學習科學觀視角下的智慧學習環境設計

張亞珍

摘要：隨著信息技術的發展，打造開放、智慧的學習環境、推進教育系統整合、促進資源共享已成為全球教育信息化發展的基本特征。本文根據國內外智慧教育現狀，在學習科學視角下，提出智慧學習環境設計模型，以期對我國智慧教育的發展與建設提供參考。

關鍵詞：學習科學；智慧學習環境；模型

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1671-1580（2017）05-0146-03

隨著智能硬件設備和無線寬帶通信成本愈加低廉，技術應用更為方便與普遍，為我們教育發展也打上了深深的技術烙印。當前教育熱點關鍵詞有智慧教室、游戲化學習、MOOC、翻轉課堂、學習分析等課題，這些教學理念、教學模式為技術與教育深度融合提供了充分條件，也為智慧教育的發展提供了支撐與契機。

學習科學是由一個匯聚認知科學、計算機科學等學科的跨學科研究領域，關注如何通過信息技術、智能技術改善人類學習績效，強調真實情境對學習的影響，強調學習的社會性、遷移性、建構性的屬性。學習科學的觀點、視角與方法在智慧教育上有著巨大的潛在引導力量。本文結合學習科學理念，提出智慧學習環境設計模型，以期對我國智慧教育的發展與建設提供參考。

一、智慧教育內涵

隨著信息技術在教育領域深入應用與推廣，各個領域的研究者分別從各個不同領域開始探究智慧教育的內涵。祝智庭教授認為智慧教育的基本內涵：通過構建智慧學習環境（Smart Learning Envi-ronments），運用智慧教學法（Smart Pedagogy），促進學習者進行智慧學習（Smart Learning），從而提升成才期望，即培養具有高智能（High Intelligence）和創造力（Productivity）的人，利用適當的技術智慧地參與各種實踐活動并不斷地創造制品和價值，實現對學習環境、生活環境和工作環境靈巧機敏的適應、塑造和選擇。

相關智慧教育公司以技術視角認為智慧教育是以云概念為基礎，以物聯網為支撐，網絡技術作為基礎方向，建立基礎教育的智能化校園管理系統，可以促進優質教育資源共建共享和應用、資源整合，融入到教學、學習、管理等工作領域，實現教育公平、提高教育質量目標，推動教育教學改革的發展。

智慧教育是在云計算、物聯網、泛在網絡、人工智能技術支持下，合理設計并開發智慧學習環境，促進學生智慧學習。筆者認為智慧教育以學生為中心，通過信息技術構建并創新有效的智慧教學環境，實現個性化、智能化和體驗化學習環境，形成優質教學內容共享、合理資源推送和自我評估功能，培養并提高學習者信息技術應用能力和問題解決能力，促進學習者知識智慧建構。

二、智慧教育現狀

在信息技術的融合下，各個國家已經意識到教育改革的必要性和緊迫性，同時把智慧教育作為變革國家教育系統的戰略選擇。目前國內外在智慧教育設計和建設方面取得了一定的經驗，對于我國發展智慧教育具有重要指導意義。

（一）重視基礎設施的建設，加強軟實力的發展

國內外現階段的智慧教育中，非常重視硬件基礎設施建設，如高速寬帶接入、云計算存儲、移動終端的開發等，這些對促進學生進行隨時隨地學習提供了條件。IBM根據智慧教育五大變革，提出智慧教育框架：數據收集、存儲與分析；個性化學習體驗和優化教育管理。在IBM智慧教育核心就是利用信息技術，為學習者創設智慧學習情境。國內華東師大與華為公司合作的華東師大教育云、寧波智慧教育，架設高帶寬校園網，創建了高智能實驗室和新教學設施。這些基礎設計的建設為后期智慧教育資源的開發與應用提供了很好地保障。

（二）實現跨學科、跨部門整合，促進全員參與智慧教育建設

在新加坡智慧教育系統中，通過整合公眾學校、私人部門/企業、公共部門政府合作模式，與各地方教育技術研究團體、信息通信研究人員、企業以及知名海外教育技術機構建立合作關系。學校與教師在電子教材、其他教育資源與教育應用的開發上具有一定的話語權，通過多方合作交流，從而獲得有利的實時反饋，實現活躍的思想與合作交流，保證產品和服務的質量。

（三）消除信息孤島，促進各個系統融合共享

韓國智慧教育系統是結構化的插件式智慧教育系統，該系統由智慧內容子系統和家校學習子系統組成，通過學校和家庭聯接，形成一個學習空間，促進正式和非正式學習，各個系統功能相互融合，全面實現數據共享和服務，有效提高學習和教學工作的效率。我國教育信息化建設經歷了網絡教育、數字教育。在數字教育中，我們基本實現了校園網絡基礎設施建設，對教學系統、學習系統、管理系統等系統進行了開發，但這些系統是相互孤立的。在智慧教育未來發展過程中，整合各個子系統，實現數據共享和服務是我們智慧教育發展的重要目標。

（四）重視智慧教育相關法律法規的制定

我國先后頒發了《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》等綱領性文件，這些對我國智慧教育的發展提供了政策上支持，同時為智慧教育發展指明了方向。然而智慧教育有條不紊地持續發展還需要國家立法機關建立更完善的法律法規，通過立法為智慧教育的發展提供有力保障。

我國智慧教育建設在各個學校側重點各不相同，有側重硬件基礎設施、側重網絡帶寬、數字化教材開發、教學系統軟件開發等。如何更有效的發展我國智慧教育，更需要上層理論指導。筆者以學習科學為理論，促進智慧教育合理、個性、針對性建設，讓學習者獲得更高水平的創造性思維。

三、學習科學內涵

智慧教育建設圍繞“以學習者為中心”，設計學習中的硬件、資源、環境和社會因素，根據所收集到的實時或非實時的數據，對設計進行適應性調整。而學習科學的理論與方法則可以指導這一設計過程和具體技術的實現。根據學習科學理念，對學習情境中學習者的具體學習行為、感知信息的方式和態度，進行設計。endprint

四、智慧學習環境設計

本文結合學習科學內涵，根據馮銳經驗學習環境模型，利用物聯網、云計算、互聯網和智能技術，全面感知學習情境信息、識別學習者特性，靈活生成最佳適配的學習任務和活動，結合技術支撐下的智慧教學法，構建學生的知識意義，從而使學生的創造性和創新思維得到大大提高，設計智慧學習環境模型（如圖1）。

在本模型中，“以學習者為中心”，把學習活動鑲嵌在真實情境中，學習者通過體驗解決真實問題的過程，再檢索、分析、解決和驗證問題，通過廣泛參與、自由探索、合作共享，獲得知識的意義建構。主要有以下功能：

（一）學習情境自動感知

情境感知主要表征智慧環境對物理環境和學習行為的感知能力。一方面傳感器感知環境的物理因素，系統自動調節物理環境，促進學生適應性學習。第二方面傳感器獲取學習者的位置、姿勢、學習終端、操作、學習方式、情感等學習行為方面數據，結合學習行為分析，了解學生的學習需求，提供適應性支持，促進學習者個性化、自我導向的學習。

（二）學習資源自動推送

在智慧學習平臺，結合學習分析呈現學習者特征、學習內容、處理信息的方式等數據，為學習者自動推送相關學習資源，促進學習個性化學習。同時智慧學習平臺還根據學習結果數據分析采取干預措施，通過迭代循環過程，更好實現個性化服務，從而達到提高學習和教學成效的目的。

（三）智慧評價

評價促進教學改進。在智慧學習環境中從評價主體的多元性、評價內容的多元性、評價方式的多元性進行綜合性評價學生的學習效果。評價主體有學生、同學、教師和學習共同體。評價內容有學生在線學習時間、發帖數據、參與討論頻率和測驗分數等。評價方式有調查、項目設計、考試等。

（四）智慧教學模式

據文獻分析，目前國內關于教學模式的研究非常多。然而目前如何選擇恰當的教學模式，卻沒有相關原則和技術。在智慧學習環境中，我們充分利用技術的“智慧性”，靈活地選擇智慧學習平臺社交媒體，利用各種交互方式和媒體工具，設計與自己學科相適合的教學模式。同時還可通過教學助手的設計，如在線求助策略，促進學生進行高效的合作學習。在科學實驗課中我們可結合認知科學仿真技術，建立3D情境館，如博物館、圖書館和生活館，實現學習者真實的學習環境沉浸式學習，提高學習者的問題解決能力和技巧。

（五）正式學習與非正式學習相結合

在智慧教育系統，我們結合正式學習和非正式學習環境特點，主要是了解和改善家庭、工作場所，課堂等實現虛擬的共同體與現實共同體中的學習環境，針對教學設計的認知、社會和技術方面都給予跨學科的研究，從而達到利用創新的技術來改變學習方式。

五、總結

目前，信息技術與教育在不斷地融合，教育信息化持續良好的發展勢在必行，十分迫切。現階段我國關于技術支持深度學習的學習環境設計與開發還處于初級階段，本文結合學習科學理論，從理論上設計智慧教育學習環境模型，創建具有智慧特性的學習環境，促進智慧教育的研究更好地發展。

[責任編輯：盛暑寒]endprint