智能技术驱动在线教育创新发展

摘要：智能技术是教育变革的核心动力。本文以情境认知理论、具身认知理论以及多模态认知理论为理论依据，探讨了在智能技术支持下，在线教育逐渐形成三维立体的在线教学资源、高度仿真的在线学习环境、自然灵活的在线交互方式以及科学高效的在线教学评价等新样态。与此同时，作者列举了一些典型的智能技术在在线教育中的应用，以期为解决在线教育中存在的问题提供有益参考。

关键词：在线教育;智能技术;教育样态

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）19-0087-04

● 智能技术触发在线教育新生机

科学技术的发展驱动人类社会迈向更高阶段。当前，以人工智能为代表的新一代信息技术引领我们步入智能时代。我国教育信息化已经进入2.0时代，加快智能技术与教育的有效融合对于教育信息化工作具有重要意义。

作为一种新型教育形态，在线教育本质上离不开技术的支持，技术的发展推动着在线教育的不断发展和创新。2019年，教育部等十一部门联合印发的《关于促进在线教育健康发展的指导意见》明确指出：“实现现代信息技术与教育的深度融合，在线教育质量不断提升，学习型社会建设取得重要进展。”[1]国家对技术赋能在线教育提出了更高的要求，也寄予了厚望。同时，在新冠疫情的交织叠加下，可以预见，以智能化、数字化、自动化为特征的智能技术将不断对在线教育进行变革和升级，在线教育也将借势发展，触发新的生机。

● 智能技术驱动在线教育创新发展机理

1.在线教育现存困境

在线教育因其不受时空限制、资源丰富等优势得到了广泛应用，与此同时，在实际教学中，在线教育也存在着一些问题值得反思：第一，在线教学资源内容的创新性不足。目前，大多数在线资源的内容基本上是对已有教材内容的简单电子化，学生只是对教材知识进行重复学习，学习兴趣没有被唤醒，很难实现高阶的知识目标。第二，学生社会临场感缺失。学生长时间身处网络环境，面对冰冷的屏幕上课容易出现孤独感和焦虑感，无法产生传统课堂上面对面交流的真实感受，导致社会临场感缺失，从而对学习效果产生制约作用。第三，师生深度交互不足。虽说在线教育可以突破时空限制随时调整学习进度，但缺少面对面的互动与交流，长期下去学习的有效性难以得到保障。第四，教学效果评价不准确。在线教育的教学效果长期以来都被人诟病，由于存在在线教育场域被弱化、师生处于分离状态、教学环境也存在不确定性等因素，在线教学效果无法得到保障。

2.智能技术驱动在线教育创新的理论依据

（1）多模态理论

模态也可理解为感官，是进行有效交流的渠道，它通过文字、语言、图像、音乐等符号刺激的人类感官，如视觉、听觉、触觉等感官实现与外界环境的交互。[2]多个感官参与到交互过程中就实现了多模态的交互。若单靠网络一端教师的口头讲授以及幻灯片呈现进行教学，学生只能获得单一的感官刺激，体验感也相对较差。相比之下，多模态的交互既可达到接近真实的体验感受，又可刺激多种感知通道共同推动学习的深度融合。

（2）情境认知理论

情境认知理论认为积极且有效的学习要发生在一定的情境之中。通过真实情境的学习活动，学习者与环境进行交互，真切融入其中，形成共同体，这是实现有意义学习的重要途径。而在线教育中缺少的就是这种真实的学习活动。长期面对电脑屏幕，学生存在网络连线的隔阂以及孤岛问题，无法真正理解教师所教授知识的含义，也无法进行高阶思维的学习活动。

（3）具身认知理论

具身认知理论重视身体和环境的动态交互。认知过程要善于利用情境模拟将学生引入真实的、形象化的具体情境中，促进其用身体感知认知，激发学习兴趣，帮助其更深入地理解教学内容。只有基于真实情境且身心合一的交互才能实现沉浸、投入、忘我的学习状态。

3.智能技术赋能在线教育的新样态

（1）三维立体的在线教学资源增强内容表征

当前，高校大多采用各类数字化的以图片、文本、声音、视频为主的教学资源进行线上教学，从内容感知和学习体验方面来看，这类二维扁平化的资源还存在着一些不足。

随着VR、AR、全息投影等智能技术的不断应用升级，三维动态的教学资源开始涌现并逐渐应用于在线教学中。它主要分为以下三类：其一，面向生物、物理、化学等学科教学的虚拟实验。这类资源大多通过创设虚拟实验室或模拟情境进行教学，将一些不容易理解或难以实现的内容通过虚拟的形象表现出来，切实提高学生的领悟能力。其二，教育部认定并开放的虚拟仿真实验教学。此类资源主要是面向课堂的一些突发事件，包括模拟心肺复苏、地震躲避等情境。其三，面向安全问题、思想政治的主题教育。这类资源大多以360全景的方式将异地的博物馆、红色景点实时同步地呈现在师生面前，弥补因时间、成本、路程等问题造成的不便，支持常态化的实践教学。同时，在5G技术的加持下，可解决网络卡顿、延迟等现象，保证了在线教学内容的质量。显然，以立体、动态为特征的教学资源更加生动逼真且具有良好的交互性，学生能更好地把握教学重难点，领悟教学内容。

（2）高度仿真的在线学习环境消除时空分离

学习环境被认为是学习资源和人际关系的组合。在新冠疫情期间，学生的学习环境变为了在线的学习环境，主要由网络学习环境和家庭学习环境构成。绝大多数学生认为身处网络学习环境中，极大地影响了在线学习效果和体验。同时，家庭学习环境并不具备安静的学习空间，这也对在线学习有较大干扰。可见，学习环境的好坏可直接影响学生的心理情绪和学习状态，从而影响其学习效率。

在线教育不能直接支持师生之间实现同地同步的教学，正因为如此，学习环境的智能化、仿真化以及虚实化才越来越受到重视。智能技术支持下的在线学习环境旨在营造高度仿真的场域，消除异地时空的分离状态，努力克服因处于网络而造成的身体缺场。例如，VR技术打造的仿真化环境，可让学生有真实触摸的状态;AR技术可搭建虚拟和现实之间的桥梁，增强学生的真实体验感;在元宇宙中，实现超越时空的共生融合，在学生进行知识创造的同时，帮助转向更高阶的智慧学习阶段。不难看出，当前在线学习环境依托相互赋能的智能技术，正转向智慧、互联、融合、创新，满足了学生具身学习、个性化学习以及情境化学习的需求。

（3）自然灵活的在线交互方式实现置身参与

对于在线教育而言，师生的实时双向互动、自然临场体验是未来在线教育的新常态。课堂中的互动旨在调动参与教学过程的师生，形成彼此之间良性的交互，以更好地实现教学目标。[3]无论是线下课堂还是线上教学，学生都不能作为一个旁观者，应该成为一个参与者。越来越多的教师开始重视线上教学中学生的互动，如使用交互式课件、在视频中插入习题等，可以发现，这些互动主要是在计算机两端通过点击鼠标、键盘或者触屏等行为进行操作。这种交互方式虽然让师生聚焦于课程内容中，但也在一定程度上限制了师生的身体行为，即师生无法感受到对方身体的存在，易造成无助感。借助智能技术创设具有真实感的场景，师生可通过高速无线网络以及便携式穿戴设备进行语言、表情、身体动作的双向交互，让双方都能感受到对方身体的存在，获得置身体验。[4]显然，这与现代认知科学的理念不谋而合，即基于真实的环境且身体参与下的交互更有利于学习主体进行知识的灵活迁移。

（4）科学高效的在线教学评价保障教学质量

智能技术创新教学评价，通过全面、科学的评价数据诊断学生已有认知水平，匹配订制化学习内容，为支持个性化教学提供科学依据，其主要表现在过程评价、增值评价、结果评价和综合评价四方面。[5]

过程评价注重记录监测学生在成长轨迹中的表现，对学生的动态学习过程进行伴随式监测，及时反馈学习效果，及时改进教学方法。增值评价主要针对学生外在的行为和内在的情感、态度等各个方面的数据进行高阶分析，将学生的成长变化展现出来，关注的是学生的进步程度，激发学生学习动机。结果评价支持大规模量化的测试，并能自动生成评估报告，极大地减轻了教师的负担，提升了教学效率。综合评价支持多元化评价主体和评价手段。评价主体不再仅限于课堂中的教师和学生，课堂外的家长甚至是网络上的同伴都应参与其中;为了加强教学评价的客观、公正，评价手段也要从不同角度对学生的发展进行整体性的评估，除了单一的测试，还应包括档案评价、口头评价等。

● 智能技术驱动在线教育创新的典型案例

1.三维建模技术创设新型教学资源，激发学生在线学习兴趣

三维建模技术是利用计算机系统对现实事物进行精准描绘，实现真实再现的技术。当前，在在线教育中，以往课堂中的实体资源都处于云端、远端，运用三维建模技术可手工构建或自动生成各类三维模型，实现虚拟与现实之间的交融。一方面，如Maya、3dsMax等，是通过技术人员在三维空间手工绘制并创造出精致、逼真甚至艺术化的三维模型。另一方面，如基于全景图像VR场景的自动生成、基于多视角图像三维对象自动建模以及基于激光点云的三维场景自动重建等，是基于真实数据的自动化建模，可将异地的教师以及远端的实体和抽象的教学内容实时数字化、立体化，并实时、同步地呈现在学生眼前。可以说，利用三维建模技术制作的资源能够方便学生的记忆、理解与深化，激发学生学习积极性，促进学生自主学习与创新能力的培养。

2.虚拟现实技术弥补临场体验的缺失，促进师生线上情感交流

针对目前在线教育中社会临场感缺失以及师生缺少面对面眼神交流的问题，虚拟现实技术营造的沉浸式学习环境能很好地解决这方面的问题。虚拟现实技术可创设立体动态的、虚实融合的仿真学习环境，让学生突破时空限制，体验到在线课堂中无法实现的场景。同时，基于AI+5G所营造的技术场域，可实现高速下载、智能感知以及多模态交互，这种泛在且智能的教学环境能带给学生仿佛真实环境的临场感，而不再是隔着电脑屏幕的感受。学生可沉浸其中实现对内容的深度学习，同时也促进了师生的情感交流，达到真正的“共情”。

3.全息投影技术弥补交互体验的不足，增强师生异地双向交互

全息投影技术是一种利用干涉和衍射原理记录再现真实事物的形状、特征以及动态变化等的三维立体影像技术。全息投影技术助力直播教育的快速发展，让学生在直播中获得逼真的在场体验感甚至超越现场的体验。当前在线教育大多是一种单向传输的方式，未来以全息影像进行学习的方式，可以实现跨时空的深度融合，无延时的特征能够极大提升师生在课堂中的双向交互体验。

4.大数据、云计算技术进行伴随式数据监测，实现线上教学精准评价

随着数据挖掘和云计算技术的快速发展及其广泛应用，线上教学评价呈现出全面化、科学化、精准化的特征。首先，实时关注学生的在线学习痕迹成为可能，也可实现同时监控多个学生的学习动态。对这些真实的数据进行分析，便于教师在线上对学生进行个性化管理，减少无关因素的影响，提高在线教育质量的即时反馈。其次，在准确记录学生学习行为和学习痕迹之后，可以对其做出科学的预测，对学生学习行为进行有效干预与引导。在此过程中，区块链技术凭借其去中心化、高可信度等特点可有效解决学生的隐私安全问题，促进在线教育的健康发展。当然，区块链中的账本也可记录学生更多的有关学习的成果数据，这种数据更具真实性。最后，智慧学习环境中的教学评价应是多元化的，大数据技术可以保证评价的准确性，保障在线教育的高效精准评价。

● 总结

当今时代，信息技术与教育教学的深度融合已成为大势所趋。以5G通信、人工智能、虚拟现实、大数据等为代表的新一代信息技术已经进入密集创新发展期，驱动教育教学创新发展。智能技术正不断从教学资源、学习环境、交互方式及教学评价等方面革新在线教育，有效弥补传统在线教育中的不足，推进在线教育的常态化应用。此外，元宇宙的持续发展及应用落地，也将为在线教育注入新的活力。

参考文献：

[1]中华人民共和国中央人民政府.教育部等十一部门联合印发《关于促进在线教育健康发展的指导意见》[EB/OL].http：//www.gov.cn/xinwen/2019-09/30/content_5435245.htm.

[2]蔡苏，焦新月，杨阳，等.5G环境下的多模态智慧课堂实践[J].现代远程教育研究，2021，33（05）：103-112.

[3]钟启泉.“课堂互动”研究：意蕴与课题[J].教育研究，2010，31（10）：73-80.

[4]赵瑞斌，杨现民，张燕玲，等.“5G+AI”技术场域中的教学形态创新及关键问题分析[J].远程教育杂志，2021，39（02）：44-52.

[5]杨宗凯.利用信息技术促进教育教学评价改革创新[J].人民教育，2020（21）：30-32.

基金项目：2021年江苏省研究生科研与实践创新计划项目“VR赋能思政教育的路径探究与效果分析”（项目编号：KYCX21_2508）;2021年江苏省研究生科研与实践创新计划项目“中学立体几何AR教育资源设计开发与实证分析”（项目编号：SJCX21_1105）。