工业革命4.0背景下的智慧教育新格局（1）
胡钦太 刘丽清 郑凯
摘要:当下，人类正站在第四次工业革命的风口浪尖，以人工智能、大数据、区块链等为代表的智能信息技术正引发新一轮教育变革，牵引着人类教育向智慧教育阶段转型和演进。目前，我国教育发展在实现大规模的个性化教育、教育精准化管理和教育高位均衡等目标上仍然面临诸多问题。工业4.0时代，智能信息技术与教育教学的深度融合有望破解上述教育发展瓶颈，推动教育系统的又一次革命性变革，打造智慧教育新格局，绘就大国教育新蓝图，为建设教育强国插上腾飞的翅膀。
关键词:工业革命4.0；智慧教育；智能信息技术；格局
1、工业革命4.0:新一轮教育变革的推动力
人类教育伴随着人类的出现而产生，随人类社会的发展而进化。社会形态的变迁和媒介技术的发展，一直是推动教育变革的根本性力量。回溯教育发展历程，无论是口语、文字，还是电子模拟技术、多媒体网络交互技术，每一种技术形态的出现都引发了人类教育的革命性变革。当下，人类正站在第四次工业革命的风口浪尖，以人工种能、大数据、区块链等为代表的种能信息技术正引发新一轮教育变革，牵引着人类教育向种慧教育阶段转型和演进。
1.1、第四次工业革命悄然而至
迄今为止，人类社会已经历了三次工业革命，现正处于第四次工业革命时代。“工业4.0”一词起源于德国政府推动制造业计算机化的高科技战略项目，被认为是制造业数字化的下一个阶段，具备深度网络化、绿色化、种能化和生产组织方式分散化这四大特征2016年1月，第46届世界经济论坛在瑞士达沃斯举行，主题是“掌控第四次工业革命”，创始人兼执行主席施瓦布表示:“在全球诸多挑战中，如何塑造第四次工业革命是世界正面临的最强有力的挑战。随着移动网络、传感技术以及人工种能和机器学习的出现，第四次工业革命无论在发生速度、涉及规模还是冲击力度上，都将远超前三次技术革命”。在工业4.0时代，集成、种能、创新、融合等成为社会发展的关键词，人工种能、虚拟现实、大数据、区块链、3D打印等信息技术成为推动社会前进的关键力量。
1.2、工业4.0时代教育变革的趋势和走向
在讨论第四次工业革命背景下教育变革的趋势和走向之前，有必要重新回顾教育的发展历程。学界对教育的发展学说存在两种较为典型的阐述或认识:一种是基于社会形态变迁的“四次教育革命说”一种是基于技术革新的“六次教育革命说”。
从社会变迁角度观察，许多学者以生产力和技术发展水平以及与之相适应的产业结构为标准，把人类社会划分为“原始社会一农业社会一工业社会一信息社会”四种形态。按照这种观点，人类社会已经历了三次教育革命，现正处于第四次教育革命。第一次教育革命以文字和学校的出现为主要标志;第二次教育革命以造纸术和印刷术的发明为主要标志;第三次教育革命以班级授课制的出现为主要标志;第四次教育革命由计算机和互联网为代表的信息技术引发教育系统的全面变革为标志。
从技术革新角度观察，教育变革与信息传播技术革命直接关联。人类信息传播技术的革命历程如下:口语(约350万年前产生)升文字(约公元前3500一前300(年产生)升印刷术(约公元7世纪产生卜电子模拟信息技术(约19世纪末20世纪初产生)升多媒体网络交互技术(20世纪90年代产生)，目前正处于以云计算、大数据、物联网和虚拟现实等种能信息技术为标志的革命当中。因此，根据上述革命历程，部分专家学者将人类教育相应地划分为六次教育革命。
事实上，教育的发展和变革与社会形态的变迁和媒介技术的发展均息息相关，正如图1所示，两者相互促进，推动教育不断向前发展。1769年，英国人詹姆斯·瓦特改良了蒸汽机，推动了机械化生产时代的到来，社会形态由农业社会进入工业社会。1870年，电能的突破和应用、内燃机的出现、劳动分工及批量生产的实现等拉开了第二次工业革命的序幕。在工业1.0和2.0时代，为适应机器大生产的需求，以班级授课为主要形式的标准化教育成为主流，并为工业生产流水线输送了大量符合标准的产业人才。进入信息时代，计算机、电子信息技术的发明、普及和应用掀起了第三次工业革命，信息技术开始进入教育领域，多媒体教学、计算机辅助教学、数字化资源等开始出现。如今，以大数据、人工种能、区块链等为代表的种能信息技术正引领我们进入工业4.0时代，技术在教育领域的应用日渐成为常态，教育变革被打下了深刻的时代烙印。在此背景下，具备多元化、个性化、种能化等特征的智慧教育已成为未来教育的主要形态。
1.3、以教育信息化引领教育现代化的国家战略
在工业4.0时代，我们必须深刻意识到，教育事业发展正处于机遇与挑战并存时代。党的十九大提出要在教育大国的基础上建设教育强国，把教育事业放在优先发展的位置，加速实现教育现代化。习近平总书记在中央网络安全和信息化领导小组第一次会议上强调“没有信息化就没有现代化”，将信息化的战略地位提到了新的高度。中国外文出版发行事业局局长、教育部原副部长杜占元认为加快教育信息化发展，是对全面推动教育现代化的有力支撑。对新时代教育信息化的重要性，他用“四个必将”加以阐明，即教育信息化必将带来教育理念的创新和教学模式的深刻革命，必将成为促进教育公平和提高教育质量的有效手段，必将成为泛在学习环境和全民终身学习的有力支撑，必将带来教育科学决策和综合治理能力的大幅提高。在2018年4月印发的《教育信息化2.0行动计划》中也明确提出:以教育信息化支撑引领教育现代化，是新时代我国教育改革发展的战略选择，对于构建教育强国和人力资源强国具有重要意义
2、智能信息技术推动智慧教育发展
种能信息技术包括以人工种能、虚拟现实等为代表的种能技术和以大数据、区块链等为代表的信息技术，是工业4.0时代推动种慧教育发展的关键力量。目前，我国种慧教育虽在基础设施与平台建设等方面取得一定成绩，但与真正实现种慧教育目标仍有相当距离。种能信息技术的快速发展有望破解当前种慧教育发展所面临的主要问题，如图2所示，将种能信技术深度融入教育教学全过程，推动教育创新发展，是真正实现智慧教育的必由之路。
2.1、种慧教育发展面临的主要问题
种慧教育的出现源自2008年IBM总裁兼首席执行官彭明盛在纽约市外交关系委员会发表的演讲《种慧地球:下一代的领导议程》口〕，不久之后，在“种慧地球”理念的引导化下，种慧教育破茧而出，成为信息时代教育发展的高级阶段和未来方向。自诞生之日起，种慧教育的研究热度一直都居高不下。受限于前期基础和种能信息技术在应用领域的成熟度，现阶段的种慧教育仍停 留在理论研究、小范围试点的量变积累阶段，只有用种能信息技术解决我国当前教育发展面临多年的主要问题与普遍性问题，种慧教育才，迎来质变。
笔者认为，我国发展种慧教育的核心价值在于将种能信息技术与教育教学全过程进行深度融合，破解目前教育发展面临的瓶颈问题，打通“任督二脉”，促进全面革新，迎来我国教育新的黄金发展期。经过多年的探索与积累，我国教育信息化事业厚积薄发，已进入关键的破壳期。《教育信息化2.0行动计划》的发布，不仅标志着教育信息化进入一个新的发展时代，也标志着种慧教育从1.0迈向2.0时代，种慧教育将不再仅限于少数发达省市层面的步探索，而将在全国范围进行推广实施慧教育2.0时代，以种能信息技术推动教育创新发展成为当前的首要目标，为实现这一目标，我们需要解决当前种慧教育发展面临的诸多问题。
1、大规模的个性化教育问题。实现个性化教育是教育普及化以后对未来教育的美好理想和普遍追求，受限于我国庞大的学生规模，加之技术的教育应用价值也未能得到有效发挥，难以实现每个学生按照自己的需求和喜好进行的个性化学习。
2.教育教学精准化管理问题。在教学过程中，教师对教学过程及学生学习效果的判断依然在很大程度上依赖于以往的经验，教学的改进缺乏科学的依据;在教育管理过程中，管理人员经常存在凭经验办理、拍脑袋决策的情况，难以对教育过程做出精准的调控和管理。
3.综合思维能力培养问题。传统的人才培养模式和人才评价机制重知识轻能力，教学更多是帮助学生理解和掌握书本知识，导致学生普遍应试能力强，创新思维能力、系统思维能力则非常欠缺，无法满足当前社会发展对创新型人才的需求。
4.教育高位均衡发展问题。由于各地经济社会发展不平衡，导致我国城乡之间、东部沿海和西部地区之间的教育发展水平存在巨大差异，近年来，虽通过信息技术努力缩小差距，但仍未根本性破解这个难题，实现教育高位均衡的目标。
5.学习认证体系建设问题。MOOC,SPOC等在线教育模式的出现及推广虽极大丰富了教育的形式，却也暴露了目前教育缺乏有效的学习认证体系，除学校面授以外的其他学习过程和学习成果难以获得公众认可，在线教育缺乏应有的公信力。
2.2、种能信息技术破解种慧教育发展难题
客观地说，上述问题是教育发展所积累的、在上一次工业革命发展形态下难以得到有效解决的教育问题，也是在工业革命4.0背景下必须解决的教育问题。当前，以人工种能、大数据、区块链等为主要标志的种能信息技术的快速发展为破解上述教育难题、推动智慧教育发展提供了极具说服力的解决方案。
1.AI+VR:营造有种慧的第二学习世界
AI(Artificial Intelligence)早于1956年在美国达特茅斯学院举办的夏季学术研讨会上提出，但直至21世纪，在云计算和大数据的推动下，AI才逐渐受到人们的重视，并开始在农业、医疗、教育等领域发挥越来越重要的作用。VR(Virtual Reality)是一种综合了计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及人工种能技术等多领域成果的新技术，早在20世纪90年代就被引入教育，是目前最具交互性的技术，能创造沉浸式环境，帮助学生获得真实的互动视角，通过虚拟物理环境中的真实场景，解决地理、医学、物理等学科由于高危险、高成本等原因，无法进行实际操作、训练的教育难题
AI主要探索的是人类种慧的本质，VR主要研究外部环境，两者研究方向虽不同，但随着技术的融合，AI和VR未来必将趋于融合，两者发挥各自的优势，并在一定程度上弥补对方的缺陷。在教育领域，AI和VR的结合将为学习者营造有种慧的第二学习世界，这个世界由VR虚拟的物理环境中的真实场景所组成，AI技术的引入为这个世界增加了种慧特征，能计算各种信息，虚拟各种学习场景，根据学习者特征种能地设定学习路径、推送学习资源，从根本上解决学习交互的问题，实现个性化教育。另外，这种学习环境最大限度培养了学生的创新能力，通过开放式学习情境，发散思维，激发学生潜能，引导学生主动构建知识。业界常说，VR将带你进入“第二个世界”，但正如Facebook的CEO马克·扎克伯格所言，有种慧的世界才是真正的第二世界，只有将AI与VR结合起来，才能最大限度发挥其教育应用价值。
2.大数据+物联网:推进教育管理精准化和教学种慧化
人类正在从IT(Information Technology)时代走向DT(Data Technology)时代，运用大数据技术推动教育管理精准化和教学种慧化已成为重要趋势。大数据的教育应用过程包括数据采集、存储、分析及呈现等一系列步骤，其中数据采集是关键，正所谓“巧妇难为无米之炊”，只有具备一定数量的教育数据，才能进行分析并挖掘出隐含的教育信息。物联网是大数据分析数据的主要来源，通过传感器、电子标签((RFID)等教育环境或设备的感知技术，可穿戴设备、虚拟现实设备、眼动仪、脑电仪等学习者状态的感知技术，以及感知数据的传输网络技术等，实现人、物体和环境的数据感知与收集功能。正因为物联网技术，种慧教育体系不但联接了作为种慧体的人，也联接了更多种能教育设备和教育环境。
物联网采集的教育数据大体上可以分为两类:管理数据和教学数据。对于教育管理类数据，主要通过教育治理决策支持系统对科研动态、人员资金、资源设备、校园安全、网络舆情等进行准确分析和研判，精准把握学校发展动态，并对关乎学校未来发展及日常运作的事件做出科学的决策。对于教育教学类数据，通过研制师生成长和发展的大数据模型，掌握学生的学习兴趣、学习风格，挖掘学生潜能，支持学生个体、群体的学业水平评估与动态监测，支持学生个性化课程和学习资源的推送，优化学生成长路径，实现学生的种慧学习;分析评价教师教学表现，支持教师对自己的教育教学活动进行调节、校正和监控，优化教师专业成长路径与教学方式，实现教师的种慧教学。通过教育大数据，能一改往日凭经验管理和教学的现象，有效推进教育管理的精准化和教与学的个性化。
3.“互联网+教育”:优化教育服务模式和资源配置方式
“互联网+”思维的核心是基于互联网的行业形态创新。在教育领域，互联网的应用优化和创新了教育服务模式，原来由供给方驱动的教育服务逐步转变为由学习者驱动的教育服务，教育更加关注学习者的需求，并不断根据学习者对教育服务的反馈来调整、提高服务质量。更重要的是，通过互联网技术的应用，教育资源的配置方式也在发生变化，教师资源及其他数字化资源等不再以学校为单位进行配置，而是通过互联网进行流动，实现更大范围内的共享。在流动过程中，网络中的每个节点既是资源的消费者，也都有可能成为资源的生产者，教育资源在不断流动的同时也在不断更新，有效保证了教育资源的质量。另外，这种资源配置方式能解决偏远农村地区师资落后、教育资源缺乏等问题，提高教育教学质量，推动教育均衡发展。
4.普适计算:改善教育服务的适配性
普适计算最早于1988年由施乐公司的MarkWeiser提出，强调把计算机嵌入到环境或日常工具中去，让计算机本身从人们的视线中消失，让人们注意的中心回归到要完成的任务本身。普适计算的关键技术包括上下文感知、自然交互技术以及自适应技术，上下文感知能通过上下文的变化情况作出响应，自然交互技术能帮助计算机完成与物理空间环境的对话，自适应技术能根据请求即时为用户匹配最佳资源。在教育领域，普适计算为改善教育服务的适配性提供了有效解决方案，通过感知、交互和自适应等一系列操作，为学习者动态匹配所需的设备、资源和服务，有效支持个性化教育发展。
5.区块链:打造更加开放和更具公信力的教育系统
区块链是近年来十分火热的比特币这类数字货币的底层技术，其最大特征是去中心化、开放性和透明性。区块链技术或许代表着下一代互联网，尽管目前该技术主要用于金融领域，但其应用领域在不断拓展。从《教育信息化2.0行动计划》已提及区块链技术一词来看，我们也许可以从中一窥端倪。另外，随着“新高考”制度改革的逐步推进以及“互联网+教育”的不断发展，区块链技术的教育应用将迎来良好发展契机，在构建在线教育、社区教育等非正规学习成果认证体系、打造更加开放和更具公信力的教育系统方面将发挥重要作用。未来三五年内，区块链技术或将成为教育领域的热点话题。