“底座”支撐+“積木”組件：走向新一代智慧教學平臺的技術方略

摘要：隨著物聯網、云計算、人工智能等新一代信息技術的快速發展及其與教育的緊密結合，智慧教學平臺成為教育現代化的關鍵支撐。為此，文章基于當前國內外智慧教學平臺的現狀，結合“云、網、邊（管）、端”四大要素，搭建了新一代智慧教學平臺，并提出“底座”支撐+“積木”組件的系統集成的技術路線。平臺的核心設計理念圍繞“五個統一”和“五個安全”體系展開，并通過構建“五橫五縱”的功能架構，實現多模塊、多維度的深度融合，文章通過研究，旨在提升教學質量與效率，實現教育與人工智能的深度融合，推動教育現代化發展。

關鍵詞：智慧教學平臺；人工智能；數字基座；個性化學習

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2024）12—0134—09 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2024.12.014

物聯網、云計算、人工智能等新一代信息技術的迅猛發展及其在教育教學領域的廣泛應用，深刻推動了教學設計、教學手段和教學策略的變革^[1]。在這一背景下，智慧教學平臺逐漸成為教育信息化的重要支撐，但其在支持大規模應用和個性化教學方面仍面臨諸多挑戰，尤其在實現教學管理一體化、教學場景虛實融合以及數據共享與智能化決策方面，存在系統集成度不高、技術適配性不足等問題，制約了教育信息化和現代化的進一步發展。智慧教學平臺作為教育信息化和教育現代化的關鍵基礎設施，已經成為推動教育理念創新、教學模式變革及教育治理體系重構的核心支撐力量^[2][3][4]。2019年2月，中共中央、國務院印發的《中國教育現代化2035》明確指出：“建設智能化校園，統籌建設一體化智能化教學、管理與服務平臺……利用現代技術加快推動人才培養模式改革，實現規模化教育與個性化培養的有機結合。”^[5]2022年8月，科技部、中央宣傳部和中國科協聯合印發的《“十四五”國家科學技術普及發展規劃》進一步提出，要“加快推進科普與大數據、云計算、人工智能等技術的深度融合，打造一批科普數字化應用示范場景”^[6]。在此背景下，本研究嘗試基于“四輪驅動”和“五橫五縱”的頂層設計，通過引入物聯網、云計算、人工智能等技術，構建了“門戶統一、虛實融合、人機互適”的新一代一體化智慧教學平臺，以解決當前教育信息化平臺在系統集成、場景適配與個性化支持等方面的不足。借助該平臺，期望能夠應對當前教育信息化進程中的核心挑戰，并為“教、學、管、評”的智能化、個性化發展提供有力支撐，從而推動智慧教育的深度變革。

一 智慧教學平臺的應用現狀及不足

新一代信息技術的發展不僅改變了教與學的方式，而且已開始深入影響到教育的理念、文化和生態。當前，世界主要發達國家均已意識到在新的技術形勢下教育變革勢在必行，并從國家層面發布教育創新戰略，設計教育改革發展藍圖，積極探索推進新技術支持下的教育教學創新。例如，1996年美國就推出了《國家教育技術計劃》，此后于2000、2005、2010、2016年又先后發布了四輪計劃，是教育技術發展的重要政策性文件。但由于教育技術的飛速發展，平均五年發布一次的頻率，已經遠遠趕不上全國范圍教育領域的技術變化^{[7][8][9][10][11]}。自2017年起，美國教育部開始每年發布一輪國家教育技術計劃，并采用局部更新的方式，以更好地適應教育技術領域的創新步伐。我國政府自2018年起，也先后發布《教育信息化2.0行動計劃》《中國教育現代化2035》《加快推進教育現代化實施方案（2018-2022年）》等文件，強調發展智能教育技術和推動教育的數字化轉型，主動應對新技術浪潮帶來的新機遇與新挑戰^[5][12][13]。

1 智慧教學平臺國內外的應用現狀

在國外，早期較為經典或流行的數字化教學平臺有始于1998年的“Blackboard”教學平臺和2011年推出的“Canvas”教學管理平臺。作為國內較早開展數字化教學平臺探索、研發和應用的高等院校之一，清華大學于2003年9月，建立了第一個基于IP的具備i-Control（智能化控制）、i-Management（智能化管理）、i-View（智能化視窗）功能的多媒體教學環境管理平臺；2012年前后，又結合“C-campus”國際聯合培養項目，探索并實踐了智慧教室和智慧教學管理平臺的早期形態，為后續智慧教學工具的研發提供了重要參考。

近年來，新一代信息技術與教育的融合逐步走向深入。2022年，我國推出了“國家智慧教育公共服務平臺”，該平臺注重提供多類型、多樣化和海量的數字教育資源，以滿足不同類型教學設計、教學手段和教學模式的需求。另外，一些國內高校攜手企業也進行了有益的嘗試，相繼探索和推出了相關的基于AI技術的智慧教學平臺雛形，如浙江大學的一站式“學在浙大3.0”智慧教學平臺、清華大學深圳國際研究生院的“SIGS 2.0”一體化智能化教學平臺、濟寧學院的全景智能化教學平臺等^[14]。這些平臺一方面通過光學字符識別（Optical Character Recognition，OCR）、知識圖譜、大數據建模等技術將優質教師的經驗和知識都沉淀到平臺里，為每個學生制定符合長期發展的個性化學習方案，有利于“智慧的教”和“智慧的學”；另一方面，能夠匯聚教與學的全域大數據，并基于這些大數據進行師生畫像，有利于“智慧的管”和“智慧的評”^[15][16]。

2 智慧教學平臺應用存在的不足

現有智慧教學平臺雖然在教學模式的創新中發揮了積極作用，但仍存在許多不足，阻礙了平臺的進一步優化與推廣：首先，需求分析的完備性不足是當前平臺普遍面臨的核心問題^[17]。許多平臺的設計初衷是為了滿足在線課程的需求，導致其無法全面覆蓋線下教學、個性化學習、管理和評價的多樣化需求。其次，技術發展的前瞻性不夠使現有平臺難以應對不斷變化的技術環境。隨著大數據、人工智能、物聯網等技術的迅速發展，現有的平臺未能及時整合新技術，導致其智能化水平無法滿足現代教育的需求。最后，應用系統的互通性差嚴重制約了平臺的實際效用。不同平臺之間的數據孤立，使教學管理、學習評價和數據分析無法實現全流程的互聯互通，影響了智慧教育的整體效率。

現有智慧教育平臺在頂層設計上的不足是其難以突破現有瓶頸的關鍵。因此，本研究提出通過頂層設計來統一規劃平臺的架構與功能，采用“底座”支撐+“積木”組件的技術路線，以構建一個高度靈活和可擴展的智慧教學平臺。其中，“底座”支撐提供一個穩固的基礎，確保平臺的穩定性和兼容性；而“積木”組件則允許平臺根據不同教育場景的需求，靈活地添加、組合和調整功能模塊。這種設計不僅提高了平臺的智能化和自動化水平，還支持了個性化教學和數據驅動的決策，從而確保平臺能夠更好地適應未來的教育場景。

二 新一代智慧教學平臺的頂層設計

本研究提出的新一代智慧教學平臺的頂層設計旨在通過一體化的框架和標準化接口，推動教育領域內信息化、智能化的發展，其示意圖如圖1所示。這一平臺的核心設計理念圍繞“五個統一”和“五個安全”體系展開，并通過構建“五橫五縱”的功能架構，實現多模塊、多維度的深度融合。該設計不僅能夠保障各個功能模塊的互聯互通和統一管理，還確保了平臺在不斷發展的教育環境中的靈活性與擴展性。通過頂層設計，新一代智慧教學平臺能夠適應各種復雜的教學場景與個性化需求。

1 五個統一

平臺的“五個統一”構成了整體的協同框架，是實現功能模塊無縫銜接的基礎。其中，“統一門戶”通過支持多終端訪問，解決不同教學場景下設備多樣性的問題，確保師生能夠在不同的設備之間實現平滑過渡，無論是通過電腦、手機還是智慧教室的設備，均能無縫接入平臺。“統一平臺”作為智慧教學的技術核心，通過整合各類教學應用支撐平臺，為教學資源、管理工具及各類教學場景提供標準化的操作環境和穩定的技術基礎。“統一認證”通過單點登錄，提升用戶體驗的便捷性，避免多平臺登錄的復雜性，增強用戶的使用黏性。“統一標準”通過標準化的接入與管理，確保不同功能模塊之間的信息流暢共享，消除模塊間的操作壁壘。“統一數據”通過大數據平臺實現數據的收集、匯聚、分析與管理，為平臺上的智能化教學評估、個性化學習推薦及智能決策提供重要的數據支持。

2 五個安全

平臺的安全保障機制通過“五個安全”策略為用戶操作和數據傳輸提供了全方位防護。其中，“物理安全”通過硬件的管理與防護，防止來自外部的物理破壞或意外事故的干擾。“網絡安全”通過加密傳輸、防火墻、入侵檢測等技術手段，保障數據的傳輸安全，避免黑客攻擊或數據竊取。“系統安全”通過持續的漏洞修補和實時監控，確保系統的穩定性和運行的可靠性。“設備安全”通過權限審查與管理，確保平臺應用的合規性與合法性，保障智能教學系統的可持續運行。“數據安全”通過加密存儲和權限管理，保障用戶隱私和平臺關鍵數據的安全，防止未經授權的訪問和數據泄露。這些安全策略緊密結合，為平臺的各項功能提供堅實的安全保障，使平臺不僅能滿足日常的教學需求，還能應對各類潛在的安全風險。

3 五橫五縱

從功能架構的角度來看，智慧教學平臺的“五橫五縱”實現了教學與管理流程的全面覆蓋。其中，“五橫”架構代表平臺的五個關鍵功能模塊：①教學設計模塊通過提供標準化的教學模板和課程規劃工具，為教師在教學活動中的準備與實施提供了強有力的支持。無論是課程的設計、教學案例的選擇，還是教學內容的規劃，教師都可借助該模塊有效提升教學效率。②教學環境模塊通過多終端設備支持，實現線上與線下教學的無縫融合，學生和教師能夠靈活切換教學場景，豐富教學活動的形式。③教學資源模塊負責各類教學材料、課件、電子書籍等資源的管理與分配，保障資源的有效利用和共享，為師生提供了豐富的教學素材。④教學評估模塊通過智能化的數據處理技術，實時監控教學過程中的關鍵環節，并根據收集的數據進行分析與評估，為教師的教學效果評估提供強大的技術支持。⑤用戶體驗模塊通過人性化的設計，確保平臺操作簡便、功能易用，從而提高用戶的滿意度和平臺的使用率。

“五縱”架構則覆蓋了五個關鍵維度，這些縱向的功能支撐平臺的數據收集、處理與決策支持系統，使教學平臺能夠智能感知和分析用戶的行為數據，并根據這些數據做出相應的教學調整與優化：①智能化感知模塊通過各類傳感器和數據接口實時收集學生的學習進度、作業情況、課堂表現等數據，為個性化學習路徑的生成提供基礎數據。②智能化分析模塊通過大數據處理和機器學習算法，對收集的數據進行深度挖掘與分析，幫助教師精準識別學生的學習困難，并提供相應的個性化教學策略。③智能化控制模塊通過對工作流的監控與管理，確保教學活動中的各個環節有序進行，并能根據實際情況進行動態調整。④智能化管理模塊通過對平臺的數據管理、資源管理和用戶管理，實現教學資源的合理分配與高效利用。⑤智能化視窗模塊通過可視化的數據展示，將教學過程中的重要信息直觀地呈現給教師和學生，幫助其更好地理解學習進程與教學效果。

4 “底座”支撐

教育數字底座作為智慧教學平臺的技術基礎設施，支撐了平臺內所有的智能化功能，其類似于操作系統或底層框架，負責平臺的技術實現與數據處理。教育數字底座包含云計算、物聯網、大數據分析和人工智能算法等前沿技術，是平臺高效運行和智能決策的技術支撐。這一底座的穩定性和性能直接決定了平臺的響應速度與處理能力，也為“五橫”和“五縱”功能架構的協同運行提供了底層保障。通過教育數字基座，平臺能夠通過處理大規模的教學數據，并提供實時分析和智能化決策支持，從而確保在復雜的教學場景中保持穩定、高效的運行。

5 “積木”組件

智慧教學平臺各模塊之間的關系相輔相成，形成了一個有機的整體。用戶接入和應用積木作為平臺的前端模塊，直接面向教師、學生、管理員等不同角色的用戶，確保其能夠根據自身需求無縫進入平臺，并通過積木化的應用模塊進行教學、學習和管理操作。這種設計不僅提高了用戶體驗的靈活性，也使平臺能夠適應不同的教學需求。此外，安全保障模塊貫穿平臺的各個環節，確保用戶數據和操作的安全性，避免潛在的安全風險；標準規范模塊通過統一的數據格式、接口協議和安全標準，保障各功能模塊之間的互聯互通與協同運行，提升平臺的整體效率和兼容性。“五縱”大數據平臺通過收集和處理來自不同模塊的數據，為平臺的智能化教學、個性化學習和精準化管理提供堅實的數據基礎。教育數字基座作為平臺的底層支撐，確保各功能模塊能夠在統一技術框架下穩定運行，并通過持續的數據分析與智能化反饋，推動教學質量的不斷提升。

本研究通過“五個統一”和“五個安全”體系，以及“五橫五縱”的功能架構，構建了一個高度集成、靈活擴展的教育平臺。這種“底座+積木”的設計模式，不僅確保了平臺在復雜教育場景中的靈活性，還通過模塊化設計與標準化接口，增強了平臺的擴展性和兼容性。通過智能化感知、數據分析和決策支持，平臺能夠為教師、學生、管理員提供精準、個性化的服務，最終實現智慧教學的全面升級與發展。

三 新一代智慧教學平臺設計的理念及技術架構

隨著新一代信息技術的迅猛發展，智慧教學平臺逐漸成為推動教育現代化的核心動力^[18]。面對當前教學模式的復雜性、多樣化的管理需求以及學生個性化學習的挑戰，構建一個靈活、可擴展的教學平臺已成為教育數字化轉型的關鍵。本研究基于模塊化設計理念，提出了“新一代智慧教學平臺”的概念，即通過多平臺異構和多域融合的特點，集成人工智能、大數據和云計算等先進技術，實現教育科學、數據科學、工程技術和用戶體驗的深度結合，支撐智慧教學的全面轉型與創新。

1 模塊式設計

模塊化設計理念的核心在于靈活性與可擴展性，這使智慧教學平臺能夠突破傳統教學系統的局限，適應不斷變化的教學需求和場景^[19][20]。傳統的智慧教學平臺往往局限于單一系統，無法充分應對現代教學中的個性化需求和實時數據分析的復雜性。通過模塊化設計，智慧教學平臺不再是功能的簡單集成，而是一個高度靈活、可擴展的系統。平臺通過模塊化設計，將“云”（教學資源）、“網”（信息載體）、“管”（邊緣計算與教學管理）和“端”（智慧教室/實驗室）等多個異構系統有機整合，形成了一體化的智慧教學生態。主要特點如下：

（1）靈活性與兼容性

模塊化設計不僅提升了平臺的靈活性，還使其與頂層設計之間形成了緊密聯系。智慧教學平臺的頂層設計旨在通過統一架構和技術規范，確保各模塊之間的互聯互通與協同工作。例如，平臺中的“底座”作為技術基座，可支持多個應用模塊的并行運行，確保了系統的穩定性和數據流轉的高效性；而“積木”通過模塊化接口與底座對接，各模塊可以獨立開發、更新和擴展，極大地增強了平臺的靈活性和擴展性。這一設計保證了系統的兼容性，同時也為后續的功能擴展與技術創新提供了基礎。

（2）安全性和可維護性

模塊化設計顯著提高了平臺的安全性和可維護性。由于各功能模塊能夠獨立存在，系統的維護和升級變得更加高效和靈活，確保了在進行單一模塊更新或維護時，不會影響到整個系統的穩定運行，從而避免了傳統系統中全系統停機的問題。此外，通過模塊化設計，平臺可以根據不同用戶群體的需求自由配置功能模塊，如為教師、學生、管理員等提供定制化服務，從而實現更為精準的用戶體驗。

（3）高效性和協同性

模塊化設計理念為數據管理提供了有效支撐。在智慧教學平臺中，“數據底座”作為核心數據處理層，通過標準化的數據接口，實現各功能模塊的數據交互與處理。教學資源、學生評估和個性化學習等模塊之間的海量數據通過數據底座進行整合，確保了各模塊既保持數據共享的高效性，又能夠在統一框架下獨立運行與協同工作。通過這種模塊化的數據管理方式，平臺不僅提升了數據處理能力，還為智能化教學提供了可靠的數據支持和決策依據。

2 新一代智慧教學平臺的技術架構

在智慧教學平臺的構建中，模塊化設計理念主要體現在“底座”支撐+“積木”組件的技術架構中^[21]。其中，“底座”作為平臺的基礎設施和數據支撐，提供了系統運行所需的穩定環境與核心技術能力；“積木”則是具體的功能模塊，通過標準化接口與底座緊密銜接，實現教學、管理、評價等功能的定制化和模塊化組合。平臺頂層設計通過這種模塊化設計模式，不僅能靈活應對不同的教學場景，還能在未來的技術迭代與功能擴展中，確保系統的兼容性與可升級性。

四 “底座”支撐+“積木”組件：系統集成的技術路線

在教育數字化轉型的大背景下，利用“底座”支撐+“積木”組件賦能各類教學應用，構建教學環境生態，重塑教學活動管理流程，實現教育科學治理，已成為不可逆轉的趨勢。基于此，本研究設計了新一代智慧教學平臺“底座”支撐+“積木”組件的技術路線，如圖2所示。

1 “基礎設施支撐底座”+“數據底座”的有機統一

智慧教學平臺的“底座”由“基礎設施支撐底座”和“數據底座”有機結合而，兩者在業務功能上雖有交叉，但各自的建設內容和目的有所側重。其中，“基礎設施支撐底座”主要側重硬件構建，注重系統的整體集成與功能支撐；而“數據基座”則以軟件為主，強調系統的融合與服務支撐。具體來說，基礎設施底座為平臺提供硬件支撐，包括教學專網、智慧教室、資源云平臺、MOOC（SPOC）平臺、教學督導平臺等核心組件，是各類教學大數據的載體。按照GB/T 36342-2018標準，基礎設施的設計和集成需符合國家相關規范，以確保智慧教學環境的穩定性與可擴展性。

數據底座圍繞平臺的各類教學功能，強調數據系統的整合與協調。它的核心功能包括數據的采集、存儲、共享和分析，支持平臺智能化教學的需求，涵蓋數據管理、數據樞紐、數據能力等模塊：①數據管理涉及配置管理、流程管理、存儲管理及運維管理，確保數據的完整性和可用性。②數據樞紐包括數據存儲、數據流轉和數據訪問等功能模塊，能夠支持海量數據的高效處理和傳輸。③數據能力提供數據管理、處理和分析的基礎能力，涵蓋外部數據訂閱、內部數據抽取、數據轉換、報表管理等服務，保障數據驅動的教學應用順利進行。數據底座不僅是平臺智能化應用的基礎，還為教學場景的個性化服務和教學評價提供數據支撐。

2 構建“積木化”應用場景業務

智慧教學平臺通過“積木化”應用場景的構建，支持統一的用戶認證和應用接口，實現用戶單點登錄與鑒權。該機制不僅保障了用戶數據的安全性和業務邏輯的完整性，還為個性化教與學提供了堅實的基礎。通過構建應用接入、管理、監控和評價等接口，平臺可以實現智能教育應用的全生命周期管理，確保教學資源和應用的靈活部署與管理。

積木組件由組件集成與調用和開發配置框架兩大核心技術部分構成。其中，組件集成與調用通過將常見的公共功能組件化，避免重復開發，降低建設成本；同時，提供技術組件的封裝，供不同業務應用調用，從而提升開發效率。此外，為實現不同業務系統的有效集成，平臺還制定了統一認證（SSO）、統一門戶、互操作性協議（LTI/OPI）、應用網關（API Gateway）及數據網關等通用組件的集成規范。開發配置框架則為開發者提供標準的技術框架和工具支持，包括元數據管理、安全管理、可視化界面設計、多語言處理和軟件配置管理等，該框架不僅簡化了開發過程，還為教學系統的國際化應用提供了技術保障。

通過這種“底座”支撐+“積木”組件的集成設計，新一代智慧教學平臺能夠在硬件與軟件、數據與應用等多維度實現有機融合，確保教學系統的靈活性、擴展性與穩定性。

五 結論與展望

本研究基于個性化導學與跨媒體資源應用、教學模式設計、教學環境設計、教學評估及用戶體驗等方面的研究，提出了基于“底座”支撐+“積木”組件的新一代智慧教學平臺的構建模式，通過對智慧教學環境生態體系的重塑，構建了一個能夠充分利用人工智能賦能教學的整體解決方略。同時，本研究團隊還特別關注在平臺落地建設或系統集成過程中不可忽視的標準問題。統一的標準體系將為智慧教學平臺多類型智能應用的融合、多模態數據分析以及大規模示范推廣提供堅實基礎。智慧教學平臺的設計不僅僅要著眼于某單一節點或“端”，還要從教學環境的“云、網、邊（管）、端”生態系統的視野出發，通過“底座”支撐+“積木”組件的架構實現全域、全場景、全過程的智能化教學。在此設計理念的指導下，本研究提出的新一代智慧教學平臺通過人工智能賦能，可以實現教與學過程中的深度融合，有助于探索人工智能在教育中的本質規律和實際應用價值。未來，智慧教學平臺的發展還將隨著技術的進步不斷迭代和優化。隨著人工智能等前沿技術的發展，智慧教學平臺有望在智能化決策、個性化教學、跨學科資源整合等方面進一步實現突破，推動智慧教學從試點應用走向廣泛普及，為教育領域的數字化轉型提供更多的可能性和創新空間。

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“Base” Support and “Modular” Components： TechnicalStrategies for New Generation of Intelligent Teaching Platforms

YIN Dian¹"" "JIAO Li-Zhen²""" LI Hai-Xia²""" SONG Shu-Qiang³

（1. School of Public Administration， Changchun University of Technology， Changchun， Jilin， China 130012; 2. Information Technology Centre， Tsinghua University， Beijing， China 100084; 3. Tsinghua Alumni Association， Tsinghua University， Beijing， China 100084）

Abstract： With the rapid advancement of new information technologies and their close integration with education， intelligent teaching platforms have emerged as a vital support for educational modernization. This paper proposes a technical framework for system integration， termed “Base Support + Modular Components，” which incorporates the four essential elements of “Cloud， Network， Edge， and Terminal” to develop a next-generation intelligent teaching platform. The core design concept of the platform revolves around a functional architecture system of “Five Horizontals and Five Verticals，” achieving deep integration across multiple modules and dimensions. The study also promotes the digital transformation of teaching management and evaluation by constructing an assessment system and technical standards for intelligent educational applications. The aim is to enhance teaching quality and efficiency， achieve deep integration of education and artificial intelligence， and promote the modernization of education.

Keywords： smart teaching platform; artificial intelligence; digital base; personalized learning; precision teaching

*基金項目：本文為吉林省教育科學“十四五”規劃課題“吉林省高校教師數字素養提升策略和實施路徑研究”（項目編號：GH24123）的階段性研究成果。

作者簡介：尹典，講師，博士，研究方向為數字化教育，郵箱為yindian0029@163.com。

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