智能技術支持的小學新型學習空間創設與實踐

楊帆 朱敬東

摘要：近年來，在智能技術的推動下，傳統學習空間功能過于單一，難以滿足學生個性化需求等問題逐漸凸顯。因此，人們開始思考學習空間的設計與重構。本文首先對學習空間的理論基礎進行了梳理，并結合案例，以人工智能、物聯網、大數據等智能技術為支撐，從物理、虛擬、社會、個人四個維度構建了智能技術支持的小學新型學習空間模型，旨在為新型學習空間的研究提供借鑒與參考。

關鍵詞：智能技術;學習空間;新型空間

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）08-0086-04

● 引言

學習空間是一種支持學生進行學習與開展學習活動的環境載體，它主要包括各類學習場所和網絡學習空間，對教師的教與學生的學都有極其重要的作用。隨著信息化的發展，我國日益重視學習環境的變革，努力推動學習空間的發展。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》明確指出，“信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視”[1]，“教育信息化‘十三五規劃”也多次提及了“網絡學習空間”。[2]

據此，本研究提出以人工智能、物聯網、大數據等智能技術為支撐，以學生為中心，以核心素養為導向，構建新型學習空間，使學生在新型學習空間中開展真實的體驗與學習，進而培養學生問題解決、創新創造等高階思維能力。

● 智能技術支持的新型學習空間的理論基礎

1.情境認知理論

情境認知理論強調學生與社會情境的互動，認為學生只有在豐富的社會情境中進行學習，才能真正地體驗到知識的生成過程，真正地理解知識并能夠靈活運用知識。[3]在傳統的學習空間，教學方式依舊是教師講學生聽，而新型學習空間則可以為學生提供真實的學習場景，讓學生參與真實環境互動，在真實場景中進行體驗式學習，從而提高學生利用信息技術高效解決問題的能力。

2.項目式學習理論

項目式學習注重以學生為中心，學生借助小組的力量進行作品的設計、制作與展示，以解決真實世界中的問題，獲得知識技能與核心素養的提升。[4]新型學習空間正是改變以往以教師為中心的教學方式，強調以學生為中心，更加關注學生的主觀能動性，讓學生在真實場景中學習知識與技能，培養學生核心素養。可以看出，新型學習空間的建設理念與項目式學習強調的內容相吻合。

● 智能技術支持的新型學習空間的模型構建

本研究在楊現民[5]等人的學習空間多形態融合模型的基礎上，以智能技術為支撐，以項目式學習為主要學習方式，構建了智能技術支持的新型學習空間模型（如下圖）。該模型改變了傳統的以教師為中心的教學方式，采用以學生為中心的教學方式，著重培養學生的核心素養，即文化基礎、自主發展、社會參與。模型在縱向和橫向維度上構建了四維新型學習空間，分別是物理空間、虛擬空間、社會空間和個人空間，最大程度地實現了線上與線下、個人與群體、正式與非正式等不同場景下的自由切換，使學生能夠在真實場景中進行體驗與學習。

1.以學習者為中心

傳統學習空間采用的是“以教師為中心”的教學方式，而在互聯網等智能技術的推動下，新型學習空間將從“以教師為中心”的教學方式向“以學生為中心”的教學方式轉型，教師與學生的角色也發生了截然不同的改變。教師不再是課堂的主宰者，也不再采用“填鴨式”“灌輸式”的教學，而更多的是承擔起引導者、幫助者的角色，成為學生學習路上的引路人。

2.關注核心素養

在新型學習空間里，課堂是學生學習的新天地，學生可以更加積極主動地參與到學習中，在真實的場景中親自動手去實踐、探索、體驗，這不僅有利于學生對知識的深刻理解，還有利于學生科學精神、實踐創新能力等核心素養的培養。通過這樣的方式，能夠更好地促進學生核心素養的提升，真正達到育人的目的，讓學生成為學習和生活的真正主人。

3.空間融合發展

新型學習空間體現了不同空間的融合，即物理空間、虛擬空間、社會空間和個人空間的相互融合、相互促進。從空間的物質屬性來看，可以將空間劃分為物理空間和虛擬空間。物理空間擁有多種形態，如教室、圖書館、實驗室、文化長廊等，物理空間可以支持學生進行正式學習與非正式學習;虛擬空間主要是指網絡學習空間或網絡學習平臺等，虛擬空間可以支持學生進行線上的、非正式的學習。虛擬空間和物理空間相互配合，為學生創設真實的學習場景，使學生進行線上與線下相結合、正式學習與非正式學習相結合的學習。

從空間的社會屬性來看，可以將空間劃分為社會空間和個人空間。社會空間是指學生學習過程中所依賴的社會環境，學生可以在社會空間中與同伴、教師進行互動交流、合作探究。個人空間充分體現了以學生為中心的學習范式，學生可以在個人空間里自主學習，進而滿足學生的個性化學習需求。將社會空間與個人空間相融合，能夠更好地促進學生進行自主學習與合作學習。

4.強調技術賦能

在時間上，學生不再局限于課堂上的學習，可以借助云平臺隨時進入學習空間中進行即時學習，將學習內容延伸至課外，使得學習方式更加靈活、開放，也提升了學習的主動性與積極性。在空間上，智能技術可以支持學生進行線上與線下相結合的學習，學生可以實現處處可學。

● 智能技術支持的新型學習空間建設案例

杭州市D小學是一所年輕的學校，結合學校自身條件與現實需求，杭州市D小學以項目式學習為理論基礎，以人工智能、物聯網、互聯網為技術支撐，借助智能技術支持的新型學習空間模型，建設了以科學、農業、人工智能為主要學習內容的新型學習空間，即“科學探究實驗室”“人工智能耕讀實驗室”“智慧農場”“能量轉換站”“傳統農耕文化展示中心”等，并配套相關的課程資源包與學習云平臺讓學生能夠在新型學習空間里進行自主學習、合作探究，進而促進學生核心素養能力的提升。

1.杭州市D小學新型學習空間建設

（1）注重學習體驗，培養核心素養

杭州市D小學將操場后面的部分空間充分利用起來，建設了獨具學校特色的新型學習空間。在智慧農場中，學生可以種植蔬菜，體驗作物種植與果實收獲帶來的快樂。在科學探究實驗室中，學生可以在課堂上進行科學探究實驗，真實感知實驗的全過程。在人工智能耕讀實驗室，學生通過動手實踐操作感知AI的無限魅力。

（2）空間融合發展

杭州市D小學新型學習空間中的各個部分是有機互動、緊密聯系的，能夠支撐學生開展常態化的學習、實踐、探究。物理空間主要包括“科學探究實驗室”“人工智能耕讀實驗室”“智慧農場”“能量轉換站”“傳統農耕文化展示中心”。

其一，傳統農耕文化展示中心由操場看臺閑置空間改造而來。學生可以在這里進行非正式的學習，以圖文和實物的形式了解鄉土代表性農耕文化。

其二，能量轉換站配備有太陽能收集轉換器和風能收集轉化器，學生可以利用這些設備探究能量轉化的方式、路徑、應用以及影響條件。

其三，科學探究實驗室是學生進行科學問題探究的地方，實驗區部署無土栽培種植箱、氣霧種植器、育苗架、肥水一體化系統、植物生長情況采集器，支持學生進行植物的觀察、對比、探究實驗。

其四，人工智能耕讀實驗室是學生進行人工智能知識學習的主要場所，實驗室部署機械臂、計算機、教學一體機等。通過機械臂和計算機，學生可以學習人工智能的相關知識，激發編程興趣，培養計算思維。

其五，智慧農場是學生走出教室，親密接觸大自然的場所。學生可以在智慧農場中進行真實的種植勞作，也可以將科學創新實驗室中的植物移栽、定植到室外智慧農場中，體驗植物生長的過程。虛擬空間主要是指項目式學習平臺。對教師而言，教師可以在項目式學習平臺上進行任務的發布、資源的上傳、活動的組織、評價的記錄。對學生而言，學生可以進行在線學習、作品展示、同伴互評、過程記錄。項目式學習平臺給予了每位學生一個獨一無二的身份，一個專屬于自己的ID，學生可以在自己的個人空間中進行記錄、學習，從而實現整個課程全周期學習過程的記錄。社會空間與個人空間是融合在物理空間與虛擬空間之中的，無論是物理空間還是虛擬空間，學生賴以進行交流討論、合作學習的學習環境都屬于社會空間，而個人空間是學生進行獨立自主學習的場所，最為典型的便是項目式學習平臺。學生可以根據自己的需求、自己的進度，選擇自己想要的內容進行學習，從而滿足其個性化的發展。可見，在杭州市D小學創設的新型學習空間中，物理空間、虛擬空間、社會空間、個人空間進行了有機融合，從而能夠支持線上與線下、正式與非正式、群體與個人的學習。

（3）智能技術賦能

首先，項目式學習平臺不僅可以方便教師和學生，實現線上與線下相結合的學習，而且可以實現對植物與環境的實時、遠程監控。學習空間里部署了植物生長觀測儀、傳感裝置等設備。植物生長觀測儀能夠實現微環境、植物生長情境的實時、遠程觀測。通過傳感裝置，可以收集智慧農場中的相關數據，如溫度、濕度、降雨量、氧氣濃度等，并進行數據的匯總、分析，實時了解植物的生長變化情況。在人工智能實驗室還配備有人工智能環控學習臺，可以實現環境的自動調節控制。其次，人工智能技術的加入可以創設真實的學習場景。學生可以借助人工智能技術解決真實場景中的實際問題，進一步提高解決實際問題的能力與創新創造能力。

2.杭州市D小學新型學習空間應用

在新型學習空間里開設了相關的拓展性課程，并于每周五下午開課。課程的形式有科學課程、勞動教育課程，也有人工智能課程，旨在使學生在新型學習空間里進行知識的學習、實踐的探索與思維的提升。

“人工智能+科學課程”不僅能讓學生通過真實的觀察記錄，了解現代農業的相關知識，增加對現代農業的認識與尊重，還能讓學生學習人工智能的知識與技術，利用人工智能技術解決真實的科學問題，提升學生問題解決能力與創新創造能力。

目前，課程正在實踐中，通過三次的授課筆者發現，學生對新型學習空間持肯定的態度，對課程也持有濃厚的學習興趣。

● 總結

本研究立足于小學新型學習空間的創設與實踐，構建了新型學習空間模型，并對杭州市D小學的新型學習空間及應用進行介紹。但本研究目前只是對新型學習空間進行簡單介紹，并沒有相關案例的實證研究，這也是接下來需要著手研究的地方。同時，希望更多的研究者能夠在新型學習空間領域扎實研究，努力促進新型學習空間的進步與發展。

參考文獻：

[1]中共中央國務院.國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）[EB/OL].http：//www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/content_1667143.htm.

[2]中華人民共和國教育部.教育部關于印發《教育信息化“十三五”規劃》的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

[3]劉亞龍.基于情境認知理論的大學英語多媒體網絡教學研究[J].電化教育研究，2009（07）：113-120.

[4]美國巴克教育研究所.項目學習教師指南——21世紀的中學教學法（第2版）[M].任偉，譯.北京：教育科學出版社，2008.

[5]楊現民，李怡斐，王東麗，等.智能時代學習空間的融合樣態與融合路徑[J].中國遠程教育，2020（01-02）：46-53+72.