信息技术下的教育教学改革

摘要：基于大数据、云平台、人工智能和“互联网＋”等信息技术手段，阐述了教育信息化2．0时代信息技术在教育领域的应用对教育教学改革产生的影响，总结了大数据、云平台、人工智能和“互联网＋”在教育领域的应用特征和优势，提出了运用教育信息化技术推进教育教学改革所面临的挑战，并给出了促进信息技术手段在教育教学改革中应用的建议。

关键词：信息技术；教育教学改革；大数据；云平台；人工智能；“互联网＋”

引言

为深入贯彻落实中共精神，加快教育现代化和教育强国建设，推进新时代教育信息化发展和转段升级，2018年4月，教育部提出《教育信息化2．0行动计划》［1］。人工智能、大数据、区块链等技术的迅猛发展，不仅改变了教师教和学生学的方式，而且已经越来越深刻地影响着教育改革、教学模式实践、网络教研及教育评价等方方面面。本文主要基于大数据、云平台、人工智能和“互联网＋”等4种信息技术手段，探讨教育信息化2．0时代信息技术的应用对教育教学改革的影响问题。

1大数据对教育教学改革的影响

1．1教育大数据的概念及特点

在科技进步和信息技术高速发展的当下，教育大数据是随日常教育教学过程中的网络行为而产生，被教育教学相关部门采集，并包含着教育教学活动参与者的真实意图和偏好的庞大数据组［2］，主要有以下5个方面的特点：（1）数据量大。数据量从太字节（TB）上升到拍字节（PB）。（2）高速处理。“1秒定律”或者称秒级定律，即在秒级时间范围内给出分析结果。（3）数据来源类型繁多，可以是教学管理平台、学生管理系统、在线学习平台等。（4）价值密度低。在持续的监控数据中，可能只有一两秒的数据有用。（5）真实。

1．2教育大数据的应用及对教育教学改革的影响

大数据在教育领域的典型应用，主要是教育数据挖掘和学习分析。教育数据挖掘综合运用统计学、机器学习、数据挖掘的技术和方法等［3］，对教育大数据中学习者的学习行为进行监测和分析，并通过建立数据模型分析学习者的学习结果与教学过程、学习资源及内容等变量之间的关系，从而预测学习者未来的学习发展趋势。学习分析综合运用统计学、数据挖掘、社会学、心理学和学习科学的技术和方法等，通过对日常教育教学活动中学习者的课程、学习行为等数据进行处理和分析［4］，研究学习者在学习过程中的学习规律，根据学习者的行为特征，针对性地优化其学习过程和学习环境，从而促进其更加有效地学习。以教育大数据为基础，充分发挥教育数据挖掘和学习分析的作用，一方面可以综合分析学生各门课程的学习情况，包括学生出勤、活动参与、作业完成、学习效果及成绩考核等［5］，教师可据此了解学生的对课程整体及细节知识点的学习和掌握情况，及时调整教学组织安排和教学方法，为制订个性化教学方案提供数据支撑；另一方面，针对不同学生的能力特点、竞赛及社团活动参与情况，结合其专业发展方向，可以为学生智能化地推荐选修课程和学习资源，形成符合其个人能力特点和职业规划发展要求的有针对性的个性化人才培养方案。

2云平台对教育教学改革的作用

云平台在教育中的应用是利用先进的信息技术，集中教学过程、教学管理、教学资源等各教学环节资源，并将其存储于统一的数字空间，实现教学资源的高度整合，进而实现教育全面信息化。其作用主要包括4个方面。

2．1促进优质资源共建共享

各行各业、兄弟院校、知名学者的实践经验均可通过云平台分享，从而促进云平台海量优质教育教学资源的共建共享。通过云平台，教师可以教学资源、与学生交流互动、收取和批改作业等。云平台在各级各类教育教学中的应用，改变了传统教学模式下的学习时间、地点和方式，使学生无论何时、何地，都能够方便快捷地打开优质的教育资源，使广大师生自主学习和终身学习的需求得以满足，使不同区域的教育得以均衡发展［6］。

2．2创新课程教学模式

利用云平台可以建设网络在线开放课程。根据预设的教学目标、学科特点、教学方式，结合学生的认知规律，利用网页超链接技术，合理使用文本、图形（图像）、音频、视频、动画和虚拟仿真等各类素材，使教学内容“颗粒化”，清晰表达知识框架，方便教师自主搭建课程和学生拓展学习。通过网页插入式在线测试，可实现即时网上辅导反馈，线上、线下讨论答疑，网上作业布置、提交和批改，网上社区讨论等，促进师生之间、生生之间进行资源共享、问题交流和协作学习，加强师生课堂、课下互动，从而激发学生的学习兴趣［7］。同时，依托教师在云平台上的教学资源，学生可在课前完成自主学习，教师和学生在课堂上则可一起完成探究学习、答疑讨论和互动交流等活动，为翻转式课堂的实现提供了条件。

2．3促进师生互动、生生互动

课前，教师可通过云平台教学资源，学生可通过智能手机登录云平台，完成课前知识自主学习和网上答题测试，教师可在后台监测学生是否完成了课前教学资源浏览任务，并根据学生的预习情况及网上答题测试结果，适当调整课堂教学组织安排和教学重难点讲授策略。课堂上，学生通过智能手机登录云平台，可即时参与到课堂活动中并获得反馈信息，教师可在后台获取统计数据，从而清楚掌握每一位学生的学习情况，及时调整教学策略、方法和进程。通过云平台的课堂活动和答题测试，可以消除学生参与传统课堂活动时的恐惧和答题测试时的担忧，从而促进师生有效互动。同时，教师还可利用云平台开展分组讨论，在讨论过程中，学生可以采用文字、图片、语音、视频等多种方式表达观点，从而提高学生参与教学活动的积极主动性，既可实现师生互动，又可实现生生互动，学生在讨论过程中还可以互相学习、共同进步，从而形成团队协作意识和良好的职业习惯。

2．4助力教学评价

云平台可以准确记录教学过程中所产生的全部教与学信息，不但可以自动统计分析每一位学生在教学过程中的反馈数据，还可以对整个班级在教学过程中的反馈数据进行自动统计分析。通过云平台，教师不仅可以获取每一位学生的总体学习情况，还可以分析全部学生对某个知识点的学习掌握情况。这样，既方便教师课后总结，又可为教学过程中的形成性评价提供科学准确的数据支持。

3人工智能对教育教学改革的作用

人工智能（ArtificialIntelligence，简称AI）的高速发展深刻影响着人们的工作、学习和生活，并积极改变着人类社会的方方面面，尤其是教育行业。人工智能与教育的合理、有效融合，可以实现教育的最优化、智能化和个性化［8］。以下主要围绕意图识别技术、知识捕手技术、增强现实教学（AR教学）技术、虚拟现实教学（VR教学）技术等在教学过程中的作用展开论述。

3．1意图识别技术

人工智能的意图识别技术弥补了早期人工智能只有语音和图片识别功能的缺陷。通过与学习者之间的语音、语言、图片、文字等信息交流，意图识别技术可以在多回合的人机信息交流过程中模仿人类大脑的运行机制，分析获取学习者的根本需求，按照学习者的不同需求推送相应的学习资源，为学习者提供个性化的服务，以满足不同学习者的个性化需求。

3．2知识捕手技术

知识捕手技术是一种新的人工智能教育产品。当前，随着信息网络技术的迅速发展，学习者通过网络接触到的知识信息呈多元化状态，涉及的知识学科门类繁多，而从中挑拣出符合学习者学习需求的知识信息不仅费时，而且费力。人工智能的知识捕手技术可以从不同的文章或者书籍中捕捉、解析、分离出不同种类的知识点，然后根据学习者的学习需求，为学习者推送与各知识点相关的、多元的、丰富的学习资源，从而横向拓宽学习者的学习范围，纵向加深学习者的知识学习深度，为学习者更好、更优、更有效地学习提供支持。

3．3增强现实教学（AR教学）技术

AR增强现实技术［9］是通过电脑技术将真实世界和虚拟世界的画面叠加到同一画面，直观地、可视化地展现在人的眼前。在教育教学活动中，尤其是在一些工科专业教学活动中融入AR增强现实技术，可以辅助教师对一些抽象的或不易观察的结构、原理等知识点的讲解，通过构建增强现实场景，将抽象的内容具体化，抽象的结构具象化，使原本抽象的、难以理解的结构和原理知识可视化，从而实现知识点的立体生动讲解。此外，学生还可以在学习过程中利用AR增强现实技术实现对虚拟可视结构的反复拆解和组装，真正实现教师在做中教、学生在做中学，激发学生的学习兴趣，使学生在亲自动手做的过程中，加深对相关知识的理解，促使其牢固掌握。

3．4虚拟现实教学（VR教学）技术

虚拟现实教学技术，又称VR教学技术［10］，是一种通过虚拟空间开展教育教学活动的技术。如果说增强现实教学（AR教学）技术更多地解决了学生对抽象化理论知识的理解和掌握问题，那么虚拟现实教学（VR教学）技术则更多地注重学习者在虚拟场景中的体验和个人感受。VR虚拟现实技术通过营造虚拟的教室、教师等，营造出一种模拟环境，在这种虚拟环境中将学生需要掌握的知识进行重现，为学生提供一种交互式仿真、沉浸式学习体验，更加注重以学生为主体，更注重学生的感受，因而更有利于提高学生的自主学习能力和独立思考能力。

4“互联网＋”对教育教学改革的作用

2018年，在全国教育大会上的讲话中明确指出，鼓励各级各类学校与时俱进创新教育理念和人才培养模式，发展“互联网＋教育”［11］。随着大数据、云平台技术的快速发展，互联网的普遍应用正深刻地影响着教育的面貌，促使教育越来越朝着网络化、智能化的方向发展。以下主要从教育资源、教师教学方式、学生学习方式等3个方面说明“互联网＋”对教育教学的影响。

4．1丰富和共享教育资源

互联网强大的存储功能和交互性特征使得教育资源不断地积累汇聚，使得教育教学资源不再仅仅局限在学校的固定场所，而是可以通过互联网终端，不断被上传和共享。通过互联网，优质的教育教学资源可以实现跨时空、跨地区共享［12］。随着互联网技术的不断发展，目前已经有多种“互联网＋教育”平台，例如慕课（MOOC）、CCtalk（沪江旗下实时互动教育平台）、学习元平台等。以慕课为例，平台上有丰富多样的在线开放课程，且多数课程都是免费提供的，很好地实现了优质教育资源的跨时空、跨区域共享［13］。

4．2促进教学方式改革

互联网在教育领域的应用使得教育资源更加丰富和多样化，通过网络共享平台，学生可以实现自主学习，教师和课堂不再是知识获取的唯一来源，这使得学生对教师和课堂的依赖度降低。传统“满堂灌”式的教学方式不再能够满足当前的需求，这就要求教师改变教学和传授知识的方式，由传统教学过程中的中心、主导者转变为现代教学中的服务、辅助者。课前，学生通过互联网平台自主完成知识点的预习任务，课堂上，则进行答疑、互动和评估等活动，即实现由传统教学模式向翻转式教学模式的转变。

4．3促进学习方式改革

在传统教学活动中，学生的学习方式是被动地按照课表安排完成相应的学习任务。课前，按照教师安排的预习任务，翻阅课本完成新知识点的预习；课中，按照教学课程表，到达指定教室完成听课任务，而学生新知识点的学习很大程度上依赖于课堂上教师的灌输，而在有限的时间和有限的空间内，教师的教学和学生的学习都受到了限制；课后，学生通过完成教师布置的作业进行知识巩固，教师通过批改纸质作业获取学生学习效果反馈信息。而随着互联网在教育领域的应用越来越广泛，学生的学习方式变得多元化。学生可以通过互联网平台共享的文字和图片资源完成知识点的学习，可以通过在线开放课程自主学习，也可以通过互联网平台进行直播授课学习，实现师生实时互动。综上所述，学生可通过互联网平台实现海量资源随时随地自主学习，不必受时间和空间的限制。

5信息技术推进教育教学深化改革所面临的挑战与思考

教育信息化2．0行动计划的提出，为中国高等职业教育事业的发展提出了更高的目标和要求。大数据、云平台、人工智能和“互联网＋”等信息技术在教育领域的应用，给教育教学改革带来深刻影响的同时，也给我们带来了一些新的挑战和思考。

5．1教学模式面临的挑战

大数据、云平台、人工智能和“互联网＋”等信息技术手段的应用，使得教学模式由“以教师为中心”转变为“以学生为中心”，课堂教学也由传统的教师“满堂灌”转变为师生互动、生生互动、答疑、讨论、评价等。如何在课堂上调动学生的积极性，实现有效的师生互动、生生互动？如何在师生互动、生生互动中，动态地捕捉、分析学生对知识的理解和掌握情况？如何根据学生已掌握知识和技能的情况，调整教学策略和方法，以促进学生更好地完成自主学习？这些问题对教师的教学理念、教学能力、教学素养等都是极大的挑战。

5．2自主学习模式面临的挑战

信息技术手段的应用，不仅改变了教学模式，也使学习模式由被动接受为主转变为以自主学习为主。通过互联网终端，学生可随时随地自主学习，但同时也带来一些负面影响。例如，学生面对互联网平台上的海量教学资源，往往只是一掠而过，缺乏足够的判断和深度的思考，如没有教师的正确指导，很难进行有效的知识加工；网络环境下的自主学习，学生追求趣味性体验往往多过知识获取，学习缺乏规制性等。这些问题都要求教育教学相关人员积极改革创新，以新的理念和方式来解决问题。

5．3高职教育管理模式改革思考

教育管理模式的行政化严重阻碍和影响着高职教育事业改革发展的速度和方向。为实现教育信息化2．0时代高职教育事业发展的目标，紧跟现代化、信息化的发展步伐，必须以大数据平台建设为基础，综合运用云计算、物联网、智能感知、社交网络等新兴信息技术，建设智慧校园［14］，收集教师教学和学生学习的基础数据，收集学校应用系统的基础数据，全面智能分析教师、学生在工作和学习时的群体及个体特征，为师生创建智能、开放的教育教学和学习生活环境，改变师生的交互方式，支撑学校全面开展智慧教育，最终实现人才培养质量的全面提升。

5．4人才培养模式改革思考

新时代的人才培养，要以信息化为引领，构建以学习者为中心的全新教育生态，实现公平而有质量的教育，促进人的全面发展。综合运用大数据平台、云计算等新兴信息技术，分析学生网络访问记录、图书借阅记录、校内就餐和行踪统计等这几类数据及其之间的关联性，智能感知和分析学生的发展需求、综合素质、情感问题、经济问题等，在教育中针对性地融入情感教育和素质教育［15］，包括建设线上资源、设置选修课、开展相关活动等举措，将情感教育和素质教育融入课堂教学。对于异常情况，及时发现、及时预防，避免发生危机事件，从而实现学生全面发展的人才培养目标。

6结语

在教育信息化2．0时代，新兴的人工智能技术在教育领域的应用为教育教学改革创新提供了新的技术手段；教育者可以通过教育数据挖掘和学习分析辅助教师完成对学生学习行为的分析和评价；利用云平台实现优质教育教学资源的跨时空共建共享；“互联网＋”对教育资源、教师教学方式和学生学习方式等教育因素带来极大影响，并促使教育理念发生改变。因此，为助力教育现代化和教育强国建设，各级各地教育相关部门应极力促进大数据、云平台、人工智能和“互联网＋”等信息化技术手段在教育教学改革中的应用。

作者：王艺颖 单位：黄河水利职业技术学院