為什么會(huì)有智慧課堂的存在
2021年09月18日
什么是智慧教育
現(xiàn)在到處宣傳的所謂“智慧XX”，大部分只是“數(shù)字XX”、“網(wǎng)絡(luò)XX”、“互聯(lián)網(wǎng)XX”換了個(gè)名字，蹭了蹭人工智能的熱點(diǎn)，提升了一下檔（bī）次（gé）。
和智慧城市一樣，智慧教育也分為廣義和狹義兩種概念。
廣義的智慧教育，可以直接理解為“教育信息化”。對(duì)于教育信息化，官方定義是這樣的：在教育領(lǐng)域（教學(xué)、管理和科研），全面運(yùn)用現(xiàn)代信息通信技術(shù)，促進(jìn)教育改革與發(fā)展的過程和方法。
簡單來說，凡是教育與信息、通信科技進(jìn)行結(jié)合的場(chǎng)景，都是廣義的智慧教育。
狹義的智慧教育，必須擁有“真·智慧”。
什么是“真·智慧”？當(dāng)然是AI人工智能！
所以，狹義的智慧教育，可以這么定義：運(yùn)用AI算力和算法，對(duì)教學(xué)場(chǎng)景進(jìn)行智能化升級(jí)，改善教學(xué)體驗(yàn)，提升教學(xué)效果的技術(shù)和方案。
我們現(xiàn)在看到的大部分智慧教育，均是指廣義的智慧教育，也就是教育信息化。（注：我們接下來文章里提到的智慧教育，如無特殊說明，也是指廣義智慧教育。）
智慧教育的發(fā)展背景
任何的“智慧XX”，均是以“XX產(chǎn)業(yè)”為主，數(shù)字科技為輔。5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能，全部是賦能科技。想要賦能成功，必須先深入研究產(chǎn)業(yè)本身。
限于篇幅，小棗君只能先簡單介紹一下教育這個(gè)行業(yè)。
教育，是人類可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是國民最為關(guān)注的領(lǐng)域。尤其是在中國，教育一直都是非常敏感的話題，是社會(huì)輿論的焦點(diǎn)。
從角色上來看，教育行業(yè)包括教師、學(xué)生、家長、學(xué)校管理者等參與者。從單位上來看，包括學(xué)校、政府教育主管部門，教育行業(yè)企業(yè)等。教育行業(yè)企業(yè)，為教育提供相關(guān)軟硬件產(chǎn)品和服務(wù)，類別繁多。
我國真正開始推動(dòng)教育信息化，是上世紀(jì)90年代。部分同學(xué)應(yīng)該記得，那時(shí)候很多學(xué)校都建設(shè)了電教室、多媒體教室以及計(jì)算機(jī)機(jī)房。
進(jìn)入21世紀(jì)后，我們的教育信息化開啟了“1.0”時(shí)代。國家提出“校校通”工程、“農(nóng)遠(yuǎn)”工程，普及信息技術(shù)教育，加快教育信息化基礎(chǔ)設(shè)施投資，推動(dòng)教育信息資源建設(shè)和人才培養(yǎng)。2010年后，更是明確提出“三通兩平臺(tái)”建設(shè)，力推信息化落地。
經(jīng)過教育信息化1.0的建設(shè)，我們的教育信息化程度逐漸躍居世界先進(jìn)行列。舉例來說，截止至2019年底，全國中小學(xué)互聯(lián)網(wǎng)接入率已經(jīng)從25%提升到98.4%，而多媒體教室的比例，也從不足40%提升到90.2%。
從2018年開始，我們國家又提出了“教育信息化 2.0”，目標(biāo)是2022年基本實(shí)現(xiàn)“三全兩高一大”。
2.0相比1.0，強(qiáng)調(diào)三個(gè)轉(zhuǎn)變：從教育專用資源向教育大資源轉(zhuǎn)變，從提升師生信息技術(shù)應(yīng)用能力向提升其信息素養(yǎng)轉(zhuǎn)變，從融合應(yīng)用發(fā)展向創(chuàng)新發(fā)展轉(zhuǎn)變。大家如果有興趣，可以課后深入研究一下（圈重點(diǎn)）。
在《2020年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》中，國家又提出啟動(dòng)“百區(qū)千校萬課”引領(lǐng)行動(dòng)，打造區(qū)域性標(biāo)桿，以此推動(dòng)各地智慧教育建設(shè)水平的提升。
以上，就是國家宏觀政策的大致情況。
除了政策之外，推動(dòng)智慧教育的另一個(gè)動(dòng)力來自信息技術(shù)的快速發(fā)展。
這方面我就不多說了，大家都很熟。物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能的崛起，使得教育信息化工作從網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化開始向云化、智能化方向發(fā)展。現(xiàn)有的教育信息化場(chǎng)景，開始發(fā)生變革，新技術(shù)正在積極尋求落地，企業(yè)們也躍躍欲試。
教育的發(fā)展趨勢(shì)
前面我們說了，教育是一個(gè)敏感的話題，也是民眾關(guān)注的熱點(diǎn)。
從大環(huán)境來看，教育有幾個(gè)非常明顯的發(fā)展趨勢(shì)，將會(huì)對(duì)教育信息化造成深遠(yuǎn)影響。
首先，就是教改進(jìn)入深水區(qū)，遇到的困難和阻力越來越大。
教改是國家戰(zhàn)略，一共有10大試點(diǎn)任務(wù)，詳情可以查看國務(wù)院辦公廳2010年發(fā)布的《關(guān)于開展國家教育體制改革試點(diǎn)的通知》。
站在民眾的角度，教育資源不均衡，子女升學(xué)壓力大，內(nèi)卷嚴(yán)重，產(chǎn)生了極大的焦慮和抱怨情緒。站在國家的角度，實(shí)現(xiàn)民族振興和科技強(qiáng)國戰(zhàn)略，需要大量的專業(yè)人才。
因此，從上到下，社會(huì)各界對(duì)教育的期望值不斷增加，對(duì)學(xué)校和老師的要求不斷增加。
第二個(gè)大背景，就是新冠疫情。
去年開始爆發(fā)的新冠疫情，導(dǎo)致全球范圍內(nèi)很多學(xué)校停課。我們國家提出了“停課不停教、停課不停學(xué)”的要求，于是，掀起了史無前例的教育“大遷徙”，整個(gè)教育模式和教育資源，都隨之發(fā)生巨變。
總的來看，教育有以下發(fā)展趨勢(shì)：
1、教育泛在化：教育的實(shí)施，必須突破時(shí)間和空間的限制，在任何時(shí)間任何地點(diǎn)，都應(yīng)該允許訪問教育資源，享受教育服務(wù)。
2、教育終身化：從學(xué)歷教育向終身教育轉(zhuǎn)變，教育過程不再局限于25歲以下的年齡段。
3、教育公平化：教育資源將實(shí)現(xiàn)公平分配和流動(dòng)，縮小地區(qū)差異。
4、教育個(gè)性化：統(tǒng)一化教學(xué)向個(gè)性化教學(xué)演變，灌輸式教學(xué)向啟發(fā)式教學(xué)演變。
5、教育數(shù)智化：
（1）教育內(nèi)容和資源升級(jí)換代，數(shù)字化內(nèi)容將進(jìn)一步取代紙質(zhì)內(nèi)容；
（2）教學(xué)形式和場(chǎng)景發(fā)生演變，傳統(tǒng)的老師板書講解將需要調(diào)用更多形式的教學(xué)資源，考驗(yàn)老師的資源獲取能力和整理能力；
（3）教學(xué)場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)化、物聯(lián)化、虛擬化，沉浸式教學(xué)將會(huì)被更多地運(yùn)用；
（4）AI人工智能在教育領(lǐng)域的落地場(chǎng)景，將會(huì)增加；
（5）教學(xué)管理流程的數(shù)字化，教學(xué)管理平臺(tái)和資源平臺(tái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)云化，由系統(tǒng)對(duì)教學(xué)過程進(jìn)展支撐，提高管理效率。
智慧教育（教育信息化）的落地場(chǎng)景
接下來，我們具體看看，教育信息化與“大物云移智”結(jié)合，到底會(huì)如何改變我們的教育場(chǎng)景。
我們將教育信息化場(chǎng)景分為兩個(gè)大類，一類是教學(xué)場(chǎng)景，一類是非教學(xué)場(chǎng)景。
教學(xué)場(chǎng)景的智慧化
教學(xué)是教育最重要的場(chǎng)景。這個(gè)場(chǎng)景的參與者，包括了施教人（老師）和被教人（學(xué)生）。
教學(xué)是配合的過程，既包括了老師的教，也包括了學(xué)生的學(xué)。要想實(shí)現(xiàn)最佳的教學(xué)效果，既要求老師經(jīng)驗(yàn)豐富、水平高超、準(zhǔn)備充分，也要求學(xué)生勤奮要求、積極思考、認(rèn)真預(yù)習(xí)。此外，還需要優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源、舒適的教學(xué)環(huán)境、齊套的軟硬件設(shè)施。
教育信息化作為一種輔助手段，不能替代老師講課，也不能替代學(xué)生聽課。它的作用，主要是管理教學(xué)資源，改善教學(xué)環(huán)境，支撐教學(xué)流程。
（1）智慧教室
在改善教學(xué)環(huán)境方面，最典型的應(yīng)用就是對(duì)教室的改造。
教室是傳統(tǒng)教學(xué)的主要場(chǎng)所。以前，我們只是通過安裝多媒體影音設(shè)施，推動(dòng)多媒體教室的普及。如今，基于各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，教室已經(jīng)變得更加網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化。
教室的黑板，逐漸變成電子白板，可以通過觸摸等方式進(jìn)行演示；教室的空調(diào)、照明、窗簾，可以通過溫濕度傳感器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)；教室的煙霧傳感器，可以在發(fā)生火災(zāi)時(shí)及時(shí)報(bào)警；教室的智能門禁，可以控制外來人員的進(jìn)出；教室的智能音箱，可以播報(bào)學(xué)校的通知，以及課間音樂……
攝像頭，作為重要的信息采集終端，也進(jìn)入了教室。
以往，攝像頭主要用于監(jiān)控記錄教室里發(fā)生的意外情況。現(xiàn)在，AI攝像頭的出現(xiàn)，使得功能進(jìn)一步擴(kuò)大。已經(jīng)有學(xué)校用它來進(jìn)行學(xué)生考勤管理，通過人臉識(shí)別，判斷哪些同學(xué)逃課，判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，注意力是否集中，是否打瞌睡，是否走神，等等。
當(dāng)然，AI攝像頭侵犯了學(xué)生的隱私空間，目前也存在較大的爭議。
（2）沉浸式互動(dòng)
現(xiàn)在，很多學(xué)校在教學(xué)過程中，引入了沉浸式體驗(yàn)教學(xué)，甚至專門建設(shè)了沉浸式互動(dòng)教室。
沉浸式互動(dòng)，大家一聽就明白，就是借助VR/AR技術(shù)，讓學(xué)生身臨其境，進(jìn)行教學(xué)。這種體驗(yàn)，完全是文字或傳統(tǒng)視頻影像無法給予的。未來，可能還會(huì)誕生全息投影方式的教室，效果更加奇妙。
VR/AR和全息技術(shù)，還可以應(yīng)用于仿真環(huán)境搭建、實(shí)操型培訓(xùn)，提升學(xué)生的實(shí)際操作能力，降低基礎(chǔ)設(shè)施成本。
這些技術(shù)的落地，對(duì)計(jì)算速度和網(wǎng)絡(luò)連接能力要求極高，背后是來自邊緣計(jì)算、5G、Wi-Fi 6、全光網(wǎng)絡(luò)的幫助。
（3）遠(yuǎn)程教學(xué)
除了現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)之外，現(xiàn)在更受關(guān)注的是遠(yuǎn)程教學(xué)。
前面我們提到，新冠疫情肆虐，各個(gè)學(xué)校紛紛大力開展線上教學(xué)。其實(shí)，疫情出現(xiàn)之前，線上教學(xué)就已經(jīng)是大勢(shì)所趨，只不過疫情的到來，狠狠地助推了一把。
線上教學(xué)的兩個(gè)根基，一個(gè)是直播教學(xué)實(shí)施平臺(tái)，另一個(gè)是教學(xué)資源管理平臺(tái)。
直播平臺(tái)方面，目前國內(nèi)雖然有一些公司開發(fā)了專門用于直播的平臺(tái)，但性能不足，容易卡頓甚至掉線（尤其是疫情期間，接入量暴增）。所以，很多學(xué)校干脆使用Zoom、騰訊會(huì)議、WeLink這樣的遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)，也能基本滿足在線授課需求。
教學(xué)資源管理平臺(tái)方面，各地學(xué)校大部分選擇了自建平臺(tái)，專門用于存儲(chǔ)本校老師的授課視頻。也有一些公共平臺(tái)，例如慕課網(wǎng)、網(wǎng)易云課堂、騰訊課堂等，被用于教學(xué)資源的存儲(chǔ)。
這塊的主要問題，在于課程內(nèi)容的質(zhì)量層次不齊，且各自封閉，無法實(shí)現(xiàn)充分共享。此外，平臺(tái)的使用體驗(yàn)差，缺乏完善的運(yùn)維，也影響了普及推廣。
在技術(shù)方面，遠(yuǎn)程教學(xué)主要依賴音視頻編解碼技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的支撐。非技術(shù)角度，民眾關(guān)注的重點(diǎn)在于，長期使用電子產(chǎn)品進(jìn)行學(xué)習(xí)，是否會(huì)有學(xué)生的健康造成損害。
（4）教學(xué)輔助
對(duì)于演員來說，“臺(tái)上十分鐘，臺(tái)下十年功”。對(duì)于老師，其實(shí)也是如此。課堂上的教學(xué)，離不開課堂外的充足準(zhǔn)備。
老師的核心需求在于：一、有豐富的教學(xué)資源進(jìn)行支撐；二、有實(shí)用的教學(xué)輔助平臺(tái)，幫助對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行管理，使自己從繁瑣的重復(fù)勞動(dòng)中抽身。
教學(xué)資源就不用多說了，主要看各個(gè)學(xué)校是否有資源存儲(chǔ)平臺(tái)，有資源建設(shè)和沉淀的能力，有教研組教學(xué)體系的支持。
我們重點(diǎn)看看教學(xué)輔助平臺(tái)。教學(xué)輔助平臺(tái)非常重要，它的涵蓋范圍包括：排課管理、作業(yè)管理、考試管理、考勤管理等。
排課管理：隨著課程數(shù)量和班級(jí)數(shù)量的大幅增加，傳統(tǒng)人工排課方式難度加大（尤其是高等教育排課）。現(xiàn)在，數(shù)字化排課、AI智能排課被越來越多的學(xué)校采用，效率更高，排課結(jié)果更加合理。
作業(yè)管理：作業(yè)的布置、收集和批閱，占用了老師很多的時(shí)間和精力。現(xiàn)在，有學(xué)校借助軟件APP，部署作業(yè)，批閱作業(yè)。未來，作業(yè)可能會(huì)實(shí)現(xiàn)無紙化，借助混合圖文識(shí)別，系統(tǒng)自動(dòng)批閱學(xué)生的手寫作業(yè)，并對(duì)作業(yè)提交情況匯總，輸出結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析（分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)分布、易錯(cuò)題分析）。
教學(xué)資源就不用多說了，主要看各個(gè)學(xué)校是否有資源存儲(chǔ)平臺(tái)，有資源建設(shè)和沉淀的能力，有教研組教學(xué)體系的支持。
我們重點(diǎn)看看教學(xué)輔助平臺(tái)。教學(xué)輔助平臺(tái)非常重要，它的涵蓋范圍包括：排課管理、作業(yè)管理、考試管理、考勤管理等。
排課管理：隨著課程數(shù)量和班級(jí)數(shù)量的大幅增加，傳統(tǒng)人工排課方式難度加大（尤其是高等教育排課）。現(xiàn)在，數(shù)字化排課、AI智能排課被越來越多的學(xué)校采用，效率更高，排課結(jié)果更加合理。
作業(yè)管理：作業(yè)的布置、收集和批閱，占用了老師很多的時(shí)間和精力。現(xiàn)在，有學(xué)校借助軟件APP，部署作業(yè)，批閱作業(yè)。未來，作業(yè)可能會(huì)實(shí)現(xiàn)無紙化，借助混合圖文識(shí)別，系統(tǒng)自動(dòng)批閱學(xué)生的手寫作業(yè)，并對(duì)作業(yè)提交情況匯總，輸出結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析（分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)分布、易錯(cuò)題分析）。
目前，基于圖像識(shí)別和人工智能的“AI解題”技術(shù)正在興起。通過拍攝試題，系統(tǒng)可以智能解題。
考試管理：考試也是一樣。教學(xué)輔助平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能組卷，個(gè)性化出題，自動(dòng)閱卷評(píng)分，成績自動(dòng)錄入和智能分析，降低老師的工作量。學(xué)生和家長可以自主查詢成績結(jié)果。系統(tǒng)還可以根據(jù)分析結(jié)果，找出薄弱環(huán)節(jié)，輸出針對(duì)性改進(jìn)建議。
除了圖文識(shí)別外，現(xiàn)在借助AI語音識(shí)別，還可以進(jìn)行口語測(cè)評(píng)、答辯。
教學(xué)輔助平臺(tái)的作用還有很多，它貫穿于教、學(xué)、練、測(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)。
它可以幫助老師大幅減少重復(fù)勞動(dòng)，提升教學(xué)效率，讓更多的精力投入到更有價(jià)值的工作中。它還可以對(duì)學(xué)生成績、作業(yè)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，摸清學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)狀態(tài)和進(jìn)度，找到學(xué)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)、知識(shí)點(diǎn)盲區(qū)，進(jìn)而提醒老師進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，或者AI人工智能直接干預(yù)，推送薄弱環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)資源。
教學(xué)輔助平臺(tái)，可以部署于私有云、公有云或混合云。平臺(tái)的背后，可能是整個(gè)學(xué)校甚至教育體系的統(tǒng)一平臺(tái)。平臺(tái)的身份鑒權(quán)，采用統(tǒng)一的身份認(rèn)證系統(tǒng)，基于身份證號(hào)、老師工號(hào)、學(xué)生學(xué)號(hào)，以及指紋、人臉，鎖定ID的唯一性，進(jìn)行各功能模塊的權(quán)限分配和數(shù)據(jù)打通。
進(jìn)一步擴(kuò)展的話，平臺(tái)還可以支撐全校師生對(duì)學(xué)校資源的使用，例如圖書館、體育館、食堂等，進(jìn)行統(tǒng)一授權(quán)、記賬和行為記錄。
非教學(xué)場(chǎng)景的智慧化
非教學(xué)場(chǎng)景，主要是學(xué)校管理者重點(diǎn)關(guān)注的教務(wù)場(chǎng)景，以及政府教育主管部門關(guān)注的政策執(zhí)行場(chǎng)景。
學(xué)校其實(shí)是一種特殊的企業(yè)。站在校長的角度，除了教學(xué)工作之外，學(xué)校還有很多事情需要操心，例如科研（高校）、行政、黨建、后勤、財(cái)務(wù)、人事、基建、安全等等。
大部分系統(tǒng)的數(shù)字化信息化，和正常的企業(yè)其實(shí)差不多。限于篇幅，我們不再贅述。
我們簡單舉例，聊聊智慧校區(qū)。
智慧校區(qū)是智慧園區(qū)的一種特殊形式，應(yīng)用場(chǎng)景比較廣闊（尤其是在高等院校里面）：
安全管理方面，通過智能門崗門禁，可以防范非法人員的侵入，可以協(xié)助疫情管控；通過部署攝像頭，可以監(jiān)控校區(qū)內(nèi)火災(zāi)、事故和異常人員流動(dòng)，防止發(fā)生人身傷害；AI攝像頭，可以監(jiān)控人員跌倒、踩踏、打斗、霸凌；通過部署電子圍欄，可以防止未成年人的走失。
資源管理方面，通過物聯(lián)網(wǎng)和云平臺(tái)，可以有效調(diào)配教室、實(shí)驗(yàn)室、體育場(chǎng)館資源。智能宿舍，可以幫助改善學(xué)生的生活條件和體驗(yàn)。
食品安全方面，借助傳感器，可以監(jiān)控食堂安全環(huán)境；借助平臺(tái)，可以對(duì)食物進(jìn)行樣本留存、溯源。
交通運(yùn)輸方面，引入無人擺渡車，可以方便師生的出行；引入無人物流車，可以快速進(jìn)行快遞派送；引入無人巡邏車，可以有效震懾犯罪，提升師生安全感。
諸如此類的園區(qū)智慧化應(yīng)用，還有很多。我們還可以引入數(shù)字孿生技術(shù)，建設(shè)數(shù)字孿生校園，監(jiān)控管理學(xué)校的方方面面。
站在教育主管部門（教育局、教育廳）的角度，借助教育信息化平臺(tái)，可以統(tǒng)籌學(xué)區(qū)內(nèi)的教育資源，宣貫國家教育政策，推動(dòng)校際教學(xué)交流，收集群眾對(duì)教學(xué)質(zhì)量的評(píng)價(jià)。