智慧教育体系架构与关键支撑技术.doc

智慧教育体系架构与关键支撑技术 杨现民余胜泉 中国电化教育 xx年05期 ：G434 ：A 自从xx年IBM首次提出“智慧地球”概念，“智慧地球”战略得到了世界各国的普遍认可智慧城市作为智慧地球战略的重要组成局部，已被众多兴旺国家纳入科技开展规划xx年12月我国正式启动了国家智慧城市试点工作，国内很多大中城市规划文件中明确提出建立智慧城市教育对未来城市的开展起着决定性的作用随着交通、医疗、物流、能源等各个领域智慧化水平的不断提升，教育领域面临前所未有的压力和挑战不可否认，教育信息化的开展水平在我国信息化产业体系中目前处于位置，是制约国家信息化整体水平提升的“短板”如何提升教育领域的智慧化水平，与其他领域并驱开展，是未来智慧城市开展面临的重大现实问题 目前，北京、上海、广州、宁波等城市正在紧锣密鼓地推进智慧教育的规划与实施在前期参与一些城市智慧教育开展规划工程的过程中发现，研究者、企业人士、教育机构领导等对智慧教育的理解仍比拟“模糊”，不清楚智慧教育系统终究包括哪些要素，该如何建立本文在调研国内外智慧教育研究现状根底上，尝试构建了智慧教育的体系架构，并对智慧技术在教育领域的创新应用思路进展设计，期望能对国内智慧教育建立带来一定启发。

二、智慧教育研究现状 信息化视角下的智慧教育研究刚刚起步，国内外已有一些研究者和实践者开始对智慧教育进展前期探索 (一)国内研究现状 当前智慧教育在实践层面提的比拟多，国内外一些IT企业(如IBM、方正、华为等)纷纷提出了智慧教育解决，学术层面的研究刚刚起步国内自xx年开始出现从教育信息化开展角度专门探讨智慧教育的研究成果 智慧教育内涵方面，祝智庭、尹恩德、金江军等学者分别从不同视角出发进展了阐释祝智庭教授[1]构建了理解智慧教育的根本图式，描述了智慧教育、智慧环境(智慧计算是其核心技术)和智慧教学三者之间的关联性，认为智慧教育要以智慧学习环境为技术支撑，以智慧教学法为催化促导，以智慧学习为根本基石尹恩德[2]认为，智慧教育是指运用物联网、云计算为代表的一批新兴的信息技术，统筹规划、协调开展教育系统各项信息化工作，转变教育观念、内容与方法，以应用为核心，强化效劳职能，构建网络化、数字化、个性化、智能化、国际化的现代教育体系金江军[3]认为，智慧教育是教育信息化开展的高级阶段，是教育行业的智能化，与传统教育信息化相比表现出集成化、自由化和体验化三大特征 智慧教育技术架构方面，也有局部学者从云计算入手研究了智慧教育云平台的架构。

葛虹[4]对区域智慧教育云构建的方法、技术与策略进展了研究，指出区域智慧教育要以实现教育管理信息化、学校应用信息化、社会教育信息化为功能目标，要加强教育城域网的建立与教育信息枢纽的构建，大力实施云战略，促进教育信息资源的区域无缝共享和深入应用张进宝等人[5]提出了智慧教育云架构，指出智慧教育云具有效劳情境识别、智能信息提取、智能信息处理、智能信息检索、智能信息推送等五个方面的关键技术特征亚洲教育网开发了支持广电网、电信网和互联网三网融合的智慧教育云平台，该平台以公共效劳器集群为根底，提供Iaas、Paas、Saas三层效劳，满足教育行业的资源开放与共享需求，同时支持、电脑、电视跨平台访问[6] 此外，智慧教育环境的建立也是国内研究者关注的重点不少学者分别对智慧校园[7][8]和智慧教室[9][10]的概念、特征、系统构建、技术方案等进展了研究 (二)国外研究现状 当前，国际上的智慧教育研究主要以韩国学者为主韩国xx年正式公布“智慧教育推进战略”，随后一大批研究者纷纷开始探索智慧教育 Choi & Lee[11]介绍了韩国正在推进的智慧教育行动方案，该方案强调物理的智慧教育环境建立和教育内容的开发，此外还考虑到智能设备、无线网络的维护以及教师信息技术应用能力的提升。

Kim等人[12]认为高度兴旺的信息技术在教育中的应用已经成为全球的开展趋势，智慧学习是以泛在学习和社会化学习为根底形成的新型学习范式An等人[13]重点对智慧教育内容进展了研究，指出智慧教育需要为学习者提供智慧的、适宜的学习环境，学习者可以按需获取任何学习材料，这些学习材料要经过精心组织，以方便学习者的使用 智慧教育系统研发也取得了一定进展Jo，Parker & Lim[14]研发了一种面向智慧教育的教案生成平台，可以辅助教师快速创作教案Jo，Yang & Lim[15]基于智慧教育的核心理念设计开发了一套构造化的插件式智慧教育系统，该系统由智慧内容效劳子系统和家校学习子系统组成智慧内容效劳子系统用来创立、管理、关联学习内容，家校学习子系统用来支持协作学习和终身学习Jeong，Kim & Yoo[16]提出一种采用云架构的智慧教育系统，可以递送和分享各种增强型的教育内容，包括视频、图片、三维对象以及增强现实、虚拟现实场景此外，还有局部学者对智慧教育环境下的教师能力评估工具[17]进展了研究 此外，针对目前智慧学习者大多使用电子教科书提供的批注、书签和笔记功能进展学习的现象，Kim，Sohn & Lee[18]提出了注释内容的学习模型，以分析学习者在电子教科书中的注释与笔记行为。

并且在该模型的根底上开发出相似的算法，能找到有类似学习风格的学生所创立的注释或笔记，实现学习者之间交流和共享知识、想法、经历，在很大程度上促进了资源的进化，并形成关于某一学习主题的资源圈这些有类似学习风格的学习者也可以创立网上社区，建立起较为稳定的学习共同体和人际圈Scott & Benlamri[19]等人采用语义Web技术和泛在技术开发了智慧学习空间，可以向学习者提供情境感知效劳，如通过感知学习者的位置和学习活动情况，向学习者智能推送个性化的学习资源，并能高效地促进学习者之间的交流和实时共享学习资源 总的来说，上述研究对于普及智慧教育理念、推动智慧教育云平台建立起到了重要的“奠基”作用然而，智慧教育是一个宏大的系统工程，当前研究更多地聚焦在教育云效劳平台的研发上，无视了智慧教育体系的整体架构智慧教育系统终究包含哪些要素？其核心业务又有哪些？关键性的支撑技术是什么？如何创新应用？……这些问题已成为智慧教育战略推进过程中亟待解决的关键问题 三、智慧教育体系架构 智慧教育是依托物联网、云计算、大数据、无线通信等新一代信息技术所打造的智能化教育信息生态系统，是数字教育的高级开展阶段，旨在提升现有数字教育系统的智慧化水平，实现信息技术与教育主流业务的深度融合(智慧教学、智慧学习、智慧管理、智慧评价、智慧科研和智慧效劳)，促进教育利益相关者(学生、教师、家长、管理者、社会公众等)的智慧养成与可持续开展[20]。

依据上述定义，笔者构建了智慧教育体系架构(如图1所示)智慧教育体系可以概括为“一个中心、两类环境、三个内容库、四种技术、五类用户、六种业务” 需要说明的是，智慧教育不是孤立的系统，而是智慧城市的重要组成局部因此，智慧教育体系架构需要通过标准的接口标准与智慧城市中的其他智慧系统(医疗、交通、城管、物流、能源等)进展连通，共享根底数据智慧教育将改变教育产业的构造，促进传统教育产业的升级，形成规模化的智慧教育产业，从而为智慧教育的可持续开展提供源源不断的技术、产品和效劳保障智慧教育产业的快速、安康、有序开展离不开标准，因此智慧教育系列标准也是智慧教育体系的重要组成局部此外，为了保障智慧教育的可持续开展，需要配套相应的建立保障机制和应用推进机制 图1 智慧教育体系架构 (一)一个智慧云中心 “智慧教育云中心”是带动一个国家或地区教育信息化整体飞跃开展的关键，对突破教育信息化中普遍存在的“资金难筹措”“应用难推进”“共享难实施”等三大瓶颈有着至关重要的作用因此，智慧教育开展要将智慧教育云中心的建立放在首要位置智慧教育云中心要提供统一门户、统一身份认证、统一接口和统一数据中心等根底支持效劳，有效整合现有的软硬资源和信息数据，为学校提供计算、存储、网络平安等计算资源效劳，实现通用教育业务的集中化管理和信息资源的按需分配；整合现有各类教育软件系统，促进应用系统贯穿与集成，形成基于统一数据环境的集成、智能的信息平台，为广阔教育用户提供“人人通”空间效劳。

智慧教育云中心的建立要合理定位，适度超前规划，构建基于人、财、物、教学资源等根底数据库的大集中方式的应用系统平台，使其成为教育数据存储、数据交换、数据运算、网络管理效劳、应用效劳的中心和枢纽，支撑全系统教育信息化应用工作的开展 (二)两类智慧环境 智慧环境是智慧教育实施的根底和保障，需要创新应用物联网、云计算、大数据、语义网、移动通信等新一代信息技术，完善两类智慧教育环境，分别是支持学校教育的智慧校园和支持终身教育的学习型智慧城区智慧校园重点建立智慧教室、智慧备课室、智慧语音室、智慧图书馆(学校)、智慧探究实验室等智慧型功能室；对现有网络设备进展升级与改造，普及高速无线校园网；建立基于RFID技术和传感器技术的智慧型教育装备，使其能实现各类物体的互连、识别，以及智能化的数据传递效劳可将RFID应用于教育管理领域，如学生行踪、门禁系统、图书管理等；将传感器应用于课程内外教学中，如实验活动的开展、学生听课状况的记录、学生安康平安的监测等方面学习型城区建立要以区域教育宽带网为主要平台，充分利用教育信息化的根底设施和现代网络远程教育手段，重点建立除了智慧校园以外的各种智慧化学习环境，包括智慧博物馆、智慧美术馆、智慧图书馆、智慧公园、智慧社区、智慧教育探究基地等，支持社会群众的终身学习。

(三)三个智慧内容库 学习资源是实现教育系统变革的根底，是教育智慧沉淀、分享的重要载体需要重点建立三个沉淀智慧的内容库，包括学习资源库、开放课程库和管理信息库 1.学习资源库学习资源库是教师智慧教学和学习者智慧学习所需资源的根本，该库主要由教学案例、多媒体课件、试题和试卷、电子图书、媒体素材、资源目录索引、教育网站、研究专题、认知工具、文献资料等资源组成学习资源库的建立要以应用为导向，严密围绕新课程，统一整合多个渠道的优质教学资源，以自建与购置相结合的模式建立新课程教育教学资源网站群，建立符合新的国家课程标准的教学资源体系以及相应的建立和应用模式，促进优秀教育教学资源广泛共享与应用此外，还可以通过数据挖掘、语义技术和机器学习等技术将教学和学习活动中生成性信息资源进展持续采集，加工后入库 2.开放课程库随着MOOCs热潮在全球范围内的兴起和开展，开放课程资源的建立共享已成为国际开展的重要趋势开放课程库的建立要坚持开放共享的理念，建立合理、可行、有效的课程资源建立与分享模式；部署开放教育应用平台，建立一批通过网络向社会群众提供可公开访问的，并支持超大规模学生交互式参与的课程；建立促进区域开放课程动态生成、有序进化的共建共享体系，吸引e-Learning效劳商、出版社、培训机构、学校等广泛参与各类开放课程建立，并将现有的网易公开课、新浪公开课、凤凰微课等开放课程资源通过合理途径集成到开放课程库中。

3.管理信息库管理信息库在整个智慧资源体系中占有重要地位，管理信息的大规模、标准化采集是实现教育业务智慧管理的重要前提教育管理信息数据是教育行政部门经常需要用到的一些根底业务管理数据，如学生、教师、教学、科研、体卫、设备、房产、办公等应统一开发校务与教学管理系统，统一使用数据标准，与地区教育信息数据中心数据库无缝连接，实现教育根底数据的从下到上的持续采集与动态更新 (四)四种智慧技术 物联网、大数据、云计算、泛在网络是支撑智慧教育“大厦”构建的关键技术物联网和大数据技术是智慧教育系统建立的“智慧支柱”，泛在网络和云计算技术是智慧教育系统建立的“智慧底座” 1.物联网物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互。