智慧教育需求分析及评估模型

.
智慧教育需求分析及评估模型
一、智慧教育需求分析
随着物联网、云计算、移动互联网等新一代信息技术的兴起，教育信息化开始步入“智慧教育”时代。

“智慧教育”一词衍生自“智慧地球”，是指通过应用新一代信息技术，促进优质教育信息资源共享，提高教育质量和教育水平。

简言之，“智慧教育”就是指教育行业的智能化，是增强教师教学能力和学生学习能力的重要手段。

推行“智慧教育”，有利于实现因材施教，消除区域之间的教育鸿沟，促进教育领域的国际交流。

在我国，智慧教育在《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》中已有所体现。

该规划中明确提出，要“建设智能化教学环境；建设国家教育云服务平台，构建稳定可靠、低成本的国家教育云服务模式，建设教育云资源平台”。

当前，国内多个单位已经加入智慧教育建设大军，并取得了一定的成效，包括宁波市镇海区、苏州市、南京邮电大学等。

但我国的智慧教育发展仍需在以下三个方面继续努力。

一是加快教育网络宽带化进程。

目前，我国许多中小学贷款明显不足，且网络设备老化现象比较严重。

已上海浦东新区为例，平均每所学校互联网出口带宽不足2M，绝大多数学校的接入带宽为10M，智能应对带宽要求低的一般应用，远不能满足区域开展的教学视频点播、视频会议等涉及大量多媒体的应用要求。

经济发达地区尚且如此，其他地区可想而知。

多媒体教学的普及、云服务模式的推行，都对网络带宽提出了更高的要求。

二是推行教育资源云服务。

作为一种新兴的计算模式，云计算技
术将对教育信息化建设产生深远的影响。

各地中小学应顺应云服务模式发展趋势，改变传统中小学机房分散建设的局面，以区（县）或地市为单位推进中小学机房大集中、数据大集中。

基于教育云服务平台，逐步推荐优质教育信息资源共享，推进教育管理信息系统互联互通，从而实现教育信息共享和教育部门业务协同。

三是建设未来校园和未来教室，构建智能化学习环境。

未来校园和未来教室是指数字化、网络化、信息化、智能化水平很高的校园和教室。

在这样的校园和教室里，老师可以通过多种媒介直接展现教学内容，学生可以进入虚拟场景进行互动体验。

信息技术在教学互动和学生自主学习中的作用得到充分发挥。

对此，教育主管部门可以通过引进发达国家的先进教学技术和设备，有计划地开展未来校园和未来教室试点示范工作。

二、智慧教育内涵界定
与传统的教育信息化相比，智慧教育具有以下六大显著特征。

1.教育信息资源集成化
老师在课堂教学过程中，可以集成多种信息资源，使用多种课件和教学软件，使课堂教学更加生动有趣。

例如，在数学教学过程中当讲到某个定理时，可以即时显示发现该定理的数学家的一些情况；在物理教学过程中，可以用一些物理教学软件模拟化学反应过程；在地里教学过程中，可以用Google Earth查看某地的地形地貌、实景照片等；在历史教学过程中，江大某个历史事件时，就可以播放该历史事件的相关视频资料，显示历史人物的基本情况。

2.学习自由化
在智慧教育时代，学生和普通大众通过移动互联网，利用移动智能终端随时随地、随心所欲地学习。

课本不再是纸质的，学生背负的沉重书包将被电子书包所代替。

学习场所不再局限于课堂，学习内容不再受老师讲授内容的限制。

此外，通过采用智能化技术，使E-Learning（数字化学习）转变为I-Learning（智能化学习）。

I-Learning 系统可以根据学生学习兴趣、学习能力、学习时间等情况制定不同的学习计划，生成个性化的学习资料。

3.教学内容体验化
教育的核心理念是培养学生的创新能力，校园面临着从“封闭”走向“开放”的诉求。

智慧教育支持拓展资源环境，让学生冲破教科书的限制；支持拓展时间环境，让学习从课上拓展到课下；支持拓展空间环境，让有效地学习在真实情境和虚拟情境中得以体现。

随着虚拟现实技术和3D技术的发展，可以通过计算机生成一个虚拟现实的学习环境，帮助学生更直观地理解教学内容。

例如，当讲授到故宫博物院时，就可以让学生在虚拟故宫博物院做一次虚拟的旅行，增加学生的直观感受；当讲授到某物理或化学定理时，就可以让学生做模拟实验，既可以避免有些实验的危险性，有可以减少试验成本；当讲授天文知识时，就可以让学生做一次虚拟的星空旅行，观察一些宇宙现象。

4.学习环境全面感知
学习环境的全面感知主要包括两个方面，一是传感器可以随时随地地感知、捕获和传递有关人、设备、资源的信息；二是对学习者个体特征（学习偏好、认知特征、注意状态、学习风格等）和学习情景（学习时间、学习空间、学习伙伴、学习活动等）的感知、捕获和传递。

5.教育网络无缝互通
基于网络和通信技术，特别是移动互联网技术，支持所有软件系统和硬件设备的连接，信息感知后可迅速、实时地传递，这是所有用户按照全新的方式协作学习、协同工作的基础。

6.海量数据支撑
依据数据挖掘和建模技术可以在“海量”校园数据的基础上构建模型，建立预测方法，对新到的信息进行趋势分析、展望和预测；同时可综合各方面的数据、信息、规则等内容，通过智能推理，做出快速反应、主动应对，更多地体现智能、聪慧的特点。

三、智慧教育评估指标构建
智慧教育的建设内容主要体现为4个层面：一是各种创新的感应技术嵌入到各种物体和设施中，从而实现校园中每一处、每一物的充分感知；二是通过高度发达的网络，将人和各种事物都联入网络，形成一个统一的整体；三是通过大容量的存储设备和高速计算机对所有数据进行加工存储和分析；四是针对师生的各种不同需求，将整理后的数据进行应用，及时为师生提供所需的各类帮助。

根据以上4个层面的要求，构建出智慧教育的4层模型。

4个层面自下而上分别是感知层、网络层、数据层和应用层，4层之间相关关联，进而实现校园的智慧化。

感知层：感知层主要实现信息的采集功能，是智慧教育的前提条件。

通过在校园的图书馆、教室、宿舍等部署安装RFID、传感器、摄像头等设备，同时利用师生手机，PAD等移动设备，对所需的各种信息进行手机和监测，为整个校园提供基础性数据。

网络层：网络层是信息汇聚的高速公路，是智慧教育建设的骨干。

借助互联网、校园网、物联网等网络技术，并将有线和无线两种方式相结合，将感知层的数据接入到网络，使得数据在整个网络中能够快速、有效地传递。

数据层：数据层是将网络层不断汇集的大规模数据，进行及时、高效、可靠的整合，并实现统一管理。

需要建设一个统一、完备、共享、标准的数据中心，并通过数据关联分析、数据挖掘等技术将这些数据加工转换成更为有用的信息和知识。

应用层：应用层是指感知层、网络层、数据层之上的与广大师生直接交互的应用系统，如智慧图书馆系统、智慧校务系统、一卡通服务系统等。

师生可以通过各种终端设备访问这些系统，这些系统也可以将个性化信息按需推送给不同的师生，从而改善校园环境，为教室和学生提供更加快捷、更加友好、更加智慧的生活和学习条件。

总体来说，智慧教育可以分为智慧图书馆、移动校园一卡通和智慧教学等多个方面的内容。

智慧图书馆。

学校图书馆是学校教育中不可或缺的部门，是学校的知识宝库。

然而，随着学校图书馆藏书规模的不断扩大，借阅人员也越来越多，如何让图书馆更加深入、准确、迅速地为师生提供高质量的服务，成为一个更加迫切的问题。

而智慧图书馆正式以一种更智慧的方法，利用物联网、云计算和智能设备来改变师生与图书馆设备、系统和资源的交互方式，进而提高交互的明确性、灵活性和响应速度，从而实现智慧化服务和管理。

图书智慧化包括以下三个方面的内容。

一是更深刻的感知。

通过将传感器部署在需要感知、管理的每册图书上，使得每册图书都能够发送信息，进行自我表达，实现感知和定位图书。

二是全方位的互联。

可以将所有图书文献的动态信息，随时通
过网络传输到图书馆数据处理中心。

三是管理的智慧化。

图书馆数据处理中心对采集的数据进行分析和处理后，根据需要为读者和馆内工作人员提供智慧化的服务和管理平台。

移动校园一卡通。

校园一卡通系统建设是智慧教育非常重要的一部分，也是现代化校园管理理念的体现。

校园一卡通的建立，促使全校信息数据统一共享，使得原有的繁琐、互不兼容、相对独立的各类管理和业务体系得到有效的协调和优化，从而形成一个整体性的、有高扩展能力的、易维护且易管理的校园信息化管理的服务平台，为学校管理提供了更加科学化、更加快捷、更加高效的管理手段。

一卡通替代了原先众多杂乱的各种证件，如学生证、医疗证、借书证、洗浴卡、门禁卡，形成了及消费支付、图书借阅、医疗卫生、身份认证多种功能于一卡的全方位应用服务。

这种管理模式替代了传统的做法，实现“一卡在手，走遍校园”的目的。

智慧教学。

智慧教学是可以模拟教室的角色实施个性化教学，向不同需求，不同特征的学习者传授知识、提供指导的一种适应性学习支持系统。

智慧教学的关键技术在于人工智能和“云计算”。

随着人工智能研究的不断深入，已经可以做到让系统产生意识、进行思维，这就使得智慧教学有了智慧的基础，同时复杂思维完全可以交给强大的“云”去处理，这就又为智慧教学提供了智慧的保障。

以智慧教育的建设重点为依据，可以从教务管理、教学管理、智慧图书馆服务和智慧校园生活服务四个方面考察，具体见表1.
表 1 智慧教育考核评价指标及说明。