題表現指標計算得出的。
除了學分和樂幣，如果該生能夠持之以恒地練完一章的內容，系統還授予學生勛章。同年級同一學段學生，還按照其獲得學分、樂幣多少設置了排行榜；只要是注冊用戶，都能在排行榜上找到自己的位置和要超越的對象。學生還可以使用學習獲得的樂幣來換取實物獎品。
除了“同步闖關”，還有“強化技能”“挑戰100分”“競賽培優”“專項訓練”“最后一題”。這些內容屬于基礎知識和基本技能之上的較高要求。此外，該系統能夠自動收集學生在單元闖關中所有題目的答案，并特別關注做錯的題目，形成個人錯題集，便于學生開展針對性的糾錯練習。
為了輔助學生學習比較困難的幾何作圖，該系統設計了幾何作圖智能判斷引擎，自動判斷學生的幾何作圖是否符合題目要求。借助這個工具，學生不僅能夠學習常規作圖方法，更能創造性地解決幾何問題。
為了創建社會化的學習環境，系統還設置了“同學動態”窗口。學生用戶可以選擇打開或者關閉該窗口。該窗口上動態顯示其他同學的做題情況，以及家長給予孩子的表揚和樂幣獎勵。
五、研究方法
本課題研究方法主要是準實驗研究。準實驗研究的基本思路為：根據學校正常教學工作的安排，選擇其中一個班作為實驗班，其他作為控制班（對照班）。實驗班和控制班的教學內容、進度和方法完全一致；唯一不同的是，實驗班要通過網絡在智能教學系統上完成老師布置的作業，而對照班仍然按照傳統方式完成老師布置的作業。
在準實驗研究中，自變量是參加混合式學習與否，因變量是學生的考試成績及主觀反應。通過分析歷次考試成績來比較實驗班和控制班的數學學習成效；通過調查問卷和訪談等方法了解學生對于數學學習和數學教學系統的感受和認識。
對于考試成績，主要比較實驗班和控制班在同一次考試中的成績差異，也就是進行橫向比較。這是因為在同一次考試中，兩個班的考試內容完全相同，其成績具有可比性。而同一個班（如實驗班或者控制班）在不同時期的兩次常規考試中，考試內容一般都不相同，難度也不一定相同，所以前后兩次的成績不具有可比性。因此，不進行同一班前后成績的時序縱向比較。在比較實驗班和控制班兩個班成績的時候，主要考察的統計指標包括：
（1）每一班成績的平均值。它反映了全班同學成績集體性的平均表現；兩個班成績的差異就用兩個班成績平均值的絕對差來表示；每次考試每個班平均成績在整個年級的位置變化，也反映了其成績的變化幅度。
（2）每一班成績的標準差。它反映了全班同學成績的離散程度。
（3）兩個班平均成績差異t檢驗的結果。它反映了兩個班成績差異的統計學顯著程度。t檢驗是一種假設檢驗；假設兩個班的成績相同，如果計算出來這種假設的概率很小，比如一般設為小于0.05（即5%），則認為這種假設不成立，即兩個班的成績在統計意義上是有差異的，或者說兩班成績的差異在統計上是顯著的。t檢驗可以用SPSS等統計軟件來進行。
（4）效果尺度（Effect size）。綜合考察兩個班平均成績的差異和每個班成績的離散程度。國際上常用Cohen’s d這一變量來表示效果尺度（Cohen， 1992）：
[d=Mean1-Mean2Standarddeviation]
其中，Mean1和Mean2是實驗班和對照班的評價成績，而加權標準差（standard deviation）由下列式子計算得出：
[Standard deviation=n1*SD12+n2*SD22n1+n2-2]
其中，n1和n2分別是兩個班的人數，SD1和SD2分別是兩個班成績的標準差。
調查問卷的實施，則通過網絡調查問卷系統（Limesurvey）來實現，簡單、快捷、方便。
六、基于混合式教學思想的課程整合實驗
2015年9月到2016年1月，“樂學一百”系統在四川一所初中的數學教學中進行了準實驗研究。初一年級四個班的教學內容、要求、進度和方法基本相同。選取其中一個班為實驗班，其他三個班不使用該系統，作為對照班參與課題研究。
按照混合式教學的基本思想，實驗班使用“樂學一百”系統（如圖2所示）。具體教學流程為：
課前，教師通過“樂學一百”給學生布置“引導單元”部分的作業，讓學生進行課前預習時完成該部分的作業。教師通過系統檢查學生的預習結果，即查看學生是否完成了引導單元的練習和成績如何。
課上，教師根據學生預習的情況對教學內容做適當調整，具體表現在：對學生在“引導單元”基本上回答正確的題目進行略講，對經常出錯的知識點進行重點講解，或者請答對的同學板書演示，有時候也請同學們使用平板電腦對難題進行深入討論（如圖3所示）。此外，在上單元小結或者知識點小結的課堂上，教師會直接分析學生之前做過的題目。對于那些得分很高、表現很好的同學，教師會在課堂上給予口頭表揚，對于那些沒有及時過關的同學，則會詢問原因，究竟是網絡原因、時間原因還是其他原因，然后再根據學生反饋的情況提出不同的要求。
課后，實驗班學生除了用大約25分鐘時間完成一本常規練習冊中的配套練習之外，還需完成“樂學一百”中的練習，約10分鐘。對照班學生則要完成兩本常規練習冊的配套練習，時間約為50分鐘。
七、實驗結果
根據收集到的考試成績數據、學生調查數據、學生和家長反饋以及教師訪談，對實驗結果進行分析。
（一）考試成績
我們收集了2015年11月份期中考試，12月份月考和2016年1月份期末考試實驗班和其他三個對照班的成績。期末考試的形式、題型和總分的情況是：考試分A、B兩卷，A卷100分，其中選擇題10個共30分，填空題4個共16分，解答題8個共54分；B卷50分，其中填空題5個共20分，解答題3個共30分。
從該表可以看出，在試驗初期，實驗班比對照班的成績高出3.8分，統計意義上不顯著（p=0.107），實驗班相對于對照班的效果尺度也僅僅為0.18。一個月后，成績差異擴大到5.2分，但是差異顯著性和效果尺度有些縮小。再經過1個月，成績差異擴大到6.1分，這種差異從統計意義上是顯著的（p=0.049），實驗班相對于對照班的效果尺度也擴大為0.25。
（二）問卷調查
在實驗學期結束后，我們設計了一個網絡調查問卷，調查學生的數學學習情況和使用“樂學一百”系統的體驗和感受。問卷包括三個部分：個人基本信息、對學習平臺的評價和數學學習效果評估。因為在現有研究文獻中沒有找到中學生數學學習評價量表，該問卷內容根據本研究的實際情況自行設計。
實驗班48人中有42人提交了有效問卷，其統計情況如下。
在個人基本信息部分，關于學生的性別，答案顯示男生為18人（42.9%），女生為24人（57.1%）。年齡均值為13歲。平均每次在“樂學一百”在線學習平臺上學習的時間，均值為47.4分鐘。
第二部分是對“樂學一百”在線學習平臺的評價，含有九道題；第三部分是數學學習效果的自評，含有五道題。第二和第三部分共14個問題，都為單項選擇題，答案5個分值的Likert量表，1表示非常不同意，2表示不同意，3表示不確定，4表示同意，5表示非常同意。對這14個問題的答案進行信度分析，發現其Cronbach’s Alpha值以及基于標準化項的Cronbach’s Alpha都為0.987，表明該問卷可信度很高（如表2所示）。
表3顯示了這14道題的描述統計結果，從中可以看到，對系統平臺感受的9個問題，均值都在“同意”（4分）附近。最高的一項是“即時給予正面的反饋能增強自己的自信心”，為4.05分。可見，該系統界面美觀、布局合理、簡便易用、穩定可靠，題目質量高、數量合理，以及排行榜和樂幣等游戲機制可以激發學生的學習興趣和積極性，即時反饋增強了學習自信心，在線答疑機制幫助學生釋疑解惑。因此，學生喜歡使用這個智能學習平臺。不過這9個問題的均值都未達到“非常同意”（5分）的程度，可見學生對這個平臺還有更高的期待值，說明該平臺還有很大的改善余地。
對學習效果的5個問題，均值略低于“同意”（4分）。最高的一項是“提高了自主學習能力”，為3.98分。可見，該系統提高了學生的學習興趣、分析和解決問題的能力、學習自信心、自主學習能力，幫助學生掌握了相關知識。但與“非常同意”（5分）還有一定的距離，可見該平臺在改善學生的數學學習方面還有很大的提升空間。
在調查問卷的結尾部分，還有一個開放性問題，請同學們暢所欲言，談談使用系統的體會和感受。分析這些反饋內容后，可以將其分為三類：正面評價、建議，以及正面評價+建議。25個同學都給予了正面評價，包括：“‘樂學一百’讓我不會的題都會做了，讓我的能力提升了”“樂學對我有很大幫助，讓我掌握知識，還讓我增加對學習的興趣”等。12條建議包括：“有時候數學符號有點問題”“希望答疑老師能夠更好地去引導學生！”，等等。既有正面評價又有建議的反饋3條：“建議改進一下網頁部分頁面腳本錯誤的問題，感謝樂學一百對我的幫助！”“在線答疑有時候會人太多，解答不了，其他都挺好的”和“希望把答案做成多樣化，其他方面都非常好”。
從這些反饋中看出，大部分學生對該系統的評價是正面、肯定和贊揚的，還有一些同學提出了合理化建議，比如4條建議是關于在線答疑功能的，應該在這方面進一步完善。
（三）學生和家長反饋
為了解學生和家長對“樂學一百”系統的感受，隨機請5位同學及其家長書面總結了學習心得和反饋意見。
學生A說：“自從開始使用‘樂學一百’，我對數學有興趣了。以前上課不喜歡聽課，總是走神，現在上課也不浮躁了。”學生B說：“自從學了以后，感覺我的基礎上升不少，成績也提高了，讓我對數學有點感興趣了。而且不會的題可以問老師，還可以到網站的市場上買很少見的東西，這是激發我學習的動力之一。”學生C說：“在‘樂學一百’中，不僅學習到了知識，也收獲到了學習的快樂。”上述學生的反饋可以概括為：這種學習方式提高了學習數學的興趣，體驗到了成功的快樂，增強了學習信心，提高了學習成績。
家長A說：“通過這次活動，孩子對數學逐漸有了學習興趣，希望能繼續加油，多動腦，多做題，把成績提高上去。”家長B說：“孩子學了‘樂學一百’以后我們很高興，她自己也覺得很好，我們很支持。”家長C說：“‘樂學一百’的課程設置與學校的教學內容緊密相關，而且對教學內容進行科學的分解，使學習更容易，便于孩子理解和掌握，而且教學方式靈活多樣、趣味性高，真正做到了讓學生快樂學習，學習成績有所提高。”上述家長反饋意見可以概括為：這種學習方式幫助孩子增強了學習數學的興趣和信心，體驗到了學習數學的快樂與成功。
（四）教師反饋
我們訪談了參與課題的數學教師，了解實驗班和對照班的基本情況，聽取其對系統的評價和建議。該教師認為，該系統能夠客觀、準確評價學生的學習情況，可以幫助教師進行個性化教學，讓教師清楚地知道每一個學生的學習狀況。此外，習題是模塊化的知識點，能夠幫助學生快速掌握知識。闖關游戲，對學生起到一定的激勵作用。每一道題目都會給學生積極的反饋，增強學生的自信心。如果學生遇到困難，答疑系統就會提示“需要幫助嗎”，能及時幫助學習上遇到困難的學生。
該教師同時建議：“把知識點與課標結合，根據課標的要求，在理解和掌握方面多下功夫。加題目的隨機性，派給每個學生的題目最好不一樣。學生做錯題目進行二次過關的時候，只針對錯題，不要重復前面的題目。加強系統的數據統計功能，給老師和學生更多的參考信息。”
八、研究結論和討論
我們介紹了網上數學教學系統“樂學一百”的基于教學理論的設計思想，自動判分、即時反饋、幾何作圖智能判斷、游戲化激勵等多項功能，及其在一所中學一個學期的課程實驗情況。在準實驗中收集的學生成績、學生和家長調查反饋、教師反饋等多維度的數據表明，該系統可以有效提高學生的數學學習興趣，改善其學習表現，縮短學生課后作業時間，幫助教師了解學生情況，減輕教師負擔。該系統交互性的重要表現之一――即時反饋和正面激勵是其產生積極影響的重要原因。基于行為主義和認知主義教學思想的“3I”系統功能設計為學生提供了學習新知識、加深理解和鞏固運用所學知識的機會。基于該系統功能的貫穿于課前預習、課中學習和課后復習的混合式教學實踐為該實驗的成功奠定了堅實的基礎。
不過，學生和教師的調查反饋也指出，該系統在提供學生游戲化激勵的同時，也應該增強其智能性和適應性，給學生提供適應性的測試題目、恰當的做題提示和幫助，實現個性化教學。也就是說，數學教學系統的未來在于智能化，即智能教學系統（Intelligent Tutoring System， ITS）。
一個智能教學系統（ITS）是指一個能夠模仿人類教師或者助教來幫助學習者進行某個學科、領域或者知識點學習的智能系統。它是人工智能技術在教育領域的一個重要應用方面。人工智能技術是教育技術與學習科學的基石之一（張劍平， 陳化品， 2008； 張建偉， 2013）。VanLehn（2011）對大量智能教學系統研究成果的元分析結果發現，在效果尺度（ES）上，人工一對一的教學方式與智能教學系統無顯著性差異（分別為0.79與0.76）。智能教學系統的輔導顆粒度（Granularity）越小，也就是說輔導越細致入微，效果越明顯。“樂學一百”系統的“漸進掌握式學習，小步闖關”功能設計已經初步體現了這種思想。該系統如果進一步改進、提高智能化程度，可以節省大量人力資源和成本，大幅度提高社會和經濟效益。具體改進的方向包括：實現對學生的基于自然語言的個性化智能答疑，替代現有的人工輔導答疑模式；把教師的教學資源、考試資源方便地整合到系統中，與原有的教材形成互補；針對學生的歷史學習紀錄，進行智能化的內容推送和學習測評等。
[參考文獻]
管玨琪，Peter Riezebos，蘇小兵，祝智庭. 2015. 電子書包對學生學習體驗與學習成績的影響――以上海閔行區小學數學應用為例[J]. 中國電化教育（9）：56-62.
張劍平，陳仕品. 2008. 計算機輔助教學的智能化歷程及其啟示[J]. 教育研究（1）：76-83.
張建偉. 2013. 關于美國教育技術研究發展的反思――設計科學的視角[J]. 北京大學教育評論，11（3）：32-48.
張文蘭，李矗員閣，連云梅. 2013. 電子書包在小學數學教學中的應用模式及成效研究[J]. 中國電化教育（12）：118-121.
Bonk， C. J.， & Graham， C. R. （2006）. Handbook of Blended Learning： Global Perspectives， Local designs. John Wiley & Sons， San Francisco， CA.
Burns， P. （1981）. A quantitative synthesis of research findings relative to the pedagogical effectiveness of computer assisted instruction in elementary and secondary schools. Dissertation Abstracts International， 42， 2946.
Cheung， A. C. K.， & Slavin， R. E. （2013）. The effectiveness of educational technology applications for enhancing mathematics achievement in K-12 classrooms： A meta-analysis. Educational Research Review， 9： 88-113.
Clariana， R. B.， & Lee， D. （2001）. The effects of recognition and recall study tasks with feedback in a computer based vocabulary lesson. Educational Technology Research and Development， 49（3）： 23-36.
Cohen， J. （1992）. A power primer. Psychological Bulletin， 112 （1）： 155C159.
Dziuban C.， Hartman J.， &Moskal， P. （2004）. Blended learning. EDUCAUSE Review， 7： 19-28.
Gagne， R. M. & Briggs， L. J.（1974）.Principles of instructional design[M].Holt， Rinehart & Winston， Oxford， England.
Hartley S. （1978） Meta-analysis of the effects of individually paced instruction in mathematics[D]. Dissertation Abstracts International， 38， 4003.
Kulik C. L.， & Kulik， J. （1991） Effectiveness of computer-based instruction： an updated analysis. Computers in Human Behavior， 7： 75C94.
Liao， Y. （2007） Effects of computer-assisted instruction on students’ achievement in Taiwan： A meta-analysis. Computers and Education， 48： 216-233.
Lynch L.， Fawcett A. J.， & Nicholson， R. I. （2000）. Computer assisted reading instruction in a secondary school： an evaluation study. British Journal of Educational Technology， 31： 333C348.
O’Byrne B.， Securro S.， Jones J.， & Cadle， C. （2006）. Making the cut： the impact of an integrated learning system on low achieving middle school students. Journal of Computer Assisted Learning， 22： 218-228.
Tamim， R. M.， Bernard， R. M.， Borokhovski， E.， Abrami， P. C. & Schmid， R. F. （2011） What forty years of research says about the impact of technology on learning： A second-order meta-analysis and validation study. Review of Educational Research， 81： 4C28.
Skinner， B. F. （1958）. Teaching Machines. Science， 128（3330）， 969-977.
Tobias， S. （1973）. Review of the Response Mode Issue. Review of Educational Research， 43： 193-204.
VanLehn， K. （2011）. The relative effectiveness of human tutoring， intelligent tutoring systems， and other tutoring systems. Educational Psychologist， 46（4）： 197-221.
收稿日期：2016-01-08
定稿日期：2016-06-17
作者介：賈積有，博士，教授，博士生導師，北京大學教育學院教育技術系，北京大學教育信息化國際研究中心主任（100871）。
在互聯網時代，教育不再是學校和教育出版社的事情，任何人都可以從事在線教育，沒有任何準入機制。現在教育出版機構面臨的最強勁競爭對手是互聯網巨頭，它們資金雄厚，在在線教育領域一擲千金，幾十億、上百億元的投資對他們來講不是問題，再加上他們在互聯網技術方面的優勢，使得教育出版機構毫無優勢可言。
近年，互聯網巨頭都瞄準了在線教育市場。海外，蘋果i丁unes U開始進軍在線教育，主要提供開放式教育資源;谷歌也建豆了Google Doc在線學習系統。國內，互聯網三巨頭BAT紛紛進軍在線教育。2014年2月，阿里投資1億美元加盟丁utorGroup; 2014年8月1日，騰訊與新東方聯合成豆北京微學明日網絡科技有限公司;2014年8月5日，百度收購在線教育傳課網。此外，阿里巴巴推出淘寶同學，騰訊開設騰訊大學，百度推出百度知心。
互聯網是一次革命，幾乎打破了所有的傳統行業邊界，如果我們再用傳統的專業分工思維考慮問題，無疑是作繭自縛。雖然，互聯網企業并不掌握優質的教育內容，但是，它們可以花重金購買，也可以重新生產，或者通過協議聚合內容。正如中國知網不生產內容，但是它能夠聚合內容，成為典型的內容提供商和服務商。現在幾乎沒有哪所大學敢不購買中國知網的數據庫。今日頭條也不生產內容，但是僅僅經過3年的發展，它已經成為移動新聞客戶端的老二，靠的就是聚合內容。
在歐美在線教育市場，以培生、圣智學習等為首的幾大教育出版商已經壟斷了付費教育資源市場，中國的教育出版機構在付費在線教育領域沒有形成明顯的優勢。國家教育出版機構組建了很多在線教育平臺，但是市場知名度都不如其他行業組建的在線教育平臺。無論是滬江網校、網易公開課，還是一起作業網、學霸君、作業幫、學而思網校、猿題庫都不是出版機構創建的，這是需要出版同行認真思考的問題。一起作業網由真格基金徐小平等人投資，2015- 2016年連續兩年在數字出版年會上大規模做宣傳推廣，發展十分迅速，已經在很多小學普及。
二、在線教育課時長度多長為宜
目前，全球傳統課堂的課時長度幾乎都是40-50分鐘，沒有人認為不合理。但是，科學研究卻表明40- 50分鐘的課時長度并不符合人的認知規律。1996年美國印第安納大學的教授約安·米登多夫和阿蘭·卡利什在《國家教學論壇》就發表了一份詳盡的關于學生注意力的報告。他們發現學生需要3- 5分鐘才能靜下心來，在之后的10-18分鐘內精力非常集中。之后，不管教師講得多好，不管課程多么吸引人，學生還是會走神。雖然之后學生還能再次集中注意力，但集中的時間越來越短，在課程即將結束時，集中的時間只有3- 4分鐘。可是，卻沒有學校愿意把課時長度降低到巧分鐘以內。
在實體教學中，教材編寫、教學計劃、教學管理、教師計酬等都是基于45分鐘課堂，如果把課時長度都改成巧分鐘，那么教學管理、教材編寫、教師薪酬等都要相應改變，這相當于一場教育革命，不要說技術上如何實現，恐怕教師、教學管理者都很難接受，阻力不可想象。但是，在線教育很多是在實體學校以外進行的，還沒有完全進入現行的教育體制，可以不受這樣的限制。現在很多在線教育的課時已經調整為巧分鐘以內，這需要教育出版機構關注，盡早采取應對措施。
當下，很多在線教育平臺的視頻課程仍是傳統課堂的翻版，大多數為40-50分鐘，1小時的也不在少數，有些甚至長達2小時。這樣的時長往往讓人感到疲勞，教學效果也難以保證。筆者在超星學術視頻看到很多課程在20分鐘以內，應該說這樣的設置是合理的，是符合學生認知規律的;愛課程網的視頻課程時長多為30-50分鐘，基本是按照現實課堂設置的。
三、紙質教材的存亡問題
無論是中國還是美國，教材，尤其是中小學教材一直是出版業的主要收入來源，出版業最關心的是紙質教材的存亡。那么，在線教育究竟會對紙質教材產生怎樣的影響呢?
1.知識點教育挑戰紙質教材的存在
從歷史發展角度看，教材并非教育的必需品。早期的人類教育沒有教材，工業化革命以后，班級教育的出現才產生了教材。未來教育是否還需要教材，答案恐怕是未必。教材是系統化的知識點。在傳統教育形式下，對中小學階段教育來說，往往是幾十萬甚至上百萬人使用材。在以紙質媒體為主要傳播介質的時代，我們沒有辦法為每一個學生量身定制教材。隨著互聯網高度發展，尤其是大數據技術的應用，我們已經完全能夠實現為每一個人單獨定制教材的可能。這些教材由計算機軟件來完成，不需要印刷，而且還可以根據學習者的進展隨時調整。這就是智能化推送與測試系統，也叫作知識點教育，美國的可汗學院就是采用知識點教育。
再往前展望，甚至可能沒有教材的概念，因為新的學習資料都是根據學習者掌握程度隨機生成的，實際上已經沒有了教材。在線教育的發展使傳統的教材觀念、教材盈利觀念都受到極大挑戰。一旦智能化教育全面推廣，紙質教材就可能沒有存在的必要。當然，現實發展比技術實現要緩慢得多，歐美的教材定制也僅僅發展到章節的定制組合，也就是根據教師的要求可打亂教材的章節排列，還沒細化到對整本教材知識點的重新組合。
2.實體學校的消失，伴隨的可能是教材的消失
在線教育的發展使得人們隨時隨地能接受教育，人們是否還需要到學校去接受教育就成為一個問題。美國一些教育專家大膽預測，將來會有大量的實體大學消失，而中小學實體學校的消失可能要晚于實體大學的消失。美國《國家利益》雜志2013年預測“未來50年內，美國4500所大學，將會消失一半”。美國斯坦福大學校長約翰·亨尼斯說，“學生已經厭倦了傳統課堂并準備擁抱網絡教育”，“教育技術將摧毀現有高等教育體系，這是不容否認的”。斯坦福大學Udacity創辦人特隆認為，50年后美國大概會只剩下10所實體大學。實體大學的消失，不會是個案，伴隨的可能就是各級各類實體學校的消失。
教材是班級教育的伴生物，傳統班級教學必然需要統一的教材。依據上述專家的預測，傳統實體學校的消失，可能伴隨的就是班級教育的消失，不再需要統一的組織教學，教材恐怕也就壽終正寢了。
3.數字化教材的審批問題
國家教育部已經開始審批數字教材，上海部分出版社的數字教材已經獲得審批通過。這就意味著數字教材不一定由紙質教材轉化而來，完全可以單獨編寫，通過審批后上市使用。過去幾年，那些擁有紙質教材版權、經營權的出版機構一直認為數字教材必須由紙質教材轉化而來，即使自己不開發數字教材，也能通過轉授權獲得部分收入。現在看來，這種想法有些過于天真。這也說明，擁有紙質教材，出版機構在在線教育中未必就擁有優勢。
四、在線教育的智能化發展
在線教育最大的問題就是一名教師面對很多學生，當一名教師同時面對幾萬人、幾十萬人時，對單一學生的具體指導就會遠遠超出教師的實際能力。近些年，人工智能發展很快，在線教育使用機器人服務已經不可避免，這也是在線教育智能化的一部分。比如，人機對話軟件可以解決語言學習沒有陪練的問題，但是人機對話還很不完善，局限性很大。如環球雅思網校的人機對話軟件只能糾正單詞發音，不能對流暢程度、詞匯運用、語法錯誤進行糾正。人工智能運用于在線教育還有很遠的路要走，但是智能機器人在教育服務領域未來的發展前景十分廣闊。美國的可汗學院有試題自動生成軟件，學生看過視頻后，軟件會自動彈出問題，要求學生回答。可汗學院還建有數據庫，通過數據庫可以追蹤每一個學生的學習進度，還能根據學生的掌握情況，自動推送學習內容，已經實現智能化。
目前，歐美教育智能化面臨的一個敏感問題是個人隱私，很多學生不愿意讓平臺跟蹤他們的學習。
五、在線教育存在的問題
1.缺乏現場感，對人的社會性發展不利
北京大學文學院陳平原教授回憶自己的博士生導師王瑤先生時說，王先生沒有給學生正式講過課，學生都是在和王老師聊天中學習知識。我國古代的教育方式，很多時候也是聊天式的，導師和學生吃住在一起，可以說無所顧忌、無話不談。聊天是最自由的交流方式，天馬行空，可以就很多問題進行探討，可能不十分準確和嚴謹，但是對知識面的拓展、對靈感的激發是很見效的。這種教育方式顯然是一位教師面對幾十萬在線學生無法實現的，也無法產生老師潛移默化、言傳身教的效果。
K12在線教育最大的問題是無法提供現場感。在實際教學過程中，好老師并非是那些講得最好的老師，而是負責任的、管理得當的老師，能夠調動學生學習積極性的老師。尤其是在中小學階段，管理課堂是一項十分重要的教學任務，在線教育無法實現像地面教學一樣的管理課堂。離開老師的管束，再好的內容如果學生聽而不聞、不入腦子，也達不到教學效果。
在現實課堂中，教師會走到學生中間去，通過手勢、表情與學生交流，甚至有一些大尺度的調侃;而視頻課程由于錄制設備的限制，老師只能停留在講課桌后面，表情呆板、不鮮活，在一定程度上限制了教師的發揮，也使得課程的精彩點綻放受到限制。
在線教育也會造成學生社會性減弱。人是社會性動物，要參與社會活動，通過社會來學習知識和技能，同時承擔一份社會分工。學生到學校學習，也是在參加一種社會活動。如果大量的學習都通過在線來完成，也就意味著學生與學生、學生與老師的相處時間越來越少，這實際上減少了學生的社會活動。這種情況會導致學生主要通過在線了解世界，而不是通過實際的社會生活來了解，最終會脫離社會現實。韓國原計劃2015年在全國推廣電子書包，結果發現學生大多通過電子書包了解世界，減少了與社會和自然的接觸，帶來了一些負面的影響，于是決定放慢電子書包的推廣速度。
2.視頻課程制作花費巨大
視頻課程制作花費巨大，按照哈佛和麻省理工成豆的edX估計，一門課就要25萬美元。清華大學指定MOOC制作合作公司“過來人”的創始人張有明說:“一個完整的MOOC團隊是非常復雜的，包括項目經理、助教、志愿者、制作人、攝制團隊、后期制作、運營人員;整個制作流程也很長，包括選題、知識點設計、拍片宣傳、集中攝制、后期制作、測試反饋、運營數據……老師為制作MOOC課程，平均1個小時的視頻，至少要花10倍到20倍的時間做前期課程內容的準備，即使這個老師的課講得非常熟練。” 由于在線教育需要大量的投入，這些投入都要攤到教材上，因此現在歐美大學數字教材價格不僅沒有降低，反而比紙質教材還高，而且只能在教育出版商、開發商的軟件環境下閱讀。相比而言，老師和學生反而更鐘情紙質教材。這可能只是階段性問題，隨著技術的普及、數字教材使用人數的增長，教材的價格會逐步降低。
3.意識形態問題
開放性教學資源平臺的全球免費共享也帶來另一個問題，那就是意識形態問題。比如，西方國家社會學課程的某些講授未必符合我們政府的要求。
4.不利于教育的多元化發展
目前，在線教育都選擇全國頂級的教師授課，最終可能會形成一門課只有幾位老師在講的局面。而教育是多元化、個性化的行為，如果全國都在使用某幾個教師的教學視頻，那就如同工廠一樣，生產出標準化的產品，不利于學生思想的多元化發展。其實，不同的教師是各有優勢的，對同一個問題的不同講解，會給學生提供不同的信息和方法。
5.完成率很低
在一片對網絡開放教學資源的贊揚聲中，也出現一些不樂觀的數據，“以斯坦福大學的Udacity公司的課為例，目前僅有5%一16%的完成率，通過率更低”。沒有課堂監督，沒有教學管理，只靠自覺完成學習，看來還是有問題的。這也需要在線教育工作者思考，究竟采用什么手段才能提高完成率，否則，這些優秀的教學資源就等于白費了。
6.一些技術問題
在線教育的迅猛發展也暴露出一些問題，需要進一步完善，如課程播放不流暢，教師講解不精彩。有些用戶反映視頻播放很卡，有些30多分鐘的課程需要1 小時才能看完;有些教師講解古板，基本是照本宣科，缺乏趣味性。另外，我們在紙質教材中尋找內容很簡單，但目前視頻關鍵詞搜索技術還很難令人滿意。
7.盜版問題
在線教育視頻盜版問題嚴重。原創單位花費很多精力、金錢制作的在線教育課程被輕易翻錄、傳播，嚴重影響原創單位效益。幾千元的視頻課程，通過網絡十幾元就能買到，而且不影響使用。
8.網游等如何控制
