智能化背景下的基础教育新挑战——《2017地平线报告（基础教育版）》解读与启示

宋 怡，周 恺

2017年9月，新媒体联盟（New Media Consortium，NMC）发布了与学校网络联合会（Consortium for School Networking，CoSN）共同完成的《2017地平线报告（基础教育版）》（以下简称“报告”），对全球范围内未来五年新兴技术在学校中将会产生哪些影响做出预测。［1］《地平线报告》作为国际上最有代表性的有关“新兴技术发展趋势在教育中的应用”历时性探究，其对基础教育变革的关键趋势、重大挑战和重要进展的预测，对了解国际基础教育信息化的发展，拟定我国基础教育现代化进程有重要借鉴价值。

“报告”延续采用德尔菲法，由61位教育专家与技术专家组成国际专家组，专家组通过RSS订阅技术，在大量背景材料和文献阅读的基础上，经过多轮专家意见征询，在大量技术应用案例、技术发展趋势以及面临的挑战中逐步缩小范围达成共识。

“报告”最终预测未来五年间将影响基础教育阶段教学、学习和创造性探究的六项关键趋势、六项重大挑战及教育技术领域的六项重要进展，这18项主题内容为学校领导、教师、技术人员提供了教育技术运用规划和评价框架。具体内容如图1所示。

图1 .未来五年间影响基础教育变革的趋势、挑战、技术

一、驱动基础教育阶段技术应用的关键趋势

根据影响技术规划和决策制定的可能作用时间，报告将关键趋势分为长期趋势（未来5年或更久）、中期趋势（未来3-5年）和短期趋势（未来1-2年）三类。

（一）长期趋势

1.推动创新文化

要维持社会持续的创新动力，学校的使命在于重视创新，描绘指向不断创新的学校发展愿景，转变学校的文化、课程设置和运作方式，以支持学校的创新模式。建立以学习者为中心的教学范式，鼓励学生在模拟现实世界的环境中发展敏捷的反应力、合作精神和批判性思维能力［2］。

例如，美国费城科学领导学院（the Science Leadership Academy in Philadelphia）优先考虑学习者和新兴的教育模式，开发基于项目的课程（project-based curriculum）,坚持将反思作为科学过程的必要组成部分，并且每年度组织教职工重新审视这一核心价值［3］。

2.探索深度学习策略

深度学习旨在培养学生的批判性思维能力、问题解决能力、协作和自主学习能力。实施深度学习需要教师更新教学策略，鼓励学生从被动学习转变为主动学习，提高信息保持能力（information retention），培养创造性思维等高阶思维技能。具体教学策略包括基于问题的学习（problem-based learning）、基于项目的学习(project-based learning)、基于挑战的学习(challenge-based learning)和基于探究的学习(inquiry-based learning)。

国际教育技术学会（The International Society for Technology in Education）也将以学生为中心的基于项目、问题和挑战的学习方法，列为2017年11项教学技术趋势之一。［4］

（二）中期趋势

1.关注学习评测

学习评测即使用多种方法和工具来对学生在学业准备、学习过程、技能获取以及其他教育需求阶段的学习进阶,进行评估、量化和记录。由于社会发展对劳动者应具备的能力要求在不断更新,学校必须重新思考如何去界定、测量和证明学生掌握的学科知识和软技能。

“学习分析”(Learning Analysis)和“基于素养的学习（competency-based learning）”。这些新的评价方法，通过电子档案袋的建立和基于学生在真实世界中任务完成的真实性评价，促进学生学习，有望替代总结性评价，给课堂带来积极且持续的变化。数据挖掘软件（data mining software）以及在线学习环境的逐步发展促进了许多地区学习分析和可视化技术的运用，以更及时和易获取的方式提供学习数据。［5］

2.重构学习空间

有效的学习空间具备移动、灵活、多样化和相互联结的特点，采用模块化的布局实现各种功能组合，支持各种形式的协作学习、自主学习，支持学生探究和创造，为提升学习舒适度，为改善学生学习服务。新的学习空间设计理念正在影响学校基础设施的规划。据统计，2016年，美国花费了410亿美元用于新的K-12学校建设或翻新，这些新的学习空间都着重体现“灵活性”的理念。开放式教室、移动家具，提供了更多的座位设置选择；活动地板让技术整合更便捷，降低改进成本；以及设置无技术区域（tech-free zone），支持学习注意力的高度集中。［6］

（三）短期趋势

1.提高编程素养

计算机编程作为一种可以实现跨界交流的通用语言而备受推崇，编程可以帮助学生了解计算机的工作原理，通过结构和逻辑来表达自己的想法，进行批判性思维，在日益数字化的工作环境中取得成功。

提高编程素养的非正式学习机会日益增多，如美国的“编码时刻 (Hour of Code)”［7］和“计算机科学 (Computer Sciencefor All)”［8］倡议。

2.重视STEAM学习

近年来，各国都将推动STEM（Science-Technology-Engineering-Mathematics)教育作为促进创新和保持国家竞争力的重要举措。基于人文艺术(Arts)对教育完整性的重要意义，美国学者Georgette Yakman于2006年在STEM教育基础上提出将Art(艺术、设计和人文学科)纳入,扩展为STEAM教育。［9］

对跨学科整合性的STEAM学习的重视，反映了将校内课程与现实世界整合的趋势，让学生拥有全局视角，通过自己的研究探索和知识分享，创造性地提出解决问题的方法。

二、制约基础教育阶段技术应用的重大挑战

正如“报告”中所述，改变不可能是一帆风顺的。专家组将技术应用于基础教育阶段过程中的“角色”由2016年的可应对的挑战转变为困难的挑战。

（一）可应对的挑战

1.实景式学习经验

“实景式学习经验”让学生直接接触现实世界的真实问题和真实情境，帮助学生架起“知”和“行”的桥梁，体验未来社会所需的基本技能，在完成真实性任务的学习活动中获取终身学习能力。

实证研究表明，实景式学习是可以提高学习者绩效的教学策略，其面临的挑战主要在于，一是要理解“实景”的涵义，为学习者创建相关性和现实性兼具的学习体验；二是要意识到“从失败中学习”是在实景式学习中普遍发生的，失败是学习过程中蕴含丰富教育意义的一部分。当下，“校内实习项目”、“基于社区的实践项目”和“学徒制项目”等是实现实景式学习的主要途径。

2.提高数字素养

已有研究试图建构数字素养内涵的基本框架，界定在哪些领域学生需要得到支持，围绕如何寻找、获取和使用数字内容（digital content）来发展相关技能，以建立相应的自信心、自律能力，在不断进化的数字领域做出贡献。但由于数字素养“多维度”和“不断进化”的特性，如何对其进行严格定义并有效地纳入学校课程，跨年级、跨学科，为学生提供创建自己的数字内容的机会，是一个挑战。

（二）困难的挑战

1.重新思考教师角色

在技术支持完备的课堂中，教师传统的“信息提供者”、“学习结果评测者”的角色，已经可以被技术手段替代。

当下，教师需要更多关注的是对学生学习造成重要影响的社会因素和情绪因素，给学生提供合适的指导，示范其如何成为负责任的全球公民，激励和培养终生学习的习惯等。对教师角色和期待的变化，对教师的专业发展提出了挑战。各国都在寻求职前教师教育和在职教师培训的新路径,以期帮助教师适应教学和角色的多样化转变。［10］

2.培养计算思维

“计算思维”发端于20世纪五、六十年代的算法思维，可以表述为“在理解和解决问题的过程中，运用技术来形成和验证解决方案是否正确有效的能力”。由于对其相关技能需求的体量日益增加，“计算思维”逐渐成为在阅读、写作、计算之外的另一项需要熟练掌握的基本技能。

然而，尚处于起步阶段的“计算思维”，缺乏和基础教育有效融合的成功案例，缺乏足够的高质量的针对“计算思维”的职前教师教育课程和在职培训机会，教师还没有足够的信心与能力开展培养“计算思维”的教学。如何在职前教育与在职培训中增加更多的教学内容、教学方法以及教学策略来让“计算思维”变得更具实效，是解决“培养学生计算思维”这一重大挑战亟待解决的问题。

（三）严峻的挑战

1.成就差距

“成就差距”是指存在于特定学生群体间的学业绩效的明显差距，而这些“差距”源自他们社会经济地位、种族、民族或者性别差异。美国教育研究协会（American Educational Research Association）的研究表明，小学教师往往将那些和男孩子取得一样成绩的女生，归因于她们比男孩更努力，这样的观念会影响女生的STEM学习效能感和她们从事STEM领域职业的倾向性。［11］

为了应对这一挑战，教育工作者和学校领导应该基于学生学业成就的影响因素模型，设计有效的教学指导和激励策略，发挥积极的影响因素，弥合成就差距。

2.在领导变更中保持创新

新的教学理念的实践与教学方法的实施要获得长期成功，稳定的领导力量是“驱动力”和“保障力”。研究发现，一名校长至少需要5年时间来实施新的教学与管理的政策和举措，并在学生身上产生积极的影响，以实现一个新的学校发展愿景。

基础教育学校需要寻求有效策略，制定和实施的创新方法,激励全体教职工的热情投入，并保障在转型的过程中能继续推进创新方法的实施，消除因领导变更对学校教育创新举措的消极影响。

三、基础教育阶段教育技术的重要进展

报告预测了6项在未来5年内将有可能推动技术规划和决策的重要技术进展，其中“创客空间”和“机器人”是有望近期被广泛应用的两项技术；“分析技术”和“虚拟现实”是有望在2-3年内获得普遍应用的中期技术；而“人工智能”和“物联网”可能成为未来4-5年进入教育主流领域的重要技术。

（一）1年内将应用的重要技术

1.创客空间

“创客空间”得到各国教育界的广泛重视，越来越多的创客空间作为“为创作活动建立的专门空间”，为学生提供动手实践和创造性学习的机会，也为学生形成创新创业的思维方式提供了孵化器。创客空间依赖技术手段实现技术范畴的任务，但其教育功能的实现却不仅仅局限于3D打印机、动画软件等技术的使用，而在于将“创造”(making)的思维融入正式课程与创客实践中，学生通过实践活动，创作产品，获得深度学习经验，培养解决问题能力和创造力等高阶能力。

2.机器人

国际机器人联合会(The International Federation of Robotics)预测，到2020年，全球机器人数量将增至四百万，会极大影响全球的生产生活和经济发展模式。机器人技术的日益成熟将导致许多工作的自动化，机器人替代人类执行繁琐、不安全的任务，同时也会对相关领域的工作机会造成冲击。而最不可能被取代的职业是那些需要应对复杂环境，设计、运行和管理复杂系统的工作。鉴于此，基础教育阶段要结合机器人技术，培养学生的动手实践能力，培养学生的批判性思维和计算思维，激发学生对于STEM学科及其职业领域的兴趣，为应对未来社会的不确定性做好准备。

（二）2-3年内将被应用的重要技术

1.分析技术

“学习测量”受到持续关注，加速了“分析技术”在基础教育中的应用。分析技术包括各种工具及应用程序，可将数据转化为可执行的信息。对学习者能力和进步的相关数据的收集、连接、整合及诠释，可以为学习困难的学生提供个性化学习机会，为教师提供及时调整课程安排和教学方法的依据，对激发个性化和适应性学习有潜在的作用。开发分析技术，推进教育环境中大数据的使用，了解如何使用新的数据工具和分析数据，包括数据素养，计算思维和编码，对于促进教师和学生对大数据的理解和使用至关重要。

2.虚拟现实

“虚拟现实”技术主要以3D图像的形式模拟实际存在的人或物，用户在计算机界面进行交互和操作，通过手势和触觉感应装置来真实地感受“虚拟现实”的情境，获得身临其境的感官体验。虚拟现实模型通过Tinkercad、Unity和Sketchfab等内容创建工具，提供身临其境的深度学习体验和实景式学习机会，近一步增加学生的学习参与度与自主性，实现以学生为中心的学习方式。例如，在科学课堂中，虚拟现实技术可以将一些抽象的概念或难以观察到的现象展现出来，如飓风对某地的影响或人体内的神经系统、内脏器官的生理作用的发挥，以及某种晶体的微观结构等。

（三）4-5年内将被应用的重要技术

1.人工智能

人工智能技术中，计算机通过大量数据集和自然语言的处理开展深度学习，形成决策和预测的能力，从而实现人类与机器之间的互动。人工智能在基础教育教学中可以发挥积极作用，如通过学生与人工智能的接触，帮助其提高元认知能力，以批判性思维理解人工智能应用中产生的伦理问题，更好应对将来工作环境的智能化趋势。同时，人工智能可以极大减轻教师的繁琐工作，为有效教学提供基于证据的策略与建议。

2.物联网

“物联网”由具有计算能力的处理器或内置传感器的物件组成，通过网络传递信息，实现远程管理和状态监控。随着物联网技术在基础教育中的应用和推进，学校正在运用智能技术降低能源成本，加强追踪学习者信息的能力，实时了解影响学生成绩的行为表现。

学校在运用物联网技术应用中，要加强安全措施，确保数据隐私与安全，防止网络攻击。

四、思考与启示

“报告”对未来五年影响基础教育改革的关键趋势、重大挑战和教育技术领域的重要进展的分析预测，对基础教育阶段的教育发展规划和教育信息化改革方向具有重要的借鉴意义。

（一）以学生为中心，优化教学模式

基于项目和基于素养培养的学习，以及实景式学习等教学模式，学生通过动手实践来获得学习经验，在激发学生好奇与探究的同时也能够培养自我意识、自主学习能力、协作学习和解决真实世界问题的能力。这些教学方法正在成为基础教育的重要教学模式，而技术的融入则为这些模式的展开提供了更多的媒介。技术的发展以及在教学中的应用有助于学生表达自己的观点、探究问题、提出假设、解决问题和交流合作，也有利于促进学生的高阶学习。

学习分析技术和自适应学习技术的进展，也为学生进行个性化学习提供了更多的可能性和发展空间。自适应学习技术、新一代学习管理系统、人工智能等重要技术的进展，为学习测量提供了更多维度。对于有特殊需要的学生，学习分析技术可为其提供相应的学习策略，也能为教师提供更多的选择用以进行个性化教学。但怎样合理地运用上述技术，还要根据学生的学习需求、学习行为以及学习效果来定，教师需要进一步的思考和实践，形成精准的个性化教学实施策略，改变传统的教学模式，构建真正“以学生为中心”的教育体系。

（二）重构学习空间，让学生成为创造者

自主性学习、提倡基于创造的学习，对改造学习环境提出了新的挑战。基于创造的学习是人类最本真的学习方式之一,创造的过程既是一个学生全身心投入的实践过程,又是外界工具、学习材料、教师指导、同伴合作与支持的社会化过程。学习空间要反映新的教育方法，创客空间在本质上是一个承载育人目标、整合了物化与智化学习资源的教育空间。它的建设仍然是一个教育空间创设的话题,需要遵循教育空间创建的基本原则进行设计。［12］

创客空间的出现，以及编码和机器人技术的融入，为学生提供了丰富的创造、实验并激发复杂思维的机会，帮助学生成为创造者。学生们可以自己设计解决方案来解决现实生活中的难题，并且在解决问题的过程中获得相关的直接感受和经验。

（三）推进技术与学习深度融合,提高信息素养

信息技术与数字工具已经渗透到教与学的方方面面，但技术只是一个“推动者”，如果技术工具未能与学习过程发生有意义的融合，就不能产生促进学生发展的实际效果，也无法期待技术的广泛使用能够有效转化为学生成就的提高。基础教育阶段的学校与机构应当认识到，数字素养不仅仅是了解如何使用技术，要对数字环境有深刻理解，能够自觉适应新环境并与他人合作创建新内容；要重视培养学习者的信息素养，并在技术思维与计算思维基础上培养学习者的预见思维，使学习者能够在技术工具使用和预期学习成果之间建立联结，以创造性的方式开展自主、有效的学习。

（四）跨学科整合课程，重视STEAM学习

STEAM教育强调相关课程的有机整合,鼓励在实际问题解决与项目完成中开展整合性STEAM学习。越来越多的学校课程在科学与人文学科、工程与艺术等科目之间建立了明确的联系，赋予学生全局视角，关注应对真实世界挑战所需的关键技能。这种跨学科和多学科的整合学习有利于打破学科间的孤立。因此STEAM学习从跨学科、跨领域的角度，提供实景式、多样化的学习内容,帮助学生获得对STEAM课程更深层次的理解和更深刻的学习体验，促进学生创造性地解决问题，培养学生的创新素养。我国2017版普通高中课程标准中，也更加关注学科内在联系及学科间的相互配合，旨在克服碎片化及彼此间的脱节等现象。

（五）培养教师信息素养，促进教师专业发展

要将信息技术应用于专业课程教学,就需要通过设置技术支持的专业课程，还需要掌握一定信息技术的教师，所以要对教师进行相关的信息技术培训以帮助教师能够掌握结合技术支持的教学。因此学校要根据教学需要和教师的特点为他们提供专业学习的机会,尤其应采用个性化专业学习形式。在大规模培训的基础上，开发和实施更多的“依需求培训”、“多元化培训”以及“个性化培训”项目。基于专业学习共同体（Professional Learning Community）的教师专业发展效果良好。技术的发展为教师间的合作提供了可能，而跨学科的教师间的交流又有助于技术与教学的进一步融合。运用网络技术的在线PLC模式通过在线平台，实现成员间随时随地的互动，参与的成员不再拘泥于同校的教师，可以是来自不同校的、不同地区的甚至不同国家的相关教师。［13］同时，要将师范生的信息素养培养纳入教师教育课程中，关注职前教师的专业发展。

（六）调整学校运行机制，促进学校文化转型

随着技术与课程的进一步融合，推进了学校的文化转型。学校必须要促进新思想交流、保持可持续性发展。我国自从确立学生发展核心素养的框架以来，基于核心素养的教学亟待学校运行机制的变革,以推动教学尽快转型。重新思考学校的现实功能,重新定义学生在学校习得的关键技能，适当改变学校运行机制，通过创新学习方法影响并促进学校调整运行机制是一种必然趋势。

如，基于项目和基于能力素养培养等学习方式，可以帮助学生系统地、顺利地从一个学习活动投入另一个学习活动，改变传统课程计划的限制。这些教育方式有着跨学科特点，能将技术的创造性应用普及化，也有利于教学过程的创新。随着学习过程灵活性的增强和以学生为中心的思想导向，学习安排变得更加灵活，学生能够获得真正的学习机会。此外，学校在推广深度学习策略、混合式学习的同时，还需要思考对各方面资源的合理利用、评估和管理，帮助学生产生交流创新思想。