智慧教育技术白皮书（2023版）

联想智慧教育技术白皮书 （2023版） 目录 第一章智慧教育技术的发展背景3 1.1政策背景3 1.2科技助力实现高效公平优质的教育教学6 1.3科技让“因材施教”成为可能9 第二章联想智慧教育的关键技术11 2.1课堂协同互动12 2.2虚实融合教学17 2.3超清课堂直播22 2.4教育文档识别28 2.5板书手写识别35 2.6知识森林导学40 2.7教学质量评价46 第三章联想智慧教育技术方案与应用实践52 3.1备授课软硬件一体化方案52 3.2虚实融合远程课堂方案56 3.3沉浸式实验课堂方案61 3.4智慧阅卷方案63 3.5人工智能教育方案66 3.6虚拟助教方案69 3.7数据驱动评价72 3.8区校一体化云平台方案75 第四章未来展望78 参考文献81 一般法律告知83 权利声明84 第一章智慧教育技术的发展背景 1.1政策背景 随着计算机和网络的出现与普及，人们逐渐从工业时代步入了信息时代，以工业化革命为主的工业经济开始逐渐转变为信息管理为主的知识经济，也就是所谓信息化社会。信息化浪潮汹涌而来，驱动教育发展即将步入一个全新的历史时期。智慧教育，已逐步成为国家战略、社会共识，智慧教育对未来教育模式的探索，破解制约教育发展难题，推动教育领域全面改革，抢占现代教育制高点，引领教育信息化创新发展，服务全民终身教育，培养面向21世纪创新型、智慧型、实践型人才，助推实现中国教育梦都具有强烈的现实需求和重大意义。2022年9月20日，教育部部长、2030年教育高级别指导委员会领导 小组成员怀进鹏在联合国教科文组织2030年教育高级别指导委员会会议上的讲话中指出要以数字化为杠杆，撬动教育整体变革，推动数字教育资源共建共享、互联互通，赋能教师和学习者，探索教育数字治理方式，实现教育更加包容公平更高质量发展。 智慧教育是当前教育信息化研究的热点问题和关键问题。在大数据时代，诸如大数据、云计算和移动互联网等新一代信息技术的开发和应用对教育和教学产生了深远的影响。信息技术与学科教学的集成在深化，从基于物联网技术的智能教室到智慧课堂，再到智慧教育，教育的互动和沟通的能力不断增强，提高了教育的合理性和科学性。事实上，基于新信息技术和传统课堂模式转换等新兴信息技术的学习 行为的分析和改进已成为“互联网+”时代课堂教学发展的必然趋势。虽然与发达国家相比，我国的教育信息化相对较晚，但从2012 年以来，教育信息化领域的政策集中出台，政府对此的关注度迅速提升。2012年3月《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》对未来10年的教育信息化建设提供了指导意见和总体方向，明确指出“推进信息技术与教学融合。建设智能化教学环境，提供优质数字教育资源和软件工具，利用信息技术开展启发式、探究式、讨论式、参与式教学，鼓励发展性评价，探索建立以学习者为中心的教学新模式”，同年9月刘延东关于全国教育信息化工作电视电话会议确定了“三通两平台”的教育信息化发展导向，即“宽带网络校校通、教学资源班班通、网络学习空间人人通；加强数字教育资源公共服务平台、教育管理信息系统平台的建设”。2012-2015年是教育信息化发展的应用驱动阶段，“三通两平台”建设取得较为显著的成效，在环境创新、方法创新、教师培训创新、机制创新等方面奠定了发展基础，为下一阶段促进信息技术与教育的融合创新提供了重要支撑。而后2016年 6月发布的《教育信息化“十三五”规划》则给教育信息化概括了八个主要任务：完成“三通工程”建设、实现公共服务平台协同发展、不断扩大优质教育资源覆盖面、加快探索数字教育资源服务供给模式、创新“网络学习空间人人通”建设与应用模式、深化信息技术与教育教学的融合发展、深入推进管理信息化以及紧密结合国家战略需求，从服务教育自身拓展为服务国家经济社会发展。2017年7月国务院 《新一代人工智能发展规划》中提到应利用智能技术加快推动人才培 养模式、教学方法改革，构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系；开发智能教育助理，建立智能、快速、全面的教育分析系统；建立以学习者为中心的教育环境，提供精准推送的教育服务，实现日常教育和终身教育定制化。而后2018年4月教育部发布《教育信息 化2.0行动计划》，进一步强调要积极推进“互联网+教育”，坚持信息技术与教育教学深度融合的核心理念，坚持应用驱动和机制创新的基本方针，建立健全教育信息化可持续发展机制，构建网络化、数字化、智能化、个性化、终身化的教育体系，建设人人皆学、处处能学、时时可学的学习型社会，实现更加开放、更加适合、更加人本、更加平等、更加可持续的教育。2019年初，国务院印发《中国教育现代化2035》，强调要重视重大科技创新对社会变革的影响，重视互联网、人工智能等新技术发展对教育形态的重塑，并明确提出加快信息化时代教育变革，着重从智能化校园建设、智能化教学、管理与服务平台建设、规模化教育与个性化培养结合的培养机制、数字教育资源共建共享机制等方面，提出了从信息化角度推进教育现代化的发展思路。该文件明确了教育信息化的主要工作方向，即智能化教育教学、因材施教的个性化培养、优质教学资源的共建共享，以及智能化校园。2020年3月，教育部发布《关于加强“三个课堂”应用的指导意见》，提出促进信息技术与教育教学实践深度融合，推动课堂革命，创新教育教学模式，促进育人方式转变，支撑构建“互联网+教育”新生态，发展更加公平更有质量的教育，加快推进教育现代化。2021年7月教育部等六部门关于推进教育新型基础设施建设、构建高质量教育支 撑体系的指导意见指出：坚持创新引领。深入应用5G、人工智能、大数据、云计算、区块链等新一代信息技术，充分发挥数据作为新型生产要素的作用，推动教育数字转型。 而在2012年2月，美国教育部委托SRI国际教育技术中心发布了《InternationalExperienceswithTechnologyinEducation》的研究报告，调查了澳大利亚、奥地利、比利时、加拿大、智利、丹麦、英国、爱沙尼亚、芬兰、法国、冰岛、以色列、日本、荷兰、新西兰、挪威、葡萄牙、新加坡、韩国、瑞典以及中国香港特别行政区共21个国家及地区的教育信息化发展状况。研究发现，大部分参与国家和地区都提出教育信息化战略，计划将技术融入中小学教育。 纵观我国和世界各国制订的教育信息化发展计划，可发现在新的历史阶段，国家对教育信息化的发展愈加重视。而从我国近十年的教育政策不难看出，利用信息化手段实现教育系统性、整体性、协同性和颠覆性变革是贯穿始终的主线，其中增强课堂互动、建设智能教学环境、提供个性化导学服务、探索创新教学模式，实现减负增效以及优质教学资源的均衡化则是重要方面。 1.2科技助力实现高效公平优质的教育教学 尽管教育信息化相关政策日渐明朗，基于历史、经济等方面原因，在实践“公平优质”教育愿景的过程中，仍面临诸多挑战。我国地域广发展不均衡导致各省市、城乡不同地区甚至同区不同校间教育水平差距明显，教师个人教学经验及水平的不同也带来了教学质量的差异， 而庞大的在校生数量也使得优质教育资源供给缺口很难填补，教育资源均衡问题是教育发展中需面对的很重要的挑战。《国家中长期教育改革和发展规划纲要》把推进教育均衡发展问题作为各项工作的重中之重，以均衡教育促进教育公平。各级各类教育单位都在为如何实现基础教育均衡发展研究各种举措。信息技术的发展，尤其是智慧教育的出现，为推动基础教育向高水平均衡发展提供了一个有效举措。智慧教育以信息化的赋能和加持为主要动力，以开放、共享、交互、协作为基本特征，作为一种新型的教育形态，综合解决了传统教学过程中存在的问题，增强了课堂决策分析和互动能力，提高了课堂教学质量和效率。智慧课堂对传统教学产生了“革命性”的影响，在教学实践中具有重要的特色和应用价值。 传统教学方式中，教学资源源自教师的个人素养和能力，依托于教学团队的合力，所以形成较大差异，造成教学资源从来源上就不均衡。智慧教育利用多媒体、新技术和智能设备，如高速率、低时延、高密度的5G通信技术，使得物理空间之间的直连成为可能，实现同步授课、远程控制，基于4K/8K超清直播技术以及虚实融合的显示能够创造和展示各种趋于现实的学习情境，增进师生间、学生间的立体化沟通交流，利用平板工具和高效的传播和视频编码技术实现虚实融合的教学模式，课堂协同互动，有利于开展协作、探究学习，实现学习者知识意义的建构。 同时，智慧教育使课堂形态发生了重大变革。新技术、新媒体和智能终端为学习者提供了丰富的认知工具与支撑环境，为师生建立了 更为开放的教室，更为开放的课堂活动。教学者可以通过手中的任意移动终端设备（手机、平板电脑）实现教学，同时学习者也可以按照实际需求对学习内容进行选择。传统的课堂已经变成数字化的“体验馆”和“实验场”。智慧教育也使得教育突破了地域的限制，更多的人可以接受到更加平等高效的教育，推动社会公平有序的发展。充分发挥智慧教育的关键技术，利用云计算拓展教育资源与教育服务的共享性，利用物联网拓展教育数据的采集渠道和方式，利用大数据提高教育管理、决策与评价的智慧性，利用泛在网络增加教育网络与多终端的连通性，利用增强现实、虚拟现实技术增强教学交互与虚拟空间的体验性，提高教育服务的针对性。最大限度的促进城乡、校际、师生之间教育均衡公平，提高教育质量。 联想公益基金会在推动科技助力实现高效公平优质的教育教学做出不懈努力，以IT助力乡村振兴为使命，以乡村教育信息化为切入点，借助联想的技术、产品及相关资源，开展相关领域的公益探索，2019年至今，先后帮助四川、西藏自治区、云南、甘肃等“三区三州” 等欠发达地区数十所学校建成百余间智慧教室，惠及师生1.5万人。同时，联想积极开展针对欠发达地区学校、学生的志愿服务活动，“联想萤火虫课堂”先后走进内蒙古、贵州从江、青海湟中等地，并通过夏令营、冬令营等活动，让更多孩子有机会走进城市、感受最新科技。由联想志愿者开发的以STEM为核心的兴趣课堂，寓教于乐，为孩子们开阔了视野，丰富了知识。 1.3科技让“因材施教”成为可能 传统教育在课堂上教师无论用什么教学方法都只能适应一部分学生的学习，班级授课制中主要以授课为主，学生的交流受到限制；学生的自主性、独立性及其个性化学习方式未能够得到充分发挥。随着科技的发展，智慧教育的出现将改善传统教育的不足，其多样化的教学方式、即时的反馈系统和灵活的互动较传统有所改善，并能够照顾到个别学生的个性化学习。智慧学习是在各种智慧环境中开展的完全以学习者为中心的学习活动，让学生自己学会自由支配时间、自主学习，学生不仅能够即时获取自己所需的资源、信息和服务，还能够享受到个性化定制的资源和服务。无论课上课下、校内校外都可以随时在教育云平台上进行学习，进度快慢完全由自己掌握，学习困难的孩子可以反复观看学习。XR等虚实融合新技术将引发学生互动学习的新体验，改变学生的学习观念，使得学习过程更加轻松高效。通过智慧学习，不断发掘学生的兴趣爱好，发挥学生潜能，凸显智慧学习个性化、高效率、沉浸性、持续性、自然性等基本特征，能够帮助学习者不断认识自己、发现自己和提升自己，从而激发学生更多的兴趣性、主动性、个性化学习，培养学生创新学习意识与创新实践能力。在智慧教育所构建出的智能型的学习环境中，教师可以通过智能评价及时调整教学方式方法，学生可以在课堂上或者课外进行多样化的学习交流与讨论。 传统教育中老师往往不知道学生具体知识掌握情况，便会在布置 作业时希望每个知识点的各种题型都照顾到，所以在最终作业布置时 往往会出现题量大的情况，使得学生永远都有做不完的题，老师也有批改不完的作业。这样不仅减少了学生自主学习的时间，还花费了教师大部分的精力，减少了教师的备课和对学生的关心时间。在智慧教育中，教师智能终端能够根据学生的学习反馈分析结果自动生成相应习题，教师只需要进行检查然后对学生进行推送。学生做好后直接由智能终端进行传送提交，智能阅卷能够辅助教师进行相应的阅卷与分析，教师只需要了解情况改善教学策略。学生的智能终端也会