环球周刊,学好大数据需要掌握哪些技术

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环球周刊追踪国际教育服务留学需要 主编:杨桂青编辑:张东设计:白弋校对:张静电话:010-82296601邮箱:dongedu@ 国际观察 利用信息技术支持学习变革,紧急调整“千兆学校”计划,为中小学生构建安全稳定的学习环境 疫情加速日本教育信息化 田辉 2020年9月18日星期五05 国际广角 人工智能时代,大学应重新思考如何组织知识,以及如何把知识传授给学生。
为了保障终身学习的实现,大学需要建立全球化的大学联合网络体系 高校如何跟上人工智能时代 胡伟 教育信息化是日本新世纪基础教育改革的基本方向。
日本政府在“未来投资战略2018”中提出,以教育信息化促进教育改革,培养应对人工智能时代社会经济发展的可用人才是日本教育改革的当务之急。
新冠疫情期间,日本采取紧急措施加速推进教育信息化发展计划,以构建和完善教育信息技术环境设施为基础,以有效利用信息技术支持学习变革为突破口,紧急调整“千兆学校”计划,为中小学生提供平板电脑接收终端,将原计划2023年底实现的全国中小学生人手一台电脑终端计划提前到2020年度完成,并构建安全稳定的学习环境,加速推进面向2030的教育信息化发展进程。
日本学校课堂 视觉中国供图 将教育信息化纳入日本国家发展战略 日本《推进学校教育信息化相关法》规定的教育信息化是指基础教育阶段各类学校有效利用信息技术开展各学科教学指导、开设信息教育类选修课程、培养学生信息应用能力的教育活动,同时也包括利用信息技术处理校务的管理举措。
日本文部科学省于2019年制定了利用尖端技术支持学习推进方略,规划了以信息技术和大数据驱动教育创新与学习变革的基本路径。
2019年6月,为落实应对“社会5.0”时代的社会经济发展战略,日本文部科学省出台了“利用尖端技术支持新时代学习推进方略”,旨在构建学校信息技术基础环境,破解利用尖端技术和教育大数据支持学习变革的时代命题,确立新时代日本基础教育的发展方向,制定面向2030的日本教育信息化推进计划。
与此同时,日本出台了《推进学校教育信息化相关法》,以立法的形式确立学校教育信息化的基本理念,明确国家、地方和学校的教育信息化责任分担。
国家负责制定学校教育信息化发展计划并以法律、财政以及其他相关举措全面推进学校教育信息化;地方政府负责制定并实施符合本地区实际情况的教育信息化推进计划;各级教育委员会负责在其举办的学校实施和推进教育信息化。
在“人工智能战略2019”中,日本提出要根据国家统一部署全面推进“人工智能战略”,为迎接“人工智能时代”做好全面准备,制定“以人为中心的人工智能社会规则”,提高全民人工智能基本能力素养,迎接人工智能带来的世界大变革的终极挑战,以教育信息化推进教育现代化,以信息技术和尖端技术支持智能时代的教育改革。
坚持“以人为中心”的教育信息化原则 日本政府在全面推进“人工智能战略2019”之际,首先制定了“以人为中心”的人工智能和教育信息化发展社会基本原则,确立了以人工智能为前提的社会发展不应该拉大与人之间的差距,也不应人为地制造弱者基本理念。
日本《推进学校教育信息化相关法》强调,推进学校教育信息化的基本原则是发挥信息通信技术的特点,通过学校教师的适切指导,为每一个学生提供适合能力发展的教育,促进学生的主动学习,在各学科教学活动中重点使用信息技术和通讯手段,系统提高信息技术应用能力,根据学生身心发展阶段性特点,培养学生在掌握基础知识和基本技能的同时,掌握利用信息技术解决问题所应具备的思考力、判断力、表现力以及主动学习的积极态度。
推进学校教育信息化必须有效利 用数字化教科书以及其他教材开展学习,必须有效利用多样化信息通信技术开展学习,必须利用数字化教材以外的其他教材开展学习,以及适当开展融入体验式学习的多样化学习活动。
推进学校教育信息化要实现所有学生和儿童不受家庭经济状况和居住条件的影响、不受身体残疾情况的影响、平等享有学校教育信息化的便捷,以信息技术促进教育机会均等和教育质量公平。
推进学校教育信息化要充分利用信息技术提高学校事务性工作处理效率,减轻学校教师和职工的工作负担,加强和充实对学生的教育。
推进学校教育信息化要正确使用和处理学生个人信息以及确保信息和网络安全。
同时,推进学校教育信息化,要避免信息和通信技术给学生带来身心健康隐患以及对学生生活带来不良影响。
日本政府在“实现千兆学校构想线路图”中指出,生活在智能时代的青少年,需要具有信息技术环境设施基础、有效利用尖端技术的学校教育。
日本中小学校现有信息技术环境装备尚不能满足发展需求,区域间差距明显。
日本计划在2020年完善校园网络建设,实现全国所有小学、初中、高中学校接通高速大容量通信网络。
新冠疫情发生后,日本文部科学省为提高有效学习,加速推进教育信息化基础设施建设,将原计划2023年底实现的全国中小学生人手一台电脑终端计划提前到2020年度完成,有效利用信息技术支持学生线上线下混合式学习。
为此,日本文部科学省紧急调整“千兆学校计划”专项预算,新增2763亿日元为每台终端提供4.5万日元补贴,为贫困家庭学生提供信息通信费用补助,确保每一名学生拥有包括居家学习在内的稳定学习环境。
明确教育信息化的实施路径 日本文部科学省在“利用尖端技术支持新时代学习推进方略”中充分探讨并深刻意识到学校教育有效利用信息技术、教育大数据以及基础设施建设的重要意义。
文部科学省认为,“5.0社会”的基本形态将是利用技术发达、无处不在的各种监测设备感知人们的活动轨迹并形成大数据,通过人工智能进行解析,将结果直接发送到互联网上用来驱动各种设备、各种终端和机器人,数据信息通过连接所有事物的超联网实现各个领域的自动化。
消除学习的时间和空间制约。
有效利用信息技术和尖端技术进行教学和学习支持可实现现代学习变革。
利用尖端技术支持的现代学习可实现时间和空间上更多的自由。
消除由于时间限制和空间距离带来的学习限制,在各种场合都可以选择最适合、最优质的学习内容和课程。
通过信息技术和大数据的应用,实现融合日本境内外大学、研究机构、企事业单位等多 样性人才和多元化社会资源,将平时无法接触到的尖端学术成果和知识作为课程内容和教材有效应用;通过远程技术,实现与多元化群体的相互学习,增加学生接触不同群体培养社会意识的机会;通过翻译系统与境外学生实现跨语言、跨文化交流,为边远山区、偏僻地区、小规模学校提供有效学习支持。
实现个性化、自适应学习支持。
利用人工智能提出基于学生个性化学习需求的问题与对应性训练,利用人工智能和尖端技术开发训练教材,实现重点知识和技能的反复训练和有效习得;通过对学生发言情况和内容的即时收集、整理和分析,可视化分享学生的不同观点,实现深度学习;利用监测和信息统计分析技术,实现学生个人学习情况的客观、持续和精准把握,及早发现并及时解决学生学习过程中遇到的各种问题。
整合教师经验和科学依据,实现精准指导。
利用人工智能和大数据技术实现前所未有的学习细节观察和大规模学习记录,使学习过程可视化;教师的指导和学生的学习经历、活动等各种大数据的自动、连续收集并有效分析,使教师的实践智慧、潜在知识可视化、程式化,并由此产生和生成全新的认知;通过大数据的收集和分析,可以作为回答“学生如何学习”的经验性判断的科学举证依据,实现学校管理的精细化和学习指导的高效率,将尖端技术和教育大数据应用于地方教育行政管理。
提高事务性工作效率、实现便捷化校务管理。
通过技术手段的有效利用,自动并持续收集整理数据,实现信息实时处理,大幅度提高学校管理水平和工作效率,减轻教师的事务性工作负担,腾出更多时间面对学生,实现教师工作方式的转变。
制定推进教育信息化建设措施 利用尖端技术和教育大数据推进超智能时代学习变革的先决条件是现代教学环境的整备和基础设施建设。
采取有效措施,从信息技术设施设备和环境建设入手,调配网络与通信资源,开放云端服务,多重渠道筹措和划拨专项经费等多措并举,是日本文部科学省全力推进教育信息化的主要政策措施。
构建世界一流信息技术教学环境推进标准化改革。
日本文部科学省要求各地教育委员会及早制定教育信息化推进方案,根据“2018年度以后学校信息技术环境建设方针”要求,充分认识信息技术环境创设的必要性。
为实现学校信息技术环境装备与采购更加便捷,日本文部科学省和总务省联合推出学生终端标准型号、校园网络标准规格配置案例,供各都道府县和相关办学机构参照配备,采取标准规格统一采购的形式快速配备信息技术环境设施装备。
促进教育云和公共云服务的有效 对接。
日本文部科学省2017年10月下发了制定教育信息安全政策指南,强化面向学校的信息安全保障措施,构建安心安全的信息网络环境。
网络通信的速度受到学校原有服务器端口和运行速度的制约,可通过提供云端服务降低学校利用成本,同时以隐私保护政策提高云服务信任度,实现数据的远程访问。
由地方教育委员会统一管理,每个学校配备一台服务器,支持学校利用公共云端服务。
发布以利用公共云为前提的网络安全指导手册。
文部科学省2017年制定的《关于教育信息安全政策的指导手册》,为各级教育委员会和学校提供作为制定和完善信息安全政策的参考。
为创造更加便捷的云服务应用环境,此次文部科学省对指导手册重新定位,增加了云计算默认原则,以及云计算服务商注意事项等相关内容,为云计算的充分利用创造便捷环境。
推进学校信息技术环境装备五年计划。
为配合新修订的《小学校学习指导要领》,2020年4月开始在全国正式实施该计划。
新学习指导要领将信息应用能力定位于与语言能力、发现问题能力、解决问题能力同等重要的“学习的基本资质和能力”,规定“各学校要完善利用计算机、信息通信和网络等信息技术手段的必要环境设施,强化利用信息技术开展充实的学习活动”,小学开设编程教育的必修课程,有效促进信息技术在学习活动中的积极利用。
配合新学习指导要领的全年实施,日本文部科学省制定了“面向教育系统信息化的环境设置装备五年计划(2018—2022)”,并规定此项的必要经费从2018年至2022年,每年地方财政专项预算为1805亿日元。
促进信息技术环境资源的“高大衔接”。
未来的信息技术学习环境,不仅需要学习者电脑终端,高速宽带网络环境也必不可少。
利用先进网络技术,将简单功能的终端电脑接入强大稳定的高速、大容量的云计算服务已成为主流。
日本文部科学省要求加强学校网络环境建设,实现中小学校园网与超高速、大容量信息网络的“高大衔接”,日本将此举作为构建世界一流学校信息技术环境的“点火剂”。
同时允许中小学校通过校园网与大学和科研机构建立密切联系,实现中小学校与大学教育活动的“高大衔接”。
中小学师生可远程接收大学教授的讲座和授课,查阅研究文献,与国外学生远程交流促进国际理解教育。
健全管理机制培养专业人才提高信息技术应用能力。
加强各级教育行政管理部门对于利用尖端技术和大数据推进学习变革重要意义的认识,提高中小学教师信息技术相关知识水平以及有效利用信息技术开展教学和学习指导的能力,以一线教师为对象编制并下发了《教育信息化教师指导手册》,讲解和展示了学校教学活动中有效利用信息技术的具体方法和实践案例。
(作者单位:中国教科院国际与比较教育研究所) 美国东北大学校长约瑟夫·奥恩(JosephE.Aoun)在其《教育的未来:人工智能时代的教育变革》一书中详细阐述了美国高等教育该如何面对人工智能时代的到来。
从其作用来看,人工智能的应用提高了工作效率,为人类发展带来了契机。
比如“合作机器人”在工厂里与人类一起工作,提高了制造业的生产效率。
然而,人工智能在为人类带来机遇的同时,也带来了一系列问题与挑战。
高等教育需要新模式、新定位 “人工智能+”的本质是人工智能与传统行业相结合,主要表现为人工智能在各个领域的应用。
人工智能的大范围应用导致了失业、劳动力结构失衡等问题。
牛津大学的一项研究表明,未来20年有一半的美国工作会有被机器取代的风险。
为了应对来自机器的挑战,人类需要提高技能,这需要借助教育的力量来实现。
为了掌握人工智能技术及面对其带来的经济和社会挑战,高等教育必须继续跟上变化的步伐。
高等教育的目的是为了培养社会发展所需要的人才。
传统的高等教育已经不能适应人工智能时代对人才的需求。
正如奥恩的观点,“21世纪的大学不应培训学生从事那些在科技浪潮中即将消失的职业,而应把学生从过时的职业模式中解放出来。
”因此,在“人工智能+”背景下,高等教育需要新的模式、新的定位。
培养学生“三大素养”与“四种思维技能” 奥恩认为,“面对人工智能的挑战,为了让毕业生具备防御机器人的能力,高等教育应该重新设置课程体系。
通过防御机器人的教育模式培养创造者。
” 为此,奥恩提出了一个新的学科框架——人类学,以此来培养学生的创造性和灵活性,以使人类可以更好地与他人以及机器共存。
奥恩所提出的“人类学”具有双重特性。

一,是内容方面,即新的读写能力。
从过去的读、写、算能力,到现在再加上数据素养、科技素养和人文素养。

二,是认知能力,即更高层次的思维技能,包括系统性思维、创业精神、文化敏捷性、批判性思维。
新的读写能力包括三大素养。
数据素养,即分析理解和利用数据的能力。
大数据时代,积累庞大数据用处甚微,整理出可用信息并进而对其理解才是关键。
科技素养,即有关数学、编程和基本的工程学原理的知识。
如果人们想了解机器的结构和用途,就需要具有科技素养。
人文素养是三大新读写能力中最重要的。
人文素养为人们提供了社会环境,给了人们与他人沟通和合作、挖掘人性优雅与美丽的能力。
它包括建立在传统博雅教育之上的人文元素,也包括艺术元素。
人文素养帮助人类解决人工智能应用过程中所产生的伦理问题,以及在机器设计过程中该赋予其何种价值观的问题等。
认知能力包括四种思维技能。
系统性思维,将系统当作一个整体加以思考。
系统性思维注重细节和全局,锻炼人们的精神力量,在衡量复杂性的同时,检验人们对多重想法的把握。
奥恩倡导应在大学课程中列出系统性思维课程。
创业精神,人工智能不会让工作岗位消失,而是产生了新的工作岗位,其间的差异来自创业精神。
文化敏捷性,指个人在跨文化情境中从容应对的能力。
批判性思维,对想法进行巧妙的分析,然后有效运用。
批判性思维包括许多层次和纹理。
有些是可量化的思维方式,如理解并应用其来解决问题,有些则不成熟,甚至仅凭直觉。
相对于机器而言,人类可以利用批判性思维从数据分析和情境分析两方面进行评估。
注重体验式学习 奥恩认为,人工智能时代,高等教育应注重体验式学习。
与机器不同,人类学习的经历是由其生活情境 所塑造的,这种方式有助于提高其创造性和思维灵活性,从而使个人具备更强的防御机器人的能力。
体验式学习与美国教育家约翰·杜威(JohnDewey)提出的“做中学”有异曲同工之处,皆认为学习是建立在体验与知识基础之上的。
体验式学习的目标是去除课堂与现实之间的界限,创造一个持续的、多维的学习生态系统。
这让学习者可以有机会在陌生的情境中即兴发挥,进行发明和独立思考等活动。
体验式学习的模式包括学生参与实习、合作项目、勤工俭学、全球体验和原创研究等。
体验式学习的意义在于可以帮助学生练习远转移。
人类所掌握的远转移能力是人类相对于智能机器的竞争优势。
练习远转移不仅可以拓展思维,还可以拓宽心态。
斯坦福大学心理学家卡罗尔·德维克(CarolDweck)将心态分为固定型心态和成长型心态。
其中,固定型心态只看到障碍,认为人的品质能力是固定不变的。
而成长型心态则认为个人品质是可变的。
成长型心态坚信通过个人努力和勤奋可以改变自己的能力,情境和个人学习状态的好坏并不是固定的,而是我们如何看待它们。
成长型心态对于培养批判性思维和系统性思维的认知能力至关重要。
想要锻炼成长型心态并培养创造力,学生必须有使用这种心态的体验,必须在做中学。
体验式学习可以通过合作学习的形式进行。
对于大学生来说,合作学习是最直接的体验式学习形式之
一。
合作项目是一种具有一定目标深度的、持续的学习体验。
相关数据表明,合作项目可以帮助学生拓宽高阶技能的范围,使他们具备防御机器人的能力。
奥恩在书中重点介绍了美国东北大学的合作项目。
体验式学习也可以通过开设体验式人文学科的形式进行。
体验式人文学科模式是指将传统人文学科与熟练的科技技能进行整合,把艺术、人文和真实生活体验结合起来。
它为学生提供学习数字化人文学科和计算机社会科学的工具,教他们将数据素养和科技素养应用于人文素养,促使学生探索机器的社会维度,包括科技变革的伦理意义。
提供量身定制的终身学习 奥恩认为,人工智能时代,高等教育应该为学生提供个性化量身定制的服务,甚至需要为个人的整个职业生涯服务。
为此,大学必须把终身学习作为重中之重。
随着人工智能的飞跃发展,很多现有工作将被智能机器所取代。
与此同时,也会出现新的工作,这需要人们获得更高级的知识和技能。
因此,想要在人工智能的经济体系中保持同步,终身学习对各行各业人士来说都是必需的。
为了适应人工智能经济体系下的学习者的需求,大学可以从设计和传授两个维度来建立终身学习与量身定制的关系。
过去,大学的课程设计在很大程度上是由大学本身决定的。
未来的终身学习模式中,大学将与雇主和学习者共同设计课程,以此使大学的教育内容紧密贴合目前的实际情况。
除了设计课程需要量身定制外,高等教育的授课方法也要量身定制。
个性化授课意味着按照学生的强项、弱项、志向和安排来设计学习体验。
人工智能时代,人们对技能的需求也在逐渐增长,大学应重新思考如何组织知识,以及如何把知识传授给学生。
为了保障终身学习的实现,大学需要扩大教师队伍,建立全球化的多所大学联合网络体系。
人工智能时代,人类不仅需要具备与人交流的能力,还需要具备与机器沟通的能力。
这并非要求高等教育将人类培养得越来越像机器,或者说将机器制作得越来越像人,而是说二者应处于一种互助关系。
(作者单位:南京师范大学教育科学学院,本文系2020年度江苏省高校哲学社会科学研究重大项目“人工智能时代中小学教师核心素养与江苏强师政策构建研究”【2020SJZDA109】成果)

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