2017年地平線報告基礎教育版前瞻

范莉鈞+付紅霞+張渝江

● 加速基礎教育采用技術的關鍵趨勢

1.長期趨勢

未來五年乃至更長時間，推動基礎教育采用技術的關鍵要素。

（1）推進創新文化

目前，學校已經被視為推動創新和創業的場所。這一趨勢的焦點已經從理解培養創新思想的價值轉變為尋找方法以便復制到不同的、獨特的學習機構中去。過去一年的研究讓我們能更好地了解學校是如何培育不同類型文化來促進改革的。其中推進這一改革進程的關鍵點是要求基礎教育改變其現狀，接受把失敗作為學習過程中的重要組成部分。而將創業精神融入基礎教育的行動也進一步承認，每一個偉大的想法都有開始的地方，學生和教育工作者們都可以配備需要的工具來激發真正的進步。為了跟上改革的步伐，學校必須嚴格評估課程，并改革評估方法來消除阻礙新思想發展的障礙。

（2）深度學習策略

在基礎教育中，越來越多的人重視深度學習策略，威廉和弗洛拉·休利特基金會（William and Flora Hewlett Foundation）把它定義為在學生掌握學習內容的同時，培養其批判性思維、解決問題的能力以及協作學習和自主學習的能力。為了保持學習的積極性，學生們需要了解現實世界，以及新的知識和技能帶給他們的影響。教學法將從被動學習轉向主動學習，允許學生從新資訊中拓展思路，并學會怎樣管控他們建立的主題活動。具體方法包括基于問題的學習、項目式學習、挑戰式學習以及探究性學習等，這些方法都在鼓勵學生創造性地解決問題和主動實施解決方案。

2.中期趨勢

在未來三到五年內，推動基礎教育采用技術的關鍵要素。

（1）對量化學習的日趨關注

人們越來越多地對量化學習這種新的評價方式感興趣。這種方式需要教育工作者使用多種方法和工具來對學生在學業準備、學習過程、技能獲取以及其他教育需求階段，進行評估、量化和記錄。由于社會和經濟因素重新定義了當今職業所需人才的能力，學校必須重新思考如何去界定、測量和證明學生掌握的學科知識和軟技能（如創造力和協作能力）。數據挖掘軟件逐步融入到在線教育、移動學習和學習管理系統中，形成了新的學習環境。這類環境利用數據分析和可視化軟件能多維度、便利地描繪學習的相關數據。在線上和混合課程中，數據可以展示出學生的行為是如何促進他們的進步以及影響學習效果的。

（2）重構學習空間

傳統教育依賴于以教師為中心的教學方式，講座是知識傳遞的主要來源。如今，人們正在擁抱以學生為中心的教學，這讓學習者能更好地為未來職場做準備。同時，教室設計的新方法正在支持這種轉變。此外，在建筑和空間規劃方面的創新思維正在影響新學校基礎設施的設計和建設，進而有可能對課堂實踐和學生學習產生重大影響。

3.短期趨勢

在未來一到兩年內，推動基礎教育采用技術的關鍵要素。

（1）編程素養

編程是指計算機能理解的一組規則，可以采用多種語言的形式，如HTML語言、JavaScript語言和PHP語言。許多教育工作者認為，編程是一種激發計算思維的方式，這項技能需要將計算機科學知識與創造力、問題解決能力深度結合起來。知名編程教學網站Code.org最近預測，到2020年，美國將有140萬個計算機工作崗位，而只有40萬計算機專業的學生來填補這一職位。為了更好地讓學生從較小的年紀開始學習，越來越多的學校領導和專家正將編程嵌入到基礎教育課程中來。世界各地的學校正在開設編程課，如讓學生共同設計網站，開發教育游戲和APP，并通過建模和設計新產品來設計應對挑戰的方案。

（2）增強STEAM學習

近年來，人們越來越重視加強科學、技術、工程和數學（STEM）課程的學習，因為這些學科被廣泛視為促進創新和促進國家經濟增長的動力。一些教育領導者認為，作為機構聚焦STEM學習的一種回應，有必要建立一個更加均衡的課程，如將藝術、設計和人文學科等整合到科學領域。這一概念促進了STEAM教育的產生，在這里，A代表“藝術+”。STEAM教育將這一定義擴展為一種基本理念，即所有學科都能且應該緊密地揉和在一起，以給學生提供一個如何把廣泛的知識和技能在現實生活中相互聯系的大圖景。換句話說，技術的使用不僅是與推進科學和工程技術的進步有關。

● 阻礙基礎教育采用技術的重要挑戰

1.可解決的挑戰

（1）實景學習體驗

目前，帶著學生接觸現實問題和工作場景的實景學習體驗在學校還沒有普及。實景學習被看作一些重要教學策略的支撐，它有著巨大的潛能讓學習者沉浸在獲得終身學習技能的環境中學習。實景學習體驗的方法包括職業培訓、學徒制和某些科學調查。實景學習強調以元認知反映和自我意識作為基礎的重要性。因而，越來越多的學校通過與更多的社區建立關系，與當地組織積極合作，讓學習者可以體驗到學校之外的未來生活和工作情境，并以此種方式來縮小學科知識與具體應用之間的差距。

（2）提高數字素養

技術使用的生產性和創新性是21世紀實踐的重要特征，這對在工作場所和其他領域取得成功是至關重要的。數字素養超越了學習者所獲得的孤立的技術技能，可使人產生對數字環境的更深理解，更能夠直觀地適應新環境，并與他人協作創建內容。因此，學校應致力于發展學生的數字公民權，確保其能夠負起掌握和使用技術的責任，包括混合式、在線學習環境和其他場合中的在線交流的禮儀、數字權利和責任等。這類能力正在影響著課程設計、專業發展和面向學生的服務和資源。由于數字素養牽涉眾多因素，學校領導面臨的挑戰是獲得更多公共機構的認可，并支持所有的利益相關者發展這些能力。

2.有難度的挑戰

（1）反思教師的角色

教師越來越多地被期望能熟練掌握多種基于技術的方法，并用其來傳遞內容、支持學習者以及進行評價。在有技術支持的課堂上，教師的主要責任從傳遞專業知識轉變為構建學習環境，以幫助學生獲得創造性探究能力和數字素養。教育者現在扮演著指導者和教練的角色，為學生提供機會，引導他們自主規劃學習路徑，進而將其培養成為有責任的全球化公民，并激勵他們樹立終身學習的習慣。這些不斷變化的期望正在改變著教師們參與專業發展的方式方法，如更多地利用社交媒體和校內外的同行進行互動合作，并使用在線工具進行資源共享等。

（2）傳授復雜思維

對于學習者來說，他們能夠理解成長過程中的網絡化世界和利用復雜思維學習都很重要。復雜思維學習就是學會如何使用抽象法和分解法處理復雜任務，以及如何將啟發式推理運用到復雜問題上。獨立掌握復雜思維方式往往難以在應用中奏效，只有掌握了溝通技巧，復雜思維的應用才有意義。事實上，高效率的領導者都是杰出的具有高水平社會智商的溝通者，他們有能力把不同的人連接起來，并利用技術進行協作和采用數據來支持他們的想法。這些都需要宏觀的理解能力，以及相關的邏輯、數據和直覺意識。雖然復雜思維這一話題的某些方面，與設計思維類似或者完全相同。但本報告的目的是要把兩者作為不同的概念來處理。“復雜思維”指的是理解事物復雜性的能力，這是一種利用系統化的工作思維來解決問題的能力，可以與“計算思維”互換概念。

3.嚴峻的挑戰

（1）成就差距

成就差距指的是學生群體之間在學業表現上的差異，特指社會經濟地位、種族、民族或性別所造成的各種差異性，而同行競爭壓力、學生比較、消極印象以及考試偏見等因素加劇了這一挑戰。學校使用多元化成功標準來定義學習期望，其中包括分數、標準化考試成績和完成率等，這導致學生的表現在個人和團體層面產生比較。適應性學習和個性化學習技術在識別表現較差的學生和學生群體時所發揮的作用越發重要。它能幫助教育者和領導者了解影響因素，進而啟用和擴展有針對性的干預方法和參與策略，以縮小成績差距。

（2）領導變化后的創新的維持

維持長期成功是開發新項目時需要重點考慮的一個因素，尤其是資金和領導層等外部因素容易發生變化的情況下。然而，未雨綢繆并不總是能得到明確的實施，也不是目前學校的常態。為促使學生在學校的成功，所制定和實施的創新方法，需要來自領導及全體教職工的全身心投入。不幸的是，領導職位的空缺或過渡會導致項目延遲或阻礙項目的發展，從而不能有效地滿足學生的需要。人員調整后的關鍵挑戰是，學區或學校在沒有舵手的情況下，也能提出有前途的方案，但各地區和學校必須要確定成功的戰略，以便在轉型的過程中能繼續推進創新方法的實施。

● 基礎教育中教育技術的重大發展

1.近期采用的技術

采用的時間：1年或1年以內。

（1）創客空間

21世紀的變化正在揭示：在一個快速發展的世界里，什么樣的技能具有真正的適用價值。如何更新或改造教室才能滿足未來的需要？這個問題的答案是通過創客空間，或者是提供工具和學習體驗來幫助學生實現他們的想法。創客空間旨在吸引各個年齡段的學生，并基于開放的實驗進行迭代和創造。在這種情況下，3D打印、機器人技術和基于網絡應用的3D建模等工具可以讓更多的學生接觸到最前沿技術。支持者們認為教育創客空間最突出的優點是通過動手設計、構建和迭代提高學習者的創造力和高階問題解決能力。

（2）機器人技術

機器人技術指的是機器人（是完成一系列任務的自動化的機器）的設計和應用。最初的機器人被安置到工廠的裝配線中，以實現流水線生產和提高生產效率，如汽車的生產。如今，機器人進入采礦、軍隊和運輸等領域，通過完成對人類來說不安全或單調的任務，改善了行業的運營。預計到2020年，全球機器人數量將翻一番，達到400萬，這一轉變預計將形成全球化的商業模式和經濟模式。全球經濟的增長越來越依賴機器人，尤其是在機器人更自動化、更安全、更廉價的情況下，工人們將受到怎樣的影響，這是一場激烈的爭論。現在，機器人項目關注的一項推廣工作是將機器人技術和編程整合為跨學科的STEM學習活動，進而讓學生成為21世紀更好的問題者。

2.中期采用的技術

采用的時間：2到3年。

（1）分析技術

今天，幾乎所有通過互聯網或商品消費服務進行的交互，都被有針對性地追蹤、存儲和使用，從而導致了大數據概念的產生，大數據指的是用大量的數據反映大家行為以及各種人群的活動。現在，數據科學家和數據收集平臺能夠組織計算PB和EB量級的數據，從而分析和識別那些可能沒有被發現的活動模式。如此龐大、多樣化的復雜性的數據集所呈現的信息對于某項活動能否取得成功是至關重要的。在教育方面，數據挖掘已經開始針對性地用于處于危險中的學生、個性化學習和靈活創建成功路徑等方面。如今，學校變得更加善于處理和解釋大數據，從而可以做出更明確地反映學習者真正需要的決策。然而，同時也需要更好的工具來發掘更深入收集和分析數據的潛力。對于教師和學生來說，理解如何使用新的數據工具和培養分析技能（包括數據素養、計算思維和編程）是至關重要的。

（2）虛擬現實

虛擬現實指的是在計算機生成的環境中，模擬實際存在的人或物體并獲得身臨其境的感官體驗。在基礎階段，此技術采用3D圖像的形式，讓用戶通過鼠標和鍵盤進行人機交互操作。如今，此應用程序允許用戶通過手勢和觸覺設備更真實地“感知”顯示出來的物體，這些設備通過力的反饋提供觸覺信息。到目前為止，盡管虛擬現實對學習有很重要的影響，但它還主要被用于軍事訓練。隨著硬件的加速、CAD軟件和3D顯示技能的發展，虛擬現實技術正變得越來越主流，尤其是在電子游戲領域。今天，頭戴式顯示器的使用，使玩家進入更加逼真的游戲環境。相信，虛擬現實技術一定能使學習中的仿真場景更為真實。

3.遠期采用的技術

采用的時間：4到5年。

（1）人工智能

在人工智能領域，人們正在利用計算機創造與人類功能更接近的智能機器。知識工程允許計算機模擬人類感知、學習和決策，這是基于對信息的類別、屬性和各種集合之間關系的訪問而獲得的。神經網絡是人工智能研究的另一個重要領域，通過語音識別和自然語言處理，其被證明對建立更為自然的用戶界面極具價值，并使人類和機器的交互與人類彼此相互交流更加類似。通過設計，神經網絡能模擬動物大腦的生物功能，以對特有的輸入進行解釋和作出反應，如語音和語調。隨著基礎技術的不斷發展，人工智能利用在線學習、自適應學習軟件以及仿真方式能夠更直觀地與學生互動，并具有更大的潛力。

（2）物聯網

物聯網是由具有計算能力的物件組成，通過處理器或內置傳感器，在網絡中傳遞信息。這些連接能夠實現遠程管理、狀態監控、跟蹤及報警。市級政府和學校正應用物聯網的功能，借力數據簡化流程，促進可持續發展。聯網設備將生成學生學習和活動的數據，為內容傳遞的方向和學校的規劃提供信息。隨著越來越多的智能設備進入校園，學校開始研究它們對學生隱私和安全的影響。物聯網不僅有潛力幫助學校降低成本，而且能夠更有效地利用學生們的數據為學生提供工具來創建新穎的解決方案，以應對現實世界的問題。