教育信息化涌現(xiàn)的10大新技術(shù)應(yīng)用

    信息技術(shù)對于教育教學的影響越來越大。我們無法想象，隨著信息化的發(fā)展和普及，機器人居然走上講臺，成為孩子們新的學習伙伴；教育游戲化成為另一種 趨勢，玩游戲也能夠?qū)W習。日前，北京師范大學教授黃榮懷在英特爾舉行的未來教育項目邯鄲現(xiàn)場會上，向在座的教師發(fā)布了國際教育信息化涌現(xiàn)出來的十大新技術(shù) 應(yīng)用，引起了在座教師的廣泛興趣。

    1、機器人將成為未來學習伙伴

    目前在發(fā)達國家和部分發(fā)展中國家，智能機器人的研究成為熱點。機器人已成為輔助學生學習科學知識、培養(yǎng)實踐能力的重要工具。

    智 能機器人具有革新的技術(shù)，高水平的數(shù)字化和智能化程度。在學習中同時具備益智學習工具、情境建設(shè)者、學習伙伴三個角色。作為機器人教育大國的日本近期開發(fā) 的一款以機器人和投影設(shè)備為主的R-learning系統(tǒng)，主要用于協(xié)作兒童在故事場景中的設(shè)計和渲染，學生通過在繪制的故事場景中操控機器人來完成預(yù)設(shè) 角色的行為，從而培養(yǎng)他們的合作力、想象力及創(chuàng)造力。

    【案例】日本學者利用機器人作為協(xié)作學習伙伴

    2013年，東京北九州大學、東京大學等四家科研機構(gòu)的學者設(shè)計了職業(yè)發(fā)展學習中利用機器人作為學習伙伴的實驗。教師通過遠程控制機器人來協(xié)調(diào)開展學習討論，學生與機器人互動的過程都可被記錄下來，并及時反饋給教師和學生，以供師生隨時調(diào)整協(xié)作學習活動的進展。

    研究表明：1. 機器人主持職業(yè)生涯協(xié)作學習活動與教師主持同樣有效。2. 機器人可以創(chuàng)建一個比真人主持時更易于合作的環(huán)境。

    2、 3D打印技術(shù)顛覆學生動手實踐

    3D打印對于教學和學習的重要價值體現(xiàn)在：能夠更加真實地呈現(xiàn)特定事物，并讓學生獲得深刻的感知體驗。

    通過親身體驗、親自參與，學生的動手能力、設(shè)計能力和思維能力都得到了全面的提高。

    【案例】美國羅徹斯特理工學院利用3D打印幫助學生完成“橋梁設(shè)計”

    羅徹斯特理工學院（Rochester Institute of Technology）的教師在靜力學課教學中講授橋梁結(jié)構(gòu)受力時，讓學生們在課程中設(shè)計橋梁，并計算橋梁的受力情況。

    研究表明：

    1.學生運用軟件設(shè)計橋梁，將想法變成三維圖像。

    2.完成橋梁作品設(shè)計，老師現(xiàn)場連線橋梁設(shè)計專家，專家通過大屏幕對學生作品做出點評。

    3.運用計算機軟件對所設(shè)計的橋梁進行虛擬承重試驗。

    4.若因橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理導(dǎo)致橋梁跨塌，則小組學生共同討論，重新設(shè)計橋梁.

    5.并再次進行虛擬試驗。試驗成功后，各小組使用3D打印機打印出橋梁部件，拼裝成橋梁模型。

    3、開源硬件夯實信息技術(shù)“做中學”教學模式

    創(chuàng)客空間作為推動創(chuàng)客文化的一支主要力量，開展各類充滿親子氛圍的DIY工作坊或手工課。

    Intel推出與開源硬件平臺Arduino兼容的Galileo開發(fā)板，許多大學也都在開展創(chuàng)客活動，幫助懷揣新鮮念頭并躍躍欲試的學生們把夢想變成現(xiàn)實。

    樹莓派作為開源硬件的一種，其在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用也受到越來越多的關(guān)注。開源硬件降低了硬件開發(fā)的成本和復(fù)雜程度。

    實現(xiàn)兼具“創(chuàng)造性”與“做中學”的教學模式。為信息技術(shù)課程和信息技術(shù)人才培養(yǎng)提供了新的機會。

    【案例】IBM非洲研究院利用Raspberry Pi改善非洲教育質(zhì)量

    2013年12月，IBM非洲研究院推動改善非洲教育質(zhì)量項目——將樹莓派（RaspberryPi）、傳感器（sensor）和編程實踐（使用Python和Excel）整合到現(xiàn)存中學地理教材中，學生在教學過程中邊做邊學，以此評估技術(shù)的有效性。

    研究發(fā)現(xiàn)：

    1、 技術(shù)的使用充分激發(fā)了學生的學習興趣。

    2. 學生通過實體了解事物，加深了學生對所學知識的理解。

    3. 課程與SCRUM方法交錯相結(jié)合培養(yǎng)了學生的批判性思維。

    4、體感技術(shù)引發(fā)學習新體驗

    體感技術(shù)讓人們無需借助任何控制設(shè)備，可以直接使用肢體動作與數(shù)字設(shè)備和環(huán)境互動，就像一雙精準有效的“眼睛”，幫助計算機去觀察這個世界，并根據(jù)人的動作來完成各種指令。

    體感技術(shù)，是繼鍵盤+鼠標、觸控屏之后最新的第三大類操作方式，能有針對性的給用戶帶來更酷、更實用的體驗。體感技術(shù)作為一種創(chuàng)新操控方式，擁有強大的數(shù)據(jù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析功能，應(yīng)用的范圍也越來越廣。

    【案例】Kinect 技術(shù)的教育應(yīng)用

    目前已有的案例是微軟公司開發(fā)的Kinect技術(shù)。Kinect體感技術(shù)可以通過某些軟件連接至投影儀，從而可以將信息投影至任何界面，并支持觸控操作，用戶可以在任何界面上使用當前應(yīng)用。

    5、教育游戲正逐步改變學習觀念

    教育游戲是一種含有教育目標的游戲，它通過游戲的方式，以計算機軟件的形式為學生營造一定的情境，通過引導(dǎo)、訓(xùn)練、模擬等形式強化學習效果的一種方式。

    教 育游戲通過創(chuàng)設(shè)融入教育目標的故事情境，引導(dǎo)學生在游戲中以探究和合作的方式完成游戲任務(wù)，不僅能幫助學生建構(gòu)特定的學科知識，還能拓寬學生的知識層面、 發(fā)展學生的合作能力、提高學生的社會責任感等。教育游戲除在課堂教學中的應(yīng)用外，也已成為職業(yè)教育、企業(yè)培訓(xùn)的一種重要手段和方式，眾多高等院校、專業(yè)機 構(gòu)和大型企業(yè)都致力于教育游戲的研究與設(shè)計。

    【案例】美國學科學計劃“免疫攻擊” 3D立體游戲

    美國科學家聯(lián)盟推行的“學科學計劃”中有一款關(guān)于生物學習的“免疫攻擊”3D立體游戲，該游戲目前獲得了良好的效果，現(xiàn)已被全美14所高中采用，有大約1000個教師使用此游戲進行教學。

    “免疫攻擊”將娛樂性與教育性較好的結(jié)合起來。

    1. 一方面利用信息技術(shù)使抽象的概念形象化，幫助了學生的學習。

    2. 另一方面，游戲的競爭性與趣味性降低了學生學習生物的枯燥性，提高了學生學習的積極性與主動性。

    6、虛擬世界中隱現(xiàn)“真實課堂”

    Second Life（第二人生）是由林登實驗室建立的互聯(lián)網(wǎng)上的三維虛擬世界，測試版于2003年5月發(fā)布。根據(jù)Linden Lab公布的Second Life歷史成就統(tǒng)計，截至到2013年已經(jīng)擁有3600萬注冊用戶，累計在線時間相當于21萬7266年。平均每月有超過40萬新用戶加入，而月均活躍 用戶數(shù)量則有100萬。

    用戶通過注冊成為Second Life的居民，居民可以定制自己的虛擬化身(性別、相貌、身高、膚色等)，虛擬化身可以像現(xiàn)實世界中一樣進行漫游、交流、購物、學習等，其最大特點就是為用戶提供一個平臺和工具讓人們在這里盡情發(fā)揮自己的創(chuàng)造力。

    在語言教學中，Second Life最大的優(yōu)勢是可以為學習者之間的交互提供與情境相關(guān)的空間，它具有的高仿真性和沉浸性，使學習者在進行語言交流時能感受到極強的沉浸性和臨場感。

    【案例】英國開放大學在Second Life中進行教學工作

    英國開放大學從2006年就開始在Second Life中進行教學工作。2009年，開放大學購買了它的另外一座島嶼——Open Life Village。開放大學創(chuàng)造了一個真正與課堂平行的身臨其境的三維環(huán)境，環(huán)境中有與真實環(huán)境對應(yīng)的建筑物，樹木和街道。

    Second Life帶給教學的優(yōu)勢：1. 不管師生身在何處，都可以進行實時交互，完成學習任務(wù)，參與集體活動。2.教師在虛擬世界里可以與學生進行“面對面”的交流與輔導(dǎo)，并及時接收來自學生的反饋信息，并且快速、高效地對學生的問題做出回應(yīng)。

    7、移動衛(wèi)星車助力經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)構(gòu)建信息化課堂

    由于師資力量十分匱乏，教學點通常只招收部分年級的學生，也難以開齊所在國家的規(guī)定課程。教學點的教師通常一個人負責一個年級或整個學校所有學科的教學。為應(yīng)對這一戰(zhàn)，世界各國均嘗試使用信息技術(shù)來提升教學質(zhì)量。

    除教學光盤播放、衛(wèi)星接收和網(wǎng)絡(luò)傳輸這三種常見的資源共享方式外，利用“移動衛(wèi)星車”構(gòu)建信息化課堂成為在經(jīng)濟欠發(fā)達國家和地區(qū)的教學點提供優(yōu)質(zhì)學習資源和學習支持平臺的一種新方式，從而形成了新的課堂形態(tài)。

    【案例】巴基斯坦利用移動衛(wèi)星車推送優(yōu)質(zhì)教育資源

    1.巴基斯坦是兒童失學率和成人文盲率最高的國家之一。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，2012年7月以來，受英國國際發(fā)展部資助，巴基斯坦教育部發(fā)起了“移動衛(wèi)星車”項目。該項目旨在共享優(yōu)質(zhì)教育資源，提升經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)教學點的教學質(zhì)量。

    2.截止到2013年12月，已有46所學校加入該項目，1500名小學生從中受益。項目第二期正在啟動，預(yù)計到2014年年底，將有1200所學校加入其中，涉及學科包括烏爾都語、英語、數(shù)學等學科。

    8、云計算環(huán)境促進學習與教學的協(xié)同

    云 計算（Cloud Computing）以便于擴展、按需供給的方式讓用戶獲得所需服務(wù)和工具的服務(wù)模式。云計算資源支持在線協(xié)作、文件存儲、虛擬化和靈活訪問。網(wǎng)的不斷擴 大推動了云計算在教育領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，越來越多的學校已將云計算視為存儲、備份、軟件服務(wù)等解決方案。

    隨著教育信息化基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，云計算技術(shù)在教育領(lǐng)域中的重要性日益凸顯，例如云盤的應(yīng)用、資源的同步、在線平臺的協(xié)同學習等等，由此，云計算在現(xiàn)代課堂教學中的角色將變得日益重要。

    【案例】印度Binus中心利用Office Web Apps同步編輯小組文檔

    Binus中心，位于印度尼西亞雅加達市，致力于培養(yǎng)學生的高水平人力資源技能。2012年，該中心啟動了Binus中心教育合作伙伴計劃（Binus Center Education Partner program，BCEP），覆蓋幼兒園、小學、初級和高級中學。

    1. 教師布置學習任務(wù)后，鼓勵學生以小組形式開展學習交流。學生利用Office Web Apps創(chuàng)建在線小組，共享想法和觀點，共同編輯小組文檔。

    2. 任務(wù)最后，每組學生將作品與其他小組進行共享。教師引導(dǎo)小組學生進行互評。

    9、社會性虛擬社區(qū)支撐大規(guī)模合作學習

    近 年來，隨著Facebook、Twitter、MySpace、Flickr和YouTube等社會性網(wǎng)絡(luò)工具的廣泛應(yīng)用，BBS等傳統(tǒng)在線社區(qū)已經(jīng)逐步 被大型社會性虛擬社區(qū)所取代。這些大型社會性虛擬社區(qū)將世界各地的人群通過網(wǎng)絡(luò)組織到一起，因此，非常有易于開展大規(guī)模的跨國、跨地區(qū)的合作交流。

    大 型社會性虛擬社區(qū)不僅實現(xiàn)了用戶從接受信息向創(chuàng)造信息的轉(zhuǎn)變，而且其良好的交互性及豐富的參與性，促進了社會性虛擬社區(qū)成員之間的溝通、交流。在Wiki space平臺上，通過成立專家委員會開展地平線項目研究。同樣，這些大型社會性虛擬社區(qū)也為世界各地的學生開展合作學習創(chuàng)設(shè)了良好的平臺。

    【案例】歐盟eTwinning平臺支持跨地區(qū)項目合作學習

    歐盟構(gòu)建的eTwinning平臺是一個連結(jié)歐洲各國學校、教師、學生的大型社會性虛擬社區(qū)，學習者在eTwinning平臺上可以與歐洲其他國家的學生開展項目合作學習。

    學習者在項目合作學習的過程中可以利用eTwinning平臺提供的項目管理工具查看項目進展日志（Project Diary），也可以通過“Project Card”尋求支持、建議等。

    截至2014年3月5日，33個歐洲國家的118,811所學校已經(jīng)在eTwinning平臺上注冊，該平臺現(xiàn)在有239,564位注冊用戶，當前有6047個正在開展的學習項目。

    10、學習分析技術(shù)支持規(guī)�；�教學形式變革

    學習分析逐漸被運用于大規(guī)模的教育教學領(lǐng)域探索大數(shù)據(jù)的科學分析，以改善教師的教學方法、提升學生的學習積極性及學習質(zhì)量等，進而幫助學校、教師有效調(diào)整課程、教學和評價系統(tǒng)。

    學 習分析進入教育教學領(lǐng)域，可以對有關(guān)學生的大量數(shù)據(jù)進行分析，例如學生的作業(yè)完成情況、考試結(jié)果、在線互動情況、與教師及其他學生在線討論的情況等等，從 而讓教師了解每個學生的學習需求及能力水平，以提供個性化的教學和學習方式。需要借助于相應(yīng)的學習分析工具，例如Gephi、Socrato、 SNAPP（Social

    Networks Adapting Pedagogical Practice）等。

    【案例】美國LC學習分析評估系統(tǒng)在課堂中的應(yīng)用

    Learning Catalytics（簡稱LC）是由兩位哈佛教授和一位博士后在2011年開發(fā)的一種基于云技術(shù)的學習分析評估系統(tǒng)，現(xiàn)正逐步推廣至美國教師的課堂教學之中。LC支持教師對學生學習結(jié)果的監(jiān)控，提供實時反饋及對學生自動分組。

    LC將采集到的有關(guān)數(shù)據(jù)存儲在云端庫中，采用數(shù)據(jù)分析工具對數(shù)據(jù)進行分析。

    課堂最后，LC能夠根據(jù)整堂課所采集并存儲的學生數(shù)據(jù)進行分析，生成學習報告曲線呈現(xiàn)給教師，教師通過查看學習曲線了解每個學生的學習情況，進而給予學生進一步反饋。

    （本項研究成果為教育部-英特爾信息技術(shù)專項科研基金項目國際教育信息化發(fā)展研究課題組的成果，課題主要負責人為北京師范大學教授黃榮懷，中國教育報微信根據(jù)英特爾邯鄲會議整理，轉(zhuǎn)載請注明）