第1章 绪论
1.智慧城市，如火如荼地在路上
从2010年前后智慧城市的理念进入中国，到后来超过26个部、委、局推进智慧城市建设，现在全国已经有几百个城市在做智慧城市这项工作了。
从2013年1月公布的首批90个智慧城市试点开始，我国已经先后发布了三批近300个智慧城市试点，出台了相应的规划，计划投资规模超过1万亿元。从很多地区的实际效果来看，智慧城市在城市交通、医疗和政务管理等领域已经取得了广泛的成果。
那么，什么是智慧城市？作为信息技术变革时代背景下产生的新概念，智慧城市至今尚未有统一的定义。
2014年印发的《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》中明确提出推进智慧城市建设，指明信息网络宽带化、规划管理信息化、基础设施智能化、公共服务便捷化、产业发展现代化和社会治理精细化等六个建设方向。
智慧城市是一个开放、复杂的系统，其涉及政治、经济和金融等各个子系统。智慧城市在不同行业和领域有着不同的意义，其目的是让城市运行更高效，提升城市品质。
每个城市的智慧城市建设特点不一样，合作伙伴不一样，选择的切入点也不一样。有的选择智慧医疗，有的选择智慧交通，有的选择智慧教育，有的从城市一卡通应用入手。
智慧城市建设的关键问题是在应用层面如何落地，不同地区的侧重点也不一样。根据中国城市科学研究会发布的《国家智慧城市试点2014年度工作总结报告》的不完全统计，截止到2014年年底，已有65%的试点城市完成智慧城市顶层设计，约11%的城市正在开展该项工作。
2013年，北京市朝阳区被列入首批智慧城市试点名单。据朝阳区信息化办公室介绍，在智慧城市的顶层设计工作基本完成后，朝阳区将着力发展城市中的各类数据共享，“把大数据放在第一位”。
为什么如此看重城市管理的大数据？因为目前智慧城市建设中最主要的问题是“让数据说话”，通过数据共享让部门之间联动起来，这样才可以让企业共同参加城市建设中的大数据和云计算工作。
2.智慧教育，步履稳健地前进着
智慧教育发展源自教育信息化建设，教育信息化是在20世纪90年代伴随着“信息高速公路”的兴建而提出的。
教育信息化是指在教育领域全面深入地运用现代化信息技术来促进教育改革和教育发展的过程，其结果必然是形成一种全新的教育形态——信息化教育。目前，我国教育信息化正处于从最初的应用整合走向全面整合的过渡阶段，无论从国家地区的宏观层面、学校组织的中观层面还是学习者的微观层面来看，教育信息化都是一个平衡多方关系、创新应用发展、追求卓越智慧的过程。
智慧教育作为一种高端教育信息化的形式，在全球的影响力越来越大。近10年来，世界各国开展了一系列针对智慧教育的研究和实践。
实际上，智慧教育被理解为一种教育体系，智慧教育（系统）是一种由学校、地区或国家提供的高学习体验、高内容适配性和高教学效率的教育行为（系统），它能利用现代科学技术为学生、教师和家长等提供一系列差异化的支持和按需服务，能全面采集并利用参与者群体的状态数据和教育教学过程数据来促进公平、持续改进绩效并孕育卓越的教育。
智慧教育的出现将目前教育技术领域和教育领域关注的问题联系在一起，并尝试从教育政策、信息技术、教育环境的角度来解决教育公平问题。因此，具体来说，智慧教育体系由学习环境、教学模式和现代教育体系三个层次构成，并通过寻求教育体系的创新，使智慧和学习的目标相适应，从效果、效率和效益三方面提高知识生产能力，最终实现培养优秀人才的民族教育目标。
因此，从智慧教育发展现状来看，智慧教育更关注教育资源的共享，特别是以学习者为中心的相关学习环境和教育环境的共享共建。
大数据可以真正实现高度集成的资源共享，实现多样化的教学工具与方式，实现无地域、无时间限制的在线学习、互动体验。大数据可以真正实现学生个性化的学习与发展，真正实现“家校合一”。随着大数据技术的研发与推广应用，相信这种资源共享、互动体验将成为中小学教育的一种常态。
大数据技术的应用，其战略意义不在于掌握庞大的数据信息，而在于对这些数据进行专业化处理，使它们得以增值。而智慧教育需要的正是这样的技术，让智慧教育更具“智慧”。
3.智慧学习环境，那是一个关心我学习感受的教师
从学习的角度来看智慧教育产业，其具体体现的是智慧学习环境的特点。而智慧学习环境是指一种能感知学习情景、识别学习者特征、提供合适的学习资源与便利的互动工具并自动记录学习过程和评测学习成果，以促进学习者有效学习的学习场所或活动空间。
智慧学习环境能够实现物理环境与虚拟环境的融合，能更好地提供适应学习者个性特征的学习支持和服务。
智慧学习环境的技术特点主要体现在记录过程、识别情境、联接社群和感知环境等四个方面，其目的是促进学习者轻松、投入和有效地学习。
智慧学习环境包括学习资源、智力供给、学习共同体和学习社区四大要素，构成的教学社区和学习社区之间具有一定的相关性，同时学习环境要考虑学习者的学习风格和相应的教学方法。也就是说，智慧的学习环境应与具体的教学和学习方法相结合，没有统一的、通用的智慧学习环境，同样也没有通用的智慧教育体系。
智慧学习环境的本质特征是感知学习环境、学习内容的兼容性，教育者和学习者互相尊重，保证教育公平，教育体系要素有机整合的和谐关系。具体来说，学习环境的感知性和学习内容的适配性属于智慧学习环境的范畴，而智慧学习环境的主要功能是传递教育系统的“智慧”；在新的教学模式下，尊重学生的个性差异，从而促进学生轻松、投入和有效地学习，其核心是启发学生的“智慧”；最后，大数据分析和动态仿真的学校布局，教育财政、就业渠道和入学系统的优化，为国家的教育体制、学校管理制度和教育制度的改革和决策奠定基础，形成全面创新的人才培养体系。同时，推进区域之间、城乡之间、学校之间教育公平的根本目的，是形成现代教育体系，培养人的“智慧”。
实际上，对学习者学习行为的记录是智慧学习环境应用的基础。目前国内外应用的思路主要有两个方面：一方面是通过大数据对非结构化的学习行为记录进行聚类分析，并延伸到应用环境本身进行情境分析；另一方面是通过在线学习平台和资源对学习行为记录进行规范化和结构化预设，从而通过规范化数据采集进行应用分析。后者在分析过程中受限于数据规范化定义，但却能够实现不同平台和资源的统一，为数字化学习环境的国际化普及和应用奠定基础。因此，如何进行数据规范化定义显得尤为重要。
当前，学习者行为的网络化成为发展趋势。而通过智慧学习环境，可以跟踪记录学习者行为并对数据进行分析，有利于教育资源的开发，从而支持教师更好地组织和改进课程设计，并且对学习资源及学习者做出有效评价。
网络学习行为是指学习者在由信息技术所创设的、具有全新沟通机制与丰富资源的学习环境中开展的远程自主学习行为；网络学习行为主要包括网络资源浏览、网络信息检索、网络信息加工、网络知识管理、网络交互、网络交流、网络协作、网络知识生成、网络协同和自我反思与监控等学习行为。而规范化的网络学习行为记录及其支持系统已成为国内外创新应用的热点。
4.互联网教育带来了什么
据报道，截至2014年年底，中国移动互联网用户数量达到5.57亿，占中国网民总数的85.8%，互联网用户从PC端向移动端迁徙已经成为定局，这使得个性化推送和随时随地学习成为可能。在移动互联网时代，碎片化、移动化已经成为新常态。
移动学习让更多人有了学习的机会，也就是说从此刻开始，你的身边随时都会增加无数个来自全球的竞争对手，很可能明天醒来的你已经被一个通过互联网学习的人淘汰了！沪江英语创始人、董事长兼CEO伏彩瑞在第八届GMIC全球移动互联网大会上作了主题为“什么是真正的互联网教育？”的报告，其观点如下。
第一，互联网教育的第一个基本特征应该是大规模复杂教育。这里面包含几层含义：首先是大规模，互联网教育和传统的教育相比不同的是它把全国各地区甚至全球的用户放在一起，你面对的是真正对这些内容感兴趣的几乎所有人。其次是一定要能够支持复杂交互，也就是在互联网上将复杂的学科教授完毕。
第二，互联网教育的“门槛”一定得低。让任何人都有机会在互联网这个时代享受教育变革所带来的新的权益，让绝大多数人能够享受到一种普惠的教育，让任何人都有条件能够享受教育资源。
第三，重视学生用户体验。一定要做孩子真正觉得好的东西，学习是可以变得更简单、更快乐、更公平的。在互联网时代，用户体验怎么带到教育里，值得每一个创业者和从业者去思考，用户至上一定是体验为王。
第四，社群教育，这是教育发展最关键也是最新进的一个阶段。它和我们的共享经济理念是一致的。这样所有人的学习开始冲着自己的兴趣和喜好，学习效率会大大提升，人的终生学习其实从你的孩童时代就开始了。
唯有教育才能彻底消灭贫穷，那是一种思想上的贫穷；只有互联网才能彻底改变教育，互联网教育能够帮助更多人。
互联网教育让更多人有了接受教育的机会，同时也使教育有了更强的针对性，没有时间、地点的限制，甚至没有年龄的阻碍，现在你可以从儿童时代就开始享受全球共享的师资。
5.MOOC、可汗学院和教育大数据是怎么回事
维克托·迈尔舍恩伯格（Viktor Mayer-Schönberger）被誉为“大数据时代的预言家”，他所著的《大数据时代》和《删除：大数据取舍之道》都被认为是最早洞见大数据时代趋势的开创性作品。他对MOOC和可汗学院的教学方式有以下见解。
MOOC被认为可以让全世界获得学习的机会。但是，MOOC的意义不仅仅在于此。通过它，还可以获得大量关于人们如何学习的数据——人们怎样获得知识？怎样获得洞见？而通过理解并进一步考察这些数据，我们可以更好地理解人类的学习行为，进而提高人们的学习效率和学习质量。
Coursera已经成为当下最具代表性的在线学习平台之一，提供免费的网络公开课程。Coursera的缘起就是由吴恩达讲授的“机器学习”课程被以免费的方式放到了网上。最后意外地发现，报名人数竟超过了10万人。而通常，吴教授开设的课程平均每年的选课人数是400人，必须连上250年课才能接触到10万名学生。换句话说，通过这个在线教育平台，这门课程可以抵达的学生比吴恩达以往一生可能教到的学生都多得多。而如今，他通过一个在线课程就教完了。正是因为这个经历，使得达芙妮·科勒（Daphne Koller）和吴恩达后来一起合作，创建了Coursera（意为“课程的时代”）这个在线学习平台。这个平台的理念是，它可以为全球用户提供在线教育和相关大数据。
大数据可以收集足够多的信息，且覆盖面广泛。我们在制作和利用大数据时，需要用个性化的方法把它们组织起来，将其运用于教育领域，进而帮助我们以前所未有的视角判断什么可行、什么不可行；展示那些以前不可能观察到的学习层面，实现学生学业表现的提升；基于学生的需求而非统一的课程标准来定制个性化课堂，促进理解并提高成绩。当然，在这个指导思想下设计出来的课程单，除了满足学生的需求，也会考虑到他们的潜能。
大数据可以进行学习的“概率预测”。所谓概率预测，就是通过大数据，我们能够对人们的整体学习状况和个体的知识掌握情况产生独到的见解。然后，基于某种可能性，对个体为提高其学业成绩需要实施的行为作出预测。比如，选择最有效的教材、教学风格和反馈机制等。
在由孟加拉裔美国人萨尔曼·可汗创立的可汗学院中就曾遇到过这样一个例子。后台数据显示，有一个七年级的女孩一直搞不定数学，于是她就反反复复地学这几门课。然后突然有一天，她学习了别的课，竟然就莫名其妙地开窍了。她对所学内容的反应越来越快，在夏季结束时她成为最好的学生之一。可汗学院研究了一下她这个案例，发现正是因为她在中途突然改变了学习的内容和方法，才带来了转变。
这个例子正体现了“概率预测”的用武之地。有时候，我们的学习之所以没有进展，正是因为课堂的配置出了问题。由此，可汗学院提出了“翻转课堂”的理念。“翻转课堂”提倡的是，你先在课外阅读材料或者观看视频，这些内容通常由世界上最好的老师来教授。然后，你再带着满脑子的问题去上课，和你所在学校的老师进行探讨。通过这个方式，你可以找到更合适你的教材和更有针对性的、更适合你的教学风格。而面对面的讨论，无疑是更好的反馈机制得以产生的基础。
6.我们未来的学习会是什么样子
有人肯定会说，这下问题来了：未来还需要像我们现在这样的学校吗？学校会成为私立的公司吗？谁会赢？这些问题没有标准答案。能够从未来的学习竞争中获得胜利的，一定是那些能够驾驭大数据并且通过这种驾驭能力改善每一个个体的学习的人。
未来的学校不会完全转移到线上，仍旧会有物理性的存在，但学校的功能将发生重大改变。现在的学校是一个学生接受信息的空间，但是在未来，学生将在家里通过观看网上视频等形式接收信息，然后到学校去和老师、同学就自己学习的内容进行讨论。学校将变成一个社会性的场所，是一个互相讨论、互相学习的地方。而与此相适应的是，老师在整个学习过程中的功能也会发生改变。以前照本宣科式地传授、宣讲知识的技能，要让位于组织学生讨论的技能，让位于从数据中获取学生学习信息的技能，让位于根据大数据对学生进行个别引导的技能。
在此过程中，大数据可以是老师的好帮手。以前，老师不知道哪些部分的内容是学生面临困难的、哪些学习材料是学生感兴趣的、接下来的教授重点有多少种教案以外的新可能，大数据可以为他们提供这些信息，从而更深入地了解学生的学习兴趣和学习风格。这个过程一定会遇到一些困难，但如果老师掌握了这些技能，学校将变得比现在更美好。
随着数据处理技术获得极大的发展，老师会被替代掉吗？不会！这么说有两个原因。第一个原因是数据可以筛选、排序，用于组合内容，但无法自行生成内容。即使是“翻转课堂”，视频中教授知识的也仍是老师。第二个原因是学习是一个社会性的过程，面对面的人际沟通与面对书本的学习是可以互补的，却不能相互替代。两者一起配合好，教学效果才能变得更好。
大数据运用于教育的价值，正在于教育工作者能够借此帮助能力参差不齐的学生挖掘自己的潜能，而不是淘汰那些被定义为“不聪明”的学生。大数据蕴含的巨大潜力应当被用于推进个性化学习、改善教材和教学，最终提高学生的成绩，应该被用于促进教育改良的反馈，而不是作为对产品使用者进行简单评价的依据。