应用新技术改进科技教育——2013～2018年技术展望报告（中文版），本文主要内容关键词为：新技术论文,中文版论文,报告论文,技术论文,科技论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
《2013—2018年技术改进科学、技术、工程和数学教育的技术展望》由美国新媒体联盟（NMC）、西班牙虚拟高等教育中心（CSEV）、西班牙远距离大学（UNED）电机工程学系、美国电气和电子工程师学会（IEEE）协作共同完成。本报告目的在于介绍科学、技术、工程和数学教育中应用信息技术改进教学所取得的重大发展。
当前教育范式正在发生变迁，涵盖了网络学习、混合式学习与协作学习。作为技术主题的在线学习被放在了短期应用采纳中。一个全新的趋势也出现在重要趋势中，即公民科学项目提升了公民的参与度，让公众在科学研究的收集与分析中扮演着积极的角色。具有可靠数据的众包方法正应用于更多科学、技术、工程和数学教育项目中，提供给学生更多真实世界体验。
2012年和2013科技教育展望报告中专家咨询委员会一致认为，由于学生能够通过因特网获得海量资源，科学、技术、工程和数学领域的教育工作者角色也在发生变化。教师不再是扮演演讲者的角色，即只是一味地站在讲台和教室中间传递信息，而是学习的设计者和引导者，帮助学生了解丰富的内容。
二、研究方法
研究的整个过程完全通过在线方式开展，整个过程在新媒体联盟地平线项目的wiki上都有记录。设立该专题wiki的目的也是为了能够完全透明地向大家展示项目工作的进展过程，完整地记录研究过程中各个不同版本的情况。感兴趣的读者可以前往stem.wiki.nmc.org了解《2013—2108年技术改进科学、技术、工程和数学教育的技术展望》的WIKI信息。
研究采用新媒体联盟的特尔斐法，主题围绕着未来5年哪些新兴技术对科学、技术、工程和数学教育产生影响，经过专家讨论并形成共识，最终选出未来5年哪些技术可以用来增强科学、技术、工程、数学教育的趋势和挑战。首先是咨询委员会的组成，咨询委员会的成员有着多元化的背景、国籍、兴趣和各自独特的专长。在新媒体联盟地平线项目十多年的研究中，好几百位获得国际认可的实践者与专家参加了项目咨询委员会，每一年都有三分之一的咨询委员会成员是新成员以保证每年的报告可以融入新视角。当我们确定了咨询委员会的成员后，咨询委员会首先要对文献进行系统的综述，包括新兴技术方面的报刊文摘、报告、论文以及其它材料。在项目开始时，每位咨询委员会的成员都要了解该项目的背景材料，然后针对材料发表自己的意见以找出值得讨论的主题。他们不仅要讨论现有新兴技术，还会通过头脑风暴产生新的想法。判断某项技术是否被选入报告的核心指标是判断其是否会对高等教育的教学、学习和创造性探究产生影响。我们采用RSS订阅了数百份精心挑选的相关出版物，以保证项目组的背景资源能得到及时更新。这些材料被用来激发整个过程中参与者的思考。
在完成文献阅读后，咨询委员会成员将聚焦于研究的中心，也就是研究问题，这些问题是新媒体联盟地平线项目的核心。通过这些问题，咨询委员会广泛罗列出令人关注的技术、面临的挑战以及发展的趋势。
1.新媒体联盟地平线项目所列明的关键技术中，哪些技术在未来五年内将对科学、技术、工程和数学教育中教学、学习或创造性探究产生最重要的影响？
2.我们所列的清单中还遗漏了哪些关键技术？请考虑以下相关问题。
（1）根据你的了解，哪些科学、技术、工程、数学的教育机构和项目中正在使用的技术值得推广，可以用来广泛地支持所有院校的教学、学习或创造性探究？
（2）在消费、娱乐或其他行业里面拥有坚实用户基础的技术，哪些值得科学、技术、工程和数学教育院校考虑将其付诸应用？
（3）你认为在未来四到五年，注重教学创新的科学、技术、工程和数学教育院校和项目应当关注哪些核心新兴技术？
（4）对于重视学习的科学、技术、工程和数学教育院校和项目而言，哪些发展趋势会对他们实现教学、研究及服务的核心使命产生重要影响？
3.你认为在未来五年内，重视学习的科学、技术、工程和数学教育院校和项目会面临哪些与教学、学习或创造性探究相关的核心挑战？
在该方法的第一个阶段，每个咨询委员会成员都要使用投票系统进行投票，这个系统允许成员们对他们的选择加上相应的权重，咨询委员会成员对每个研究问题进行系统的回答，对答案进行排序，并将提出的技术归纳到相应的采纳阶段当中。每名成员还要对技术进入主流的时间进行判断，我们对进入主流的界定是在所讨论的时间段内，有20%的院校将采用该技术（该数据来源于Geoffrey A.Moore的研究，他界定了技术进入主流应用所需的使用数量）。随后，这些排序数据都被收集在一起，哪些项目大家意见相对集中便一目了然了。
三、12类新技术及其应用
最终选定的12类新技术或实践、影响现有实践的关键趋势和重要挑战都将成为教育工作者、研究人员、管理人员、决策者和技术人员的参考与技术应用规划指南。
（一）学习分析（采用时间为1年内）
学习分析是对“大数据”的教育应用，是最初由商业杠杆去分析商业活动，确定消费趋势，预测消费者行为的一门科学。教育正在着手追求一项相似的数据科学，旨在提高学生保持率，为学习者提供高质量、个性化的学习体验。学习分析研究使用数据分析来告知教育系统中每一层面上的决策。学习分析利用学生的数据确定更好的教学法，锁定有学习困难的学生人群。对于教师和研究人员来说，学习分析在获得学生与在线文本和课件交互信息起到了至关重要的作用。当他们参与移动和在线平台时，平台能够追踪数据去创建有交互性的、个性化的学习经历。美国乔治亚州立大学通过实施一个补充教学辅导来提高学校的毕业率。当一个学生做出可能影响学位学习的选择的时候，这个程序便使用一个基于web的跟踪系统及时提醒学习顾问给予相应指导（详见网址：go.nmc.org/geor）。
（二）移动学习（采用时间为1年内）
我们身处通讯设备变革的时期。人们越来越希望随处都能与包含丰富知识内容的网络相连，并且他们中的大多数人是使用移动设备来实现的。全球的学习机构正试图将应用程序应用到他们的课程中，并且修改网站、教育材料、资源和工具，以便它们能够被运用到移动设备中。对教学和学习的意义在于这些设备有可能方便各种教育经历、允许学习者与世界各地的同行召开虚拟视频会议、应用专门的软件和工具、在云端协同共享文档或项目。随着交互与社会功能日渐融入到移动设备中，科学家们可以分享他们的研究结果，使应用程序变为一个日益增长的信息存储库。学生可以调节摄像头、麦克风和其他固定在手机上的工具来完成现场工作，创建富媒体、为实验收集与分析数据。英国埃克塞特大学设计了一个增强现实的应用，应用能够将校园变成一个实验室，这样用户可以查看他们周边的科学数据（详见网址：go.nmc.org/livlab）。泰国法政大学建立了IT基础设施以支持自带设备（BYOD），以便学生和教员可以通过无线网络使用他们的个人设备去访问内容（详见网址：go.nmc.org/tha）。
（三）在线学习（采用时间为1年）
在线学习不是新鲜话题；其范畴包括基于网络平台进行的任何形式学习。在线学习的设计（越来越多地）倾向于将最新的研究、最有前途的发展和新兴商业模式整合至在线学习环境中。世界各地的校园里，学生与学校连接方式、相互之间互联方式都正在被更新、重新思考和重新设计。无论是哪里的大学、院校和厂商都在积极探索学习与大规模评估的解决方案。在线学习环境可创新应用一些教育技术和新兴教学方法，包括混合式学习、视频讲座和徽章。对在线学习的重新审视已经对评价、学习支持、如何确保大规模教育的质量等方面带来新观点。美国布朗大学发起了一个免费的在线工程课程用于高中学生学习相关领域的优劣和所面临的挑战（详见网址：go.nmc.org/bro）。美国佛罗伦斯达林顿技术学院正在创建一个原型在线物理课程来讲授核能源，让学生和原子能专业人士进行连线交流（详见网址：go.nmc.org/nuc）。美国马里兰大学的学生完成7个科学、技术、工程和数学主题中的大规模开放在线课程，学校便可为学生提供相应学分（详见网址：go.nmc.org/mary）。
（四）虚拟与远程实验室（采用时间为1年）
虚拟与远程实验室反映了教育机构中的一个发展趋势，即确保物理科学实验室中的设备和条件更易于学习者随时通过网络使用。虚拟实验室是一种web应用程序，模拟了真实实验室的操作，让学生在真实实验之前在一个“安全”的环境中开展练习。通常情况下，无论学生在哪里，学生能访问虚拟实验室，反复进行相同实验。一些新兴虚拟实验室平台整合了报告模板来获得学生的实验结果，老师和学生便可轻松地评估结果。因为虚拟实验室不涉及真正的设备或化学物质，学生们不必担心犯错误、可以无限次地进行实验操作。此外，虚拟实验室理论上可以支持庞大数量的学生操作。教育者可以回放学生的在线实验视频，指出学生需要改进的地方，确保每个学生已全部掌握。无法获得高质量实验室设备的机构可以在线进行实验并且完成实验任务，从中心区位访问工具。用户可以通过计算机或移动设备上的摄像头来操控设备、观看开展的活动。此外，如果远程实验室能够放弃采购特定的设备而增加对远程工具的使用，可能会减轻机构的部分经济负担。开放大学与沃夫森基金会联合创建开放科学实验室，使用真实数据实现基于屏幕工具、远程访问实验、虚拟场景展开调查（详见网址：go.nmc.org/opensci）。在果蝇虚拟实验室中，学生参与数字化果蝇飞行实验来确定哪些特定特征是遗传给后代的（详见网址：go.nmc.org/flies）。
（五）3D打印技术（应用时间为2-3年）
3D打印机通过电子文件创建一个实体模型或者原型样品，应用喷墨方法在很薄的一层材料粉末上喷涂粘合剂，或用塑料及其他灵活的材料通过挤压法处理。3D打印能够创造对事物进行更加真实可靠的探索机会，而这样的机会对于教育机构来说可能非常难得，包括开展动物组织研究和有毒物质研究。我们对3D打印技术的探索，包括从设计到生产的过程、实物展示、参与式访问，为学习活动的开展提供了新的可能。举一个典型的例子，学生原来不可以触及易碎展品，例如化石和古器物；3D打印技术作为一个快速的建模工具，就能为用户提供可以触摸甚至可以带回家的精确模型。美国加州大学洛杉矶分校的工程师们使用3D打印技术制作基于纳米科技的智能手机部件，它可以替代昂贵的显微镜和实验室研究设备来探测特别小的病毒和细菌（详见网址：go.nmc.org/micr）。美国特拉华州立大学的机械工程系设立了一个设计工作室，包括3D打印技术、材料储备室，机器商店和联合实验室，这样学生们就可以将自己的设计实现从概念到模型（详见网址：go.nmc.org/ude）。在美国哥伦比亚地区的康拉德洛伦兹大学，工程系的学生使用3D打印机来设计模型，测试实用产品（详见网址：go.nmc.org/konrad）。
（六）游戏与游戏化（应用时间为2-3年）
随着平板电脑和智能手机的发展，台式机和笔记本电脑，电视和游戏机已经不再是游戏的唯一载体，游戏变成了可以在多样化设备上进行的便捷活动。游戏已经从简单的娱乐用途成为了牵引世界贸易，产品开发甚至是教育研究和软件开发的动力。当越来越多的教育机构和不同开发方案在尝试游戏应用时，游戏化（将游戏的元素、方法和框架融入到非游戏场景和情节中）也引起了广泛的关注。企业已在很大程度上采用游戏化的理念来设计工作激励方案和移动应用程序，通过奖励、排行榜和奖章的方式调动员工的积极性。尽管仍处于萌芽阶段，较军事或工业领域，教育的游戏化正获得研究人员和教育工作者的日益认同，他们认识到游戏能够激励学习者提高学习效率，进行创造性研究。
1.与教学、学习的相关性
将基于探索和目标导向的学习内置于教育游戏中，用户则可发展协作与团队技能。
教育游戏可以被用于教授交叉课程概念，面对复杂的科学内容主题时它具有比传统教学方法更好的效果。
模拟和角色扮演的游戏允许学生重复参与困境、尝试新的应答或者提出创新解决方案，这有利于医学专业的学生在手术和其他高风险操作过程中开展培训。
2.游戏与游戏化的实践案例
美国纽约州立大学奥尔巴尼教育学院中，研究人员已经在从事SUNY Games Ⅱ的开发，此项目旨在通过跨学科探究视频游戏开发，是否能丰富基础教育领域教师和学生对科学、技术、工程和数学主题的理解（详见网址：go.nmc.org/gasu）。
BrainPOP的Up游戏标题为：大型科学——数学主题，通过促使年轻学习者参与现实世界的对象模型来培养系统化思维技能（详见网址：go.nmc.org/gameup）。
芬兰大学、北伊利诺伊大学合作成立Finnish-US网络，主要在K-16阶段开展基于游戏的科学、技术、工程和数学学习的研究（详见网址：go.nmc.org/fins）。
3.扩展阅读
通过游戏设计培养科学、技术、工程和数学技能（go.nmc.org/gdtk）（Alex Chisholm，Getting Smart，2013年5月23日）学习游戏网络的执行官描述游戏设计工具“Kit”如何应用一个教学框架，帮助科学、技术、工程和数学的教师通过4阶段设计思维圈来引导学生。
美国斯坦福大学数学家指出视频游戏是教授数学的最好途径（go.nmc.org/kei）（Jordan Shapiro,Forbes,2013年8月29日）。一位斯坦福的数学家曾经开发过一个名为InnerTube的游戏，引导玩家借助角色体验来理解数学定义。
（七）沉浸式学习环境（应用时间为2-3年）
沉浸式学习环境是一种通过模拟现实情境来训练个体并为他们提供练习技巧的机会，可以通过在线、访问软件或者面对面方式来进行。大量的工具和服务用于建构情境，但沉浸式学习环境的目标是让学生参与其中但感觉是在现实世界中学习知识。沉浸式学习环境会用到许多新技术，包括仿真和三维虚拟世界，通常来说采用结合方式让个人与其他人进行交互。最新研究显示（包括美国国立医学图书馆的一项研究）：此学习环境可以支持学生快速获取知识和技能。越来越多的教育机构已经认识到此策略的好处，在课堂与项目中整合沉浸式学习环境使得学习更活跃、更相关。在工程类课程中，学生可以在模拟环境中设计和开发产品，准确地理解不同机械之间如何相互合作。医学系的学生可以在真实环境中运用技能之前频繁练习高危任务，例如做手术和验尸。通过分析在线沉浸式环境中学生活动与行为，帮助教师更好地感知学生如何把握复杂的科学知识。英国威尔士大学的健康科学系建构了一个沉浸式学习环境，在一个大的圆顶房间内学生们操作切边（cut tingedge）医学模型参与各种虚拟与实践场景（详见网址：go.nmc.org/glyn）。美国宾州谢勒地区小学将一间教室改造成名为IKS Titan的科学、技术、工程和数学沉浸式学习环境，学生通过使用iPad、电子交互白板或者其他技术参与基于任务的模拟活动（详见网址：go.nmc.org/penn）。美国科罗拉多州的普雷斯顿中学学生正通过使用虚拟3D模型来学习复杂的科学概念，虚拟3D模型已经被整合至科学、技术、工程和数学课程中，创设沉浸式学习环境（详见网址：go.nmc.org/pres）。
（八）可穿戴技术（应用时间为2-3年）
可穿戴技术指的是能够被用户以配饰的形式（例如珠宝首饰、墨镜、背包乃至诸如鞋子或夹克等类型的真实服装）所穿戴的设备。它的优势在于能够方便地将工具（如追踪睡眠、行动、位置、社交媒体，甚至新型眼镜设备）集成到用户的日常生活和活动中。谷歌的“未来眼镜项目”（Project Glass）是当前可穿戴技术最常被谈及的案例。项目要开发的设备除了有一个镜头外，其他的地方无异于一副眼镜。用户能够看到眼前所面临环境或事物的信息，例如附近的朋友的名字，或者能够获取研究项目相关数据的临近地点等。另一个案例是美国蓝牙耳机品牌Jawbone推出一款名为UP的智能手环，它能追踪你的饮食起居，能够监控用户每天行为包括行动和睡眠。这些记录数据包含足够多的信息量可以用于研究用户的行为、动机、身体状况和医疗。美国俄亥俄州立大学的外科医生使用谷歌眼镜记录了一次前十字韧带修复手术，以便学生从个人视角观看与学习手术，（详见网址：go.nmc.org/surg）。澳大利亚墨尔本的仿生研究所正在开发一种植入式仿生设备，该设备装有一个可植入大脑的电极用于检测与治疗大脑的异常行为（详见网址：go.nmc.org/brain）。
（九）柔性显示器（应用时间为4-5年）
当有机发光二极管显示器（organic light emitting diode displays，OLED）技术在2004年开始进入大众市场时，消费者发现这种新的屏幕更加轻薄、明亮并且更节约能源。对比于传统的基于玻璃的液晶显示器单元，这些新的显示器可以用薄而柔韧的塑料来加工生产，这促使产生了“柔性显示器”这一术语。世界上最薄的OLED显示屏由三星公司于2008年推出，它柔韧并易于折叠，此特点激发生产牢不可破的智能手机和可弯曲平板的想法。到2009年，流行的新闻媒体包括美国哥伦比亚广播公司和美国娱乐周刊正在将“视频打印”插入他们小范围流通的杂志小环流以展示新技术。随着柔性显示器在消费市场获得收益，研究人员、发明家和开发人员正在开展教与学应用的实验。在教育领域柔性OLED为电子文本、电子阅读、平板电脑带来机会。此外，柔性显示器可以环绕弯曲的表面，考虑带有内置指令手册的科学和其他工具。柔性显示器的原型“电子纸张”可以像真的纸张那样被揉皱和丢弃，这可能会使得电子书制造商和其他商家重新考虑数字教科书和电子阅读器的制造和应用。美国亚利桑那州立大学的柔性显示中心用于开发全彩色（full-color）、视频质量、柔性显示器和柔性电子技术，从而能够与来自不同行业的合作伙伴进行合作（详见网址：go.nmc.org/asufl）。加拿大皇后大学、塑料逻辑（PlasticLogic）公司、英特尔实验室合作已经开发了一种如纸般轻薄、可弯曲、可堆叠的平板电脑（详见网址：go.nmc.org/papertab）。美国加州大学洛杉矶分校亨利·萨缪理工程与应用科学学院（UCLA's Henry Samueli School of Engineering and Applied Science）开发了一个透明、有伸缩性的、用于电子设备的有机发光装置，允许被重复地拉伸、折叠和扭曲（详见网址：go.nmc.org/ucl）。
（十）物联网（应用时间为4-5年）
物联网传播“网络感知对象”（network aware objects）所交流的信息，它们通过网络连接物理世界与信息世界。连到一个物体上的嵌入式芯片、传感器或者微型处理器可以通过互联网传送此物有用信息，如价钱、寿命、温度、颜色、压力或者湿度等。附加到科研样品上、启用了TCP/IP协议的智能对象能够在样品的质量变差或失去效用的情况下向科学家和研究人员发出警示。药丸形状的微型照相机已经被用于医学诊断和教学中，进入人体消化系统并且发回上千张用于定位病源的图片。启用TCP/IP的传感器和信息存储使得地质学部门进行监控，或者通过互联网连接从任何地方向任何人分享哪怕标本收藏中最小物件的状态和历史成为可能。在英国制造商社区与英国法尔茅斯大学（Falmouth University）的创新与研究学会（Academy of Innovation and Research）合作中，住院医师帮助设计师发明使用物联网的物品，例如为失智患者开发的音乐盒（详见网址：go.nmc.org/threecon）。美国哥伦比亚大学的研究团队将能量收集设备附到40位个体身上来分析可用能量，是为了把来自人类动作的能量收集到电力装置和智能对象中，使得它们可以互相连接（详见网址：go.nmc.org/moti）。
（十一）机器学习（应用时间为4-5年）
机器学习指的是计算机可以在无需清楚编程情况下就可以行动和做出反应。很多研究者和意见领袖普遍认为，机器学习反映了一种新型的、更接近于人的人工智能方法。实用的语音识别、语义应用、甚至是自动驾驶车辆，都促进了机器学习技术。一款名为Xapagy的软件（一个近期机器学习的典型例子）能够开展即兴对话并且描绘由用户输入故事的情节。机器学习在教育方面的潜力是巨大的，促使整个智能技术既有计算机的准确性，又有最聪明人类的适应能力。机器学习模式有望能够分类整理学习者对周围世界的观察，生成与主要模式一致的视觉化模型。采用机器学习技术来检测手写作品、讲话和其他动作模型的软件可以更好地适应学生的学习方式和需求。从根本上说，机器学习能够有助于让科学家和研究人员更有效地与他们的设备进行沟通——甚至是通过即兴的方式，就如同一位同事或朋友会做的那样。易于预见的是学生也可借助机器合作完成项目。在美国加利福尼亚大学伯克利分校，一个团队开发了一个机器学习望远镜模型，能够自动检测指向超新星的出现的变化（详见网址：go.nmc.org/wis）。美国德克萨斯大学正在应用机器学习技术开发工具，工具能够自动分析和收集一个采用谷歌眼镜等设备拍摄的短故事（详见网址：go.nmc.org/utex）。
（十二）虚拟助手（应用时间为4-5年）
虚拟助手（Virtual Assistants）是利用自然用户界面实现可靠的工作外延，目前首个实例已经进入市场。苹果手机的Siri和安卓系统的Jellybean是近期基于移动的例子，允许用户用虚拟助手来控制手机的所有功能，参与到和虚拟助手的逼真的对话中等等。一类新型智能电视是首批综合应用这一想法的设备。通过自然用户界面访问，我们可以特意设计虚拟助手用于协助眼盲、耳聋和有其他残疾的学习者。虚拟助手可以从电子邮件账户、个人日历和学习管理系统（Learning Management System，简称LMS）中获取信息，帮助学生和教员更好地管理他们的时间，协调他们的工作。美国卡耐基梅隆大学开发了一个用在Kindle设备上的开源工具箱，名为VAGUE，它允许用户操纵阅读器、安装使用各种工具、通过写新的脚本来激发更多的活动（详见网址：go.nmc.org/sphinx）。美国弗吉尼亚大学健康系统选择名为M*Modal的语音识别引擎，协助进行电子医疗记录的制作、管理和信息分享（详见网址：go.nmc.org/mmodal）。Zoe是一个由英国剑桥大学设计的虚拟助手形象，它可以表达出一整套情绪。最近研究工作集中在使用这一技术与患有孤独症和耳聋的儿童一同工作（详见网址：go.nmc.org/zoe）。
四、关键趋势
《新媒体联盟地平线报告》的每一年度版本中列出的技术类型都与其所处的时代特征是紧密相连的。每个专家咨询委员会进行广泛的调研，界定当下对教学、学习以及创造性探究产生影响的发展趋势，并对它们进行排序。根据2013年地平线科学、技术、工程和数学教育咨询委员会的排序列出了下面的关键发展趋势。
（一）教育范式正在发生变迁，将涵盖网络学习、混合式学习与协作学习
学生们已经在互联网上花费了大量闲暇时间进行学习和交换新信息，这通常是通过他们的社会关系网络实现的。采用面对面和网络混合学习模式的院校能够加强学习者在学术之外形成的网络技能。网络学习能够发挥很多在校学习所不及的优势，包括让学生具备越来越强的数字化技能，为实现越来越多的协作学习活动提供可能性。如果设计和实施成功，混合式学习模式能够让学生到校园参加一部分活动，而利用网络实现另外一部分活动，从而充分发挥两者的优势。
（二）公民科学计划为正式学习者和终身学习提供越来越多的真正参与、学习科学、技术、工程和数学的机会
随着人们将越来越多的关注由机构转向为学生提供现实世界的经验，公民科学已经成为通往可靠、协作学习的一种途径。公民科学是指众包，众包（crowdsourced）指的是一个公司或机构把过去由员工执行的工作任务，以自由自愿的形式外包给非特定的（而且通常是大型的）大众网络的做法。众包的任务通常由个人来承担，但如果涉及到需要多人协作完成的任务，也有可能以依靠开源的个体生产的形式出现。目前正在进行的项目如iNaturalist、Journey North、野生动物观察和几个康奈尔大学鸟类学实验室项目，参与者参与收集真实观察数据并做出分析的过程。可以想象，除了这些大型公共项目外，将学习环境构建在类似机构内，以鼓励学生思考如何应用自己的知识助力构建科学数据的生态系统。
（三）互联网使得信息资源和社交关系更加充足，更容易获得，这越来越迫使我们重新审视自己作为教育者的角色
如今信息随处可见，高等学校必须考虑每个人对信息世界的独特价值。在信息世界中，意义建构以及评价信息可靠性的能力将日益重要。当14世纪大学的现代模式形成时，其主要任务是辅导和帮助学生来适应他们所生存的世界，现在这个任务又重新占据了首要位置。大学一直以来都被看作是最值得信赖的教育证书颁证机构，但是其他来源的各类新兴的证书项目正在日益冲击着大学权威。
（四）越来越多的学生想要使用个人技术开展学习
利用特定设备开展学习已经变得非常个人化——这也是个性和学习风格的延伸。例如，选择使iPhone或Android反映了一个人的整体感觉。借助工具做演讲或者展示研究会很舒服，个人层面上说人们应用工具也会越熟练和越高产。而且随着手持技术被大规模生产进而变得更实惠，与在学校应用相比学生更有可能在个人生活中应用先进设备。
（五）利用3D打印机的快速成型来建构简单的电路与机器人，“制作”较之前更为易行且价格低廉
3D打印和机器人等工具使得创意、设计和工程走在了教育思考的前面，越来越多的人们应用3D建模应用程序。这种突破性趋势在很大程度上由厂商推动，其中包括艺术家、技术爱好者、其他共享创作激情的人。我们应强调各种科学、技术、工程和数学技能，许多教育工作者和决策者认为这些技术是21世纪最重要的生产力。
（六）基于云计算的工具将要跨越教育环境实现快速创新
免费或非常便宜的服务（如谷歌应用程序，YouTube和其他服务）已经无孔不入，让所有年龄段的学生在任何可以联网的地方即时分享媒体和协作完成项目。此外，跨云平台共享的内容可以被重新组合并嵌入到各种在线学习环境中。
（七）随着信息与通信技术支持个性化的发展，基于计算机的评估和反馈正变得越来越重要
随着在线学习越来越普遍，尤其跨越整个科学、技术、工程和数学教育，新的评估形式正被整合至数字化环境。机构正在由手工评判论文和考试转向21世纪的做法，有必要维持甚至是提高学生评估的个性化水平。大量学生进行在线评估并不总是有利于人类评估。就学生个人表现自动生成数据的产品和服务正变得越来越普遍。
（八）开放性——开放内容、开放数据、开放资源等概念以及数据和信息的透明性与易获取性的理念——正在成为一种新的教育价值观
随着权威信息源重要性的弱化，有必要采取更多的措施和其他确认方式来理解媒介和信息的意义。“开放”在教育中作为一个流行术语在不断扩散，因此理解“开放”的定义就越来越重要。“开放”通常被简单地等同于“免费”，这是错误的。开放教育的倡导者们正在努力形成一个共同的愿景，将“开放”定义为：免费、可复制、可重组、没有任何获取或交互上的障碍。
（九）人们期望能够按照自己的意愿在任何时间、任何地点从事工作、学习和研究
当今社会，生活越来越忙碌，学习者必须平衡好家庭、工作、学习之间的关系，学生的流动性也越来越大，他们不得不面对协调多项事务的挑战。工作和学习通常是一枚硬币的两面，人们需要轻松、及时地访问网络上的信息，同时还需要获取工具、资源以及最新的分析和评论。这些需求以及越来越必要的社会性媒体和网络，提高了大家的学习预期。在现代社会中，非正式学习的机会充足而多元，大大补充了先前的一些概念，例如“即时学习（just-in-time learning）”或“发现学习（found learning）”。
（十）大规模开放网络课程作为传统大学课程的替代方案或有效补充正在被广泛地采用
由于世界一流教育机构（例如美国的麻省理工学院、斯坦福大学等）先前的成功试验，大规模开放网络课程（MOOCs）已经引起了其他一些教育机构高级主管和理事的兴趣，很少有其他的教育创新活动能够获得如此大的关注。通过edX等公司的努力以及Coursera和Code Academy等公司所开展的大规模合作，众多知名的优质课程被放到了网络上。随着大规模开放网络课程的发展，它们越来越被看作是基于学分时数教学的一个非常吸引人的替代形式。一门课程能够吸引数以万计的学生参加学习，这样的发展前景也引发了对很多问题的认真讨论，从微观的学分问题到宏观的组织领导力问题等。
五、重要挑战
咨询委员会成员通过仔细分析当前重要事件、学术论文、相关文章以及类似的资源，结合个人经验，依据未来5年内对科学、技术、工程和数学教育的影响度，咨询委员会列出10个重要挑战，下面所列挑战的顺序也是咨询委员会成员依据重要性对其进行排序后的结果。
（一）当前的信息技术及其实践还没有为满足学习者个性化学习的需求提供应有的支持
当今社会越来越需要教育回应每个学生的独特需求，这也是新技术发展的驱动力。通过发展新技术为学习者提供更多的选择和自主权，开展差异化教学。显然，仅以一套模式应对所有学生的教学方法既不能保证教学效果，也不能被现在多元化的学生群体所接受。技术可以而且应该支持学生个人能够自主选择学习材料和专业知识、内容数量和学习类型以及教学的方法。然而，个性化学习最大的障碍在于科学的、基于数据的促进个性化学习的有效方法才刚刚起步，比如学习分析技术在高等教育领域中的实施和采纳仍然处于初期阶段。
（二）写作、出版和研究等方面已出现了新的基于信息化手段的学术活动形式，但目前仍然缺乏足够的可量化的评价方式
传统的学术评价方法（例如基于引文频次的评价）很难被应用到通过社会性媒体开展的研究。同行评价的新形式，例如读者评价，被有影响力的博客、标签、外部链接和微博所引用，正在成为全世界教育工作者习以为常的活动，形成了越来越多有趣的相关成果。这些形式的学术讨论成果还没有很好地被主流教师与学术决策者所理解，造成了“能够实现的”与“能够接受的”之间的差距。
（三）大多数研究者尚未在教与学中应用新兴技术，也未进行过相关研究
许多研究者并未接受过基本的、数字化支持的教学技巧培训，也未提供其专业发展机会。这主要受到几个因素影响，包括他们缺少应该有的时间与预期。许多人认为在更多的创新组织技术被广泛应用之前，需要文化的转变。一些教育工作者简单地理解新技术应用，或者相信技术阻碍了学习。然而，通过采用渐进教学法，通过新兴技术的探索使得应用成为可能。许多教育工作者认为，在学术界转变态度是必要的。
（四）数字媒介素养作为未来各学科和行业人员必须掌握的一项关键技能，其重要性日益显现，但目前的教师教育与培训尚没有做出应有的回应
尽管对于数字媒介素养的重要性已经达成广泛共识，但是在教师教育中却很少培训相关技能，在教师的岗前培训中更是少见。尽管讲师和教授们开始意识到由于他们不善于帮助学生在课程中发展和使用数字素养技能而制约了学生发展，正规培训的缺乏也在通过专业发展项目或非正式学习来弥补，但是要将数字媒介素养作为业务标准尚需时日。这一挑战之所以变得更加严峻，是因为数字媒介素养不仅仅在于掌握数字化的工具，而更重要的是养成一种思维方式。不完全在于掌握数字化基本技能和工具，而是获得思维方式的转变。基于特定工具和平台的技能与标准已经被证明不是一成不变的，因此通用思维能力比特定工具技能更为重要和持久。
（五）跨机构认证和详细的访问政策是必要的，它们允许机构之间共享在线实验
虽然教师比以往任何时候更乐于开发在线实验，但他们所创造的实验几乎不具扩展性。太多机构一遍又一遍地重新创建相同类型的实验。质量标准可提高联合设计与实验的重用性，但机构也需要考虑标准，它允许来自合作机构的学生跨安全域访问数据和工具。
（六）新的基于信息化技术的教育模式正给传统高等教育模式带来前所未有的挑战
教育机构无一例外地都在寻求提供优质服务和更多学习机会的方法。大规模开放网络课程是目前人们关注的前沿，让学生能够在实体的教育机构内获取越来越丰富、通常是免费的网络课程，来补充他们的教育和经验。然而，随着这些大规模开放网络课程平台的涌现，有必要坦率地评估这种模式，确定如何最好地支持规模化的协作、交互以及评价。仅仅利用新技术是不够的，新的教育模式必须使用这些工具和服务，以在更深层面上吸引学生。
（七）需要重新思考MOOCs及其作为开放教学与研究的开放的、持续的、联通主义社区的价值
联通主义是一种学习模式，社会和文化交互是重点，个人把自己的工作经验和知识与环境整合形成一个不断扩大的学习生态系统。虽然开放学习方式已经比较完善，但是开放教学和研究是新概念，它们利用众包和集体智慧的理念来建构新的教学法和实践，过程中为科学研究获取新发现和见解。我们可以在全球教室和社区的互动过程中创建学习材料。
（八）在我们讲授科学、技术、工程和数学之前还有很多事情要做，我们不是讲授事实而是讲授求知的方法
最新获取科学、技术、工程和数学知识的传统展示形式已通过作业发布，学生往往只是背诵事实。同艺术和人文学科相比较，这通常是一个创造性地解释主题材料的机会。科学概念作为发现的新证据不断地变化着，简单地记忆事实并不利于激发学生的好奇心，应该是促进他们之间不断地探究他们提出的变化。与大多数创新性学科一样，科学中的新诠释更受机构欢迎。
（九）我们的学校尚未承担促进教学创新的任务
自由的创新源泉以一种新方式与思想沟通。我们现行学校允许我们仅以规定的方式与思想沟通——有时也能导致新见解，但他们更多的则是导致死记硬背。当前学校不重视创新和改进教与学。学生评价教学、影响晋升和职业选择的主要结果都将转化为创新失败的风险，仅留下一点实验空间。
（十）数学需要重新设计，教学编码应该是新学习课程的重要组成部分
许多人认为当前数学课程陈旧，学生仍然以同样的方式求解方程和问题。根据Code.org调查，在2020年全球将需要超过140万计算机工作者；数学系学生需要获得计算机科学技能。编程正在作为选修课纳入许多学校，但只有少数学校直接将编码整合至数学和其他学科。学生不再依赖于图形计算器和笔记本电脑，他们可以快速编程和设计公式。
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