智慧学习环境研究

——王焕焕

一、简析智慧学习环境

（一）初步认识“智慧学习”

随着知识经济时代的到来，知识成为社会发展最重要的生产要素。在这一背景下，人们普遍希望以智慧教育来培养创新型人才，让学习者从大量烦琐、机械、简单重复的学习任务中解放出来，进而将更多的心理资源投入到更为复杂、更有价值、更需智慧的学习任务中，“智慧教育”应运而生。

“智慧学习”(Smart Learning)是一种实践自主学习，它利用各种信息技术设施和设备，克服时空限制，快速完成个人或合作学习。智慧学习环境作为其支撑，各国学者都给出了不同的定义。一般认为，信息时代的智慧教育更重视利用智慧学习环境培养学习者的高阶认知能力。在移动互联网、人工智能、大数据等技术的支持下，智慧学习环境成为智慧教育的核心组成部分。

（二）“智慧学习环境”的由来

随着“数字土著”在社会信息化环境的不断涌现，他们在学习方式和能力倾向等方面都较之“数字移民”差异巨大，他们更乐意通过信息化手段获取信息和知识。因此，普通的数字学习环境不能满足“数字土著”的要求。智慧学习环境作为高端新型学习环境便应运而生，并未学习提供了更多可能性。因此，智慧学习环境的产生是顺应时代要求和人类文明进步的必然产物。

与此同时，自2015年以来，随着“互联网+”行动计划的出台，信息化已上升为国家战略，建设智慧学习环境是解困教育教学与信息技术深度融合，实现教学质量和学生创新能力提升的必然要求。

（三）“智慧学习环境”的含义

有学者认为智能学习环境是从建构主义学习理论、混合学习理论、现代教学理论出发，以学习者学习为中心，由相匹配的设备、工具、技术、媒体、教材、教师、同学等构成的一个智能性、开放式、集成化的数字虚拟现实学习空间，认为其既支持学习者学习的自主建构，又提供适时的学习指导。而马来西亚学者Chin (1997)则认为“智慧学习环境是一个以信息通信技术的应用为基础、以学习者为中心的且具备以下特征的环境:可以适应学习者不同的学习风格和学习能力;可以为学习者终身学习提供支持;为学习者的发展提供支持。” 

据此，我们认为智慧学习环境是一种能感知学习情景、识别学习者特征、且聚焦于促进学习者有效学习并提供合适的学习资源与便利的互动工具、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。

（四）“智慧学习环境”的特征

智慧学习环境与普通数字学习环境相比较，其特点包括:可按需推送学习资源，并鼓励资源独立于设备;学习工具专门化、微型化、智能化;自动、随时设别匹配学习社群;自动形成教学社群，高度关注用户体验;具有协同知识建构学习模式，关注高阶认知目标，并注重评价形式的多样化;强调引导式、活动式教学方式，具有基于学习者任职的自适应式学习结果评价方式。总之，智慧学习环境是普通数字化学习环境的高端形态，是现代科技在教育领域的应用成果。

二、构成智慧学习环境的技术要素

技术的发展为智慧学习环境的构建提供了有力支持。

而其中的人工智能技术、传感器技术、网络技术、富媒体技术与移动终端技术等等新新技术更是成为智慧学习环境的构造的主要技术支撑点。

人工智能技术能够实现对学生学习过程的记录和学习情景的识别，传感器技术能够实现对学习情景和学习环境的感知，通信技术能够实现学习者的有效联接。人工智能技术在教育领域的应用(Artificial Intelligencein Education，简称AIED)伴随着人工智能的发展而成为学习技术的重要领域。在识别学习情境方面，人工智能技术的作用在于可以从各种数据中自动分析出学习者的特征信息，以及从大量的信息中检索出合适的学习资源，从而满足学习者的个性化学习需求；学习者建模技术和学习资源挖掘检索技术的新进展为新型学习环境建构提供了有力支撑；学习分析技术主要利用交互文本、视音频和系统日志三种形式的学习过程记录数据分析学习者的学习特征。利用参与度分析法、社会网络分析法和内容分析法等自动化的交互文本分析技术，可获取学习者对学习的参与度、学习者的社会网络、学习者关注的学习内容等信息；对包括学科成绩、系统登陆情况、学习资源访问情况、热门的检索词、习题解答情况等系统日志类数据的分析不仅可以帮助研究者和教师了解学习者的学习情况和学习资源的利用情况，而且通过统计分析的方法可以挖掘各种数据之间的关联情况。

传感器技术是现代科技的前沿技术，是当今物联网发展的重要支持技术之一。传感器技术可从部署的传感元件中周期性获取海量信息，分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求。无线传感器网络由大量静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息。传感器网络实现了数据采集、处理和传输三种功能，能够实现物理环境监测、目标追踪、生理参数监控等功能。无线传感器网络的这种特性对于识别学习情景、监控学习环境提供了有力保证；而光纤传感器的应用将进一步增强情景识别、环境感知、学习监控的灵敏度和准确度，环境对学习者的适应性反馈也会进一步增强。

无处不在的宽带无线网络使得高清晰度的网络教学资源传输成为可能，也让异地的视频链接不再受带宽资源的限制，让学习者有“身临其境”的感觉。4G甚至5G技术和各种无线接入普及，让无线网络的覆盖不再仅仅限于教室和图书馆，学习者通过网络进行学习，将不再受任何地域限制。

富媒体是指具有视频、音频、图像、文本、动画等多种丰富媒体以及交互性的信息传播技术。富媒体增加了交互性的概念，提高了受众的参与度，从而改善了用户体验，使基于网络应用程序的交互性更强、更丰富、更便捷。

学习终端技术的发展为泛在学习提供了载体， 在个人移动终端普及的时代，随着屏幕显示的真实性、电池寿命、用户操作体验等一系列问题的改善，各种个人终端的种类越来越多，功能也越来越强大，个人化的学习终端突破了学习地点的限制，让学习的发生不再仅仅限于课桌旁。目前，个人移动终端已经成为教学的重要辅助工具，它们正在深刻地改变人们的阅读习惯、学习习惯和生活习惯。

另外还有人脸情感识别技术、虚拟现实技术、增强现实技术等。

三、三种典型的智慧教室

智慧教室的“智慧性”涉及教学内容的优化呈现、学习资源的便利性获取、课堂教学的深度互动、情境感知与检测、教师布局与电气管理等多个方面的内容，可概括为内容呈现（showing）、环境管理（manageable）、资源获取（accessible）、即时互动（real-time Interactive）、情境感知（Testing）五个维度，简写为“S.M.A.R.T”。

而在“SMART”概念模型中，“环境管理”（M）和“情境感知”（T）两个维度是智慧教室装备的共性要求。“环境管理”（M）维度要求智慧教室能够实现对所有设备、系统、资源的监控和管理。“情境感知”（T）维度包括两个方面，一是对教室内的空气、温度、光线、声音、颜色、气味等参数的监控，为“环境管理（M）”提供依据；而是利用课堂录播系统记录 教学过程，利用手持设备记录交互过程、检测学习结果，从而完成对学习过程的跟踪。

随着“个人探究”、“小组协作”等多种教学模式的不断提出，原本以支持知识传授为主的教室环境无法满足当前课堂教学在功能多样性方面的实际需求，普通教室、多媒体教室和网络教室在设计上亟待改善。如果分别从“内容呈现（S）”、“资源获取（A）”和“及时交互（R）”三个维度来增强教室的设计，可把教师建成“高清晰”型、“深体验”型和“强交互”型三种典型的智慧教室。

下面分别介绍一下，这三种典型的智慧教室。

1.“高清晰”型智慧教室

  “高清晰”型智慧教室更多应用于“传递+接受”式教学模式，该教学模式的产生背景和美国著名教育心理学家奥数贝尔提出的有意义接受学习理论有直接的关系，该理论认为学生的学习主要是接受学习，而不是发现学习，即学生主要通过教师讲授和呈现的材料来掌握前人的知识和经验。但是，这种接受学习应该是有意义的，而不是机械的；为此，新知识必须与原有认识、原有观念建立起适当的、有意义的联系。

1）空间布局。该类智慧教室主要支持以讲授为主的课堂教学，学生座位布局以“秧苗式”固定座位为主，对听课人数无明显限制，甚至可以支持几百人同时听课。

2）内容呈现。该智慧教室可以采用无线投影技术呈现教学内容，支持手势识别的自然交互方式，应根据教室空间大小来配备屏幕尺寸及个数；通常情况下，至少配备两块显示屏幕来呈现教序内容。“双屏配备”可有效加强多页面的链接，应是智慧教室的标准配置；学生可使用手持设备书写笔记或将其画面投射到大屏幕上。

3）资源获取。该类智慧教师应支持师生以无线网的方式获取课程计划、教学内同和相关教学资源；在教学过程中，学生可利用移动设备书写笔记并实现在线储存。

4)及时交互。该类智慧教师的交互方式以师生交互为主，其他交互方式为辅。学生也可以通过手持设备以电子投票、问题反馈的方式给予反馈。

2.“深体验”型智慧教室

“深体验”型智慧教室更多应用于探究性教学模式，该模式是指在教学过程中，学生在教师指导下，通过以“自主、探究、合作”为特征的学习方式对当前教学内容中的主要知识点进行自主学习、深入探究并进行小组合作交流，从而较好地达到课程标准中关于认知目标与情感目标的一种教学模式。（何克抗，2008）

1）空间布局。该类智慧教室支持以“个人探究”为主的课堂教学，座位布局相对灵活，“秧苗式”或“圆形”布局均可，理想的班级人数为四十人左右。

2）内容呈现。该类智慧教室的内容呈现以学生的计算机终端或手持设备为主，以室内的无线投影呈现为辅。学生可利用手持设备记录笔记或反馈信息，并可将其画面投射到大屏幕上，要求学生每人配备一台计算机终端或移动手持设备。

3）资源获取。该类智慧教师覆盖高速无线网络，支持丰富的资源和教学工具的获取，全面支持各种终端接入，能够保证基于互联网的虚拟实验、仿真教学等在线资源和学习分析工具能便利获取和应用。

4）及时交互。该类智慧教室的交互方式以生机交互为主，师生交互、生生交互为辅，学生可通过计算机或手持设备以电子投票、问题反馈方式给予反馈。

3.“强交互”型智慧教室

“强交互”型智慧教室更多应用于小组的协作学习，它是以小组活动为主体进行的一种教学活动，学生之间的相互合作、相互作用是教学活动赖以进行的动力源泉（黄淮荣，2003）。

1）空间布局。该类智慧教室支持以“小组协作”为主的课堂教学，理想的班级人数为四十人左右，空间布局以“圆形”布局为主，学生无固定座位，布局灵活，每个小组应至少胚布一台计算机终端或手持设备。

2）内容呈现。该类智慧教室支持小组使用计算机终端或手持设备讨论问题、绘制思维导图等，其内容呈现以小组终端为主。教室也可配备双屏或多屏显示呈现教学内容，其中装备至少一台具有触摸功能或交互式电子白板，供教师或学生面对全班同学展示。

3）资源获取。该类智慧教室支持无线方式传输小组协作的资源和工具，网络传输速度以不影响小组协作为宜。

4）及时交互。该类智慧教室特别强调以计算机为中介的生生交互，小组完成学习任务主要依赖小组讨论。讨论结果能够以无限投影的方式投射到大屏幕上。

四、总结：

智慧学习环境是数字学习环境的高端发展，人们对于智慧学习环境寄予很大的期望，但众多研究的表明，教育信息化的成效与人们在信息时代对技术促进教育的预期存在差距。因此，智慧学习环境的未来发展应重点从学生体验的角度入手，智慧学习环境的学习体验界定为学习者对智慧学习环境、学习活动和学习支持服务等学习过程中涉及的诸多教学要素的感知、反应和行为表现。它要求从学生的视角出发，深入了解他们在智慧学习环境中学习所产生的实际感受，全面把握“用户”对智慧学习环境的感知。

智慧学习环境的构建策略：

1.物质环境建设。智慧校园是学校开展智慧学习的物质环境。智慧校园的概念同样来源于智慧地球，是利用智能技术，如物联网和云计算等，实现校园的智慧、安全、人文、环保科研、教学和管理。智慧校园的总体架构包括网络平台、数据基础和智慧服务。它涉及的关键技术有学习情境识别与环境感知技术、学习分析技术、移动互联技术、社会网络技术、数字资源组织与共享技术等。智慧校园依赖校园网平台，将所有产品的识别码和传感器安装配置到教室、实验室、图书馆、办公室、食堂以及其他校园建筑和设施中，形成校园物联网，将所得数据在应用领域进行加工处理，实现智慧化管理。智慧校园建设要体现“以人为本”的理念，从教师和学生的实际需求出发，以促进教学改进为目的，分析师生特征，进行相应服务的配置。

2.教学模式变革。相对于传统教学环境，智慧教学环境的教育目的、教学方式、教学关系、学生认知风格和学习特征等教与学的模式都发生了转变。智慧学习环境的教学目的是培养学习者的高阶复杂问题解决能力及良好的价值观，而非单纯对知识的理解和记忆。智慧学习环境下，教师要辅助学生了解学习活动设计原则，认识学习活动内涵并识别学习劳动要素；教师要引导学生讨论学习目标、构建学习团队、设定学习规则、分解学习任务，培养学生的团队合作意识。教师也需要构建学习团队，以提升教学效果为愿景，促进专业知识提升和交流，共享教师专业发展资源，包括教学课件和视频等；学校和家庭之间、学校和学校之间、学校和社会之间都要加强合作，培养学生的学习兴趣和对群体的归属感。

3.制度环境创新。智慧学习环境下，教师与学生更具自主性，随着物质环境的建设和教学模式的变革，学校制度环境也应随之创新。学校制度环境创新的目的是灵活、弹性地促进师生共同发展，而非控制、约束教师和学生。学校应从学习活动安排、教师专业发展以及校外资源获取等方面创新制度管理。智慧学习环境作为一种新型学习环境，是知识爆炸、技术进步和学习需求共同助推的结果。它借助多种智能技术，让学习者能够集中注意力投入学习活动中，引导学习者进行独立思考科学实践和正确决策。智慧学习环境的构建是学校发展的必然途径，在建设过程中，需要从物质环境建设教学模式改革和制度环境创新三方面进行，同时还需考虑技术升级的兼容性和使用者的技术接受能力等问题。