基于量化视域的智慧教育生态模型探究

王录通， 邰尖敏， 陈 俊， 黄 琰， 李天娇

（1．广西现代职业技术学院教育系，广西河池547000；2．贵州师范大学教育学院，贵阳550025；3．上海海事大学外国语学院，上海201306）

0 引 言

2017年3月地平线报告高等教育版倡导：“网络学习空间、数字素养、自适应学习、人工智慧、增强现实技术、STEAM教育”技术平台，力求构建智能化、物联化、数字化的生态链接系统，智慧教育协同创新技术消除数据鸿沟，发挥生态系统机能效应，从而破解封闭堵塞的“信息孤岛”［1］。2018年4月教育部颁发《教育信息化2．0行动计划》战略部署教育资源观转变、教育素养观转变、教育技术观转变、发展动力观转变的行动。2019年2月国务院颁发《中国教育现代化2035》政策指出：“统筹建设一体化教学、管理、服务平台，建设智慧化校园，建构数字化教育资源共享机制”。在面对规模庞杂的信息时，智慧教育嵌入技术因子，拓展远程教学、网络直播平台、数字电视的教育媒介传播领域。编码与解码相契合弥补数据缺失，捕获ICT异构资源核心技术含量信息，抑制和剔除传播途径模糊的信息。经过数据挖掘、红外传感、云计算等智慧监测平台引擎，并且通过数据递归修正环节恢复信息平衡，增强反馈机制与数据耦合性能。智慧教育在信息化不同的语义属性中激活网络技术的基因，即统称为“智慧基因”。在高校中开展智慧教育能够提升师生信息素养与数字素养，它已成为信息化转型的必然发展路径。智慧教育由智慧地球演绎而来，其主要内容涵盖智慧校园、智慧餐饮、智慧工程（Smart Engineering）、智慧交通（Smart Transportation ）、智慧医疗等技术模块［2］。在信息化不同的视域中彰显智慧教育组织结构的升级，尤其指网络技术与数字媒体相融合，塑造智慧教育的新形态，促进教育管理智慧化、服务智慧化、课堂智慧化的综合体系，从而培养学生创新思维与创新技能［3］。智慧教育侧重创新实践与价值研究，在网络技术的支持下充分挖掘智慧教育的研究价值。智慧教育核心内涵是创建良好的信息化环境，教师施展各种教学技能，学生获得美好体验、树立良好价值取向、较强的操作技能、创新型品质［4］。并从教育理念、技术创新、方法创新、人才培养等方面阐述。智慧教育指以物联网、大数据、云计算为核心，统筹教育信息化各项工作，构建网络化、国际化、智慧化的现代教育体系［5］。综上所述，智慧教育是借鉴智慧城市的创新发展理念，配备数据挖掘技术与信息表征技术优化教育信息化生态环境与整合教育资源。

1 热点探测

该研究采取citespace（v．5．3．R3）对智慧教育高频关键词进行聚类探析（Clustering analysis），并设置相应参数指标。时间区域锁定为2016～2019年，Network：N ＝50，E ＝66（Density＝0．053 9），N 表示网络节点数量，E表示连线的数量，Density表示网络的密度。剔除新闻、广告、征稿等无效信息，共筛选496篇文献。Modularity是网络模块化的评价指标，Modularity Q＝0．660 1表明智慧教育网络社团结构显著［6］。Silhouette值是用来衡量网络同质性指标，Mean Silhouette＝0．792 5表明聚类结果合理。如表1所示，经过citespace主题共现知识图谱分析，高频关键词蕴含教育信息化、信息技术、大数据、互联网＋、人工智慧等视域。教育信息化频次为42，智慧教育是引领教育信息化发展脉络，成为教育技术变革的主旋律，信息化建设过程中缺乏数据标准与数据规范，信息技术频次为40，智慧教育是依托物联网、通信技术、大数据等智慧信息技术创建的教育信息生态系统，信息技术是数字教育发展的高级阶段，必将提升数字教育智慧化发展。教育大数据汇集存储教育信息资产，它是发展智慧教育核心区域［7］。研究通过数据挖掘的关键词频率阈值（Frequency threshold）探究信息波动、语义空间（Semantic space）的可视化动态监测，预测教育信息化、信息技术、大数据、互联网＋、人工智慧成为智慧教育研究的热点与发展态势（见图1）。

表1 智慧教育的热点探测

图1 智慧教育的热点探测

2 智慧教育生态模型

智慧教育通过智慧环境提升学习者教育目标，体验真实学习视域中的智慧教育［8］，阐发智慧学习环境、新型教学模式、现代教育制度的高度融合，重点验证智慧环境的重要功能。智慧信息技术涵盖人工智能、虚拟现实、智能技术、大数据、区块链为代表的技术。智慧校园基本功能是数字校园和实体校园融合，提高管理效率与管理能力，实现一体化、现代化的校园管理［9］。校园基础设施建设趋于智能化、自动化、立体化、智慧化，教育资源成为信息化建设的核心价值观念［10］。综上所述，将智慧教育生态模型归纳为ETMC生态模型，所谓智慧教育ETMC生态模型（Environment Technology Management and Conception，ETMC）分别由智慧环境、智慧技术、智慧管理、智慧观念共同构成的协同创新的区块链技术（见图2）。区块链技术为教育信息化环境带来良好契机，精准的评估和监测智慧教育的动态数据［11］，开启教育信息化智能时代新格局。

图2 智慧教育ETMC生态模型

（1）智慧环境。智慧环境的核心是融合信息化教学环境、混合教学环境、数字教学环境以及信息化评价指标等复合因素，推进校园媒介素养、组织素养、技术素养、传播素养的价值取向的探索［12］。首先，智慧环境拓展了场域教育的范围，全方位精准感知环境和监测环境的质量，通过大数据挖掘技术和感应设备捕获教育信息化和教育资源的原生态信息。然后，智慧关键技术增强智慧感知层、智慧传输层、智慧应用层网络技术的高效运作，根据感应器追踪光学系统和激光控制系统的发展轨迹［13］，微控制器模块、温度测量仪、电源监测系统的脉冲频率波动敏锐地反映了智慧环境驱动模块的状态。最后，通过数据挖掘技术和数据预测程序间接跳跃核心技术区域，快速承担数据建模的负荷，脉冲的编码信号传递区块链技术的信号。

（2）智慧技术。智慧技术驱动传感技术的集聚效应，全面跟踪光敏传感设备、温度传感设备、遥感技术、霍尔感应设备的运作轨迹［14］。传感技术以不同视域预估人工智能技术、数据挖掘技术、大数据的技术参考指标，从而建立庞大的教育资源数据库。①人工智慧技术选择智慧技术统计与机器学习手段刻画学习者的状态，推测学习者的认知策略与知识掌握的内在属性。根据知识追踪模型和答题序列准确性评测学生知识掌握程度，分别演绎学习行为的数据采集模块、数据存储模块、数据解析模块［15］。②数据挖掘技术能够精确评估知识组块学习动态演变，实现大规模在线学习和智慧导学研究［16］。数据挖掘技术经过数据清除、数据转换、数据挖掘、数据评估等运作流程，铲除数据堆积、信息阻塞等弊端。③大数据应用技术通过数据建模组建成科学的数据逻辑结构，利用传感导航技术引领区块链技术的爆发，揭开了智慧教育ETMC模型的序幕。

（3）智慧管理。智慧管理系统配备考勤技术、远程监控、智能录播系统、资源共享等服务体系［17］，通过网络技术平台传递校园管理信息，推理系统开发技术、经营决策技术、环境支持技术、数据集成技术的时域演变。完善教学管理、资源管理、物流管理、餐饮管理的进展，实现校园数据共享，实时查询与统计教育数据，自动预警校园的各种危机，确保校园区域性生态系统管理。智慧教育采取云计算架构部署，配备从不同维度实现数据聚合与关联［18］。ETMC生态模型集聚物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、应用层功能，重点强调教育管理决策的科学化与信息化。

（4）智慧观念。智慧观念决策教师的心理失调与认知冲突等隐蔽现象，教师观念并没有彻底改变，传统观念根深蒂固，无法较快适应创新技术的教学环境。例如，教师难以具备媒介素养、信息素养、数字素养、资源素养的能力。信息表征宏观层面可界定为人脑对信息存储与加工的认知方式，拓展知觉符号的表征、命题符号的表征、网络信息空间的信息表征。超媒体在仿真技术环境中处理图形、转换数据格式，通过设置驱动程序敏感控制知觉符号的动态演绎。信息表征技术与语义符号无法从根本上割裂，两者存在协同性与创新性。语义符号根据一定的社会网络关系推导智慧观念的科学符号。

3 研究策略

（1）创建智慧教育生态化环境。智慧教育环境可以根据传感装备与信息技术连接成整体，物理环境与虚拟环境有效的推进科技部落的创新，智慧教育ETMC生态模型可以实现教育数据流转、数据增值、数据决策［19］，智慧环境要从教学方式、教学制度、教学管理范畴共同运行，兼容信息化创新设备并建立ETMC管理环境。

（2）推进智慧教育技术运行机制。智慧教育技术运行机制尚未完善，部分技术操作具有高难度、高标准、高风险的特性，温控传感技术、激光技术、感测技术灵敏度尚未达标，智慧教育技术层面存在隐形漏洞。因此，智慧教育在实施过程中相对滞后，由于信息数据的决策流程相对复杂［20］，需要提升智慧教育技术监察、管理和服务的空间。精准监察智慧教育的可视化技术，开设VR体验技术，继续深入剖析空气成像技术的应用，多维度探测电离空气成像技术。继续挖掘深度学习加速技术（GPU）实现神经网络的精准跟踪、借助算法特征评估干预、反馈和修正等核心技术。社会信息技术可根据生物科技和面部识别技术初步甄别学生活动的轨迹，人脸检测、轮廓检测、情感计算等技术特征，侧面解析人的性格类型，精准预测面部特征。

（3）完善智慧教育管理制度。智慧教育是采用图像追踪技术、网络流媒体技术、网络评课、录播系统、校园电视媒体等常态化管理教学的相关环节，借助智慧云终端提升环境控制、智能考勤、安防监控、远程交互学习、资源共享激活教学管理机制，模块化教学间接提升教学管理效率。不断完善信息化传输通道模块，完善智慧教育基础设施，例如，推动智慧物流、智慧交通、智慧餐厅、智慧图书馆等信息化模块的高速发展。

（4）更新智慧教育观念。智慧教育建设工程尚未健全，教师信息化教学能力仍未达到理想巅峰，部分教师对高新技术应用尚未娴熟，可能导致教师对智慧技术具有抵触心理，神经网络紊乱，难以激活教师固定刻板状态。教师仍然需要提升信息化素养，提升创新驱动机制，共同探索智慧教育数字化路径。建构数字化参数指标，力争符合学生的认知区域和认知特征，洞察和探测信息表征的智慧化路径。

4 结 语

文章分别对智慧教育研究背景、研究热点、模型建构的宏观层面进行综述，通过融入智慧教育技术应用和操作探测，并且使用citespace量化智慧教育高频关键词，量化呈现智慧教育的逻辑结构。研究结果验证了教育信息化、信息技术、大数据、互联网＋、人工智慧成为智慧教育研究的热点与发展态势。首创智慧教育ETMC生态模型的架构模型，对智慧教育建设提供生态模型，也对智慧教育ETMC生态模型转型升级提供借鉴与保障。

教育决定着人类的今天，也决定着人类的未来。人类社会需要通过教育不断培养社会需要的人才，需要通过教育来传授已知、更新旧知、开掘新知、探索未知，从而使人们能更好认识世界和改造世界、更好创造人类的美好未来。

——摘自习近平2013年4月致清华大学苏世民学者项目启动仪式的贺信