中學(xué)教育智能設(shè)備產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路探究

摘要：教育智能設(shè)備產(chǎn)品指能夠應(yīng)用于教育和學(xué)習(xí)場景的專門或非專門的智能化硬件與軟件，其能夠與中學(xué)教育相配合，助力教育改革，優(yōu)化教育資源配置。設(shè)計(jì)教育智能設(shè)備產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)綜合考慮教師、學(xué)生與家長的需求，注重探索使用者的成就感，保證教師在智能化教學(xué)的人機(jī)協(xié)同中處于主導(dǎo)地位。

關(guān)鍵詞：中學(xué)教育;智能設(shè)備;產(chǎn)品設(shè)計(jì);大數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2021）24-0-03

智能化教育設(shè)備產(chǎn)品用于中學(xué)教育已非新鮮事，從“粉筆+黑板+書籍”到多媒體設(shè)備投影，再到近年來支持交互的智能電子產(chǎn)品的使用，教學(xué)用具經(jīng)歷了很大變革，大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來更是為教學(xué)軟硬件設(shè)備的進(jìn)步和發(fā)展提供了更多的可能。大數(shù)據(jù)與人工智能算法的使用進(jìn)一步優(yōu)化了教育資源的配置效率，提升了教育公平的可能性，為教育改革帶來了新機(jī)遇。

1 教育智能設(shè)備產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)

1.1 中學(xué)教育智能設(shè)備產(chǎn)品的內(nèi)涵與外延

這里所說的中學(xué)，主要指中等教育中的全日制普通中學(xué)，包括全日制普通初中、完全中學(xué)、全日制普通高中，以該類學(xué)校的教育教學(xué)為主要面向的應(yīng)用場景，主要針對(duì)該類場景探究智能化教育設(shè)備產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路。

教育智能設(shè)備產(chǎn)品，也稱智能教學(xué)產(chǎn)品、智能化教育設(shè)備等，具體而言包括能夠應(yīng)用于教育和學(xué)習(xí)場景的專門或非專門的智能化硬件與軟件，具有智能化、多終端、多平臺(tái)、可協(xié)作、交互性強(qiáng)等特點(diǎn)。如在校學(xué)生使用的定制平板電腦及其內(nèi)置的定制系統(tǒng)、針對(duì)學(xué)生特點(diǎn)設(shè)計(jì)的電話手表、多功能型的教師學(xué)生互聯(lián)軟件或?qū)ｉT性的搜題和記憶背誦的軟件。從廣義上來說，一切智能化的有利于提升教學(xué)與學(xué)習(xí)效率的軟硬件都可以稱為教育智能設(shè)備產(chǎn)品。

1.2 智能化教育適合與中學(xué)教育階段配合

義務(wù)教育階段的教學(xué)內(nèi)容相對(duì)于本科或研究生教育呈現(xiàn)出知識(shí)體系相對(duì)固定、爭議性觀點(diǎn)少的特點(diǎn)，這樣的知識(shí)體系更適合建立在智能化系統(tǒng)中。當(dāng)下的智能軟件有能力將輸入的參數(shù)與其內(nèi)置的知識(shí)體系進(jìn)行對(duì)比，從而快速地作出判斷，相對(duì)固定和爭議性觀點(diǎn)少的知識(shí)體系使面向中學(xué)階段的智能教學(xué)產(chǎn)品幾乎無須考慮變化，開發(fā)難度相對(duì)較低，所需的成本更少。如拍照搜題軟件“猿題庫”，其廣告場景多是拍照搜索義務(wù)教育階段的習(xí)題答案，而某些高等教育階段的習(xí)題需要大量論證，且在若干年后仍有可能被推翻，若拍照搜索這些問題就略顯滑稽。

在義務(wù)教育階段，經(jīng)過多年對(duì)素質(zhì)教育的強(qiáng)調(diào)與對(duì)各類政策的落實(shí)，在教育資源有限的現(xiàn)實(shí)下，應(yīng)試的重要性依然無法被否認(rèn)。小學(xué)階段的教育相較于中學(xué)階段更加強(qiáng)調(diào)發(fā)散性思維，強(qiáng)調(diào)啟發(fā)和引導(dǎo)，而非對(duì)知識(shí)體系的掌握，最典型的例子就是“上中學(xué)以后，課本上的小明、小紅便消失了”，原因就在于中學(xué)階段的作業(yè)習(xí)題更多強(qiáng)調(diào)知識(shí)本身，而不追求先行構(gòu)建某些使學(xué)生具有代入感的場景。因此，在當(dāng)下的智能化社會(huì)階段，智能化教育體系和系統(tǒng)能夠很好地適應(yīng)應(yīng)試氛圍更濃厚的中學(xué)階段。

1.3 智能化教育可以推進(jìn)教育公平

對(duì)義務(wù)教育階段課外輔導(dǎo)的限制一方面緩解了學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，另一方面也推動(dòng)了教育資源不均衡現(xiàn)狀的固化。在各行各業(yè)使用智能化系統(tǒng)武裝勞動(dòng)個(gè)體、推動(dòng)人機(jī)協(xié)同的當(dāng)下，智能化教育系統(tǒng)能夠有效縮小教師特長與能力間的差異。教師因人而異、因材施教的教學(xué)模式難以復(fù)制，但智能化系統(tǒng)具有可復(fù)制性，且出于普適的特點(diǎn)，復(fù)制成本低。復(fù)制主要須考慮智力成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的問題，即便是針對(duì)使用者的本地化需求，也已有成熟方案，如市面上的許多駕考軟件，就能夠針對(duì)用戶所在地域推薦本地高頻題庫。智能化、多功能的教學(xué)系統(tǒng)能盡可能地彌補(bǔ)教師在文書、備課邏輯、教學(xué)進(jìn)度掌握等方面的短板，縮小教師隊(duì)伍在此類能力上的差異，從而給教師提供更大的發(fā)揮特長與自我提升的空間，在一定程度上使教育資源均衡化。

1.4 智能化教育可以增強(qiáng)教學(xué)中的交互性

相對(duì)于多媒體單純地展示和播放教學(xué)素材，教育智能設(shè)備對(duì)于學(xué)生而言具有更強(qiáng)的交互性，其不僅能在空間上擴(kuò)展課堂的范圍，更可以在時(shí)間上延伸課堂的思考。智能化的教學(xué)模式允許學(xué)生在時(shí)間上不完全依附于教師，為學(xué)生因思維上的置后而產(chǎn)生的知識(shí)體系的困惑提供了現(xiàn)實(shí)的、可隨時(shí)回溯的錨點(diǎn)，從而構(gòu)建起適合學(xué)生的教學(xué)模式，相對(duì)于傳統(tǒng)教具而言，更深層次地參與了學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，也允許教師和家長參與學(xué)生的教育進(jìn)程。

1.5 智能化教育可以增強(qiáng)教學(xué)的個(gè)性化設(shè)計(jì)

交互性的增強(qiáng)也將進(jìn)一步增強(qiáng)教學(xué)的個(gè)性，與以往憑教師喜好而分配對(duì)學(xué)生的關(guān)注度不同，理想狀態(tài)下，智能化的教學(xué)系統(tǒng)能夠關(guān)注到每個(gè)學(xué)生的狀態(tài)，包括但不限于課業(yè)完成狀態(tài)，且可以為每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)與分配不同的課業(yè)任務(wù)，并向操作系統(tǒng)的教師提示與反饋個(gè)別特殊學(xué)生的情況。一套完成了數(shù)據(jù)互聯(lián)的系統(tǒng)還能在較長的時(shí)間里關(guān)注學(xué)生的行為和興趣愛好，教師對(duì)學(xué)生的關(guān)注度也能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)量化分析，像推薦“您可能感興趣的視頻”一樣推薦“您可能/應(yīng)當(dāng)關(guān)注的學(xué)生”，教師在了解學(xué)生之前甚至可能被推薦到“您可能喜歡的學(xué)生”“您應(yīng)當(dāng)照顧的學(xué)生”“關(guān)系可能不好的一對(duì)學(xué)生”等。

1.6 智能化教育有助于建立更科學(xué)的教學(xué)評(píng)估機(jī)制

交互性的教學(xué)模式更具吸引力，且能覆蓋更多學(xué)生，在增強(qiáng)學(xué)生參與感的同時(shí)，也能建立和完善教育評(píng)估機(jī)制。交互性的教學(xué)模式向教師端反饋了更多信息，傳統(tǒng)模式下的教師精力有限，在備課與教學(xué)之外不可能去了解所有學(xué)生的想法，何況收集學(xué)生意見。而智能化教育系統(tǒng)能夠?qū)W(xué)生端的信息科學(xué)全面地反饋至教師和教育部門端，充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的信息化優(yōu)勢(shì)。

2 教育智能設(shè)備產(chǎn)品市場現(xiàn)狀

2.1 硬件層面

現(xiàn)有的硬件類教育智能設(shè)備產(chǎn)品有功能較為全面的多功能型智能設(shè)備，如教學(xué)平板電腦、學(xué)生智能手表，也有功能專門化的設(shè)備，如翻譯筆、電子單詞卡（見表1）。前者的功能更為全面，旨在建立家校溝通平臺(tái)，全面關(guān)注學(xué)生心理和生理狀態(tài)、各門科目的成績，及時(shí)交流，在疫情期間也能及時(shí)更新在線授課信息。后者主要輔助語言學(xué)習(xí)，與前者相比，專門化教育智能設(shè)備更為便攜，形態(tài)各異，但聯(lián)網(wǎng)屬性較弱，且功能相對(duì)單一，僅以模式成熟的輔助英語學(xué)習(xí)為主，從智能筆到智能臺(tái)燈，均標(biāo)榜自身的英文翻譯功能，只有少數(shù)設(shè)備具有拍照搜題、多屏?xí)鴮憛f(xié)同等其他功能。

此種軟件功能存在差異的原因在于硬件設(shè)計(jì)的差異。專門化的教育智能設(shè)備自產(chǎn)品設(shè)計(jì)伊始就限定了其功能的可能性，其內(nèi)置的模塊通常不足以支持如智能手機(jī)一般的復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)行，以期之后兼容其他軟件進(jìn)行升級(jí)，如此可以有效壓縮生產(chǎn)成本，提高設(shè)備的便攜性。多功能型教育智能設(shè)備通常內(nèi)置定制化的Android系統(tǒng)，生產(chǎn)流程與一般的手機(jī)、平板電腦的生產(chǎn)流程相似，但使用的部件相對(duì)低廉，性能較弱，在實(shí)際使用此類教學(xué)設(shè)備的過程中，體驗(yàn)遠(yuǎn)不如并不標(biāo)榜教學(xué)功能的價(jià)格略低的非教學(xué)用平板電腦，教師與學(xué)生的大量時(shí)間被浪費(fèi)在了等待軟件加載和計(jì)算的過程中。

2.2 軟件層面

從軟件層面來看，當(dāng)前在教育智能產(chǎn)品領(lǐng)域，多功能型設(shè)備與專門化設(shè)備的設(shè)計(jì)思路都以市場為主要導(dǎo)向，鮮見地方部門牽頭進(jìn)行定制與開發(fā)的情況。對(duì)于專門化設(shè)備來說，軟件只能由生產(chǎn)方開發(fā)，力求與設(shè)備硬件完全配合，而對(duì)于多功能型的智能教學(xué)設(shè)備來說，由于其與一般智能手機(jī)、電腦等設(shè)備的架構(gòu)相近，開發(fā)者得以針對(duì)教學(xué)場景在設(shè)備內(nèi)部塞入或深度或淺度定制化的Android系統(tǒng)。

在定制不同程度的Android系統(tǒng)的大框架下，廠商或獨(dú)立開發(fā)者可以針對(duì)教學(xué)市場開發(fā)專門的教學(xué)軟件，且能夠適配各教育智能設(shè)備的系統(tǒng)。與研發(fā)硬件設(shè)備相比，其成本較低，但收益模式問題更顯尖銳。傳統(tǒng)的移動(dòng)端免費(fèi)軟件開發(fā)者可以在軟件中加入廣告以獲得收入，然而在教學(xué)類軟件中不適宜采用該營收模式，如果對(duì)軟件進(jìn)行收費(fèi)，除非被批量采購，否則將陷入軟件無人問津的局面，依靠付費(fèi)增值服務(wù)，在批量采購以外，依賴用戶的主動(dòng)購買不可能取得樂觀的結(jié)果，缺少穩(wěn)定的收入將給內(nèi)容長期穩(wěn)定的產(chǎn)出帶來不良影響。

在以市場為導(dǎo)向的教育智能產(chǎn)品領(lǐng)域，各開發(fā)方限于資金與實(shí)力，難以將目光放長遠(yuǎn)，學(xué)生的升學(xué)更使他們難以擁有穩(wěn)定的用戶群。如今智能算法逐漸完善，手持智能手機(jī)者紛紛感嘆購物軟件的商品推送機(jī)制，此類算法尚未在教育領(lǐng)域有亮眼表現(xiàn)，可謂遺憾。

3 大數(shù)據(jù)時(shí)代教育智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)之初應(yīng)當(dāng)保持傳統(tǒng)思路，追求硬件的創(chuàng)新感，但更應(yīng)注重軟件的軟實(shí)力。應(yīng)以中學(xué)應(yīng)試教育為出發(fā)點(diǎn)，考慮多方需求，主要包括教師、學(xué)生、家長等群體，保持和發(fā)揚(yáng)產(chǎn)品特色，最后考慮在長期運(yùn)營的情況下收集和運(yùn)用數(shù)據(jù)，以優(yōu)化產(chǎn)品。

對(duì)于教育智能產(chǎn)品，教師更注重實(shí)際使用體驗(yàn)，主要需求是便于使用和上手，產(chǎn)品能夠充分提升教學(xué)效率。學(xué)生的探索欲強(qiáng)，主要需求是界面美觀有吸引力、使用中有成就感。家長的主要需求是在提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率的同時(shí)，有效防止學(xué)生使用智能產(chǎn)品進(jìn)行與學(xué)習(xí)關(guān)系不大的娛樂活動(dòng)，并保證學(xué)生的生理與心理健康，另外，價(jià)格應(yīng)當(dāng)被所有家長接受。

在硬件上，以多功能的集成性教學(xué)軟件為例，現(xiàn)有的一個(gè)系統(tǒng)多個(gè)平板電腦和智能手機(jī)終端可能是最優(yōu)的方案，一方面其依托互聯(lián)網(wǎng)和成熟的基礎(chǔ)系統(tǒng)，減少了前期成本，另一方面其能夠滿足屏幕教學(xué)中的視聽需求，適應(yīng)應(yīng)用場景。對(duì)專門性功能的設(shè)備而言，市面上的產(chǎn)品百花齊放，雖多見手持大小的便攜“小匣子”，但仍有一部分與筆、臺(tái)燈等文具相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案存在。

滿足教師對(duì)教育智能產(chǎn)品的實(shí)用需求，減少文書工作的煩瑣操作功能，如自動(dòng)批改作業(yè)、線上作業(yè)、自動(dòng)生成教案等;減少機(jī)械化逐一關(guān)注學(xué)生狀態(tài)的功能，重點(diǎn)關(guān)注應(yīng)當(dāng)受到關(guān)注與照顧的學(xué)生，即通過算法與機(jī)器學(xué)習(xí)去研究學(xué)生的普遍性與特殊性，建立學(xué)生檔案，針對(duì)弱項(xiàng)科目進(jìn)行任務(wù)加權(quán)。這與當(dāng)下智能化設(shè)備產(chǎn)品能夠減少使用者機(jī)械和煩瑣勞動(dòng)的思路是一致的，也能夠幫助教師縮小個(gè)體意志之間的差別，在穩(wěn)定的平臺(tái)上追求更好的教育結(jié)果，充分開發(fā)個(gè)體學(xué)生的潛力和可能性。

為滿足學(xué)生的探索欲和成就感，應(yīng)當(dāng)使用較為簡潔的主界面，僅展示主要功能或特色功能，產(chǎn)品色彩應(yīng)當(dāng)在科技感與純色等方案之間選擇，前者可以多用鋼鐵、藍(lán)光、復(fù)雜機(jī)械等元素，多用直線、直角、銳角，后者可多用飽和度較高的暖色調(diào)，以冷色點(diǎn)綴，多用弧線。此外，針對(duì)成就感的滿足，可以為學(xué)習(xí)功能配套設(shè)計(jì)相應(yīng)的可量化的成就系統(tǒng)，避免學(xué)習(xí)成果僅在許久后的正式考試中才有所體現(xiàn)。學(xué)生會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)軟件中的高額積分產(chǎn)生攀比與分享欲，也可合理設(shè)計(jì)積分機(jī)制，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

關(guān)于家長的需要，能夠限制學(xué)生娛樂性操作的深度定制系統(tǒng)與價(jià)格要求實(shí)際是矛盾的，也與一些學(xué)者主張的“用信息化把互聯(lián)網(wǎng)帶入課堂”[1]相矛盾。觀念的改變并非一朝一夕能實(shí)現(xiàn)的，如今仍需求開發(fā)者權(quán)衡，保護(hù)學(xué)生生理健康可以通過久坐提醒等功能實(shí)現(xiàn)，此類功能均有成熟的商業(yè)方案。

探究中學(xué)教育智能產(chǎn)品的根本，應(yīng)根植于服務(wù)教學(xué)，特色在于智能產(chǎn)品功能上的可拓展性，為教學(xué)模式提供更多的可能性，但絕非拋開現(xiàn)有的教育體制去建立一個(gè)并行的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，對(duì)算法更應(yīng)保持警惕，保證算法設(shè)計(jì)的目標(biāo)與全中國的利益一致[2]。

關(guān)于長期運(yùn)營和優(yōu)化的思路，不可能由單獨(dú)的市場主體去完成，多半需要官方牽頭或建立聯(lián)盟，以此對(duì)聯(lián)盟中的產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)化定制，在聯(lián)盟內(nèi)部進(jìn)行分工，如對(duì)單項(xiàng)科目的智能產(chǎn)品進(jìn)行專門化開發(fā)，對(duì)學(xué)生用具和教師用具的智能設(shè)備進(jìn)行專門化開發(fā)，分析學(xué)生的個(gè)性化特征，進(jìn)行區(qū)域性預(yù)測(cè)[3]。還可以針對(duì)學(xué)生定制個(gè)性化的作業(yè)應(yīng)用，如此可以提升規(guī)模收益，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，有利于之后的產(chǎn)品升級(jí)。

4 結(jié)語

大數(shù)據(jù)與智能算法是一把雙刃劍，能夠錨定學(xué)生群體的共性，提升教學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)作效率，優(yōu)化教育資源配置，也必將參與到教育系統(tǒng)的改革升級(jí)中。但更應(yīng)注重學(xué)生的個(gè)性，注重信息安全，警惕非感性的算法抹殺學(xué)生的個(gè)性，避免讓學(xué)校成為流水線工廠。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王竹立，李小玉，林津.智能手機(jī)與“互聯(lián)網(wǎng)+”課堂：信息技術(shù)與教學(xué)整合的新思維、新路徑[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2015（4）：14-21.

[2] 劉德建，杜靜，姜男，等.人工智能融入學(xué)校教育的發(fā)展趨勢(shì)[J].開放教育研究，2018，24（4）：33-42.

[3] 馮登國，張敏，李昊.大數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2014，37（1）：246-258.

作者簡介：李稷翔（1997—），男，浙江永嘉人，碩士在讀，研究方向：訴訟法學(xué)。