場景化智慧教學系統的構建與應用

摘" "要：傳統教育是一種基于知識推送模式的教學活動過程，現代教育則越來越需要讓師生在知識的場景里去建構意義，場景化教學和智慧教育應運而生。而信息技術的飛速發展，則為兩者的進一步深度融合與應用提供了基礎。文章圍繞場景化智慧教學系統，對場景化教學和場景化智慧教學的概念進行了界定和闡釋，對如何構建場景化智慧教學系統模式，以及如何開展具體實踐應用進行了詳細分析，提出場景化智慧教學系統的兩種構建模式：一是線下場景化智慧課堂教學模式，主要對接線下課堂場景里的智慧教學需求；二是線上場景化教學模式，主要面對網絡場景中的智慧教學要求。文章認為在具體的應用過程中，場景化智慧教學系統都可采用三種形式：虛擬式情境教學、嵌入式情境教學和沉浸式智能教學。

關鍵詞：場景化；智慧教學；人工智能

中圖分類號：G434" " " " "文獻標志碼：B" " " " "文章編號：1673-8454（2022）12-0081-06

隨著互聯網技術和應用領域的飛速發展，移動支付、遠程醫療、在線教育等各類“互聯網+”新業態層出不窮。受其影響，我國網民規模及互聯網普及率均呈現快速增長態勢。中國互聯網絡信息中心的報告顯示，截至2021年12月，我國網民規模達10.32億，互聯網普及率達73%。在網民中，即時通信、網絡視頻、短視頻用戶使用率分別為97.5%、94.5%和90.5%，用戶規模分別達10.07億、9.75億和9.34億[1]。

上述數據表明，移動互聯網已悄然融入人們的日常生活。隨著人們對教育的各種新需求（實時化、個性化、精準化）層出不窮，一場滿足移動互聯教育新需求的場景化教育變革呼之欲出。教育場景化意味著人們將教育觀念轉變為“互聯網+教育+場景”的新觀念，將教育教學活動拓展到互聯網上，把教育教學活動融入具體的應用場景中。

一、場景化智慧教學

（一）場景化教學

場景原是影視領域的一個專業用語，是指在某個特定的時間和空間內，發生的各種人物活動構成的畫面，是通過人物行動來表現劇情的一個個特定過程。隨后，場景概念被廣泛地引入到商業領域，所秉承的認識是人們很多時候喜歡的不是產品本身，而是產品所處的場景以及場景中自己浸潤的情感[2]。

目前，場景概念的代表性理解是羅伯特·斯考伯（Robert Scoble）等在《即將到來的場景時代》一書中提出的：場景是以人為中心的最真實體驗細節，它依賴于人和作用于人，沒有人的意識和動作也就沒有所謂的場景[3]。同時，書中還預言：在未來25年里，人類將進人場景時代，人們將經歷一次從系統專業知識轉向具體活動情境的場景化過程。而所謂的場景化是指在由時間、地點、人物以及人物活動所構成的某種關系下，人會產生什么樣的行為，會有什么樣的活動等的歷程。簡而言之，場景化就是指在此情此景下，人想要做什么、會做什么和怎么去做。

基于此，場景化教育就是一種能夠幫助學生更好地理解所學內容并加以靈活應用的新型教學模式。相對于傳統的系統化專業知識教學而言，場景化教育主要是指在某一特定的時空里，在環境與其他各要素相互作用下，教師和學生主動激發出來的一種“想去做、做什么、怎樣做”的思維活動，并基于這種思維活動來自主探究和協調交流，從而實現知識理解與意義建構目的的教學活動過程[4]。學習者所處的場景不同，對事物會產生不同的理解。場景化教育的根本目的是讓教育從傳統的知識推送模式，變成師生營造出一個氛圍（場景）來共同探索和解決問題的新模式，關鍵點是教學內容及活動的場景化設計與實現。

（二）場景化智慧教學

基于場景化教育理念，依托大數據、云計算、移動互聯網（5G）等技術，結合人工智能，可共享各校名師的教育智慧，通過網絡學習空間人人互通，共建共享優質的教育資源，實現以“教學高效、學習主動、數據可視、個性互動”為特色的新型智慧化教學。場景化智慧教學可幫助教師轉變教學模式，注重方法和過程的引導與傳授，幫助學生減負增效，從被動學習變為主動學習[5]。通過各種智能設備的技術支持，師生也能夠將自己帶入到特定的知識產生與應用情境中，產生一種沉浸感，從而可從多個角度與層面去觀察問題和分析問題。

與一般的場景化教學相比，智慧化的場景教學具有以下特點：首先，更注重教學方法的定制化。可借助各種智能數據分析技術，為師生提供適合其自身發展的教學規劃與個性定制化教學服務，實現精準化教學，從而解決由于教學資源的不均而產生的教育公平問題。其次，教學效果將更加高效化和有效化。教師在智能教學場景中，借助數據分析每一位學生的學習“習慣”，從而了解每一位學生的“需求”，能夠更有效地實施個性化教學，從根本上解決課堂教學低效的問題[6]。再次，能促進學生的全面發展。場景化智慧教學依托人工智能技術，可與學生進行交互探討。與教師面對面的情感交流，可以極大地激發學生的學習興趣與交流意愿，在提高其學習效率的同時，也鍛煉了其表達能力，促進學生心智系統發展[7]。最后，有助于學生創新能力的培養與提升。借助于各種場景，知識不僅具有了可探究性，而且還具備了生成性和生活性，學生將會更加積極主動地參與到課堂教學活動的過程中，獲得更多的問題解決與實踐動手的時機和空間。

二、場景化智慧教學如何構建

（一）線下場景化智慧課堂教學

1.教學設備智能化

當前的信息化教學設備種類繁多、功能多樣，如果它們不能被高效便捷地利用起來，反而會成為現有教學的“負擔”。所以，需依托智能技術的集成化智能感知管控系統，實現“人、機、網、物”的綜合管控，全面提升教學環境的智慧化管理水平。

場景化智慧教學應從課堂教學環境的優化設計入手，課堂教學環境的智慧化設計包括：無線擴聲系統、多媒體系統、移動教學系統、課堂視頻直錄播系統、互動課堂系統、中央控制系統等。智慧課堂教學環境設計為師生提供了各種高效交互的教學設備與技術，教師可以通過智能遙控器一鍵實現擴聲、錄播、互動等功能，更加靈活便捷地操作教學儀器。同時，智慧課堂教學環境還給學習者提供了更為人性化的學習設施與空間，學生可根據教學活動需要實施環境重新組合，形成學習小組以利于學生之間進行溝通。

2.教學資源可視化

主要通過云平臺數據收集系統與課堂直錄播系統支持來實現。云平臺數據收集系統能夠將國家云教學資源、區域云教學資源與校本云教學資源進行整合傳遞，構建基于“云、網、端”的智慧教學云端資源閉環（包括名師名校微課視頻、課堂實錄、教案、導學視頻以及作業），使各種優質云教學資源回歸課堂教學，有效支持師生對于學習資源的獲取、處理和呈現。同時，還可突破時間、空間限制，改變以往課堂與教師分離的狀態，拉近教學距離和情感交流空隙，實現卓越學校和薄弱學校之間、城市學校和邊遠學校之間的共建、共享優質教育資源。課堂直錄播系統通過錄制課堂視頻資源和進行常態化教學資源采集，以實現知識再生產，記錄課堂教學過程中的各種師生教學行為軌跡，通過對學習者學習軌跡及學習數據的智能分析，找出數據和學習者之間的有機聯系，從而有效預測和指導教學。

3.教學場景沉浸化

沉浸式場景往往是由3D環繞立體聲系統（杜比音效）、物聯中控系統、智慧教學系統、虛擬現實技術設備等組成。其布局主要是根據課堂教學需求的實時進展狀況，從光、溫度、環境音樂、背景音樂、空氣質量等方面進行自適應調節，從而完成對環境的即時改變或模擬，構建出符合課堂所講授知識的時代風格、故事背景、情節走向等各種類型教育場景。為滿足學生感官上的享受，可借助力反饋設備和帶有氣味模擬技術的虛擬現實頭盔（VR頭顯），來賦予學習者基于不同教學情境下的電子觸覺和嗅覺，給其提供真實或接近于真實的情景感受或模擬情境，以觸發其學習敏感點，產生有意義信息的加工過程[8]。

4.教學方式智慧化

互動教學是未來教學方式變革的核心發展趨勢之一，場景化智慧教室將會是未來教室建設的主流。利用現代智能技術可為師生提供友好、直觀、自然的交互操作，促進師生交流及學生間的交流討論，實現信息、資源的多元化與立體化深度學習[9]。在場景化智慧課堂教學中，學生利用移動設備與教師終端實施課堂即時互動，學生的各種學習狀態和學習過程信息可實時呈現到教師面前，師生在輕松、愉快、互動的教學環境下能夠更加智能、高效、科學地實施教學活動，也使整個教育過程變得更加個性化和人性化。

（二）線上場景化智慧教學活動實施

線上場景化智慧教學系統主要是由教師端、學生端和家長端三部分組成，可不同程度滿足教師、學生及家長對教學的個性化要求。對于教師，主要是降低教研時間和經濟成本，幫助教師在線上開展常態化教學教研活動，提升教學水平；對于學生，主要是使其有更多機會享受優質的課程與教學服務，接受名校名師指導，激發并維持學習興趣；對于家長，主要是實時了解孩子的學習情況和掌握各種教學信息，做到真正“參與”到孩子的成長過程中。

1.線上教師教學共同體

借助網絡渠道，教師可以更加便利快捷地向學生傳播知識技能，授課形式也從原有的書面化和紙質化轉向數字化和在線化。線上教學環境要求教師不能固步自封，要更加專注于提高自身的教學水平與能力，善于運用網絡技術不斷學習、豐富和創新教學模式[10]。在國家云資源、區域云資源和校本云資源的支持下，教師可以輕松獲得向名校名師教學進行學習或觀察的機會。同時也可通過云資源平臺收集國內外的優秀教學資料，并進行系統性篩選處理與整合，從而達到智慧備課的目的。此外，還可對學生學情進行分析，全面了解學生當下的思維水平、知識與技能的掌握情況，并根據學生的差異性開展有針對性教學，制訂適合學生發展的個性化教學計劃。通過觀看自身的課堂教學視頻，了解學生的知識痛點，分析課堂中存在的種種問題，形成有效教學反思，從而完成課前、課中、課后的教學閉環管理。教師可借助平臺，進行專業知識、教學技能等方面的交流切磋，教師的教學經驗、教學方法以及如何處理與學生之間關系的心得，也可以借助平臺與他人分享，從而能夠有效地改變原有的教學策略，持續提高教學質量和專業素養。總之，通過構建線上“教學研究共同體”，可在教師間建立良好的伙伴關系，促進教師間的互相支持與共同進步。

2.線上學生學習的自適應支持

在場景化智慧教學活動中，學習者的個性化需求滿足成為自適應學習的核心價值追求。為滿足學習者的個性化需求，需要以學習者的個性特征、學習軌跡、學習動機、學習效果等相關數據為基礎，向學習者提供有關學習進程和問題解決等方面的個性化服務。學生端內嵌的學習自適應系統可以很好地解決這一問題，可針對學習者學習過程中存在的差異性，進行學習內容難易程度的調整、學習資料的精準匹配、學習個性化評價等方面的自適應[11]。

自適應系統能夠引導學生采用最適合自身發展的學習，推送與其相匹配適應的學習內容與活動。當學習者在線上課程學習過程中遇到的問題過于復雜且無法理解時，系統會進行自動識別，并從視頻資源云中為學習者調取“更易于理解”的授課視頻。當授課內容低于學習者當前學習水平與能力，無法滿足學習者學習需求時，系統也會進行相應的調整以增加課程難度，通過分析學生對問題的具體回答并進行系統化的排查梳理，為學生提供針對性強的內容、線索、學習資源等。此外，學習評價的自適應主要針對學習者的在線學習進行數據分析與評價，通過追蹤學習者的學習動態、學習軌跡和相應的學習行為，對學習者進行綜合性、全程性和可視化的個性化評價。

3.線上家校溝通的實施

在當前信息時代，更應注重家長與學校、教師、學生之間的交互，家長在教學活動參與過程中，不能僅僅停留在單純的試卷成績閱覽或開家長會等方面，更應重視參與的“質”與“量”。為此，家長可以通過手機App、公眾號以及微信小程序關注學校的最新消息，與學?；蚪處熯M行有效溝通。同時，開設線上家長公開課，有限度地開展家長督學，使家長能夠從孩子的角度來體驗或感知課堂教學環境與課程質量，實現社會力量對教學的良性監督。通過平臺的資源共享，使家校合作針對性更強。學生出現問題，家長可以在第一時間知曉，并能及時有效地應對處理各種問題。家長還能夠隨時隨地獲取學生學習過程中的各類相關信息，精確分析學生知識體系掌握情況，并為家長智能推薦個性化的學習指導策略，大大激發家長的參與熱情，使家長在處理學生學習問題時不再心有余而力不足，真正做到親自參與和深度融入。總之，其將教師、學生、家長緊密地結合起來，組成一個教育命運共同體，做到互助互教、交流無礙，共同促進學生全面發展。

三、場景化智慧教學系統應用實踐

在現有技術條件下，場景化智慧教學系統的應用主要以虛擬現實技術教學應用為主，即用計算機和虛擬技術模擬真實世界的環境、數據、活動流程、肌體、元素、物理、化學反應等。虛擬現實技術包括：沉浸視覺、聽覺、觸覺、體感、嗅覺、味覺等多感知性，通過虛擬現實、混合現實、增強現實、擴展現實等技術的結合，賦予教學多感知途徑、多交互手段、多視角輸出，給學習者帶來沉浸式學習體驗，使教學具有多感知、交互性、虛幻性、逼真性的效果[12]。虛擬現實技術所支持的場景化智慧教學主要包括以下兩種基本形式：

（一）虛擬情境教學

虛擬情境教學應用系統主要包括：4K高清顯示、4D體感體驗、AI智能對話等功能，用虛擬現實技術實時數字化合成人物與虛擬三維場景畫面，使人物與虛擬背景能夠同步變化，實現兩者無縫融合，提供實訓三維場景與微課三維場景，形成“教師錄制微課+學生實訓練習”的“理論+實踐”教學模式。學生可以通過佩戴谷歌眼鏡、虛擬現實頭盔、增強現實顯示設備等與數字內容交互，并與周圍真實環境中的全息影像進行互動，給學習者帶來普通教學所無法提供的真實感與體驗性。

根據教學內容場景化程度的不同，虛擬情境教學可分為以下兩種類型：

1.高危實操型

主要針對危險系數較高的教學活動，如電力維修、高空作業等。虛擬情境教學可以很好地解決諸多問題，高度還原并模擬出實際場景。學生可以選擇使用交互平板、一體機頭盔、主流頭顯等設備，進行交互虛擬仿真教學和實訓演練。

2.精密實操型

主要針對一些投入成本較高且需要進行動手操作的專業學科，比如汽車檢測與維修、臨床醫學等。通過增強現實設備為學生提供真實的觸感，模擬真實活動場景，提高真實性，使學生能夠體驗到親自動手的操作感，為今后實際操作增加寶貴經驗。

（二）嵌入式情境教學

嵌入式情境教學應用系統主要應用于小規模的精準教學活動[13]。其設備小巧輕便、性能高，具有情境教學和微課程錄制的功能，可以通過鼠標操作和直接觸摸顯示屏，選擇相應的場景進行教學，學生可以在教師的帶領下進行童話故事的扮演、校園環境的體驗或藝術文化的熏陶；還可以通過虛擬現實體感傳輸與增強現實仿真傳輸等設備，將自身帶入到歷史長河中。在一個開放性的“虛擬世界”里，學生可以親身投入其中，通過自己對歷史的理解進行屬于自己的“故事線”，最終獲得對知識獨一無二的理解和重新建構。在情境模擬教學過程中，學習者會獲得身臨其境的感受，從多角度、多角色方面對知識進行理解與建構，通過故事線中角色情感的碰撞達到“知情合一”，從而提高歷史體驗感，加強對歷史的認知，使教學變得“潤物細無聲”。

（三）沉浸式智能教學

沉浸式智能教學系統通過人工智能技術將傳統教室環境進行重塑，創造一個適合學生學習和教師教學的新型智慧教育生態圈。沉浸式智能教學系統采用先進的聲光電多媒體技術，將一間教室打造成一個虛擬的三維立體沉浸式情景教室。教室的場景可以根據融合投影進行切換，可以是街道或景區，也可以是廚房或臥室，還可以是自然的森林或者多彩的海底世界，體驗者沉浸其中，還可以進行各種虛擬仿真的互動體驗[14]。

全息空間成像、混合現實等技術賦能的沉浸式智能教學最大的亮點在于整個學習過程的交互式、體驗式、互動式，為學生和教師打造了一個沉浸、交互式的學習與教學環境，構建并應用“數字孿生教師”?！皵底謱\生教師”可以被傳送到遠在山區的教室，為那里的學生上課，從而讓山區的學生也能接受到像大城市學生那樣的優質教育[15]。因故不能到校的學生，在家中也可利用混合現實眼鏡和體感設備，加入到部署了超高清直播系統的沉浸式遠程互動教室，像坐在教室里的其他學生一樣，與“數字孿生教師”互動，進而體會到真實教師課堂的感覺或氛圍。

四、結束語

綜上所述，隨著移動通信技術、網絡技術和人工智能技術的飛速發展，場景化智慧教學系統將會更加有效地融合線上線下兩種不同教學方式，打破傳統教學模式的固化思維，將教學內容融入特定的知識綜合應用場景中，通過人與人或人與環境之間的互動，讓學習者主動開展活動。知識生產模式III（強調創新網絡和知識集群）也倡導將知識和生產、應用融合起來，實現學習者知識世界、學習世界和工作世界的協調，推動學習者心理模式的引發、建構和演進，讓學習者能夠在具體的教學場景中主動學習，建構知識和面對真實問題相互協作交流，最終在認知、技能、品格和元學習能力上融合發展。

場景化教育理論和智慧教學技術的深度融合，將更加有利于構建各種基于不同知識應用場景的新型教育教學模式和建設更高質量的有效教學體系，不僅能全面提升現有教育教學的效率和效果，而且還可以更加有效地促進教育事業的全面協調可持續發展，實現創新型、復合型、個性化的綜合實踐人才培養。

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作者簡介：

黃政文，碩士研究生，主要研究方向為信息化教育和數字化教學資源研發，郵箱：2399812685@qq.com；

胡衛星，教授，博士，碩士生導師，通訊作者，主要研究方向為學習科學與技術，郵箱：29321414@qq.com。

Construction and Application of the Scenario and Intelligent Teaching System

Zhengwen HUANG， Weixing HU*

（College of Education， Bohai University， Jinzhou Liaoning 121013）

Abstract： Traditional education is a teaching process based on the knowledge-push mode， while modern education increasingly requires teachers and students to construct meaning in the knowledge scene， bringing forward scene-based education and intelligent teaching at the historic moment. Meanwhile， the rapid development of modern information technology and intelligent education provides a solid foundation for the further integration and application. Focusing upon the scenario-based intelligent teaching system， this paper analyzes the essence of scenario-based teaching and the scenario and intelligent teaching， as well as the construction mode and application form of specific scenario-based intelligent teaching system， explores in detail how to construct the scenario-based intelligent teaching system model and how to carry out specific practical application， then puts forward two construction modes. Firstly， the offline scene-based intelligent classroom teaching model mainly meets the needs of intelligent teaching in the offline classroom scene. Secondly， online scene teaching mode mainly faces the intelligent teaching requirements in the network scene. In the specific application process， this paper holds that the scenario-based intelligent teaching system can adopt three forms： Virtual situational teaching， embedded situational teaching， and immersive intelligent teaching.

Keywords： Scenario; Intelligent teaching; Artificial Intelligence

編輯：李曉萍" "校對：王天鵬