教育信息化領域湧現的十大新技術應用
國際教育信息化發展研究項目組
近年來，新興技術不斷湧現，並逐漸被運用到教育領域，這些新興技術將給教育帶來持續和深遠的影響。創新是當前教育信息化發展的焦點，新興技術是助推創新的重要引擎之一，其對於課堂的影響已初見端倪，正在深刻影響並改變新一代學生的學習方式，逐步開始扭轉以教師為中心的低效教學形式，並成為有望打破課堂單一教學形態的利器。新興技術在教育中的應用更易被新一代學生所接受，能夠激發學生的學習興趣、提高教師教學效果、豐富課堂的教學環境、促進師生良好的認知體驗和情感體驗，從而有力地促進教育的革新和發展。通過對全球教育信息化創新實踐活動的分析，「國際教育信息化發展研究」項目組總結提煉出在教育信息化領域湧現的十大新技術應用，內容如下。
智慧機器人將成為未來學習夥伴
智慧機器人具有革新的技術，高水平的數位化和智能化程度，其在學習中可同時具備益智學習工具、情境建設者、學習夥伴三個不同角色。智慧機器人作為益智學習工具逐漸成為「做中學」學習模式的主題和項目，並在世界各國都有極大發展。
日本是機器人教育大國，其近期開發的一款以機器人和投影設備為主的R-learning系統，主要用於協作兒童在故事場景中的設計和渲染，學生通過在繪製的故事場景中操控機器人來完成預設角色的行為，從而培養他們的合作力、想像力及創造力。
3D列印將顛覆學生實踐範式
3D列印是一種利用三維數字形式對空間構造的物理或虛擬實體對象進行快速成型的技術。3D列印對於教學和學習的重要價值體現在能夠將特定物理及虛擬事物更加真實地加以呈現，使學生獲得深刻的感知體驗。3D印表機可以將抽象的空間構思轉變為真實的、立體的彩色模型，某些難以理解的空間概念和構造因被引入到「現實」世界中而變得更加具體、直觀。3D列印技術為學習者開闢了嶄新的學習空間，學習者通過設計、製作、展示等多種角色進入到該學習空間中，親歷學習過程的趣味性和生動性。同時，通過親身體驗、親自參與，學生的思維能力、設計能力和動手能力都得到了全面協調的發展和提高。
目前，一些國家和組織已經開始探索3D列印在教育領域中的應用。英國教育部開展了一項為期一年的試驗項目（2012年10月至2013年9月），該項目以21個學校為試驗點，將3D列印技術系統地應用於數學、物理、計算機科學、工程和設計等課程中，探索3D 列印的教學應用，推動教學創新。有些教師在歷史課堂上使用3D 列印的歷史古蹟和文物模型，模擬還原部分歷史事件、人物或場景，使學生在課堂上就能像在博物館裡一樣，「觸摸」到真實的歷史。
創客運動夯實技術課程「做中學」教學模式
開源硬體與創客運動是近年來風行全球的一個科技文化現象，被認為是製造業創新及第三次工業革命的重要推手，前面提及的3D列印技術的發展及迅速普及就是其直接產物。教育應用是許多創客空間、創客團隊和開源硬體開發者所關注的焦點之一。
開源硬體顯著降低了高級硬體產品的開發成本和複雜程度，使沒有或有極少技術背景的普通師生也能輕鬆從事作品原型創作或產品開發，為所有學生發揮想像力、進行各種水平的創新活動提供前所未有的前景。以Arduino為代表的開源硬體已在學校的科學創新活動中佔有一席之地。樹莓派（Raspberry Pi）是繼Arduino後在教育領域獲得成功的另一種開源硬體，越來越多的學校將其用於教學，實施課堂「做中學」教學模式。
從2012年起，樹莓派基金會協同英國劍橋大學和英國計算機協會（BCS）等機構，通過開展各種活動和研討會等形式，為中小學培訓了數千名熟悉樹莓派的各學科骨幹教師，為樹莓派深度支持教學活動奠定了堅實基礎。2013年12月，IBM非洲研究院實施的「推動改善非洲教育質量項目」，將樹莓派、傳感器和編程實踐（使用Python和Scratch）整合到現有中學地理教材中，學生在教學過程中邊做邊學，以此評估技術的有效性。研究結果表明，這些新技術的使用充分激發了學生的學習興趣，培養了學生的創造性思維等。
為推動創客運動及開源硬體與教學深度融合，很多具有國際影響的公司不遺餘力地在大學甚至中學免費提供開源硬體，鼓勵學生開展創新活動。比如Intel公司於2013年推出了Galileo開發板，並在全球遴選1000所學校免費提供。
體感技術將帶給「數字土著」學習新體驗
體感技術與自然語言交互是繼鍵盤+滑鼠、多點觸控之後獲得廣泛應用的第三大類操作方式，體感技術使人們無需藉助複雜的控制設備，直接使用肢體動作與數字設備和環境進行互動，並根據人的動作來完成各種指令，就像為計算機配備了一雙精準有效的「眼睛」。體感技術不但是一種創新的操控方式，還擁有強大的數據監測和數據分析功能。可以預期，未來的體感交互將體現為可穿戴設備的形式，成為「數字土著」一代身上的必備學習品，為用戶帶來更刺激、更具現場感的愉悅學習體驗。
微軟公司開發的Kinect是一種典型的體感技術，在Xbox系列遊戲機上作為首選控制工具，被認為是當前用戶體驗最佳的交互工具。在教育領域中，Kinect體感技術可以通過特定的軟體連接至投影儀，從而可以將計算機上的任何操作界面信息投影至屏幕上，以達到支持手勢及觸控等操作。德國的一所大學使用這種設備，將網站直接投影至牆面上，學生可以像在iPad上一樣使用手勢進行操作、瀏覽。隨著人們對體感技術優勢日益深入的了解，其在教育領域一些特定方面的應用（如體育鍛鍊、幼兒教育和特殊教育等）可能成為一種趨勢。
教育遊戲「登堂入室」開始進入課堂教學
教育遊戲是一種含有教育目標的遊戲，它通過遊戲的方式為學生營造特定的情境，通過引導、訓練、模擬等形式來強化學習效果。教育遊戲通過創設融入教育目標的故事情境，引導學生在遊戲中以探究和合作的方式完成遊戲任務，不僅能幫助學生建構特定學科知識，還能拓寬學生的知識面、鍛鍊學生的獨立思考能力、發展學生的合作能力、提高學生的社會責任感。
在美國科學家聯盟推行的「學科學計劃」服務中，有一款輔助學習生物學的「免疫攻擊」3D立體遊戲。「免疫攻擊」將娛樂性與教育性較好地結合起來：一方面利用信息技術使抽象的概念形象化，幫助學生的學習和理解；另一方面，遊戲中的競爭與趣味性減少了學習生物學過程中的枯燥性，提高了學生學習的積極性與主動性。該遊戲在實踐中獲得了良好的效果，現已為全美14所高中所採用，大約1000名教師使用此遊戲進行教學活動。
教育遊戲除在課堂教學中得到實際應用外，也將成為職業教育、企業培訓的重要手段和方式，眾多高等院校、專業機構和大型企業都致力於教育遊戲的研究與設計。
虛擬世界中正在隱現「真實課堂」
SecondLife（中文譯作「第二人生」）是由林登實驗室（Linden Lab）建立的網際網路上的三維虛擬世界，測試版於2003年5月發布。其最大特點就是為用戶提供一個平臺和工具，讓人們在這裡盡情發揮自己的創造力。用戶通過註冊成為Second Life的居民，居民可以定製自己的虛擬化身(性別、相貌、身高、膚色等)，虛擬化身可以像在現實世界中一樣進行漫遊、交流、購物、學習等活動。根據Linden Lab公布的歷史成就統計，截至2013年，Second Life已經擁有3600萬註冊用戶，累計在線時間相當於21.7266萬年。平均每月有超過40萬新用戶加入，而月均活躍用戶數量則有100萬。
目前，商業、新聞、影視、醫藥衛生、航天、軍事、建築設計、旅遊、娛樂和教育等行業都紛紛加入到這一虛擬世界的浪潮中。例如，在語言教學中，利用Second Life為學習者創建社會交往與情境相關的、高度仿真的虛擬生活空間，使學習者在進行語言交流時能感受到極強的臨場感。以Second Life設計思想為原型開發的教育專用工具，如Virtual Campus等，則提供了模擬校園中各種學習場所和活動空間的工具。
移動衛星車助力經濟欠發達地區信息化課堂
由於經濟落後、地理位置偏遠等原因，依託教學點開展教學廣泛存在於世界各地，特別是在非洲、南美和亞洲的部分經濟欠發達國家或地區。教學點（也稱為「不完全小學」）是一種為學生提供小學教育的場所。由於師資力量十分匱乏，教學點通常只招收部分年級的學生，也難以開齊所在國家的規定課程。教學點的教師通常一個人負責一個年級或整所學校所有學科的教學。
為應對這一挑戰，世界各國均嘗試使用信息技術來提升教學質量。在一些經濟欠發達國家和地區的教學點，除教學光碟播放、衛星接收和網絡傳輸這三種常見的資源共享方式外，利用「移動衛星車」構建信息化課堂成為提供優質學習資源和學習支持平臺的一種新方式，從而形成了新的課堂形態。巴基斯坦是兒童失學率和成人文盲率最高的國家之一，國內教育發展水平較低，偏遠地區教育十分落後。2012年7月，受英國國際發展部資助，巴基斯坦教育部發起了「移動衛星車」項目。該項目旨在共享優質教育資源，提升經濟欠發達地區教學點的教學質量。
雲計算環境延展了課堂教學邊界
雲計算（CloudComputing）是一種基於網際網路的專門計算資源中心和服務模式，用戶可按自己所需獲得所必要的計算服務，並可根據業務的發展持續擴展這種服務。雲計算獨有的在線協作、文件存儲、虛擬化、靈活訪問和低廉的使用維護成本等特點尤其適合教育應用。越來越多的學校和教育機構在尋求諸如智慧校園和其他教育信息化解決方案時，都將基於雲計算的基礎架構視為首選。隨著教育信息化基礎設施的不斷完善，雲計算技術在教育領域中的重要性將日益凸顯。
利用雲計算改造現有信息化架構已成常態，許多學校都利用基本雲計算和服務將原有的電子郵件基礎設施遷移成基於Gmail和Google Doc的教學管理和辦公平臺。澳大利亞維多利亞州政府教育部與微軟籤署了一項長期合作協議（2013~2018年），利用Office 365建立一個覆蓋全州所有教育機構的雲學習共享和協作平臺，將學習的「課堂」延展至學生生活的幾乎每個角落。
社會性虛擬社區支撐大規模合作學習
近年來，隨著Facebook、Twitter、MySpace、Flickr和YouTube等社會性網絡工具的廣泛應用，BBS等傳統在線社區已經逐步被大型社會性虛擬社區所取代。
美國的一個官方調研發現，56%的年輕人利用社會網絡站點、MySpace、Workspace及Facebook等社會性虛擬社區開展創作活動。這些大型社會性虛擬社區將世界各地的人群通過網絡組織到一起，因此，非常有益於開展大規模的跨國、跨地區的合作交流。大型社會性虛擬社區不僅實現了用戶從接受信息向創造信息的轉變，而且其良好的交互性及豐富的參與性，促進了社會性虛擬社區成員之間的溝通、交流。例如，新媒體聯盟將來自世界多個國家的專家聚集在Wiki space平臺上，通過成立專家委員會開展地平線項目研究。同樣，這些大型社會性虛擬社區也為世界各地的學生開展合作學習創設了良好的平臺。Google+是 Google 公司推出的社交網站與身份服務，社交圈是Google+ 最重要的一個功能，社交圈的另一功能為調整信息流的各個社交圈信息的多少。
學習分析技術支持規模化教學形式變革
「學習分析」這一術語最早來源於商業領域，通過對商業活動進行一系列數據分析，商家可以對消費者的消費趨勢和消費行為進行預測。隨著網際網路的發展，大數據的出現，學習分析逐漸被運用於大規模的教育教學領域探索大數據的科學分析，以改善教師的教學方法、提升學生的學習積極性及學習質量等，進而幫助學校和教師有效調整課程、教學和評價系統。
學習分析技術在《2011年地平線報告》中被列為未來5年的主流技術，在《2012年地平線報告》和《2013年地平線報告》中均被列為了未來2~3年的技術，並在實踐中進行大規模推廣應用。學習分析技術進入教育教學領域，可以對有關學生的大量數據進行分析，例如學生的作業完成情況、考試結果、在線互動情況、與教師及其他學生在線討論的情況等，從而讓教師了解每個學生的學習需求及能力水平，以提供個性化的教學和學習方案。學習分析需要藉助於相應的學習分析工具，例如Gephi、Socrato、SNAPP（Social Networks AdaptingPedagogical Practice）等。近年來，教學領域中關於學習分析技術的應用，主要聚焦於一門課程或者項目學習中學生所面臨的困難，針對學生活動的數據進行分析，進而調整教學和學習方法或項目設計方案等，以解決學生短期內面臨的困難和問題。