基于信息技術的教育教學改革概述

王藝穎

（黃河水利職業技術學院，河南 開封 475004）

0 引言

為深入貫徹落實中共十九大精神， 加快教育現代化和教育強國建設， 推進新時代教育信息化發展和轉段升級，2018 年4 月，教育部提出《教育信息化2.0 行動計劃》［1］。 人工智能、大數據、區塊鏈等技術的迅猛發展，不僅改變了教師教和學生學的方式，而且已經越來越深刻地影響著教育改革、 教學模式實踐、網絡教研及教育評價等方方面面。本文主要基于大數據、云平臺、人工智能和“互聯網+”等4 種信息技術手段， 探討教育信息化2.0 時代信息技術的應用對教育教學改革的影響問題。

1 大數據對教育教學改革的影響

1.1 教育大數據的概念及特點

在科技進步和信息技術高速發展的當下， 教育大數據是隨日常教育教學過程中的網絡行為而產生，被教育教學相關部門采集，并包含著教育教學活動參與者的真實意圖和偏好的龐大數據組［2］，主要有以下5 個方面的特點：（1）數據量大。 數據量從太字節（TB）上升到拍字節（PB）。 （2）高速處理。 “1 秒定律”或者稱秒級定律，即在秒級時間范圍內給出分析結果。 （3）數據來源類型繁多，可以是教學管理平臺、學生管理系統、在線學習平臺等。 （4）價值密度低。在持續的監控數據中，可能只有一兩秒的數據有用。 （5）真實。

1.2 教育大數據的應用及對教育教學改革的影響

大數據在教育領域的典型應用， 主要是教育數據挖掘和學習分析。教育數據挖掘綜合運用統計學、機器學習、數據挖掘的技術和方法等［3］，對教育大數據中學習者的學習行為進行監測和分析， 并通過建立數據模型分析學習者的學習結果與教學過程、學習資源及內容等變量之間的關系， 從而預測學習者未來的學習發展趨勢。學習分析綜合運用統計學、數據挖掘、 社會學、 心理學和學習科學的技術和方法等，通過對日常教育教學活動中學習者的課程、學習行為等數據進行處理和分析［4］，研究學習者在學習過程中的學習規律，根據學習者的行為特征，針對性地優化其學習過程和學習環境， 從而促進其更加有效地學習。

以教育大數據為基礎， 充分發揮教育數據挖掘和學習分析的作用， 一方面可以綜合分析學生各門課程的學習情況，包括學生出勤、活動參與、作業完成、學習效果及成績考核等［5］，教師可據此了解學生的對課程整體及細節知識點的學習和掌握情況，及時調整教學組織安排和教學方法， 為制訂個性化教學方案提供數據支撐；另一方面，針對不同學生的能力特點、競賽及社團活動參與情況，結合其專業發展方向， 可以為學生智能化地推薦選修課程和學習資源， 形成符合其個人能力特點和職業規劃發展要求的有針對性的個性化人才培養方案。

2 云平臺對教育教學改革的作用

云平臺在教育中的應用是利用先進的信息技術，集中教學過程、教學管理、教學資源等各教學環節資源，并將其存儲于統一的數字空間，實現教學資源的高度整合，進而實現教育全面信息化。其作用主要包括4 個方面。

2.1 促進優質資源共建共享

各行各業、兄弟院校、知名學者的實踐經驗均可通過云平臺分享， 從而促進云平臺海量優質教育教學資源的共建共享。通過云平臺，教師可以發布教學資源、與學生交流互動、收取和批改作業等。 云平臺在各級各類教育教學中的應用， 改變了傳統教學模式下的學習時間、地點和方式，使學生無論何時、何地，都能夠方便快捷地打開優質的教育資源，使廣大師生自主學習和終身學習的需求得以滿足， 使不同區域的教育得以均衡發展［6］。

2.2 創新課程教學模式

利用云平臺可以建設網絡在線開放課程。 根據預設的教學目標、學科特點、教學方式，結合學生的認知規律，利用網頁超鏈接技術，合理使用文本、圖形（圖像）、音頻、視頻、動畫和虛擬仿真等各類素材，使教學內容“顆粒化”，清晰表達知識框架，方便教師自主搭建課程和學生拓展學習。 通過網頁插入式在線測試，可實現即時網上輔導反饋，線上、線下討論答疑，網上作業布置、提交和批改，網上社區討論等，促進師生之間、生生之間進行資源共享、問題交流和協作學習，加強師生課堂、課下互動，從而激發學生的學習興趣［7］。同時，依托教師在云平臺上發布的教學資源，學生可在課前完成自主學習，教師和學生在課堂上則可一起完成探究學習、 答疑討論和互動交流等活動，為翻轉式課堂的實現提供了條件。

2.3 促進師生互動、生生互動

課前，教師可通過云平臺發布教學資源，學生可通過智能手機登錄云平臺， 完成課前知識自主學習和網上答題測試， 教師可在后臺監測學生是否完成了課前教學資源瀏覽任務， 并根據學生的預習情況及網上答題測試結果， 適當調整課堂教學組織安排和教學重難點講授策略。課堂上，學生通過智能手機登錄云平臺， 可即時參與到課堂活動中并獲得反饋信息，教師可在后臺獲取統計數據，從而清楚掌握每一位學生的學習情況，及時調整教學策略、方法和進程。通過云平臺的課堂活動和答題測試，可以消除學生參與傳統課堂活動時的恐懼和答題測試時的擔憂，從而促進師生有效互動。

同時，教師還可利用云平臺開展分組討論，在討論過程中，學生可以采用文字、圖片、語音、視頻等多種方式表達觀點， 從而提高學生參與教學活動的積極主動性，既可實現師生互動，又可實現生生互動，學生在討論過程中還可以互相學習、共同進步，從而形成團隊協作意識和良好的職業習慣。

2.4 助力教學評價

云平臺可以準確記錄教學過程中所產生的全部教與學信息， 不但可以自動統計分析每一位學生在教學過程中的反饋數據， 還可以對整個班級在教學過程中的反饋數據進行自動統計分析。通過云平臺，教師不僅可以獲取每一位學生的總體學習情況，還可以分析全部學生對某個知識點的學習掌握情況。這樣，既方便教師課后總結，又可為教學過程中的形成性評價提供科學準確的數據支持。

3 人工智能對教育教學改革的作用

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）的高速發展深刻影響著人們的工作、學習和生活，并積極改變著人類社會的方方面面，尤其是教育行業。人工智能與教育的合理、有效融合，可以實現教育的最優化、智能化和個性化［8］。 以下主要圍繞意圖識別技術、知識捕手技術、增強現實教學（AR 教學）技術、虛擬現實教學（VR 教學）技術等在教學過程中的作用展開論述。

3.1 意圖識別技術

人工智能的意圖識別技術彌補了早期人工智能只有語音和圖片識別功能的缺陷。 通過與學習者之間的語音、語言、圖片、文字等信息交流，意圖識別技術可以在多回合的人機信息交流過程中模仿人類大腦的運行機制，分析獲取學習者的根本需求，按照學習者的不同需求推送相應的學習資源， 為學習者提供個性化的服務，以滿足不同學習者的個性化需求。

3.2 知識捕手技術

知識捕手技術是一種新的人工智能教育產品。當前，隨著信息網絡技術的迅速發展，學習者通過網絡接觸到的知識信息呈多元化狀態， 涉及的知識學科門類繁多， 而從中挑揀出符合學習者學習需求的知識信息不僅費時，而且費力。人工智能的知識捕手技術可以從不同的文章或者書籍中捕捉、解析、分離出不同種類的知識點，然后根據學習者的學習需求，為學習者推送與各知識點相關的、多元的、豐富的學習資源，從而橫向拓寬學習者的學習范圍，縱向加深學習者的知識學習深度，為學習者更好、更優、更有效地學習提供支持。

3.3 增強現實教學（AR 教學）技術

AR 增強現實技術［9］是通過電腦技術將真實世界和虛擬世界的畫面疊加到同一畫面，直觀地、可視化地展現在人的眼前。在教育教學活動中，尤其是在一些工科專業教學活動中融入AR 增強現實技術，可以輔助教師對一些抽象的或不易觀察的結構、原理等知識點的講解，通過構建增強現實場景，將抽象的內容具體化，抽象的結構具象化，使原本抽象的、難以理解的結構和原理知識可視化， 從而實現知識點的立體生動講解。此外，學生還可以在學習過程中利用AR 增強現實技術實現對虛擬可視結構的反復拆解和組裝， 真正實現教師在做中教、 學生在做中學，激發學生的學習興趣，使學生在親自動手做的過程中，加深對相關知識的理解，促使其牢固掌握。

3.4 虛擬現實教學（VR 教學）技術

虛擬現實教學技術，又稱VR 教學技術［10］，是一種通過虛擬空間開展教育教學活動的技術。 如果說增強現實教學（AR 教學）技術更多地解決了學生對抽象化理論知識的理解和掌握問題， 那么虛擬現實教學（VR 教學）技術則更多地注重學習者在虛擬場景中的體驗和個人感受。 VR 虛擬現實技術通過營造虛擬的教室、教師等，營造出一種模擬環境，在這種虛擬環境中將學生需要掌握的知識進行重現，為學生提供一種交互式仿真、沉浸式學習體驗，更加注重以學生為主體，更注重學生的感受，因而更有利于提高學生的自主學習能力和獨立思考能力。

4 “互聯網+”對教育教學改革的作用

2018 年，習近平總書記在全國教育大會上的講話中明確指出， 鼓勵各級各類學校與時俱進創新教育理念和人才培養模式，發展“互聯網＋教育”［11］。 隨著大數據、云平臺技術的快速發展，互聯網的普遍應用正深刻地影響著教育的面貌， 促使教育越來越朝著網絡化、 智能化的方向發展。 以下主要從教育資源、 教師教學方式、 學生學習方式等3 個方面說明“互聯網＋”對教育教學的影響。

4.1 豐富和共享教育資源

互聯網強大的存儲功能和交互性特征使得教育資源不斷地積累匯聚， 使得教育教學資源不再僅僅局限在學校的固定場所，而是可以通過互聯網終端，不斷被上傳和共享。通過互聯網，優質的教育教學資源可以實現跨時空、跨地區共享［12］。隨著互聯網技術的不斷發展，目前已經有多種“互聯網＋教育”平臺，例如慕課（MOOC）、CCtalk（滬江旗下實時互動教育平臺）、學習元平臺等。以慕課為例，平臺上有豐富多樣的在線開放課程，且多數課程都是免費提供的，很好地實現了優質教育資源的跨時空、跨區域共享［13］。

4.2 促進教學方式改革

互聯網在教育領域的應用使得教育資源更加豐富和多樣化，通過網絡共享平臺，學生可以實現自主學習，教師和課堂不再是知識獲取的唯一來源，這使得學生對教師和課堂的依賴度降低。 傳統“滿堂灌”式的教學方式不再能夠滿足當前的需求， 這就要求教師改變教學和傳授知識的方式， 由傳統教學過程中的中心、 主導者轉變為現代教學中的服務、 輔助者。課前，學生通過互聯網平臺自主完成知識點的預習任務，課堂上，則進行答疑、互動和評估等活動，即實現由傳統教學模式向翻轉式教學模式的轉變。

4.3 促進學習方式改革

在傳統教學活動中， 學生的學習方式是被動地按照課表安排完成相應的學習任務。課前，按照教師安排的預習任務，翻閱課本完成新知識點的預習；課中，按照教學課程表，到達指定教室完成聽課任務，而學生新知識點的學習很大程度上依賴于課堂上教師的灌輸，而在有限的時間和有限的空間內，教師的教學和學生的學習都受到了限制；課后，學生通過完成教師布置的作業進行知識鞏固， 教師通過批改紙質作業獲取學生學習效果反饋信息。 而隨著互聯網在教育領域的應用越來越廣泛， 學生的學習方式變得多元化。 學生可以通過互聯網平臺共享的文字和圖片資源完成知識點的學習， 可以通過在線開放課程自主學習， 也可以通過互聯網平臺進行直播授課學習，實現師生實時互動。 綜上所述，學生可通過互聯網平臺實現海量資源隨時隨地自主學習， 不必受時間和空間的限制。

5 信息技術推進教育教學深化改革所面臨的挑戰與思考

教育信息化2.0 行動計劃的提出， 為中國高等職業教育事業的發展提出了更高的目標和要求。 大數據、云平臺、人工智能和“互聯網＋”等信息技術在教育領域的應用， 給教育教學改革帶來深刻影響的同時，也給我們帶來了一些新的挑戰和思考。

5.1 教學模式面臨的挑戰

大數據、云平臺、人工智能和“互聯網＋”等信息技術手段的應用，使得教學模式由“以教師為中心”轉變為“以學生為中心”，課堂教學也由傳統的教師“滿堂灌”轉變為師生互動、生生互動、答疑、討論、評價等。如何在課堂上調動學生的積極性，實現有效的師生互動、生生互動？如何在師生互動、生生互動中，動態地捕捉、分析學生對知識的理解和掌握情況？如何根據學生已掌握知識和技能的情況， 調整教學策略和方法，以促進學生更好地完成自主學習？這些問題對教師的教學理念、教學能力、教學素養等都是極大的挑戰。

5.2 自主學習模式面臨的挑戰

信息技術手段的應用，不僅改變了教學模式，也使學習模式由被動接受為主轉變為以自主學習為主。 通過互聯網終端，學生可隨時隨地自主學習，但同時也帶來一些負面影響。例如，學生面對互聯網平臺上的海量教學資源，往往只是一掠而過，缺乏足夠的判斷和深度的思考，如沒有教師的正確指導，很難進行有效的知識加工；網絡環境下的自主學習，學生追求趣味性體驗往往多過知識獲取， 學習缺乏規制性等。 這些問題都要求教育教學相關人員積極改革創新，以新的理念和方式來解決問題。

5.3 高職教育管理模式改革思考

教育管理模式的行政化嚴重阻礙和影響著高職教育事業改革發展的速度和方向。 為實現教育信息化2.0 時代高職教育事業發展的目標，緊跟現代化、信息化的發展步伐，必須以大數據平臺建設為基礎，綜合運用云計算、物聯網、智能感知、社交網絡等新興信息技術，建設智慧校園［14］，收集教師教學和學生學習的基礎數據，收集學校應用系統的基礎數據，全面智能分析教師、 學生在工作和學習時的群體及個體特征，為師生創建智能、開放的教育教學和學習生活環境，改變師生的交互方式，支撐學校全面開展智慧教育，最終實現人才培養質量的全面提升。

5.4 人才培養模式改革思考

新時代的人才培養，要以信息化為引領，構建以學習者為中心的全新教育生態， 實現公平而有質量的教育，促進人的全面發展。 綜合運用大數據平臺、云計算等新興信息技術，分析學生網絡訪問記錄、圖書借閱記錄、 校內就餐和行蹤統計等這幾類數據及其之間的關聯性，智能感知和分析學生的發展需求、綜合素質、情感問題、經濟問題等，在教育中針對性地融入情感教育和素質教育［15］，包括建設線上資源、設置選修課、開展相關活動等舉措，將情感教育和素質教育融入課堂教學。 對于異常情況，及時發現、及時預防，避免發生危機事件，從而實現學生全面發展的人才培養目標。

6 結語

在教育信息化2.0 時代， 新興的人工智能技術在教育領域的應用為教育教學改革創新提供了新的技術手段； 教育者可以通過教育數據挖掘和學習分析輔助教師完成對學生學習行為的分析和評價；利用云平臺實現優質教育教學資源的跨時空共建共享；“互聯網＋”對教育資源、教師教學方式和學生學習方式等教育因素帶來極大影響， 并促使教育理念發生改變。 因此， 為助力教育現代化和教育強國建設，各級各地教育相關部門應極力促進大數據、云平臺、人工智能和“互聯網＋”等信息化技術手段在教育教學改革中的應用。