基于情境感知的智慧學習環境探究*

吳南中　王　覓

（1．重慶廣播電視大學 教務處，重慶 401520；2．海南師范大學 信息學院，海南海口 571158）

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基于情境感知的智慧學習環境探究*

吳南中1王覓2

（1．重慶廣播電視大學 教務處，重慶 401520；2．海南師范大學 信息學院，海南?？?571158）

摘要：文章指出，基于情境感知的在線智慧學習環境是以情境感知技術為基礎，通過情境感知技術的獲取，教育大數據的調節，將數字化資源、學習過程、支持服務等學習環境構成要件智能化，塑造全新的智慧學習空間，使之具有智能性、自適應性等特征，提高在線學習效率；其形成需要依托技術支持機制、數據處理機制、結果輸出機制、效果反饋機制和服務保障機制的共同作用。

關鍵詞：情境感知；在線學習；智慧學習環境

引言

20世紀90年代開始，構建終身教育體系由一種思潮發展成為教育實踐和社會活動，為終身學習提供資源的開放資源運動開始興起。該運動致力于“免費、可復制、可重組、沒有任何獲取或交互上的障礙”［1］，受到國際社會的高度肯定。2011年10月，斯坦福大學的吳恩達和達芙妮?科勒將該校的“數據庫導論”課程放到網上，引來了數以萬計的在線學習者［2］?？吹竭@種情形，這兩位精通互聯網的計算機教授靈機一動，搭建了Coursera平臺，期待這個平臺能承載更多的課程和資源開放的理想。此“靈機一動”，在教育界掀起了巨大的波瀾。審視MOOC自身，雖然其優點明顯，但其缺陷如“支持服務遠遠不能滿足學習者持續發展”［3］、即使“人工智能”這樣優秀的MOOC課程其完成率也不足14%的尷尬［4］、“MOOC在技術上實現了聯通，卻不能保證互動”［5］等，也引起了反對者的質疑和支持者的困惑?；诖耍芯咳绾翁嵘诰€學習效率的支持技術與機制，成為了教育技術工作者面臨的新問題。

一　智慧學習環境與情境感知

1 智慧學習與智慧學習環境

自2010年以來，智慧學習（Smart Learning）成為教育技術領域熱詞。不同學者從不同角度探討了智慧學習的內涵，如Myung等［6］提出，智慧學習是一種學習者自我指導的以人為本的學習方式，它通過智慧信息技術與學習活動整合，讓學習者更加自如地獲取學習資源，以支持師生互動和生生互動，設計自我指導的學習環境；祝智庭［7］則指出，智慧學習是主動靈活地運用適當的技術，促進學習者構建意義、合作共贏和創新實踐，不斷改善優化和適應環境。此外，國內外還有不少學者也對智慧學習進行了闡述，但基本上都包含了合理有效地利用人工智能服務于學習者智力發展的行為與策略，具有聰慧、機智、精巧、靈活等一般性特征。

學習環境是一種具有社會心理背景的學習發展場所，經常被描述為“基調”、“文化”、“氣氛”等［8］。而智慧學習環境是數字化學習環境的高階階段，是指“能感知學習情景，識別學習者特征，提供合適的學習資源與便利的互動工具，自動記錄學習過程和評測學習成果，以促進學習者有效學習的學習場所或活動空間”［9］，其主要技術特征包括“記錄過程、識別情景、聯接社群和感知環境等”四個方面［10］。智慧學習環境支持課堂教學，也支持在線學習，而本研究所討論的智慧學習環境僅限于在線學習。

2 情境感知與情境感知技術

隨著計算機技術的發展，原本靠指令回應人的需求的方式逐漸加入了計算機對人的需求的主動感知。情境感知是指“系統主動感知情境變化，根據用戶當前任務需要，在恰當的時機提供恰當的信息和服務?！保?1］在線教育領域中，網絡教育資源質量和層次方面的差異，既造成了學習者的選擇困難，也造成了不同情境下的需求不同。情境感知技術指的是通過傳感設備和計算機設備獲取情境感知的技術，并按照各類參數進行加工與處理以獲取相應的信息。與學習相關的情境一般被認為有以下五個方面：學習者自身情境（身體情境、身份標識情境）、物理情境（空間、時間、環境）、計算機系統情境（資源情境、可用性情況、存取情境）、人機交互情境（實時交互、歷史數據）和社會情境（規約、人際關系）。運用情境感知的相關數據進行建模處理，以適應學習者的在線學習需求，是智慧學習環境構建的基礎。為此，陳其暉等［12］探討了基于Petri網絡實現對學生學習路徑的控制和學習狀態的了解等問題。

二　基于情境感知技術的智慧學習環境及其特征

1 基于情境感知的智慧學習環境

由于學習情境是變化的，個體也會受到情境的影響，故使用統一的學習資源難以滿足不同學習者的個性化需求——在MOOC等在線學習平臺的實踐中，大量的中途退出者和MOOC所要求的相對統一的標準有一定的相關性就說明了這一點?；诖?，理解學習者的學習需求，感知學習者的學習環境，對學習者提供準確的判斷、個性化支持、實時性調整，以形成更好的在線學習體驗，便成為了未來教育的發展方向?；谇榫掣兄闹腔蹖W習環境就是通過感知技術主動感知學習者的實時學習需要，為學習者提供恰當的學習資源、學習支持服務和學習情境，提升在線學習效能的智慧空間，蘊含了資源、氛圍、智能支持等構成要素。

2 基于情境感知的智慧學習環境特征

（1）智能性。智能指的是環境具有感知、記憶和行為表述過程，體現為主動感知、內在調整、學習界面的學習情境改變等，其智慧性形成是通過情境感知技術，捕捉學習者的學習狀態和學習環境等數據，通過內置的算法，有針對性地向學習者提供相應的學習資源，有目的性地調動情緒、激發動力，避免旁落和孤獨。

（2）自適應性。傳統課堂是通過教師的調節來適應學習者的情境變化。智慧學習環境則通過資源的合適調配，根據學習者適時學習狀態的變化進行內容和路徑的改變。如學完一個知識點之后，預設了多種選擇——感知學習者需要繼續進行理論的探索，就進入下一個知識點；感知學習者若有疲憊信息傳出，轉入實踐情境、拋出一個有吸引力的觀點或談及一個相對有趣的話題，都是可以適應學習者適時需求的有效方式。

（3）主動性。在傳統的在線學習語境中（包括MOOC），學習者需要依靠自主學習完成學習過程。在情境感知的智慧學習環境中，系統通過對學習者信息的感知，積極主動地構建適應學習者學習的環境，將恰當的資源、合適的呈現形式和周密的邏輯路徑按照學習者的現有狀態進行推送，試圖與學習者的學習需求互動，幫助學習者構建自身的知識體系，體現了環境對學習者個體學習狀態的主動適應。如通過學習者檢索某類專業知識得出相應課程會對學習者存在顯著價值時，智慧學習環境有針對地進行推薦。

（4）個性化?；谇榫掣兄闹腔蹖W習環境所體現的個性化體現在三個層次：第一個層次是每個個體進入學習環境所面對的資源，是個體自身通過感知系統得出的信息所塑造的；第二個層次是隨著學習者的學習進程，學習內容會隨學習狀態和學習者新的需求而進行個性化的調整，區別于以往的一次性成型；第三個層次是指在學習過程中，智慧學習環境還能隨學習狀態的變化進行個性化交互，實現實時的改變，更加理解學習者。

三　基于情境感知技術的智慧學習環境形成機制

要實現真正的智慧學習環境，需要一個協同處置機制，并通過各個機制的各司其職和協同互助，最終實現智慧學習環境的形成。為了更加清晰地展現其相互關系和運作機制，本研究特勾勒了基于情境感知技術的智慧學習環境形成機制圖，如圖1所示。

圖1　基于情境感知技術的智慧學習形成機制圖

1 技術支持機制

技術支持機制指通過各種技術的應用，完成情境數據的收集，其核心是情境感知技術體系。

（1）學習者自身條件和情境的獲取。通過情境感知技術對學習者相關數據的獲取，把握學習者特征、興趣偏好和知識水平等相關信息；通過逐漸深入的人機交互，獲取情緒信息；通過大數據手段，識別學習者條件，獲取塑造智慧學習環境的相關數據。在運行過程中，大數據扮演重要角色，并通過對學習平臺以及學習平臺以外的關于學習者信息特征的相關信息進行整理分析，使技術支持更具有智慧性。如通過百度數據，得知某位學習者近期在尋求商務網站的開發幫助，以此推斷學習者的自身條件。

（2）學習環境數據的獲取。學習環境數據是指學習者所處物理環境的相關數據，如學習者所在的物理空間、學習者人機交互條件等。學習環境類型不同，對于學習效果和學習的需求也就存在差異，如地鐵上的學習更適合時間較短的資源，并需要塑造相對愉悅輕松的氛圍；對圖書館等靜謐環境而言，塑造一個深度學習的場域更有價值。此外，人機交互條件也是重要的環境數據，關系到資源類型、交互方式等。如在2G移動網絡條件下，文字資源顯示了更高的舒適度；鍵盤交互較之于觸摸屏，文字交流比語音交流更有優勢，這些都是智慧學習環境形成的重要基礎。

（3）學習資源的數據技術支持。在情境感知的智慧學習環境中，需要依托數據技術的支持，實現技術深度融入學習資源，形成有目標實現機制、有層次處理機制、有反饋提升機制的學習資源開發技術，通過開發層次性資源、個性化資源，適應根據學習者學習狀態和個性化需求的資源建設。

2 數據處理機制

（1）學習的最優路徑設計。最優路徑設計是通過對學習者情境的感知，自主構建符合學習者個性化特征的學習路徑的過程。要實現這種設計，首先需要將課程領域中的各種任務，與可能的情境進行合適的匹配，如圖書館環境適合較長時間的陳述性知識學習。總之，學習路徑的設計，需要形成既符合前后邏輯，又與學習者情境相吻合的知識形成邏輯，以塑造最優的學習路徑。此外，還需要通過大數據對歷史情境與課程任務情境進行匹配度分析，將最佳任務信息與學習、目標空間結合，滿足學習者個性化路徑的需求。

（2）學習的情境自適應。在進入學習場域之后，學習者會隨情境變化產生情緒和情感變化，會與預設性的學習路徑發生偏離。也就是說，適應最初場景的學習環境在新的條件下逐漸不再適應，智慧學習環境要求各種相關技術能實時捕捉這種變化，并調動資源，再度適應學習者。

（3）學習的引導。學習者經過一段時間的學習之后，向更高層次學習或者是著眼于未來問題解決的引導成為必要，這種情形產生于學科知識體系構建之后的精進需求和系統的問題解決需求，體現了課程對于支撐學習者成長的核心價值。對學習者的引導，一方面要緊扣學科知識的精進方向，通過設置前沿問題情境或者提供反思性場域，促使學習知識能力進階；另一方面，學習者需要將知識性情形轉化為現實問題的解決，通過實現與學習者特定生活場景中相似或相同的問題的引導，促進知識在生活中的應用，將知識與生活搭建聯系，促進學習者成長。

3 結果輸出機制

智慧學習環境的輸出，也就是其呈現方式，是整個流程的關鍵。智慧學習環境的生成，不僅依靠前端數據，更要依靠心理學、教育學的理論支撐作用，其呈現也體現了各種技術和學習理論的協同，涉及多個方面。鑒于文章篇幅有限，本研究單就結論進行分析，具體體現為：

（1）顯性的智慧學習環境呈現。顯性的智慧學習環境是指在學習場域通過構圖、視頻交互、文字呈現等方式實現，通過預先策劃和文本設計，按照與學習者交互的相關數據生成的智慧學習環境。如針對不同學習者呈現的不能層級的視頻資源、針對不同時段的不同呈現形式等，其不同的組合形式塑造了不同目標需求的智能學習環境，旨在不斷地提升學習效率。

（2）隱性的智慧學習環境呈現。隱性的智慧學習環境是指未經預先策劃和文本設計、未以明確的學習目標所囊括的環境，在流程中不做強制存現。它的存在，更多地體現為獨有精神塑造和一種無意識的規則，如針對遁入停滯學習狀態的系統提示，其行為本身并不存載學習的內容，但卻真實地影響學習的體驗，對于塑造尊重、關懷的人文環境具有積極意義。

4 效果反饋機制

任何試圖通過一次頂層設計不加修飾地塑造智慧學習環境并發揮其作用的想法都不符合實際，智慧學習環境的形成需要不斷地根據反饋數據、調整算法予以完善。

（1）智慧學習環境塑造的成效反饋。在智慧學習環境與學習者的交互中，學習者的體驗映射智慧學習環境的成效，如中途退出暗示內容呈現不夠合理、長時間不參與人機交互說明互動設置存在問題。當然，某種呈現方式帶來的積極效應也可通過相應數據反饋出來并用于改進學習環境，如在學習疲憊期的知識小游戲，切實打消了原有環境的沉悶。總之，要有成效反饋的機制，這是智慧學習環境優化的基礎。

（2）數據支持機制的算法和模型調適。算法和模型的使用可以影響結論，如相同的問題研究按照不同的算法，有可能會得出相互排斥的結論——這在人文社科領域尤為明顯。在智慧學習環境中，更多的也是呈現概率，而計算概率就只能意味著可能性。依賴算法和模型的智慧學習環境需要不斷地調適，找出各種普適性的算法和模型，并對算法和模型進行校正。現有的適應性學習路徑推薦的相關研究在算法上與智慧學習環境所需要的自適應存在較大的差距，但這是智慧學習環境構建的起步，也是利用大數據支持發展的必要性佐證。

（3）智慧學習環境塑造的條件改善反饋。智慧學習環境塑造指的是對現有材料的充分利用，但作為不斷變化的知識體系和學習內容，需要依據所塑造的環境以及內容的變化進行基礎條件的改善，如吸收更高級的信息技術提升物理技術、利用穿戴設備技術的進步提升更高層次的感知技術、通過資源制作理念和技術的提升來提高資源的可理解程度等。

5 服務保障機制

在構建智慧學習環境時，依然不能完全脫離教師在學習過程中的持續性存在，也不能脫離制度框架的推進保障，更不能脫離外圍人才的培育支持。

（1）教師參與的支持服務保障?！爸С址帐侵冈趯W習過程中，提供給學習者的學習支持、學習輔助支持、學習間接支持。”［13］在智慧學習環境塑造中，智能系統具備一般性的感知功能，能做一些陳述性知識的人機交互；但涉及系統并沒有算法支撐的學習過程問題，智能系統并不能提供解決策略。除此之外，一些思辨性質的交互需要有針對性的引導，而這需要通過人的參與并從參與性、情感支持等方面進行支持，以提高智慧學習環境中學習的舒適度和有效度。

（2）外圍制度的促進機制?；谇榫掣兄闹腔蹖W習環境形成需要突破現有的制度限制，如獲取、利用學習者數據需要突破現有的倫理甚至法律障礙，畢竟對個人信息的獲取意味著暴露在公共視域的可能性增加，而這需要完善的制度支持。同時，作為一種面向未來的學習環境，需要依賴在線學習的整體推進，而這需要能促使大量人力物力投入的政策及制度支持。

（3）人才供給的基礎保障。情境感知的智慧學習環境形成需要海量既懂教育又懂技術的工作者進行平臺開發、數據捕捉和利用，實現與數據的對話。通過大量的數據入口設計、數據捕捉、數據建模與理解，發揮數據在情境感知的智慧學習環境中的調節作用。

四　結語

基于情境感知的智慧學習環境最大的關鍵是找到學習過程中的人，并找準人的狀態，以此塑造不同的學習情境，體現智慧性。這種智慧性的塑造不僅要依賴視頻資源和其它多媒體資源的直觀、虛擬和逼真，也有賴于支持服務人員的參與，還要塑造學習者的想象空間。在這種日新月異的變化過程中，基于情境感知的智慧學習環境塑造的相關課題必然會引起研究者的熱情。隨著研究的持續深入，關于智慧學習環境的“黑匣子”會被逐漸打開，也必然會涌現出一批又一批新技術和新產品，從而不斷地提升在線學習的效率。

參考文獻

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［13］吳南中，南旭光.學習者需求導向下遠程教育學習支持服務體系的重構［J］.中國成人教育，2011，（19）：34-36.

編輯：小米

Probe into the Environment of Smart Learning based on Situation Awareness

WU Nan-zhong1WANG Mi2

（1. Dean's office， Chongqing TV University， Chongqing， China 401520；2. School of Information Science and Technology， Hainan Normal University， Haikou， Hainan， China 571158）

Abstract：Online smart learning environment based on situation awareness took the situation awareness technology as foundation， and intelligentized digitalized resource， learning process， support service and other constitutive parts of learning environment through acquisition of the situation awareness technology and adaptation of educational mass data. At the same time， the formation of new smart learning space which had the characteristics of intelligence and adaptivity required the dependency upon the technical support mechanism， data processing mechanism， result output mechanism，effect feedback mechanism and service guarantee mechanism.

Keywords：situation awareness； online learning； smart learning environment

【中圖分類號】G40-057

【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2016）05—0018—06 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2016.05.003

*基金項目：本文為重慶市教委人文社科重點項目“基于翻轉理念的職業教育教學資源開發范式研究”（項目編號：15SKG213）、重慶廣播電視大學發展規劃項目“MOOC與學校發展問題研究”（項目編號：FG2015A04）、海南省哲學社會科學規劃課題“面向碎片化學習時代微視頻‘心動’設計與實踐應用研究”（項目編號：HNSK（QN）15-50）的階段性研究成果。

作者簡介：吳南中，講師，碩士，研究方向為教育技術、遠程教育管理研究，郵箱為yiqizou@126.com 。

收稿日期：2015年9月17日