为什么会有智慧课堂的存在
2021年09月18日
什么是智慧教育
现在到处宣传的所谓“智慧XX”，大部分只是“数字XX”、“网络XX”、“互联网XX”换了个名字，蹭了蹭人工智能的热点，提升了一下档（bī）次（gé）。
和智慧城市一样，智慧教育也分为广义和狭义两种概念。
广义的智慧教育，可以直接理解为“教育信息化”。对于教育信息化，官方定义是这样的：在教育领域（教学、管理和科研），全面运用现代信息通信技术，促进教育改革与发展的过程和方法。
简单来说，凡是教育与信息、通信科技进行结合的场景，都是广义的智慧教育。
狭义的智慧教育，必须拥有“真·智慧”。
什么是“真·智慧”？当然是AI人工智能！
所以，狭义的智慧教育，可以这么定义：运用AI算力和算法，对教学场景进行智能化升级，改善教学体验，提升教学效果的技术和方案。
我们现在看到的大部分智慧教育，均是指广义的智慧教育，也就是教育信息化。（注：我们接下来文章里提到的智慧教育，如无特殊说明，也是指广义智慧教育。）
智慧教育的发展背景
任何的“智慧XX”，均是以“XX产业”为主，数字科技为辅。5G、云计算、大数据、人工智能，全部是赋能科技。想要赋能成功，必须先深入研究产业本身。
限于篇幅，小枣君只能先简单介绍一下教育这个行业。
教育，是人类可持续发展的基础，也是国民最为关注的领域。尤其是在中国，教育一直都是非常敏感的话题，是社会舆论的焦点。
从角色上来看，教育行业包括教师、学生、家长、学校管理者等参与者。从单位上来看，包括学校、政府教育主管部门，教育行业企业等。教育行业企业，为教育提供相关软硬件产品和服务，类别繁多。
我国真正开始推动教育信息化，是上世纪90年代。部分同学应该记得，那时候很多学校都建设了电教室、多媒体教室以及计算机机房。
进入21世纪后，我们的教育信息化开启了“1.0”时代。国家提出“校校通”工程、“农远”工程，普及信息技术教育，加快教育信息化基础设施投资，推动教育信息资源建设和人才培养。2010年后，更是明确提出“三通两平台”建设，力推信息化落地。
经过教育信息化1.0的建设，我们的教育信息化程度逐渐跃居世界先进行列。举例来说，截止至2019年底，全国中小学互联网接入率已经从25%提升到98.4%，而多媒体教室的比例，也从不足40%提升到90.2%。
从2018年开始，我们国家又提出了“教育信息化 2.0”，目标是2022年基本实现“三全两高一大”。
2.0相比1.0，强调三个转变：从教育专用资源向教育大资源转变，从提升师生信息技术应用能力向提升其信息素养转变，从融合应用发展向创新发展转变。大家如果有兴趣，可以课后深入研究一下（圈重点）。
在《2020年教育信息化和网络安全工作要点》中，国家又提出启动“百区千校万课”引领行动，打造区域性标杆，以此推动各地智慧教育建设水平的提升。
以上，就是国家宏观政策的大致情况。
除了政策之外，推动智慧教育的另一个动力来自信息技术的快速发展。
这方面我就不多说了，大家都很熟。物联网、云计算、大数据和人工智能的崛起，使得教育信息化工作从网络化、数字化开始向云化、智能化方向发展。现有的教育信息化场景，开始发生变革，新技术正在积极寻求落地，企业们也跃跃欲试。
教育的发展趋势
前面我们说了，教育是一个敏感的话题，也是民众关注的热点。
从大环境来看，教育有几个非常明显的发展趋势，将会对教育信息化造成深远影响。
首先，就是教改进入深水区，遇到的困难和阻力越来越大。
教改是国家战略，一共有10大试点任务，详情可以查看国务院办公厅2010年发布的《关于开展国家教育体制改革试点的通知》。
站在民众的角度，教育资源不均衡，子女升学压力大，内卷严重，产生了极大的焦虑和抱怨情绪。站在国家的角度，实现民族振兴和科技强国战略，需要大量的专业人才。
因此，从上到下，社会各界对教育的期望值不断增加，对学校和老师的要求不断增加。
第二个大背景，就是新冠疫情。
去年开始爆发的新冠疫情，导致全球范围内很多学校停课。我们国家提出了“停课不停教、停课不停学”的要求，于是，掀起了史无前例的教育“大迁徙”，整个教育模式和教育资源，都随之发生巨变。
总的来看，教育有以下发展趋势：
1、教育泛在化：教育的实施，必须突破时间和空间的限制，在任何时间任何地点，都应该允许访问教育资源，享受教育服务。
2、教育终身化：从学历教育向终身教育转变，教育过程不再局限于25岁以下的年龄段。
3、教育公平化：教育资源将实现公平分配和流动，缩小地区差异。
4、教育个性化：统一化教学向个性化教学演变，灌输式教学向启发式教学演变。
5、教育数智化：
（1）教育内容和资源升级换代，数字化内容将进一步取代纸质内容；
（2）教学形式和场景发生演变，传统的老师板书讲解将需要调用更多形式的教学资源，考验老师的资源获取能力和整理能力；
（3）教学场景网络化、物联化、虚拟化，沉浸式教学将会被更多地运用；
（4）AI人工智能在教育领域的落地场景，将会增加；
（5）教学管理流程的数字化，教学管理平台和资源平台进一步实现云化，由系统对教学过程进展支撑，提高管理效率。
智慧教育（教育信息化）的落地场景
接下来，我们具体看看，教育信息化与“大物云移智”结合，到底会如何改变我们的教育场景。
我们将教育信息化场景分为两个大类，一类是教学场景，一类是非教学场景。
教学场景的智慧化
教学是教育最重要的场景。这个场景的参与者，包括了施教人（老师）和被教人（学生）。
教学是配合的过程，既包括了老师的教，也包括了学生的学。要想实现最佳的教学效果，既要求老师经验丰富、水平高超、准备充分，也要求学生勤奋要求、积极思考、认真预习。此外，还需要优质的教学资源、舒适的教学环境、齐套的软硬件设施。
教育信息化作为一种辅助手段，不能替代老师讲课，也不能替代学生听课。它的作用，主要是管理教学资源，改善教学环境，支撑教学流程。
（1）智慧教室
在改善教学环境方面，最典型的应用就是对教室的改造。
教室是传统教学的主要场所。以前，我们只是通过安装多媒体影音设施，推动多媒体教室的普及。如今，基于各种物联网技术，教室已经变得更加网络化、数字化。
教室的黑板，逐渐变成电子白板，可以通过触摸等方式进行演示；教室的空调、照明、窗帘，可以通过温湿度传感器进行自动调节；教室的烟雾传感器，可以在发生火灾时及时报警；教室的智能门禁，可以控制外来人员的进出；教室的智能音箱，可以播报学校的通知，以及课间音乐……
摄像头，作为重要的信息采集终端，也进入了教室。
以往，摄像头主要用于监控记录教室里发生的意外情况。现在，AI摄像头的出现，使得功能进一步扩大。已经有学校用它来进行学生考勤管理，通过人脸识别，判断哪些同学逃课，判断学生的学习状态，注意力是否集中，是否打瞌睡，是否走神，等等。
当然，AI摄像头侵犯了学生的隐私空间，目前也存在较大的争议。
（2）沉浸式互动
现在，很多学校在教学过程中，引入了沉浸式体验教学，甚至专门建设了沉浸式互动教室。
沉浸式互动，大家一听就明白，就是借助VR/AR技术，让学生身临其境，进行教学。这种体验，完全是文字或传统视频影像无法给予的。未来，可能还会诞生全息投影方式的教室，效果更加奇妙。
VR/AR和全息技术，还可以应用于仿真环境搭建、实操型培训，提升学生的实际操作能力，降低基础设施成本。
这些技术的落地，对计算速度和网络连接能力要求极高，背后是来自边缘计算、5G、Wi-Fi 6、全光网络的帮助。
（3）远程教学
除了现场教学之外，现在更受关注的是远程教学。
前面我们提到，新冠疫情肆虐，各个学校纷纷大力开展线上教学。其实，疫情出现之前，线上教学就已经是大势所趋，只不过疫情的到来，狠狠地助推了一把。
线上教学的两个根基，一个是直播教学实施平台，另一个是教学资源管理平台。
直播平台方面，目前国内虽然有一些公司开发了专门用于直播的平台，但性能不足，容易卡顿甚至掉线（尤其是疫情期间，接入量暴增）。所以，很多学校干脆使用Zoom、腾讯会议、WeLink这样的远程会议系统，也能基本满足在线授课需求。
教学资源管理平台方面，各地学校大部分选择了自建平台，专门用于存储本校老师的授课视频。也有一些公共平台，例如慕课网、网易云课堂、腾讯课堂等，被用于教学资源的存储。
这块的主要问题，在于课程内容的质量层次不齐，且各自封闭，无法实现充分共享。此外，平台的使用体验差，缺乏完善的运维，也影响了普及推广。
在技术方面，远程教学主要依赖音视频编解码技术和云计算技术的支撑。非技术角度，民众关注的重点在于，长期使用电子产品进行学习，是否会有学生的健康造成损害。
（4）教学辅助
对于演员来说，“台上十分钟，台下十年功”。对于老师，其实也是如此。课堂上的教学，离不开课堂外的充足准备。
老师的核心需求在于：一、有丰富的教学资源进行支撑；二、有实用的教学辅助平台，帮助对教学过程进行管理，使自己从繁琐的重复劳动中抽身。
教学资源就不用多说了，主要看各个学校是否有资源存储平台，有资源建设和沉淀的能力，有教研组教学体系的支持。
我们重点看看教学辅助平台。教学辅助平台非常重要，它的涵盖范围包括：排课管理、作业管理、考试管理、考勤管理等。
排课管理：随着课程数量和班级数量的大幅增加，传统人工排课方式难度加大（尤其是高等教育排课）。现在，数字化排课、AI智能排课被越来越多的学校采用，效率更高，排课结果更加合理。
作业管理：作业的布置、收集和批阅，占用了老师很多的时间和精力。现在，有学校借助软件APP，部署作业，批阅作业。未来，作业可能会实现无纸化，借助混合图文识别，系统自动批阅学生的手写作业，并对作业提交情况汇总，输出结果统计分析（分数统计分布、易错题分析）。
教学资源就不用多说了，主要看各个学校是否有资源存储平台，有资源建设和沉淀的能力，有教研组教学体系的支持。
我们重点看看教学辅助平台。教学辅助平台非常重要，它的涵盖范围包括：排课管理、作业管理、考试管理、考勤管理等。
排课管理：随着课程数量和班级数量的大幅增加，传统人工排课方式难度加大（尤其是高等教育排课）。现在，数字化排课、AI智能排课被越来越多的学校采用，效率更高，排课结果更加合理。
作业管理：作业的布置、收集和批阅，占用了老师很多的时间和精力。现在，有学校借助软件APP，部署作业，批阅作业。未来，作业可能会实现无纸化，借助混合图文识别，系统自动批阅学生的手写作业，并对作业提交情况汇总，输出结果统计分析（分数统计分布、易错题分析）。
目前，基于图像识别和人工智能的“AI解题”技术正在兴起。通过拍摄试题，系统可以智能解题。
考试管理：考试也是一样。教学辅助平台实现智能组卷，个性化出题，自动阅卷评分，成绩自动录入和智能分析，降低老师的工作量。学生和家长可以自主查询成绩结果。系统还可以根据分析结果，找出薄弱环节，输出针对性改进建议。
除了图文识别外，现在借助AI语音识别，还可以进行口语测评、答辩。
教学辅助平台的作用还有很多，它贯穿于教、学、练、测等各个环节。
它可以帮助老师大幅减少重复劳动，提升教学效率，让更多的精力投入到更有价值的工作中。它还可以对学生成绩、作业等数据进行分析，摸清学生当前的学习状态和进度，找到学习的薄弱环节、知识点盲区，进而提醒老师进行重点关注，或者AI人工智能直接干预，推送薄弱环节的学习资源。
教学辅助平台，可以部署于私有云、公有云或混合云。平台的背后，可能是整个学校甚至教育体系的统一平台。平台的身份鉴权，采用统一的身份认证系统，基于身份证号、老师工号、学生学号，以及指纹、人脸，锁定ID的唯一性，进行各功能模块的权限分配和数据打通。
进一步扩展的话，平台还可以支撑全校师生对学校资源的使用，例如图书馆、体育馆、食堂等，进行统一授权、记账和行为记录。
非教学场景的智慧化
非教学场景，主要是学校管理者重点关注的教务场景，以及政府教育主管部门关注的政策执行场景。
学校其实是一种特殊的企业。站在校长的角度，除了教学工作之外，学校还有很多事情需要操心，例如科研（高校）、行政、党建、后勤、财务、人事、基建、安全等等。
大部分系统的数字化信息化，和正常的企业其实差不多。限于篇幅，我们不再赘述。
我们简单举例，聊聊智慧校区。
智慧校区是智慧园区的一种特殊形式，应用场景比较广阔（尤其是在高等院校里面）：
安全管理方面，通过智能门岗门禁，可以防范非法人员的侵入，可以协助疫情管控；通过部署摄像头，可以监控校区内火灾、事故和异常人员流动，防止发生人身伤害；AI摄像头，可以监控人员跌倒、踩踏、打斗、霸凌；通过部署电子围栏，可以防止未成年人的走失。
资源管理方面，通过物联网和云平台，可以有效调配教室、实验室、体育场馆资源。智能宿舍，可以帮助改善学生的生活条件和体验。
食品安全方面，借助传感器，可以监控食堂安全环境；借助平台，可以对食物进行样本留存、溯源。
交通运输方面，引入无人摆渡车，可以方便师生的出行；引入无人物流车，可以快速进行快递派送；引入无人巡逻车，可以有效震慑犯罪，提升师生安全感。
诸如此类的园区智慧化应用，还有很多。我们还可以引入数字孪生技术，建设数字孪生校园，监控管理学校的方方面面。
站在教育主管部门（教育局、教育厅）的角度，借助教育信息化平台，可以统筹学区内的教育资源，宣贯国家教育政策，推动校际教学交流，收集群众对教学质量的评价。