1.教育信息化有哪些实施路径？
信息技术在教育教学中的应用，有两种截然不同的做法。一是按照原有教育体系的需要，应用技术。这是原有教育体系的信息化，是将技术贴到教育教学上去。这种做法，更多的是提高教育教学效率，在效率提高的基础上，一定程度上能够解决部分质量问题。比如在管理上，通过信息技术的应用，将各种信息汇聚在一起，根据工作需要调取所需要信息，特别是通过移动终端，在不携带任何纸质材料情况下，可以随时随地调取所需要信息，大大提高管理工作效率。在教学上，将相关学习资源及时提供给教师和学生，大大提高教学和学习的效率。这种做法，除了提高效率外，从方便信息和学习资源获取的角度讲，是一种信息和资源获得方式的变革。这种变革，在管理工作上的作用比较显现，可在教学和学习方面，尽管有一定的作用，但是还不足以产生颠覆性的作用。因为教学和学习不好的主要原因是教师教和学生学的思路、方式方法等方面存在问题引起的，有的甚至教学目标定位有问题。这种情况下，无论如何通过信息技术也解决不了质量问题。这需要研究出新的教学和学习思路、方式方法，甚至重新定位学习目标。但在常规条件下，大多数问题根本不可能找到新思路、新方法。在没有新手段、新条件的情况下，要想找到可操作的新思路、新方法，几乎是不可能的。
因此，另一种教育信息化的做法是，在信息技术条件下，即充分利用“互联网+”、大数据、人工智能、虚拟仿真等技术，针对教育教学的瓶颈问题，探索教育新思路、新方法，再根据新思路、新方法的需要，应用信息技术构建有效的支撑环境实施新教育体系。
这种做法，才有可能从根本上解决教育教学的核心瓶颈问题，才是真正的教育信息化，才有可能通过信息化带动教育现代化，才是真正的智慧教育。
2.教育信息化如何带动教育现代化？
按照原有教育体系的需要，直接应用信息技术，在管理工作中会产生明显的效果。但是，在教学和学习中，想要引起革命性的变化是非常困难的。因此，按照这种方式，要想通过信息化带动教育现代化可能性非常小。在教育教学工作中，只有采取第二种信息化实施路径，才真正有可能通过信息化带动教育现代化的实现。
教育信息化路径选择正确之后，接下来的问题是教育信息化究竟如何带动教育现代化的实现呢？具体讲就是教育信息化从教育教学的哪些方面发挥作用才能够带动教育现代化的实现。
要回答这一问题，应从什么样的教育是实现了教育现代化入手，确定出实现教育现代化的瓶颈问题，探索出破解这些破解问题的新思路、新方法（新教育）；找出实施新思路、新方法遇到的条件障碍；在此基础上，系统研究通过信息化如何提供实施教育新思路、新方法所需要的新条件。
教育到底做到什么样才是实现了现代化呢？现在，大多数评价标准更多侧重在环境、设备、师资队伍等方面，这些都是基础保障条件，不是核心标志。教育现代化的核心标志应当以学生培养结果和学习过程优劣为主要依据。其中，至关重要的衡量依据应当是学生的学习过程。
具体说，教育现代化是否真正实现了，从学生角度看，就是学生认同、主动学习，能够按照自己的需要学习，能够按照适合自己的学习方式学习，能够找到最适合的学习条件完成学习活动，能够找到最适合的教师引导、组织、指导自己完成学习活动，能够找到最适合的伙伴共同完成学习活动等，是否真正做到了。
要实现这样的教育，在常规条件下，几乎是不可能的。现在的学校，大多数情况是一个教师面对至少40多个学生，要实现让每个学生按照自己的需要学习、适合的方式、适合的条件、适合的教师、适合的伙伴开展学习活动，基本上是不可能的。
在现有的学校组织形态下，普遍遇到的困难包括：(1)学生的学习兴趣没有被激活到最高点，因此，学习不可能达到最佳状态；(2)教师设计好了教学流程，所有学生是按照统一流程开展学习活动的。教师所设计的教学流程，最好的情况也就是尽可能满足更多学生的需要，无论如何也不可能满足每一个学生的个性化需要。因此，课堂教学基本上是计划的，严重缺乏个性化；(3)最好的教师只能服务于所负责班的学生，不可能为其他班级学生提供服务，因此，教学不可能是高位均衡的；(4)无论是教师对于教学的改进，还是各级管理人员对管理工作的改进，大多数都像中医一样，更多的是靠经验，望闻问切，以此判断课堂教学的总体情况，管理工作的总体情况等。每个学生的学习过程好坏情况，每项工作的具体质量情况很难准确判断，因此，无法做出精准的调控和管理；(5)学生的系统思维能力、创新性思维能力培养普遍欠缺。大多数教学，更多的是帮助学生完成知识的学习和技能的形成，系统思维能力和创新性思维能力培养非常缺乏。
综上所述，教育信息化应聚焦以上实现教育现代化的核心瓶颈问题，应为构建能够解决教育瓶颈问题的新教育提供全方位支撑。教育信息化不是最终的目的，只是途径和手段，通过教育信息化构建全新的教育体系，解决实现教育现代化所遇到的瓶颈问题，进而实现教育现代化才是最终的目的。因此，教育信息化的根本目的是改造教育，改造学习，只有实现了改造，才是真正的教育信息化，才是真正的实现智慧教育。
3.什么是智慧教育？
智慧教育是指在“互联网+”、大数据、人工智能、虚拟仿真等信息技术的支持下，所构建的，让学生能够主动学习、根据自己的需要学习、按照适合自己的方式学习、找到适合自己的学习环境学习、找到最适合自己的伙伴学习、得到最适合自己的教师帮助学习，逐步形成系统的思维能力和创新性思维能力；能够对教育教学全过程进行实时监测与调控，最大限度地将师资、设施设备、场地等教育资源合理、均衡配置；能够将优秀教师的教学智慧和典型学生的学习经验实时提供给每一个学生和教师，改变优质教育智慧的供给形态等的新教育体系。智慧教育的核心特征是学生智慧成长、教师智慧教、学生智慧学、管理者智慧管、教师智慧成长、学校与家庭智慧沟通等。
智慧教育包括智慧学习、智慧教学、智慧管理、智慧研修等方面，实现智慧教育的基础是智慧教育系统，包括智慧教学、智慧学习、智慧管理及智慧研修等子系统。
4.如何实现智慧教学和智慧学习
(1)什么是智慧学习
智慧学习是指学生在智慧学习系统的支持下，能够动态掌握自己的学业水平和学习能力，在不同课程内容的学习上定位合适的学习层次，选择合适的学习方式，得到最适合的学习环境和条件，找到最佳的合作伙伴，获得最有效的教师指导和帮助等完成学习活动，在有限的时间内，做最有效的学习活动，进而帮助学生树立正确的人生观和价值观，健全人生品格，建构完整的学科知识和能力体系，形成系统的思维能力，特别是创新性思维能力和善恶辨别能力，多元智慧得到长足发展。
(2)什么是智慧教学
智慧教学是指教师能够动态监测每一个学生的学习状况，并根据学生的情况，引导、组织、指导学生定位合适的学习层次，选择合适的学习方式，找到合适的学习环境，提供有效的学习指导，建立合适的学习群体，通过“互联网+”、大数据、虚拟仿真和人工智能等技术，为每个学生提供个性化的学习路网和调控系统，帮助学生随时随地开展个性化学习。
(3)实现智慧教学和智慧学习的路径
针对学习普遍存在的认同度不高、个性化不够、过程缺乏监测与调控、创新及系统思维能力欠缺、难以得到最适合教师教学帮助和最佳学习伙伴经验分享等问题，探索在“互联网+”、大数据、虚拟仿真和人工智能等技术支持下，破解教学和学习本质问题的新教育体系。在此基础上，按照“互联网+”的思维模式，构建能够有效支持新思路、新方法的智慧教育系统。并以点带面，全面推广新教育体系。
5.信息技术支撑智慧学习的方式与层次
(1)改变知识和信息获取方式
将知识与信息转变为电子资源，通过搜索引擎、电子书等方式，帮助学生和教师快速获得知识与信息，改变知识与信息获得方式，提高知识呈现效率。这种方式，无论是学生自己学习，还是教师讲解，都有很直接和显现的作用。
(2)改变知识呈现形态
理、工、农、医等学科的大多数知识，都是学习自然现象、自然规律，以及应用这些规律解决实际问题的方法等。这些知识的学习，通常是通过抽象的文字，结合图形图片等呈现出来。以这种方式所呈现的知识，让学生自己理解，非常困难。通过教师讲解让学生理解知识，也存在很大的难度。100个学生听教师讲解，可能会有100种理解。要想让学生容易理解知识，最好的办法是将知识本来的面貌直接呈现给学生。但是，有很多知识，在常规条件下想将知识的本来面目直接呈现出，几乎是不可能的。因此，利用多媒体、虚拟仿真、虚拟现实、增强现实等技术，将抽象知识转化为直观生动的形态，对于教师讲解和学生理解的作用是非常明显的。
比如，对于电磁炉工作原理的学习。没有火苗，没有电阻丝，电怎么就变成热了呢？对于很多学生而言，通过书本或者老师原有方式的讲解，非常难以理解。最好的办法是，通过虚拟仿真技术，直接模拟出电磁炉打开开关后出现电磁场，放上铜锅、铝锅、陶瓷锅等没有任何反应，放上铁锅、不锈钢锅马上就产生涡流了，涡流流动使锅加热。通过这样的技术应用，无论是学生学习，还是教师讲解，都变得非常容易了。
(3)提供知识探究工具
一看就懂的简单知识不需要探究，疑难复杂的知识最需要探究。探究是激发学生求知欲望，形成系统思维能力，特别是创新性思维能力最有效的途径。探究需要环境和工具，仅靠书本、常规教具和实验环境是很难提供探究所必须的条件。因此，借助虚拟仿真、虚拟现实和增强现实等技术，提供探究所必须的手段和环境是十分必要的。
通过虚拟仿真、虚拟现实、增强现实等技术提供的探究工具，可以分为2个层次。一是现实环境呈现，为探究提供基本的实际环境，帮助学生全面了解知识产生的实际场景，为探究提供必要的情境和线索。具体实现方式有3D情境漫游、3D虚拟仿真、增强现实等。二是实际探究操作环境模拟，为探究提供基本的操作环境。具体实现方式包括虚拟仿真工具和增强现实工具两种。
比如，以平面镜成像规律的学习为例。如果让学生直接学习书本，或教师直接讲给学生，对于大多数学生来讲并不一定喜欢学习。最好的方式是让学生有机会直接探究，通过探究，总结归纳出平面镜成像规律。但这在常规条件下很难操作，因为所需要的探究工具和环境，在教师和家庭都是不好准备的。借助虚拟仿真和人工智能技术，模拟出探究工具和环境，让学生有机会直接去总结归纳出平面镜成像规律，对于学生的探究学习而言，就变得很容易了。
(4)建立学习过程调控与管理系统
在学科学习目标库的基础上，为每个学生建立学习大数据。学生学习大数据，具体包括每一个知识点目标库中所有问题和任务是否能够解决或完成，相应的方法体系建构的完整程度，每一个任务或问题、相应方法体系的学习方式等。依据学生学习大数据，建立学生每一个知识点学习微调控，帮助学生及时调整学习层次、学习方式，使学生找到适合自己的学习层次和方式；教师对全班学生的总体学习情况中调控，根据全班学生总体学习情况，及时调整为学生所提供的学习路网和建议的学习方式；教研部门对所有教师情况的大调控系统，将有共性问题的教师组织在一起开展有针对性的研修活动，真正通过大数据和“互联网+”实现教学和学习的精准调控和管理。
(5)建立教育智慧供给新形态
学生在学习某一知识时，不可能随时随地得到最适合自己教师的指导和帮助。正常情况下，在课堂上，教师面对全班学生，只能选择适合更多学生大多数学习活动的统一教学模式，无论如何也做不到因材施教。下了课以后，学生更无法得到教师的个性化指导和帮助了。不仅得不到教师的个性化指导和帮助，同样也很难找到最佳学习伙伴的共同交流。由此可见，在常规教学条件下，要想解决高位均衡问题是不可能的。借助“互联网+”、大数据、虚拟仿真和人工智能等技术，按照每一个知识点听讲、自主导学和探究等不同学习方式的需要，分类建立个性化学习路网，包括支撑资源与工具，教师分层讲解和指导微课，学生学习经验分享微课等，改变优质师资教学智慧和学生典型学习经验的供给形态，最大限度地将优质师资资源和典型学生学习经验随时随地提供给所有需要的学生，这才是真正的“互联网+”的思维方式，才能真正给教育带来一场深刻的革命。
6.什么是教育大数据？
教育大数据是指在教育教学过程中动态形成的，能够反映出学生学业学习水平与方式、素质培养情况，教师教学过程与水平、专业成长过程与情况，班级、年级、专业、院系、学校等办学过程与水平等方面的数据。在教育教学不同方面，相应的大数据类别也不尽相同。尽管不同方面的大数据各不相同，但也有共同之处。无论是教学还是管理，大数据都应从结果和过程两个方面形成大数据。
对于结果大数据，不论是学生学习、教师教学，还是各类管理，都需要衡量的标准。比如，学生学习，衡量优劣最佳的办法是通过问题、任务等的解决、完成来实现。最直接的办法是让学生完成一个知识点所有的题、任务，但这是不可能的事情。一个知识点的题、任务可能会准备出成千上万，甚至是上亿个，不可能让学生全都做一遍。因此，最关键的是能否找到内核题、任务。所谓内核题、任务，是指能够完全覆盖各种变化情况的题、任务的最小集。多一个就重复了，少一个就缺项。内核题、任务，以及相应的解决方法体系就是学习目标标准。基于内核标准，为每个学生建立学习结果大数据，采集每个问题对错情况，建立知识体系掌握情况大数据。
对于过程大数据，无论是教学、学习，还是管理，都需要明确可能的实现路径集，作为采集过程大数据的依据。以知识学习为例，可能的路径有三种基本类型，听讲、读懂和探究。每种基本类型，又有多种具体实施路径，比如听讲，有概要性讲解，有翻来覆去详细讲解等。应按照不同学习路径，建立学习方式大数据库，并为每一个学生采集学习方式大数据。
在学习新知识时，有了学生学习结果和方式大数据，就可以根据学生已往的学习情况，建议在新的知识学习时定位在什么样的层次上，采取什么样的学习方式完成学习活动等。关于学习层次，可以划分为三个层次。应用所学习的新知，能够直接解决的问题、任务为第一个层次。需要利用已有知识与新知识结合完成，但规律性强，只要找到规律就很能够解决的问题、任务为第二层次。疑难杂症，规律性不强，需要动态研究决策的问题、任务为第三层次。
