為什么會有智慧課堂的存在
2021年09月18日
什么是智慧教育
現在到處宣傳的所謂“智慧XX”，大部分只是“數字XX”、“網絡XX”、“互聯網XX”換了個名字，蹭了蹭人工智能的熱點，提升了一下檔（bī）次（gé）。
和智慧城市一樣，智慧教育也分為廣義和狹義兩種概念。
廣義的智慧教育，可以直接理解為“教育信息化”。對于教育信息化，官方定義是這樣的：在教育領域（教學、管理和科研），全面運用現代信息通信技術，促進教育改革與發展的過程和方法。
簡單來說，凡是教育與信息、通信科技進行結合的場景，都是廣義的智慧教育。
狹義的智慧教育，必須擁有“真·智慧”。
什么是“真·智慧”？當然是AI人工智能！
所以，狹義的智慧教育，可以這么定義：運用AI算力和算法，對教學場景進行智能化升級，改善教學體驗，提升教學效果的技術和方案。
我們現在看到的大部分智慧教育，均是指廣義的智慧教育，也就是教育信息化。（注：我們接下來文章里提到的智慧教育，如無特殊說明，也是指廣義智慧教育。）
智慧教育的發展背景
任何的“智慧XX”，均是以“XX產業”為主，數字科技為輔。5G、云計算、大數據、人工智能，全部是賦能科技。想要賦能成功，必須先深入研究產業本身。
限于篇幅，小棗君只能先簡單介紹一下教育這個行業。
教育，是人類可持續發展的基礎，也是國民最為關注的領域。尤其是在中國，教育一直都是非常敏感的話題，是社會輿論的焦點。
從角色上來看，教育行業包括教師、學生、家長、學校管理者等參與者。從單位上來看，包括學校、政府教育主管部門，教育行業企業等。教育行業企業，為教育提供相關軟硬件產品和服務，類別繁多。
我國真正開始推動教育信息化，是上世紀90年代。部分同學應該記得，那時候很多學校都建設了電教室、多媒體教室以及計算機機房。
進入21世紀后，我們的教育信息化開啟了“1.0”時代。國家提出“校校通”工程、“農遠”工程，普及信息技術教育，加快教育信息化基礎設施投資，推動教育信息資源建設和人才培養。2010年后，更是明確提出“三通兩平臺”建設，力推信息化落地。
經過教育信息化1.0的建設，我們的教育信息化程度逐漸躍居世界先進行列。舉例來說，截止至2019年底，全國中小學互聯網接入率已經從25%提升到98.4%，而多媒體教室的比例，也從不足40%提升到90.2%。
從2018年開始，我們國家又提出了“教育信息化 2.0”，目標是2022年基本實現“三全兩高一大”。
2.0相比1.0，強調三個轉變：從教育專用資源向教育大資源轉變，從提升師生信息技術應用能力向提升其信息素養轉變，從融合應用發展向創新發展轉變。大家如果有興趣，可以課后深入研究一下（圈重點）。
在《2020年教育信息化和網絡安全工作要點》中，國家又提出啟動“百區千校萬課”引領行動，打造區域性標桿，以此推動各地智慧教育建設水平的提升。
以上，就是國家宏觀政策的大致情況。
除了政策之外，推動智慧教育的另一個動力來自信息技術的快速發展。
這方面我就不多說了，大家都很熟。物聯網、云計算、大數據和人工智能的崛起，使得教育信息化工作從網絡化、數字化開始向云化、智能化方向發展。現有的教育信息化場景，開始發生變革，新技術正在積極尋求落地，企業們也躍躍欲試。
教育的發展趨勢
前面我們說了，教育是一個敏感的話題，也是民眾關注的熱點。
從大環境來看，教育有幾個非常明顯的發展趨勢，將會對教育信息化造成深遠影響。
首先，就是教改進入深水區，遇到的困難和阻力越來越大。
教改是國家戰略，一共有10大試點任務，詳情可以查看國務院辦公廳2010年發布的《關于開展國家教育體制改革試點的通知》。
站在民眾的角度，教育資源不均衡，子女升學壓力大，內卷嚴重，產生了極大的焦慮和抱怨情緒。站在國家的角度，實現民族振興和科技強國戰略，需要大量的專業人才。
因此，從上到下，社會各界對教育的期望值不斷增加，對學校和老師的要求不斷增加。
第二個大背景，就是新冠疫情。
去年開始爆發的新冠疫情，導致全球范圍內很多學校停課。我們國家提出了“停課不停教、停課不停學”的要求，于是，掀起了史無前例的教育“大遷徙”，整個教育模式和教育資源，都隨之發生巨變。
總的來看，教育有以下發展趨勢：
1、教育泛在化：教育的實施，必須突破時間和空間的限制，在任何時間任何地點，都應該允許訪問教育資源，享受教育服務。
2、教育終身化：從學歷教育向終身教育轉變，教育過程不再局限于25歲以下的年齡段。
3、教育公平化：教育資源將實現公平分配和流動，縮小地區差異。
4、教育個性化：統一化教學向個性化教學演變，灌輸式教學向啟發式教學演變。
5、教育數智化：
（1）教育內容和資源升級換代，數字化內容將進一步取代紙質內容；
（2）教學形式和場景發生演變，傳統的老師板書講解將需要調用更多形式的教學資源，考驗老師的資源獲取能力和整理能力；
（3）教學場景網絡化、物聯化、虛擬化，沉浸式教學將會被更多地運用；
（4）AI人工智能在教育領域的落地場景，將會增加；
（5）教學管理流程的數字化，教學管理平臺和資源平臺進一步實現云化，由系統對教學過程進展支撐，提高管理效率。
智慧教育（教育信息化）的落地場景
接下來，我們具體看看，教育信息化與“大物云移智”結合，到底會如何改變我們的教育場景。
我們將教育信息化場景分為兩個大類，一類是教學場景，一類是非教學場景。
教學場景的智慧化
教學是教育最重要的場景。這個場景的參與者，包括了施教人（老師）和被教人（學生）。
教學是配合的過程，既包括了老師的教，也包括了學生的學。要想實現最佳的教學效果，既要求老師經驗豐富、水平高超、準備充分，也要求學生勤奮要求、積極思考、認真預習。此外，還需要優質的教學資源、舒適的教學環境、齊套的軟硬件設施。
教育信息化作為一種輔助手段，不能替代老師講課，也不能替代學生聽課。它的作用，主要是管理教學資源，改善教學環境，支撐教學流程。
（1）智慧教室
在改善教學環境方面，最典型的應用就是對教室的改造。
教室是傳統教學的主要場所。以前，我們只是通過安裝多媒體影音設施，推動多媒體教室的普及。如今，基于各種物聯網技術，教室已經變得更加網絡化、數字化。
教室的黑板，逐漸變成電子白板，可以通過觸摸等方式進行演示；教室的空調、照明、窗簾，可以通過溫濕度傳感器進行自動調節；教室的煙霧傳感器，可以在發生火災時及時報警；教室的智能門禁，可以控制外來人員的進出；教室的智能音箱，可以播報學校的通知，以及課間音樂……
攝像頭，作為重要的信息采集終端，也進入了教室。
以往，攝像頭主要用于監控記錄教室里發生的意外情況。現在，AI攝像頭的出現，使得功能進一步擴大。已經有學校用它來進行學生考勤管理，通過人臉識別，判斷哪些同學逃課，判斷學生的學習狀態，注意力是否集中，是否打瞌睡，是否走神，等等。
當然，AI攝像頭侵犯了學生的隱私空間，目前也存在較大的爭議。
（2）沉浸式互動
現在，很多學校在教學過程中，引入了沉浸式體驗教學，甚至專門建設了沉浸式互動教室。
沉浸式互動，大家一聽就明白，就是借助VR/AR技術，讓學生身臨其境，進行教學。這種體驗，完全是文字或傳統視頻影像無法給予的。未來，可能還會誕生全息投影方式的教室，效果更加奇妙。
VR/AR和全息技術，還可以應用于仿真環境搭建、實操型培訓，提升學生的實際操作能力，降低基礎設施成本。
這些技術的落地，對計算速度和網絡連接能力要求極高，背后是來自邊緣計算、5G、Wi-Fi 6、全光網絡的幫助。
（3）遠程教學
除了現場教學之外，現在更受關注的是遠程教學。
前面我們提到，新冠疫情肆虐，各個學校紛紛大力開展線上教學。其實，疫情出現之前，線上教學就已經是大勢所趨，只不過疫情的到來，狠狠地助推了一把。
線上教學的兩個根基，一個是直播教學實施平臺，另一個是教學資源管理平臺。
直播平臺方面，目前國內雖然有一些公司開發了專門用于直播的平臺，但性能不足，容易卡頓甚至掉線（尤其是疫情期間，接入量暴增）。所以，很多學校干脆使用Zoom、騰訊會議、WeLink這樣的遠程會議系統，也能基本滿足在線授課需求。
教學資源管理平臺方面，各地學校大部分選擇了自建平臺，專門用于存儲本校老師的授課視頻。也有一些公共平臺，例如慕課網、網易云課堂、騰訊課堂等，被用于教學資源的存儲。
這塊的主要問題，在于課程內容的質量層次不齊，且各自封閉，無法實現充分共享。此外，平臺的使用體驗差，缺乏完善的運維，也影響了普及推廣。
在技術方面，遠程教學主要依賴音視頻編解碼技術和云計算技術的支撐。非技術角度，民眾關注的重點在于，長期使用電子產品進行學習，是否會有學生的健康造成損害。
（4）教學輔助
對于演員來說，“臺上十分鐘，臺下十年功”。對于老師，其實也是如此。課堂上的教學，離不開課堂外的充足準備。
老師的核心需求在于：一、有豐富的教學資源進行支撐；二、有實用的教學輔助平臺，幫助對教學過程進行管理，使自己從繁瑣的重復勞動中抽身。
教學資源就不用多說了，主要看各個學校是否有資源存儲平臺，有資源建設和沉淀的能力，有教研組教學體系的支持。
我們重點看看教學輔助平臺。教學輔助平臺非常重要，它的涵蓋范圍包括：排課管理、作業管理、考試管理、考勤管理等。
排課管理：隨著課程數量和班級數量的大幅增加，傳統人工排課方式難度加大（尤其是高等教育排課）。現在，數字化排課、AI智能排課被越來越多的學校采用，效率更高，排課結果更加合理。
作業管理：作業的布置、收集和批閱，占用了老師很多的時間和精力。現在，有學校借助軟件APP，部署作業，批閱作業。未來，作業可能會實現無紙化，借助混合圖文識別，系統自動批閱學生的手寫作業，并對作業提交情況匯總，輸出結果統計分析（分數統計分布、易錯題分析）。
教學資源就不用多說了，主要看各個學校是否有資源存儲平臺，有資源建設和沉淀的能力，有教研組教學體系的支持。
我們重點看看教學輔助平臺。教學輔助平臺非常重要，它的涵蓋范圍包括：排課管理、作業管理、考試管理、考勤管理等。
排課管理：隨著課程數量和班級數量的大幅增加，傳統人工排課方式難度加大（尤其是高等教育排課）。現在，數字化排課、AI智能排課被越來越多的學校采用，效率更高，排課結果更加合理。
作業管理：作業的布置、收集和批閱，占用了老師很多的時間和精力。現在，有學校借助軟件APP，部署作業，批閱作業。未來，作業可能會實現無紙化，借助混合圖文識別，系統自動批閱學生的手寫作業，并對作業提交情況匯總，輸出結果統計分析（分數統計分布、易錯題分析）。
目前，基于圖像識別和人工智能的“AI解題”技術正在興起。通過拍攝試題，系統可以智能解題。
考試管理：考試也是一樣。教學輔助平臺實現智能組卷，個性化出題，自動閱卷評分，成績自動錄入和智能分析，降低老師的工作量。學生和家長可以自主查詢成績結果。系統還可以根據分析結果，找出薄弱環節，輸出針對性改進建議。
除了圖文識別外，現在借助AI語音識別，還可以進行口語測評、答辯。
教學輔助平臺的作用還有很多，它貫穿于教、學、練、測等各個環節。
它可以幫助老師大幅減少重復勞動，提升教學效率，讓更多的精力投入到更有價值的工作中。它還可以對學生成績、作業等數據進行分析，摸清學生當前的學習狀態和進度，找到學習的薄弱環節、知識點盲區，進而提醒老師進行重點關注，或者AI人工智能直接干預，推送薄弱環節的學習資源。
教學輔助平臺，可以部署于私有云、公有云或混合云。平臺的背后，可能是整個學校甚至教育體系的統一平臺。平臺的身份鑒權，采用統一的身份認證系統，基于身份證號、老師工號、學生學號，以及指紋、人臉，鎖定ID的唯一性，進行各功能模塊的權限分配和數據打通。
進一步擴展的話，平臺還可以支撐全校師生對學校資源的使用，例如圖書館、體育館、食堂等，進行統一授權、記賬和行為記錄。
非教學場景的智慧化
非教學場景，主要是學校管理者重點關注的教務場景，以及政府教育主管部門關注的政策執行場景。
學校其實是一種特殊的企業。站在校長的角度，除了教學工作之外，學校還有很多事情需要操心，例如科研（高校）、行政、黨建、后勤、財務、人事、基建、安全等等。
大部分系統的數字化信息化，和正常的企業其實差不多。限于篇幅，我們不再贅述。
我們簡單舉例，聊聊智慧校區。
智慧校區是智慧園區的一種特殊形式，應用場景比較廣闊（尤其是在高等院校里面）：
安全管理方面，通過智能門崗門禁，可以防范非法人員的侵入，可以協助疫情管控；通過部署攝像頭，可以監控校區內火災、事故和異常人員流動，防止發生人身傷害；AI攝像頭，可以監控人員跌倒、踩踏、打斗、霸凌；通過部署電子圍欄，可以防止未成年人的走失。
資源管理方面，通過物聯網和云平臺，可以有效調配教室、實驗室、體育場館資源。智能宿舍，可以幫助改善學生的生活條件和體驗。
食品安全方面，借助傳感器，可以監控食堂安全環境；借助平臺，可以對食物進行樣本留存、溯源。
交通運輸方面，引入無人擺渡車，可以方便師生的出行；引入無人物流車，可以快速進行快遞派送；引入無人巡邏車，可以有效震懾犯罪，提升師生安全感。
諸如此類的園區智慧化應用，還有很多。我們還可以引入數字孿生技術，建設數字孿生校園，監控管理學校的方方面面。
站在教育主管部門（教育局、教育廳）的角度，借助教育信息化平臺，可以統籌學區內的教育資源，宣貫國家教育政策，推動校際教學交流，收集群眾對教學質量的評價。