前沿信息技术及其教育应用

1、前沿信息技术及其教育应用2新媒体联盟地平线报告自带设备创客空间12345游戏化学习虚拟现实新媒体联盟地平线报告是新媒体联盟主持的“地平线项目”的组成部分。始于2002年，主要目的在于预测和描述未来5年全球范围内可能对教育产生重大影响的新兴技术、驱动学校应用教育技术的重要趋势、影响学校应用教育技术的重要挑战。新媒体联盟地平线报告：基础教育版（The NMC Horizon Report ：K-12 Edition），新媒体联盟地平线报告高等教育版反映了新兴信息技术对基础教育阶段、高等教育阶段教学、学习及创造性探究的潜在影响和实践应用。2016年新媒体联盟又出版了地平线项目区域报告2016新媒体联

2、盟中国基础教育技术展望。 新媒体联盟地平线报告基础教育技术预测（可能在教育中普及应用并成为主流的新兴技术）基础教育技术预测2016年2017年近期 ：1年以内创客空间 在线学习创客空间 机器人中期：2-3年机器人 虚拟现实分析技术 虚拟现实远期：4-5年人工智能 可穿戴设备人工智能 物联网自带设备(BYOD),也称为自带技术(BYOT),是指人们在学习和工作环境中使用自己携带的笔记本电脑、平板电脑、智能手机或其他移动设备的做法。 1 自带设备（ Bring Your Own Device）BYOD最早应用于企业，英特尔公司于2009年创造了这个术语并声称，自从实施BYOD政策，该公司的年生产率

3、多达500万小时，这一统计数据吸引了其他许多公司纷纷考虑实施BYOD政策。2013年思科合作伙伴的研究发现，BYOD正在各行各业普及，其中教育领域的普及率最高；在接受调查的教师中有超过95的受访者在工作中使用自带设备。许多学生使用自带设备，并与校园网络相连。BYOD通常更关注用户在设备上存储的个性化内容而不是设备本身，很少有两个设备共享相同的内容或设置，BYOD让学生和教育者能够利用最有效率的工具。在很多情况下，学生自己的设备上已经安装了需要用到的应用程序，这些应用能够帮助他们更好的管理笔记、课程计划、完成任务。教师还可以利用移动设备在课堂上实现投票和其他互动功能，如曼彻斯特医学院的学生在上课

4、时使用iPad来注释教师的幻灯片、记录演讲内容、记笔记和绘制思维导图，以此来说明他们对复杂主题的理解。通过使用Dropbox，学生们能更容易地共享文件。智慧课堂“智慧课堂”是利用大数据、云计算、物联网和移动互联网等新一代信息技术打造，实现课前、课中、课后全过程教学应用的智能、高效的课堂，让教师备、授、改、考、导一体化，展现了智能、互动、高效的智慧课堂应用。其实质是基于动态学习数据分析和“云、网、端”的运用，实现教学决策数据化、评价反馈即时化、交流互动立体化、资源推送智能化，创设有利于协作交流和意义建构、富有智慧的学习环境，通过智慧的教与学，促进全体学生实现符合个性化成长规律的智慧发展。智慧课堂

5、具有先进、方便、实用的工具和教学手段，构建基于学习和动态数据分析的“云+端”应用的智慧课堂信息化环境。对于学生终端平板电脑，提供了专属的软件操作系统，配合终端软件，使得学生在使用平板电脑时，不仅使用简单，而且使用行为会受到控制，使得学生上课能够专心听讲，并且不会访问到不允许访问的信息。科大讯飞整体架构首先根据大数据精准教学平台智学网提供的学生数据，对学生最近的学习状况进行了点评；重点分析、讲解学生共性错误严重的题目，让学生现场练习并反馈答题结果，实现讲练效果及时评，了解学生知识点掌握情况；指导学生利用个性化诊断报告，分析自己的学习情况并作出适当调整；为每位学生一键布置个性化作业实现个性问题针对

6、练习。案例Chromebook教育笔记本 利用谷歌系统ChromeOS系统研发的笔记本电脑，2014年宏基和三星的谷歌笔记本将全面进入1800所学校。这款笔记本电脑没有安装任何软件，也没有硬盘可供安装，只拥有一个高效的浏览器，可以用来查收邮件（使用Gmail或其他在线邮件服务）、管理日历（GoogleCalendar）、编辑文档（GoogleDocs）、浏览社交网站和使用其他基于网络的服务。成绩和评估报告无缝连接。使用谷歌的课堂学习管理系统（Classroom)，教师可以分配、收集、评分，并返回作业反馈。每个学生都有一个任务页面，可以看到学习任务，完成任务后将通过谷歌驱动器提交到相应的文件夹。

7、转录课堂讨论。Chrombook可以将讨论内容转录并变成文字，最后可以得到一个不断更新的文档，包括学生的学习过程的各种场景。让学生用谷歌文档写文章。教师可以看到学生写作过程，并留下实时评论。学生可以邀请其他人加入你的班级。老师用谷歌视频群聊为全班建立会话，并邀请各类与本堂课程有关的专家加入进来。千里之外的人不仅能够和班里的学生聊天甚至可以看到彼此并建立联系。让课堂大众化。可以让家长、生病的学生来听课。建一个班级博客。布置学习任务，并做解释。创建一个网站。学生结束一个单元后，最后的任务可以是将他们本单元所学做一个迷你网站。可以为书中的角色写在线日记，做在线报纸。教师可以通过Google Play

8、中的教育类筛选合适的英语材料。学生可以按年级、科目或设备浏览。新加坡移动协作学习 平板电脑和智能手机等技术已经被学校欣然接受，教育者正在借助这些学生们早已应用的工具，将课程学习与真实的生活应用相融合。这些学习活动更加以学生为中心，允许学习者控制自身参与的方式。手机上的学习软件1.现代风格书柜,支持封面管理，支持书签标识、支持多屏滑动2.任意书名搜书3.高速下载：下载管理功能，下载图书自动导入4.全格式支持：小说、图片、漫画iReader漫画阅读学妹单词本开卷有益云中书城PDF阅读器百阅南方周末阅读器 阅读福昕PDF阅读器RSS谷歌阅读器杰杰漫画阅读器同类热门下载开卷有益应用介绍 ：电子阅读类R

9、eading同类热门下载有道词典快乐单词金山词霸新华字典谷歌翻译成语词典英汉词典诗词词典英语简明语法大全汉语拼音字母表医药圣典交规考试复习模考软件新华字典1.汉字检索2.拼音检索3.偏旁部首检索4.五笔输入检索5.部首笔画检索6.字典内附详细解释，需要手动下载补丁包安装。应用介绍 ：字典词典类Dictionary同类热门下载新概念英语英语口语8000句美国之音轻松背单词-四六级词魔方电影英语轻松背单词掌中英语沪江每日一句寓教于乐 - 记单词高中英语单词表PS：各种国家语言学习查询助记软件人教口语教练1.为用户发音水平打分2.给出语音反馈。3.帮助用户发现发音问题，快速提高口语水平。应用介绍 ：

10、语言学习类Language云端同步一种前所未有四两拨千斤的高效率学习方式同类热门下载宝宝故事Adobe Flash 播放器天天动听手机暴风影音RockPlayerYouTubeHi-Q MP3录音机盛大听书课堂静音小学语文听写网易公开课新浪公开课网易公开课1.随时随地上名校公开课2.与名校真正零距离接触，无成本、无障碍地了解世界前沿的新知、新思。应用介绍 ：影音视频类Audio& video网易公开课 仿真电路模拟器Droid Tesla Pro是一款安卓平台上的SPICE模拟器。数学的实践贝塔物理学几何计算器几何绘画化学助手化学元素周期表化学式草图代数公式代数导师仿真电路模拟器同类热门下载仿

11、真电路模拟器应用介绍 ：理科教学类Science teaching仿真电路模拟器数学的实践几何计算器化学助手自带技术支持的情境学习 情境学习强调知识具有情境性、学习者需要在情境中获得和应用知识；学习者最好在真实活动和文化背景中学习；通过协作与互动学习效果更佳等。移动终端设备和移动通信技术为我们在真实的问题情境、工作活动、文化背景中开展情境学习提供了独特的机遇。 情境感知学习 学习内容由移动学习系统通过感知学习者的学习情境自动推送给学习者，促使学习者在情境中进行学习。 移动博物馆导航系统。移动博物馆移动博物馆是博物馆利用移动通讯技术,以手机或其他移动设备作为接收终端的新型服务方式。移动博物馆导航

12、系统不但提供了语音导游，还可以观看影像资料，也可以就系统内部保存的文物精品进行360度视角的仔细观察，每件物品都有详细的图像和文字解说，让参观者在自由、轻松的环境下欣赏和领略藏品带来的乐趣和无障碍的知识传递。 2 创客空间（Makerspace）创客（Maker/ Hacker）空间：也称黑客空间、黑客实验室或工厂实验室，是一个可供社区的技术爱好者们定期举行聚会、探讨和分享电子硬件制作工具和编程技术技巧的地方。背后驱动力：艺术家、技术爱好者、工程师、建筑师、能工巧匠和其它具有创造激情的人。建立基础：2006年美国加州举办第一届“制汇节”。 至2011年，美国本土的Maker Faire已发展成

13、超700名创客参展，吸引超过170 000名参观者参加的全球性盛会。 2012年，美国政府计划在4年内为千所中小学校建设“创客空间”，配备开源硬件、3D打印机和激光切割机等数字开发和制造工具。 2012年，连线杂志原主编克里斯.安德鲁出版了创客新工业革命一书，彻底引爆了全球性的创客运动。 2014年，美国白宫举办首届创客嘉年华，奥巴马公开强调动手做的力量将变革美国制造业，借此推出全民创客参与计划。 2015年，“创客”一词随着“大众创业、万众创新”的浪潮，首次被写入全国“两会”政府工作报告，引起极大关注。创客已经成为创新创业和教育改革的一个重要取向。创客空间是指为培养实践操作能力和创造能力所营

14、造的实际环境，一般会配有各种新兴的技术。为适应未来需要，越来越多的教室、实验室和社区中心正在被改造为各种创客空间、实体环境，为学生提供动手学习和创造性学习的机会。教育工作者开始更多地借助创客空间和创客活动来激励学习者设计、建构和迭代，进而发展创造能力和培养高阶思维。常见的创客工具：3D打印机乐高玩具Arduinos开源平台树莓（pi）电脑激光切割机雕刻机切割机电钻锤子锉刀创客教育是指培养学生创新、创业所需的知识、能力、视野等方面的教育行为。创客教育不同于任何一个学科教育教学，他包含正式学习，也包含贯穿学习者一生的非正式学习。STEM 教育是上世纪80 年代美国人提出的，包含四个学科：Scien

15、ce（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Mathematics（数学），由奥巴马大力推进这种综合课程的实施，旨在从小培养学生动手、创新、综合运用科学知识的能力，培养具有STEM素养的人才。奥巴马政府想解决美国创新人才培养的问题，认为这四门学科相对较弱，其实这也折射出美国政府对其科技创新国际领先地位的担忧。科学、技术、工程和数学有着不同的侧重。科学注重知识运用，技术注重改造创新，工程注重项目设计与开发，数学注重分析推理，合到一起是一种典型的理科思维方式。通过理工科的意识、思维和能力为培养创新人才奠定基础，这是美国STEM教育的基本价值取向。创客教育与STEM教

16、育随后，在原有四科的基础上加入了Arts，为培养学生的创新、批判性思维能力，要有语言、艺术和社会研究的支持，多个学科相融合从而得到STEAM 教育。STEAM 教育是指所有的学科能够并且应该彼此相关联，以便让学生在更高的视野上知道各种知识和技能是如何在真实世界中相互联系的。STEAM教育课程计划旨在使学生参与以活动、项目和问题解决为基础的学习，它提供了一种动手做的课堂体验。学生在应用所学到的数学和科学知识来应对世界重大挑战时，他们创造、设计、构建、发现、合作并解决问题。创客空间最初在STEM领域用以激发学生兴趣，而现在通常被视为STEAM课程的通道。在中国，大多数学校的STEAM课程都是以社团

17、课程和选修课（占比72%的形式出现）（），能进入常态的课程与教学（每周开展1课时STEAM课程），主要以创新类校本课程的形态出现，对STEAM教育的探索并不是从数学课和科学课开始的，而多始于信息技术课程。国内的课程普遍依托技术工具进行设计与实现，多以技术学习课为主。大多数课程都作为信息技术课程的拓展性课程、科技创造类课程，比如Scratch图形化编程工具、开源硬件、3D打印、App Inventor等等。虽然这些技术学习课很重要，但也在一定程度上窄化了STEAM教育所涵盖的内容。难以真正理解STEAM教育在学生发展核心素养培养以及学业成就提升方面的重要影响和促进作用，因而既无法与国家必修课程融

18、合拓展，促进学生科学类课程的学习，更无法通过对课程进行跨学科整合，尤其是科技类课程与人文艺术类课程的整合，从而真正提升学生创新应用能力。基础教育案例案例1：在澳大利亚，机器人俱乐部提供课外项目让学生来实践STEAM 技能。很多活动教给学生如何开展设计的技能，如3D 建模，同时还有一些工程技能如理解简单的机器等，这些可以引领学生产生创新性的目标和产品。案例2：剑桥公立学校使用哈佛大学开发的EcoMUVE 虚拟环境，结合其它如科学绘图、Scratch 编程、MakeyMakey （利用各种导电物体变为键盘）等多样化活动，来帮助学生创造他们自己的交互仿真生态系统。EcoMUVE 虚拟环境Scratc

19、h 编程MakeyMakey（）案例3：网站（）提供给教育人员所期望的能够整合STEAM 活动到他们的学校和课堂的免费资源，并且还会回答一些常见问题。案例4：在底特律的迪克森教育学习研究院有一个课外STEAM 项目，学生们可以通过创造性地设计常见食物的DNA 模型来学习生物学。案例1：大一学生用3D打印机发明“找静脉器”越来越来的大学建立了跨学科的创客空间中心，学生可利用计算机辅助软件设计并开发新的产品。在内罗毕的大学科技园，一名20岁电气工程专业的一年级学生用3D打印机发明了一件小巧而实用的医疗设备找静脉器。该设备能够帮助医生很容易地在婴儿身上找到静脉并进行注射。案例2：一名土耳其学生开发了

20、一个被称为“The Osteoid”的超声刺激骨骼生长的系统，获得了3D轻量化制造奖项。“3D打印创新教育基地”改变中国的传统教育方式，培养学生创新精神和创造力，改变枯燥的纯理论学习，集设计和3D打印于一体，激发学生投身科学、数学、工程和设计的热情，造就少年创客。浙江省温州中学在上海智位机器人有限公司的赞助下，建立了创客空间，以鼓励跨学科研究，找出并解决日常问题，开展实验，学会完善技术。()目前，3D打印笔已开始走人小学课堂。3D打印笔的应用将形象思维、抽象思维和灵感思维的培养有机地结合在一起，将兴趣与学习、动手与动脑、游戏与探索巧妙融合在一起，为青少年创新思维的培养提供了一个良好的平台。1.

21、虚拟现实技术的概念和分类 虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是20世纪90年代以来兴起的一种新型信息技术。虚拟现实的概念由美国VPL公司的创始人之一Jaron Lanier在20世纪80年代初正式提出来。虚拟现实技术是一种有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。虚拟现实系统通过头盔式的三维立体显示器、数据手套及立体声耳机等传感辅助设施使人能完全沉浸在计算机创造的三维图形世界里。 3 虚拟现实 3 虚拟现实2.虚拟现实的基本特性 沉浸性(Immersion) 交互性(Interaction) 想象性(Imagination) 3.虚拟现实系统的种类 临境虚拟

22、现实系统 桌面虚拟现实系统增强现实虚拟现实系统（AR） 分布式虚拟现实系统 Cardboard Cardboard只是一副简单的3D眼镜，但眼镜加上智能手机就可以组成一个虚拟现实(VR)设备。当然用户要想体验到VR效果，还需要在下载配套的Cardboard应用。 增强现实技术(AR)增强现实允许用户看到真实世界，并且把虚拟对象叠加在真实世界之上。将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的“增强”。它是一种全新的人机交互技术，利用摄像头、传感器、实时计算和匹配技术，将真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到同一个画面或空间而同时存在。AR就是根据当前位置（GPS），和

23、视野朝向（指南针）及手机朝向（方向传感器/陀螺仪），在实景中（摄像头）投射出相关信息并在显示设备（屏幕）里展示。 移动增强现实（Mobile Augmented Reality ，简称MAR）目标是将增强现实技术有效地应用于移动设备终端，拓展增强现实技术的应用领域。实现方法：1.基于硬件传感器的方法 常见的有磁场、声学、光学、惯性（如电子指南针）等四类传感器跟踪技术。2.基于视觉的方法基于marker的方法基于自然特征的方法虚拟现实教育应用案例：教师借助VR技术向学生及参观者展示了原电池实验的化学本质无数的离子怎样在浩瀚的“电解池之海”中游动，当铜棒和锌棒插入后，它们又经历了如何奇妙的旅程，最

24、终化为升腾的氢气和奔腾的电流。在目睹了这一幕幕壮观的影像同时，画外音同步讲解着相应的反应机理，原本晦涩难懂的原理，此时变得异常直观浅显。课件内容截图学生使用PicoVR一体机观看课件UCLA的Noel Enyedy等人探究如何通过增强现实技术支持的学习活动促进小学一、二年级的学生对于牛顿力学和物体运动的理解。低年级学生学习物理的一种较好的方法是科学建模。研究表明，学生根据真实世界创作和评价物理模型能够促进他们对科学知识的有效学习。利用增强现实技术创设真实的学习环境，学生通过扮演不同的角色发现真实生活中的现象，并建构自己的物理学知识。案例：通过角色扮演学习物理在摩擦力的学习中，学生需要了解不同材

25、质的物体在不同材质的地面上的运动情况，教师通过增强现实技术在教室中创设不同材质的平面（例如草地、木地板、冰面等），学生则扮演不同材质的物体（例如足球、排球、滑板等）。教室地面使用不同的标记，可以在投影中呈现不同材质的地面，学生戴着不同标记的帽子，可以在投影中呈现不同材质的物体，学生走过地面，需要根据相应情境做不同的减速动作。学生对学习活动中发现的问题进行探讨，教师引导他们发现其中的物理学规律，帮助学生建构相应的物理学知识。案例：手持增强现实项目手持增强现实项目（HARP）是美国教育部星级学校项目（Star Schools Program）资助，来自哈佛大学教育学院、威斯康星大学麦迪逊分校和MI

26、T教师教育项目的研究者共同研究的旨在利用增强现实技术促进中学数学和科学素养教学的项目。他们设计开发了“联系外星人（Alien Contact）”，并在美国东北部的两个初中和一个高中进行了实证研究，培养中学生的高阶思维技能。在Alien Contact中，每个小组中有四个角色：化学家、密码学家、黑客和FBI探员，每个角色在任务中获得的信息是不同的，这要求学生必须在小组中分享自己的信息，共同完成需要解决的问题，并综合各种信息，发现下一任务的线索。例如学生需要根据外星飞船的残骸推算飞船的体积，而每个角色获取的只是残骸的一部分信息，学生只有进行小组协作共享信息并根据相应的科学知识共同解决问题才能进入下

27、一步任务。Alien Contact中不同角色获取的不同信息虚拟实验 3D虚拟数字博物馆虚拟仿真校园吉林大学虚拟校园增强现实学习游戏化将游戏设计的元素、方法和框架融入到非游戏场景和情节当中。更简单一点说，就是用游戏的框架，来解决工作生活中一切非游戏的问题。游戏化本质上是一种方法，一种思维方式，它可以应用到任何领域。数字徽章通常被看作是“游戏化”在教学中的应用，用于跟踪、捕捉及展示学习过程，并在一定程度上激励学生学习。 4.游戏化 数字徽章 NMC Horizon Report 教育游戏 （2004-2009） Educational Games 基于游戏的学习 （2009-2012） Game

28、-Based Learning游戏与游戏化（2013-2014） Games and Gamification 关于教育游戏定义的发展 教育游戏： 以教育目的而开发的游戏通常带有明确的学习目标。关注的是游戏的结果是否使玩者达到了学习的目的。它带有明确的学习目标和使游戏动机化的明确的意图 挑战竞争升级合作（解决问题、交流的能力）分享得分和奖励体系游戏元素游戏化的学习，为学生提供了一个可尽情探索的模拟世界，能够有效拉近学习情境和真实情景之间的距离。通过游戏，学生的行为影响并改变着“世界”，使他们在获得知识的同时不断建构着可以映射现实世界的身份认证。“沉浸度高”，不仅是因为情境的设计的“挑战”与“竞

29、争”激发了学习者的学习动机，更是由于游戏中的“挑战”并非一味的强调游戏本身的困难水平，而是在游戏中任务的设计遵循“小步子原则”，符合最近发展区的原则。严肃游戏：不仅仅是好玩An investigation of the artifacts and process of constructing computers games about environmental science in a fifth grade classroomAhmet Baytak,Susan M. LandBaytak等人让五年级的学生根据科学课程的内容，以小组协作的方式，利用Scratch自主设计游戏。通过观察发现

30、，设计游戏有效促进了学生的隐性知识的显现化和对知识、策略的分享行为。学习结果也表明，学生可以通过这种基于游戏设计的学习方式在低年级掌握相对高的编程概念和技巧，理解编程，并建立创造性的知识共同体。SCRATCH语言很简单，所有的人都可以使用。这种编程语言所依据的，是一种积木系统；积木可以通过多种指令结合起来。这种语言总共有100多块“积木”可以使用。另外，还有一个视觉图像库，使用者可以在最开始的时候用图像编写程序网站：2010年9月，美国总统奥巴马在白宫启动了全国STEM游戏设计大赛。 STEM代表科学Science，技术Technology，工程Engineering，数学Mathematics。美国政府STEM计划是一项鼓励学生主修科学、技术、工程和数学(STEM)领域的计划 蜡笔物理学（Crayon Physics）网站：平台：Windows, iOS, OS