教育信息化是指現代信息技術在教育領域的全面深入應用，推動教育改革和發展。目前，教育信息化有兩種完全不同的實施方式。首先是根據原有教育系統的需求應用技術。這是對原有教育體系的信息化，是給教育教學附加技術。這種做法更多的是為了提高教育教學效率，在提高效率的基礎上，壹定程度上可以解決壹些質量問題。比如在管理方面，通過信息技術的應用，可以將各種信息匯集在壹起，並根據工作需要檢索所需信息，特別是通過移動終端，可以隨時隨地檢索所需信息，無需攜帶任何紙質材料，大大提高了管理的效率。在教學中，及時向師生提供相關的學習，大大提高了教與學的效率。這種做法，除了提高效率之外，從方便信息和資源獲取的角度，也是信息和資源獲取方式的壹種改變。這種改變，在管理中的作用更明顯，但在教與學中，雖然有壹定的作用，但不足以產生顛覆性的作用。因為教與學不好的主要原因是教師教與學生學的思維、方法等方面的問題，有的甚至是教學目標定位的問題。在這種情況下，無論如何通過信息技術解決質量問題，都需要開發新的教與學的思路、方式和方法，甚至重新定位學習目標。但在常規條件下，對於大多數問題，很難找到新的思路和方法。沒有新的手段和條件，幾乎不可能找到可操作的新思路和新方法。
教育信息化的另壹種方式是在信息技術條件下，充分利用互聯網+、大數據、人工智能、虛擬仿真等技術，針對教育教學的瓶頸問題，探索新的教育思路和方法，然後根據新的思路和方法的需要，應用信息技術構建有效的支撐環境，實施新的教育體系。只有這樣，才能從根本上解決教育教學的核心瓶頸問題，實現真正的教育信息化，實現智能教育。
關於智慧教育的概念，眾說紛紜。朱誌廷教授指出:智慧教育是利用智能技術(smart technology)構建智能環境，讓師生展示智慧的教與學的方法，讓不可能變成偉大，從而培養價值取向好、思維品質高、實踐能力強的人才。黃榮懷教授指出，智慧教育是教育信息化的高端形態，是由學校、區域或國家提供的高學習體驗、高內容適應性、高教學效率的教育行為(系統)。它可以利用現代科學技術為學生、教師和家長提供壹系列差異化支持和按需服務，並可以全面收集和利用參與者的狀態數據和教育教學過程的數據，以促進公平，不斷提高績效，培育教育卓越。從以上對智慧教育的兩個定義可以看出，信息技術為智慧教育的實現提供了強有力的保障，為學生個性化學習和創新能力的培養提供了有效的途徑。本文認為，智慧教育是指在互聯網+、大數據、人工智能、虛擬仿真等信息技術的支持下，學生能夠主動學習，根據自己的需求學習，以適合自己的方式學習，找到適合自己的學習環境，找到最合適的學習夥伴，得到最合適的老師幫助學習，逐步形成系統的思維能力和創新的思維能力。從智慧教育的角度來看，可以對教育教學全過程進行實時監控和調控，最大限度地合理均衡配置教師、設施設備、場地等教育資源；可以將優秀教師的教學智慧和典型學生的學習經驗實時提供給每壹位學生和老師，改變優質教育智慧的供給形式。因此，智慧教育的核心特征是學生智慧成長、教師智慧教學、學生智慧學習、管理者智慧管理、教師智慧成長、家校智慧溝通。
智慧教育的實現需要改變傳統教育模式，構建智慧教育模式。智慧教育包括智慧學習、智慧教學、智慧管理、智慧研究等。實現智慧教育的基礎是智慧教育模式，包括智慧教學、智慧學習、智慧管理和智慧研究等，如圖1所示。該模式以培養學生的綜合解題能力、學科素養和多元智能為框架，利用技術構建有效的學習環境，更好地完成教學活動，使學生的智慧得到跨越式發展。智慧學習是指在智慧學習系統的支持下，學生能夠動態掌握自己的學業水平和學習能力，在不同課程內容的學習中定位合適的學習層次，選擇合適的學習方法，獲得最適合的學習環境和條件，尋找最佳的夥伴，獲得最有效的教師指導和幫助，在有限的時間內完成學習活動。進而幫助學生樹立正確的人生觀、價值觀，完善人生品格，構建完整的學科知識和能力體系，形成系統的思維能力，特別是創新思維能力和辨別善惡的能力，使多元智慧得到了跨越式發展。智慧教學是指教師能夠動態監控每個學生的學習情況，通過“互聯網+”、大數據、虛擬仿真、人工智能等技術，引導、組織和引導學生定位合適的學習層次，選擇合適的學習方法，尋找合適的學習環境，提供有效的學習指導，建立合適的學習小組，為每個學生提供個性化的學習網絡和控制系統，幫助學生隨時隨地進行個性化學習。
二、智慧教育的基本理念
根據原有教育系統的需要，信息技術的直接應用將在管理上產生明顯的效果。然而，要在教與學方面帶來革命性的變化是非常困難的。所以這樣的話，通過信息化實現智慧教育的可能性非常小。在教育教學中，只有走信息化的第二條道路，才能真正有壹種通過信息化實現智慧的教育。
在選擇了正確的教育信息化路徑之後，接下來的問題就是如何通過教育信息化實現智慧教育。具體來說，就是教育信息化從教育教學的哪些方面發揮作用，才能實現智慧教育。
回答這個問題，要從什麽樣的教育是智慧教育來確定智慧教育的瓶頸問題，並探索解決這些問題的新思路和新方法(新教育)；找出在實施新思想和新方法時遇到的障礙；在此基礎上，系統研究了如何通過信息化為實施新的教育理念和方法提供新的條件。
教育究竟通過什麽來實現智慧教育？目前大部分評價標準更多側重於環境、設備、師資等基礎保障條件，而非核心標誌。智慧教育的核心標誌應該是基於學生培養的結果和學習過程的優劣。其中，最重要的衡量標準應該是學生的學習過程。具體來說，從學生的角度來看，智慧教育是否真正實現了，是指學生認同並主動學習，能根據自己的需求學習，能根據自己的學習方法學習，能找到最合適的學習條件完成學習活動，能找到最合適的老師指導、組織和引導自己完成學習活動，能找到最合適的夥伴完成學習活動。
這種教育在正常情況下幾乎不可能實現。目前大部分學校，壹個老師面對至少40個學生，要讓每個學生以合適的方式，在合適的條件下，有合適的老師和夥伴來開展學習活動，基本上是不可能的。在現有的學校組織下，常見的困難包括:(1)學生的學習興趣沒有被激活到最高點，所以學習達不到最佳狀態；⑵教師設計了教學過程，全體學生按照統壹的流程開展學習活動。教師設計的教學過程的最佳情境是滿足盡可能多的學生的需求，無論如何都不可能滿足每壹個學生的個性化需求。所以課堂教學基本上是計劃性的，嚴重缺乏個性；(3)最好的老師只能為自己負責的班級的學生服務，而不能為其他班級的學生服務。因此，教學不能在高水平上平衡；(4)無論是教師提高教學，還是各級管理者提高管理，大多數都像中醫壹樣，更多地依靠經驗來判斷課堂教學和管理的整體情況。很難準確判斷每個學生學習過程的質量和每份工作的具體質量，無法進行準確的調控和管理；5.學生的系統思維能力和創新思維能力普遍欠缺。大多數教學更多的是幫助學生學習知識，形成技能，系統思維能力和創新思維能力的培養非常缺乏。
綜上所述，教育信息化要圍繞上述實現智慧教育的核心瓶頸問題，為構建能夠解決教育瓶頸問題的新型教育提供全方位支撐。教育信息化不是最終目的，而是方式和手段。最終目的是通過教育信息化構建全新的教育體系，解決實現智慧教育遇到的瓶頸問題，進而實現智慧教育。因此，教育信息化的根本目的是改造教育和學習。只有實現了轉型，才能實現真正的教育信息化，才能真正實現智能教育，如圖2所示。
第三，實現智慧教育的有效途徑
實現智能學習的有效途徑
為了構建智能學習的有效路徑，我們的主要任務是找出學生學習中普遍存在的本質問題，並找出解決這些問題的思路和方法。我們認為，當前學習中普遍存在的問題主要包括學生對所學知識的認可度較低、學習過程缺乏精準控制、備課缺乏個性化、普遍缺乏創新和系統的思維能力、難以獲得最好的老師和夥伴等。針對這些問題，本研究認為，應該在互聯網+、大數據、虛擬仿真、人工智能的支持下，探索新的教育體系，解決教與學的本質問題。在此基礎上，以點帶面，全面推進新的教育體系，如圖3所示。其中，學生培養目標數據庫是智慧教育的核心。學生學習大數據可以為教師提供學習結果的反饋，也是對學習過程進行規範和管理的壹種方式或手段。
1.明確智慧教育的核心，培養智慧人
智慧教育的核心是培養有智慧的人。在常規教學中，我們學習的新知識大多是老師直接傳授的。學生不知道為什麽要學習這些知識，不知道學習這些知識後能解決什麽問題，導致大部分學生對知識不認可，甚至迷茫。基於這種情況，本研究認為可以從以下兩個方面入手:壹方面可以借助信息技術為學生創設情境；另壹方面，要將知識還原，以任務或問題的形式傳遞給學生，引導學生在完成任務或問題的過程中構建基礎知識體系，在解題過程中形成解題方法體系和學科能力體系，最終培養學生的智慧，如圖4所示。
2.建立學習大數據，構建教育管控體系。
在學科訓練目標庫的基礎上，為每個學生建立學習大數據，包括每個知識點目標庫中的所有問題和任務是否都能解決或完成，對應的方法體系構建的完備性，每個任務或問題的學習方法和對應的方法體系等。根據學生對大數據的學習情況，建立對學生各個知識點的微觀控制，幫助學生及時調整學習水平和學習方法，讓學生找到適合自己的學習水平和方法；教師對全班學生的整體學習情況進行調控，根據全班學生的整體學習情況，及時為學生提供學習網絡和建議的學習方法，真正通過大數據和“互聯網+”實現教與學的精準調控和管理，如圖5所示。
3.建立智慧學習路網，改變資源供給格局。
學生在學習某壹知識時，不可能隨時隨地得到老師最合適的指導和幫助。壹般情況下，教師在課堂上要面對全班，只能選擇適合大多數學生學習活動的統壹教學模式，無論如何也不能因材施教。課後，學生無法得到老師個性化的指導和幫助，也很難找到最佳的學習夥伴進行交流。可見，在常規教學條件下，不可能解決高水平均衡問題。借助互聯網+、大數據、虛擬仿真、人工智能等技術，根據每個知識點的聽力、自主學習、探究等不同學習方式的需求，建立個性化的學習道路網絡，包括配套資源和工具、教師分層講解指導微課、學生共享微課等。，改變優質教師教學智慧和學生典型學習經驗的供給格局。積累學習路網中最好的老師、最好的夥伴的教學智慧和學習經驗，最大限度地隨時隨地為所有有需要的學生提供優質的師資資源和典型的學生學習經驗。只有這樣，才能實現“互聯網+”的思維方式，真正給教育帶來壹場深刻的革命，如圖6所示。
二、實現智慧學習的有效途徑
智慧教育主要表現為壹種教育境界，要滲透到教育教學中去。教師作為教育目的、意義和任務的直接體現者、載體和實踐者，是智慧教育實踐中最重要的角色。教師培訓是促進教師專業能力發展的有效途徑，在落實智慧教育理念中發揮著重要作用。《教育部關於深化中小學教師培訓模式改革全面提高培訓質量的指導意見》(教師[2013]6號)提出:“各地要積極推進教師網上培訓共同體建設，推進教師線上線下培訓、虛擬學習和教學實踐混合學習”。因此，本研究認為，智慧訓練的實現可以從以下幾個方面入手。
1.明確現代教師能力培養的方向。
智慧教育聚焦的核心問題主要包括學生對知識的不認同、課堂缺乏個性化、學習過程缺乏精準調控、難以獲得最好的老師和夥伴等。因此，教師能力培養的方向要有針對性。教師培訓的方向包括知識還原、環境準備、指導和測試評價。知識還原是針對學生對知識的認同度不高的現象，主要提高教師將知識還原成問題和任務的能力。環境準備是針對課堂上缺乏個性的，主要是指導教師如何構建個性化的學習環境，從而實現學生個性的發展；指導和引導是針對學生得不到最好的老師和夥伴的問題，主要培訓老師如何組織、引導和指導學生，使他們得到最好的幫助；檢測與評價是針對學習過程中缺乏精準調控的情況，主要培訓教師如何監控和評價學生的學習質量和行為狀態數據，如圖7所示。
2.構建線上線下混合培訓體系。
本研究中的混合式學習模式是指在信息技術的支持下，將在線培訓與傳統面授教學相結合，實現互補整合培訓的壹種模式，主要包括在線培訓、交流討論、教學觀摩和集體備課四個模塊。線上培訓主要是讓老師註冊賬號，在線觀看優秀教學案例，完成線上培訓，或者利用網絡上大量優質資源完成自主培訓；教學觀摩主要是教師到實踐中去觀察，從教學中學習教學經驗和技能；交流討論就是老師們組織在壹起，針對* * *性問題開展針對性的研究活動；集體備課是以教研組為單位，組織教師集體學習課程標準和教材，分析學習情況，反饋教學實踐。
3.建立智慧培訓體系
智能教師培訓系統包括網絡基礎設施、軟件支持工具、區域均衡管理、教師智慧和學生智慧生成的資源、教學模式和教育雲服務平臺等幾個模塊。智慧教師培訓平臺依托雲計算技術、互聯網+、大數據和虛擬仿真技術，借助軟件支撐工具集和網絡基礎設施，在學校、學科帶頭人和教師的共同參與下，提升教師的專業能力，如圖9所示。通過錄播教室、多媒體教室、資源，生成優質資源，實現優質資源的大規模復制和享用。
三、實現智能管理的有效途徑
智慧管理要從兩個方面入手:壹方面是針對教學管理中存在的問題；另壹方面是探索從管理到治理的有效路徑。實踐表明，在教學管理中監控和評價學生的學習質量和日常行為存在困難。難以監控和評估教師的教學和管理水平；教師之間、教師與家長之間、教師與學生之間、管理者與教師之間、管理者與家長之間、管理部門與學校之間的溝通不夠及時和順暢；管理者很難及時了解學校和地區的教育情況；及時預警教育運行狀況、動態科學決策困難等。針對這些問題，單純的管理很難從根本上解決，應該探索壹條從管理到治理的信息化道路。本研究認為，信息系統建設實現由管理向治理轉變的方向可以從四個角度考慮，如圖10所示。
如圖10所示，智能管理系統可以提供數據采集、流程標準化、預警和決策支持四大核心功能。采集數據主要是利用大數據技術采集教育教學中的各類數據，從而全面了解教育情況；標準化流程主要是指規範工作流程，支持業務流程創新；預警決策是指通過動態監控學校、教育局及相關部門的運行狀態，為各級管理者科學決策、合理配置資源、優化管理提供全方位的支持。智能管理的關鍵是能夠連接教育相關部門的所有工作流程。
智能教育的實現離不開信息技術的支持。事實上，教育的本質是壹種特殊的服務，信息技術的進步為教育服務的智能化水平創造了條件。在雲計算、大數據、物聯網等信息技術的支撐下，智慧教育實現了以下三個轉變:
1.改變獲取知識和信息的方式
將知識和信息轉化為電子資源，幫助學生和教師通過搜索引擎和電子書快速獲取知識和信息，改變他們獲取知識和信息的方式，提高知識呈現的效率。這樣無論是學生自學還是老師講解，都有非常直接明顯的效果。
2.改變知識呈現的形式
理科、工科、農學、醫學等學科的知識，大部分是學習自然現象、自然規律，以及應用這些規律解決實際問題的方法。這些知識的學習通常是通過抽象的文字結合圖形和圖片來呈現的。學生很難理解以這種方式呈現的知識。學生也很難通過老師的講解來理解知識。100學生聽老師講解，可能有100種理解。讓學生輕松理解知識的最好方法就是直接把知識的本來面目呈現給學生。但是，在常規條件下，直接呈現知識的本來面目幾乎是不可能的。因此，利用多媒體、虛擬仿真、虛擬現實、增強現實等技術將抽象的知識轉化為直觀生動的形式，對於教師講解和學生理解都是非常明顯的。
比如電磁爐工作原理的學習。沒有火焰和電阻絲，電怎麽會變成熱？對於很多學生來說，通過書本或者老師的原話講解是很難理解的。最好的辦法是用虛擬仿真技術直接模擬電磁爐開啟後的電磁場。當有銅鍋、鋁鍋、陶瓷鍋等。都戴上了，沒有反應。鐵鍋和不銹鋼鍋壹放上去，馬上就會產生渦流，渦流會把鍋加熱。通過這項技術的應用，無論是學生的學習還是教師的講解都非常容易。
3.改變知識學習的方式
簡單的妳壹眼就能看懂的知識不需要探索，復雜的知識最需要探索。探究是激發學生求知欲望，形成系統思維能力，尤其是創新思維能力的最有效途徑。探究需要環境和工具，僅靠書本、常規教具和實驗環境難以為探究提供必要的條件。因此，借助虛擬仿真、虛擬現實和增強現實，可以為探索提供必要的條件和環境。
虛擬仿真、虛擬現實、增強現實提供的查詢工具可以分為兩個層次。壹、現實環境的呈現為探究提供了基本的實踐環境，幫助學生充分了解知識生成的實際場景，為探究提供必要的情境和線索。具體實現方法包括三維情景漫遊、三維虛擬仿真、增強現實等。二是實際勘探作業環境的模擬，為勘探提供基本的作業環境。具體實現方法包括虛擬仿真工具和增強現實工具。
比如以平面鏡成像規律的研究為例。如果讓學生直接學習書本，或者老師直接告訴他們，大部分學生不壹定喜歡學習。最好的辦法是讓學生有機會直接探索，通過探索，總結平面鏡的成像規律。然而，在常規條件下很難操作。借助虛擬仿真和人工智能技術，便於學生模擬探索工具和環境，給他們直接總結平面鏡成像規律的機會。