新兴教育技术在气象人才培养中的应用及发展趋势

秦育婧 卢楚翰

（南京信息工程大学大气科学学院，江苏 南京 210044）

0 引言

“互联网+”时代，新技术的迅猛发展使社会生活发生了前所未有的改变，高等教育也在这场技术带来的变革之列。当前，信息化浪潮正席卷全球，人工智能、大数据、云计算等新技术与教育逐渐融合，对教育的“革命性影响”正在日益凸显[1]。

气象人才培养是我国气象事业发展的关键一环。为了发展我国气象事业，拓展气象服务领域，保障人民生命财产安全，更好地服务于国民经济和社会发展，就必须全面提高气象队伍的整体素质，增强气象队伍的开拓创新能力[2]。高层次、复合型、创新应用型气象科技人才的培养是国家气象事业发展的有力支撑[3]。目前国内招收大气科学类本科专业学生的院校有20所（不含港澳台）。整体来说，由于开设气象专业的高校少，分布不均（学校分布在12个省市，招生生源地分布不均），毕业生人数远不能满足气象部门和行业需求[4]。将新兴教育技术充分应用于气象人才的培养中，是提高气象人才培养质量的重要途径。

随着信息技术不断发展和应用场景的不断扩展，学生对开放教育资源的需求不断增加。这些变化的发生都会增加新兴技术在教学方面的重要性，将新兴技术应用于气象人才的培养中将是一个不可逆转的趋势。然而新兴技术在气象人才培养中的应用的相关研究还比较缺乏。本文通过对2021年《地平线报告（教学版）》的分析，讨论了新兴技术在气象人才培养中的应用，思考新兴教育技术未来的发展趋势，以期助力高层次、复合型、创新应用型气象科技人才的培养。

1 影响高等教育教学发展的技术趋势

在信息技术教育教学应用发展趋势方面，美国新媒体联盟（New Media Consortium，NMC）自2004年起，开始发布《地平线报告》，预测未来五年内，可能会在教育领域对教学、学习产生重大影响的新兴技术、关键趋势和重要挑战[5]。《地平线报告》影响了全球160个国家和地区，被翻译成50种语言，成为教育信息化发展的风向标[6]。

2021年《地平线报告（教学版）》概括了影响高等教育的关键技术与实践。报告对第二部分的标题进行了调整，将原有标题“新兴技术和实践”改为了“关键技术与实践”。表1是2020年与2021年《地平线报告》中提出的影响全球高等教育教学的技术与实践的对比。可以看出，2021年报告提出的6项影响未来高等教育的关键技术与实践，其中人工智能、开放教育资源、学习分析等3项在2020年报告中就已出现，说明这3项技术的重要性在延续。此外，新增了混合课程模式、优质在线学习和微型证书3项关键技术与实践，替代了原来的教学设计、学习工程和用户体验的提升、下一代数字学习环境及扩展现实技术。可见，调整之后的关键技术与实践更加注重该项技术在高等教育中的关键性，并且显示出了新冠肺炎流行对高等教育格局的改变。虽然这些转变是否已经生根发芽并将持续到未来还有待观察，但新兴技术在高等教育中的应用已经是不可逆转的了。

表1 2020、2021年《地平线报告》中影响全球高等教育教学的技术与实践对比

图1为2021年《地平线报告》中人工智能、开放教育资源、学习分析、混合课程模式、优质在线学习和微型证书6项关键技术与实践案例的占比。图2给出了2021年《地平线报告》中6项关键技术与实践的评估结果。评估从后疫情时代的重要性、学习成果影响、风险、促进公平与包容、师生接受度及成本开支6个方面进行。

图1 《地平线报告》中关键技术与实践案例占比

图2 2021年《地平线报告》中6项关键技术与实践的评估

（1）人工智能。人工智能在高等教育领域的应用已非常广泛。人工智能技术的第一个关键作用是帮助师生应对在教学与学习过程中遇到的各种挑战，助力学习者取得成功，典型案例是各种机器人项目和基于人工智能的学习分析工具等应用。第二个关键作用是促进课程和相关研究项目的重构，以更好地服务“人工智能一代”[7]。此外，人工智能所需投入的资本是所有6项关键技术与实践中最多的，但目前该技术的师生接受度最低、风险等级最高。

（2）学习分析。通过分析学习相关的数据，高等教育相关机构能够不断完善教育决策，为学习者提供最佳服务。该技术需要特别注意的是，学习分析所产生的道德伦理问题，诸如数据透明度、数据所有权和控制权、数据可访问性、机构责任和行动义务、数据授权许可、学生参与和责任等[8]。

（3）开放教育资源。受到“新冠疫情”的影响，开放教育资源的重要性日益凸显。开放教育资源能够促进教育公平，保持教学内容的时效性，节约成本，并赋能师生完善教学设计，增强学习体验。在“新冠疫情”期间，教师寻找形式灵活的教材，一些学生也开始参与学习资源建设。在所有6项关键技术和实践中，对于后疫情时代助力灵活的教学模式而言，开放教育资源是最重要的[9]。

（4）混合课程模式。在今年呈现的关键技术与实践案例中，有近2/3的案例与混合课程模式相关。“新冠疫情”促使高等教育领域迅速出现了大量形式多样的混合课程设计。师生对教室功能也产生了新的需求，希望教室能够支持混合课程模式[9]。

（5）微型证书。微型证书首次作为关键技术与实践出现在报告中。纽约州立大学（SUNY）将微型证书定义为：能够验证、核实并证明相关人士已习得特定技能和/或能力的学习项目[10]。混合课程模式可能是微型证书不断发展的重要因素，微型证书能够创造个性化的学习结构，为职业发展特别是在职人员的职业发展创造无限可能。

（6）优质在线学习。受到“新冠疫情”的影响，许多教育机构被迫采取在线教学模式和方法，并在紧急情况下将大量线下课程转型成数字化课程形式。但为应对紧急状态而设计的在线课程，可能难以保障教学质量，因此，高等教育机构加强了对课程数字转型过程中教学质量问题的研究[11]。

综上所述，混合课程模式、优质在线课程和开放教育资源几项技术是后疫情时代最重要的关键技术。并且从学习成果影响、促进公平与包容及师生接受度三方面来说，这几项技术评分也是最高的。可以认为，疫情的发生加快了高等教育进入混合或在线模式的脚步，新兴技术在高等教育中扮演越来越重要的角色。值得注意的是，虽然目前调查显示人工智能技术成本和风险等级最高，师生接受度最低，但它在高等教育领域的应用已非常广泛，并且它在促进课程和相关研究项目的重构中有重要作用，将影响未来高等教育的可持续发展。所以人工智能技术的发展仍然是不可忽视的。

2 我国气象人才培养中新兴教育技术的现状

魏雪峰等[1]的研究表明，我国高等教育的新技术应用与上述分析既有吻合之处亦有诸多不同。我国高等教育的新技术应用有两个重要的趋势：一是，开放教育资源快速增加；二是更多地应用混合式学习设计。混合式学习就是要把传统学习方式的优势和网络化学习的优势结合起来，既要发挥教师的主导作用，又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性[12]。

得益于新兴技术的应用，部分气象类课程已经采用线上线下混合的教学方式，从“教师教”向“学生学”转变。同时，这些教学资源也有利于教师互助交流，提升教师教学水平。在应对疫情的线上教学中，新兴教育技术也发挥了重大作用。参考2021年《地平线报告》，对多所高校40余名教师进行了调研。图3给出了我国气象人才培养中的关键技术与实践现状及未来发展趋势。可以看出，目前气象人才培养中应用最多的技术是开放教育资源，其次是混合课程模式和优质在线学习。最可能在未来五年得到大发展的新兴技术也是开放教育资源，其次是优质在线学习及人工智能。值得注意的是，在应用现状中人工智能与学习分析技术的使用比例较低，但在未来五年的预期发展中比例大幅增加，这也说明了未来新技术的应用趋势。

图3 我国气象人才培养中的关键技术与实践现状及未来发展趋势

图4为我国气象人才培养中的关键技术与实践评估。可以看出，后疫情时代最重要的关键技术是开放教育资源混合课程模式、优质在线课程和混合课程模式。从学习成果影响、促进公平与包容及师生接受度三方面来说，这几项技术评分也是最高的。这与《地平线报告》中的前几项是一致的，只是排序略有不同。这说明我国气象人才培养使用的关键技术与实践在后疫情时代与全球高等教育体现出了一致性。投资成本与风险最高的仍然是人工智能。

图4 我国气象人才培养中的关键技术与实践评估

与《地平线报告》结果有所不同的是，师生接受度最低的是微型证书而不是人工智能。这可能与对微型证书的理解有关。目前国内微型证书确实还未开始广泛应用，但微型证书首次作为关键技术与实践出现在《地平线报告》中，表明它在全球的高等教育中已经有了一定的接受度。因此，微型证书在人才培养中的应用趋势也是值得关注的。

从以上分析可以看出，目前我国的气象人才培养中关键技术的使用与全球高等教育的情况基本一致。可以认为，疫情的发生加快了高等教育进入混合或在线模式的脚步，新兴技术在高等教育中扮演越来越重要的角色。将新兴技术应用于气象人才的培养中将是一个不可逆转的趋势。从评分来看，《地平线报告》中各项技术的评分比较平均，而我国气象人才培养中的关键技术与实践评估中，各项技术的评分则体现出较大的差异。特别是微型证书这项实践，在各项评分中均较低。而在《地平线报告》中，微型证书在后疫情时代的重要性、师生接受度中评分都居于第三位。这一差异性存在的原因及未来的趋势是值得讨论的。

3 我国气象人才培养中新兴教育技术趋势的思考

通过与2021年《地平线报告》中的关键技术与实践对比，我国的气象人才培养中关键技术的使用既有与全球高等教育一致的情况，也呈现出自己独特的一面。目前社会生活的方方面面都受到了全球疫情的影响，由此让我们看到教育生态系统的生长点和韧性，也看到了教育生态系统的脆弱性和痛点[9]。这期间新兴技术的应用呈现出了不可逆转性和不可替代性。正因如此，我们需要思考新兴教育技术在气象人才培养中的应用策略，助力高层次、复合型、创新应用型气象科技人才的培养。

3.1 加快构建高质量的教学资源及教学环境

从疫情走向后疫情时代，新兴技术在教学方面的重要性大大增加。不管是目前已经在教学中应用较多的开放教育资源、混合课程模式、优质在线学习等技术，还是未来可能极大发展的人工智能、学习分析等技术，都要借助智能技术手段，如为教学活动提供技术工具，将基于技术工具的场景融入常态化教学环境。同时师生对教室功能也产生了新的需求，希望能多建设支持新兴技术应用的智慧教室。此外，优质的教学资源也是人才培养的根本保证。与传统教学资源不同的是，在新兴技术的参与下，优质教学资源还包括优质的在线课程及精品课程。目前气象类的在线开放课程还偏少，需要加快建设，为气象人才的培养打下坚实的基础。

3.2 优化教学组织模式

随着信息技术的不断发展和应用场景的不断扩展，学生对开放教育资源的需求不断增加，传统的教学方式向“以学为中心”的教学方式转换。学习方式呈现多样化，考核方式更加注重过程性评价、教师角色的转换与重塑。新兴技术的应用不能唯技术论，而应该是人与技术的融合。不能单纯地强调技术的改进，而是重视将技术融入学习者和教育者中并加以实践和应用。以学习者学习为中心，强化教学设计和学习设计。教师从单纯地承担教育者的角色，向承担设计者、引导者和实践者的多重身份转变。这对学校的管理、教师的专业发展以及学生的能力都提出了新的要求。在教学设计方面，以混合式的教学设计替代传统单一的教学设计，通过教学设计创新驱动混合课堂转型升级和教学方式创变。教师要运用开放教育资源助力学生开展在线学习，帮助学生随时随地获取学习资源，促使学生能够根据教师、同伴或技术平台的评估反馈进行自我调节，全方位地提高参与度和投入度[13]。与此同时，高校也应鼓励信息化技术的使用，开展有效的教师培训，完善管理制度。

3.3 促进跨学校跨机构之间合作

新兴教育技术的应用有助于打破地域局限和跨界壁垒，促进学校之间、局校之间的气象人才培养的合作。推动国内高校引进国外大学的优秀教育资源，同时把中国高校的优秀教育资源推向世界，积极搭建国际开放教育资源共享平台，促进国际合作交流。在跨学校跨机构的合作中，微认证以其“微型”特征，以能力导向、面向需求、满足个性、快速灵活等优势区别于传统高等教育资格认证体系，是一个较好的实践途径。同时微认证能够为在职人员的专业发展创造无限可能，能有效指导学生开展针对性的非正式学习，构建灵活的终身学习成长机制。微认证能弥补传统证书时间跨度大、可流动性能差、无法精准匹配等问题，并能有效弥合教育供给与市场需求之间的鸿沟，缩小社会需求和培养能力之间的差距[14]，对提升学生专业能力水平和丰富人才资格认证体系具有重要价值。