李 楠，胡亦琦（中國聯(lián)通智能城市研究院，北京 100048）

1 概述

1.1 教育信息化2.0時代的智慧校園

從農耕時代到工業(yè)時代到信息時代，變遷的生產關系不斷改變社會的教育形態(tài)。互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)改變了人類社會信息傳遞的方式，新興技術諸如移動互聯(lián)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等對傳統(tǒng)課堂的滲透，使人們對智慧校園有了深刻的理解。

智慧校園是新一代信息技術充分運用于相對完整的校園物理空間和社會結構后產生的環(huán)境形態(tài)。智慧校園的基礎是數(shù)字孿生校園，在校園運轉的時空軌跡上實現(xiàn)人、物的全方位連接，并在海量結構和非結構化數(shù)據(jù)采集的基礎上，實現(xiàn)實時運算并提供智能化決策結論。智慧校園的目標是讓校園成為一個連續(xù)、高效、整合、開放的生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)物理空間和信息空間的有機銜接，使任何人在任何時間、任何地點都能便捷地獲取校園資源和服務。智慧校園正在進入以技教融合為特征的教育信息化2.0時代。

1.2 技教融合

技教融合即信息技術與教育教學的深度融合。2006年，密西根州立大學的Punya Mishra教授和Matthew Koheler教授為了將技術與教學有效整合，在學科教學法知識（PCK）的基礎上提出了“整合技術的學科教學法知識”（TPACK）模型，成為理論界普遍接受和運用的分析實踐模型。參考該模型的發(fā)展路徑，新一代信息技術將首先應用于整合技術的教學法知識（TPK）層面的教學設計融合，以及整合技術的學科內容知識（TCK）層面的教學資源融合，進而在PCK層面帶動學科教學融合，最終實現(xiàn)TPACK層面的信息技術與教育教學的深度融合。整合技術的學科教學知識（TPACK）模型如圖1所示。

圖1 整合技術的學科教學知識（TPACK）模型

2 發(fā)展思路

智慧校園的建設與發(fā)展，既是校園信息系統(tǒng)從數(shù)字化走向智能化的過程，也是一個信息技術、教學技術和內容知識逐漸融合的過程?？萍寂c教育相輔相成、相互促進，先進教育理念是校園科技創(chuàng)新的思想源泉，科技創(chuàng)新是全面深化教育改革的有力杠桿。從發(fā)展速度來看，信息技術（TK）發(fā)展最快，其次是教學技術（PK），最后是內容知識（CK）。由此，技教融合的發(fā)展脈絡將從信息技術與教學技術融合（TPK）階段開始，然后發(fā)展至內容知識融合（TCK）階段，最后形成信息技術、教學技術和內容知識融合（TPACK）的技教融合發(fā)展格局。

2.1 信息技術與教學融合（TPK）

智慧校園應用首先應注重信息技術與教學過程的融合。據(jù)教育部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2018年底，全國各級各類學校共有專任教師1 673萬人，各學段的教師學歷合格率98.41%以上，具備教師信息化教學素養(yǎng)基礎。參考《中國教育現(xiàn)代化2035》的要求：“利用現(xiàn)代技術加快推動人才培養(yǎng)模式改革，實現(xiàn)規(guī)模化教育與個性化培養(yǎng)的有機結合?！蔽磥淼慕逃Ｊ綄⑦M一步向個性化、專業(yè)化、層次化細化，信息化技術將著重支撐教師因材施教工作，借助音、視頻和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采集課堂人、事、物海量樣本，通過區(qū)域級、校園級、班級級的邊緣智能中樞（即融合多種業(yè)務場景的大數(shù)據(jù)平臺）進行分析、歸納、綜合、演繹，經由校園電信網(wǎng)、駐地網(wǎng)、無線網(wǎng)等通信途徑，與校園基礎智能系統(tǒng)如圖書館、實驗室、虛擬現(xiàn)實（VR）教學、學習管理系統(tǒng)（LMS）、綜合素質評價系統(tǒng)等聯(lián)動，在師生間建立豐富的、特色的、有效的智能教學場景。信息技術與教學過程的融合，應作為支撐智慧校園應用的首要環(huán)節(jié)。

2.2 信息技術與知識融合（TCK）

智慧校園應用重點是促進信息技術與教育知識的融合。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，截至2018年，全國共有50.77萬所學校，2.6億余在校學生。教育資源需求巨大的同時，存在著教學資源分布不均、教育觀念差異化等問題。據(jù)艾瑞咨詢統(tǒng)計，2017年，中國三線及以下城市的中小學在校生人數(shù)是一二線城市的3.7倍左右，僅北京和上海2市所擁有的985、211學校數(shù)量占比分別達57%和31%左右。解決教育資源差異化問題是實現(xiàn)教育機會公平化的前提。在中國教育信息化發(fā)展規(guī)劃中，接連提出以“三通兩平臺”、“三全兩高一大”等為抓手，依靠電子教材、課程錄播、虛擬仿真等技術手段實現(xiàn)知識的聚合，采取翻轉課堂、慕課、開放實踐活動等教學形式實現(xiàn)知識的分發(fā)，以教育資源作為生產資料的公有化，結合教師、網(wǎng)師等的標準化教學技術，為不同區(qū)域、民族、經濟狀況的學生輸送均等的知識資源。信息技術與教育知識的融合，是支撐智慧校園應用的內在動力。1996—2019年教育信息化發(fā)展規(guī)劃演進見表1。

2.3 信息技術與教育教學深度融合（TPACK）

智慧校園應用最終要實現(xiàn)信息技術與教育教學的深度融合，即技術（TK）、教學（PK）、知識（CK）3者的動態(tài)平衡。2010年，Archambault和Barnett等學者進行了一組實驗，他們?yōu)門PACK模型各個維度設定了不同的題目并進行調查，用于評估教師技教融合水平，其結果顯示教師知識因子習慣于加載于單一維度（如接近照本宣科的CK）上。隨著信息技術的發(fā)展，諸如人工智能、虛擬現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)等技術更加深入地與現(xiàn)代課堂教育教學有效融合，這種趨勢無論是對習慣傳統(tǒng)教學過程的師生，還是支撐智慧校園的技術服務商都提出新的挑戰(zhàn)。在未來，信息技術、教學法、內容將實現(xiàn)高度融合，其中任何單一維度的突破都能夠在學科交叉融合中帶動智慧校園的整體發(fā)展。實現(xiàn)技教融合最終目標的關鍵是構建智慧校園的體系架構。

表1 1996—2019年教育信息化發(fā)展規(guī)劃演進

3 體系架構

智慧校園是在虛擬空間中映射實體校園中的對象和活動，從而反映智慧校園運轉態(tài)勢的一套體系和機制，借此完成了物理空間和信息空間的有機銜接，從而使任何人在任何時間、任何地點都能便捷地獲取校園資源和服務。智慧校園的體系架構包含基礎設施層、數(shù)據(jù)支撐層、平臺能力層、場景應用層、接入展示層以及安全和標準體系?？蓞⒖荚擉w系架構開展智慧校園頂層設計，完成自頂向下的規(guī)劃以及自底向上的建設，從而采用技術手段（TK）實現(xiàn)教學活動（PK）的邏輯映射以及知識資源（CK）的積累，最終達成智慧校園技教融合（TPACK）的目標。智慧校園的技術體系結構如圖2所示。

站在能力提供者的角度看，實現(xiàn)技教融合的技術要素有2點：一是“連接”，在信息技術與教學融合（TPK）維度的時空軌跡上，建立起高速率、大連接、低時延的通信管道，通過云化架構演進和多接入網(wǎng)融合等方式，實現(xiàn)智慧校園教學管測評等活動的全方位連接；二是“數(shù)據(jù)”，在信息技術與知識融合（TCK）維度的知識框架內，通過邊緣能力開放和智能學習終端等方式，實現(xiàn)海量知識數(shù)據(jù)的采集、分析、歸檔、共享。連接和數(shù)據(jù)能力的提升將賦能智慧校園應用的方方面面，支撐并引導技術（TK）、教學（PK）、知識（CK）的融合發(fā)展進入正向循環(huán)。

4 實踐方向

新興科技和教學理論不斷重塑校園發(fā)展形態(tài)。從最初的私塾講學，到工業(yè)時代的學科教學，到信息時代的翻轉課堂，校園的發(fā)展帶來社群需求的多樣化。隨著新一輪科技革命和教育改革的到來，校園運轉方式即將迎來巨大的變化。運營商應緊跟技教融合發(fā)展趨勢，從“云—網(wǎng)—邊—端”4個維度，開展智慧校園應用實踐。

4.1 云化架構演進

圖2 智慧校園的技術體系結構

向云化架構演進是運營商支撐技教融合的關鍵鏈條?；谠苹軜?，運營商可對校園區(qū)域內的計算和存儲資源進行集中調度和協(xié)調，提高了資源利用率和數(shù)據(jù)容量，同時可實現(xiàn)智慧校園應用迅速部署和升級，并能根據(jù)業(yè)務負載的變化自適應調整基礎信息資源。云化架構還有利于大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術的引入，實現(xiàn)教學內容資源和基礎運行數(shù)據(jù)的智能化和自動化發(fā)展。向云化架構演進有助于智慧校園智能中樞的部署，在智慧應用和教學活動間建立了橋梁。

4.2 多接入網(wǎng)融合

多接入網(wǎng)融合是運營商支撐技教融合的首要基礎。通過融合校園網(wǎng)、電信網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等多種接入方式，為智慧校園應用建立業(yè)務實時、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應用智能的連接管道，使支撐教學活動的應用可以按需、分場景靈活部署在如圖書館、教室、實驗室等校園功能型場所。借助內容與計算能力的下沉，運營商網(wǎng)絡將有效支撐智慧校園時延敏感型業(yè)務（如互動教學等）以及大計算和高處理能力需求的業(yè)務（如虛擬仿真實驗等）。運營商多接入網(wǎng)融合為智慧校園建立了神經末梢，為教學模式的發(fā)展提供了支點。

4.3 邊緣能力開放

邊緣能力開放是運營商支撐技教融合的主要路徑。邊緣能力既包含“硬”資源（如教學設施等），也包含“軟”資源（如網(wǎng)絡課程等）。相比智慧校園智能中樞，這些邊緣資源具有較高的近用戶屬性。運營商通過將計算和存儲能力下沉到邊緣資源上，可以根據(jù)教學需求定制特色化的內容服務（如SPOC小規(guī)模限制性在線課程等），也可在保障基礎業(yè)務需求的前提下，將邊緣資源以多樣化的方式如定位及位置信息、業(yè)務本地化以及業(yè)務加速等開放給其他OTT業(yè)務（如雙師課堂等）。邊緣能力開放以信息技術賦能教學數(shù)據(jù)，為校園內容資源運營和商業(yè)模式創(chuàng)新提供了土壤。

4.4 智能學習終端

智能學習終端是運營商支撐技教融合的重要根基。智能學習終端是開放式教育資源共享的入口，包含電子書包、智能手機、可穿戴裝備等形式，通過引入機器學習和人工智能手段，還可以向持有者提供數(shù)據(jù)伴隨式收集、信息自動化分析、資源精準化供給等服務。運營商依托云網(wǎng)優(yōu)勢，連接智能學習終端，可以協(xié)助校園構建混合式學習、線上線下學習和翻轉課堂場景，結合虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術，能夠突破課堂空間環(huán)境限制，實施場景式、體驗式、沉浸式學習，實施如項目制學習（PBL）等教學模式。智能學習終端匯集了教育內容資源，提升了教學模式的可選擇性，為優(yōu)質教育資源共建共享創(chuàng)造了條件。

5 結束語

隨著網(wǎng)絡連接和數(shù)據(jù)處理能力的提升，以網(wǎng)絡化、數(shù)字化、個性化為特點的智慧校園應用正在不斷涌現(xiàn)。運營商應針對改善教育資源供給以及均衡發(fā)展優(yōu)質教育服務的需要，合理運用新一代信息技術和教育技術，構建智慧校園環(huán)境，連接教育大數(shù)據(jù)，貫穿教學管測評，推動教育資源按需供給，實現(xiàn)學習機會公平化，將技教融合作為發(fā)展智慧校園應用的出發(fā)點和實踐方向。