從普適計算到云計算
——信息技術支持下的學習環境變遷研究

葛振南 馬玉慧

（渤海大學，遼寧 錦州 121013）

1 問題的提出

隨著計算機技術、數字技術、人工智能技術的發展，我們可以發現，在“學習環境”之前，經常會加上“普適計算機技術支持下的”“技術支撐的認知學徒制的”“網絡的”“泛在”“數字”“智慧”“虛擬現實”“全息技術”等技術名稱。隨著這些技術名稱的變化，技術驅動的學習環境發展愈發清晰和明朗，技術的發展又是有跡可循的，從最初的普適學習環境，到后面的數字學習環境，再到現在的“互聯網+教育”的開放學習環境，技術是在不斷向前邁進的，本研究的具體問題有兩點：一是現在的技術都有哪些？到達了什么程度？對學習者的影響有哪些？二是基于新技術的學習環境會出現哪些挑戰？

2 近20 年支持學習環境的信息技術的變化

20 世紀90 年代以來，國內外學者對學習環境的定義做出了很多努力。學習環境隨著教育和環境的變化而變化，環境又隨著技術的發展而變化。主要概念包括以下六點：

2.1 普適計算技術

普適計算技術是將計算機的功能融入外圍環境中，使人們將注意力轉移到人們應該完成的任務。[1]普適計算環境是信息空間與現實的結合，是普適計算學習環境下人們可以不受時空約束而數字化的服務[2]。

2.2 數字技術

數字技術是借助計算機、手機等設備將各種圖、文、音、影等信息轉換成計算機語言識別的二進制數字“0”和“1”后進行處理、加工、保存、傳播、還原的技術，是一門科學技術。

2.3 人工智能

人工智能是研究、開發模擬、擴展、擴展智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能不斷發展，隨著阿爾法擊敗圍棋高手李世石，人工智能進入了快速發展階段。

2.4 全息技術

全息技術是一種三維立體成像技術，物體模型可以完全由光束表示，它主要采用干涉和衍射的光學原理，利用干涉原理記錄物體光波的相位和振幅，再經過衍射表現物體光波。[3]

2.5 虛擬現實技術

虛擬現實技術常稱為VR，是以計算機技術為核心，結合大數據、人工智能、傳感器技術等，通過多源信息融合、交互式三維動態視覺和實體行為的計算機仿真系統，實現視覺、聽覺、感覺等方面產生與真實環境高度相似的數字化學習環境。[4]

2.6 云計算

云計算具有快速靈活地提供資源的能力，能夠以最少的管理工作量快速部署和釋放資源。在云計算背景下，云都具有不可比擬的優勢，但在使用云計算技術的過程中用戶的安全和隱私等問題也不容忽視。[5]

3 各技術支持下的學習環境

3.1 普適計算學習環境

普適計算學習環境對于學習的促進有以下幾個方面：

績效的提升：“績效”是指學習者在學習場所完成任務的成就或結果。不管是學習還是工作都希望能夠提升效率，降低成本，收獲更多。績效的提升就可以很好地做到這一點。

對學習環境理論的發展：學習活動在學習環境的構成上是不可或缺的關鍵一環，而學習活動系統同樣是包括主體、客體、工具、分工、共同體和規則在內的一個完整系統。普適計算的介入豐富了活動的理論，可以加強活動中的互動性，可以使活動內容更多豐富多樣，最后也可以給學生更多的反饋。

3.2 數字學習環境

數字學習環境對學習的促進有以下幾個方面：

對于在學校學習的學生，數字學習環境可以讓學生不論是身處學校、家庭還是社會，處處都將充滿“智慧性”。在學校學習生活中，教師可以利用數字學習技術對學習環境進行改造，可以利用技術讓抽象的知識變得具體起來，讓原本學生只能憑空想象的知識變得立體起來，增強學生對于學習的興趣，讓學生從被動學習變成主動學習。在家庭學習中，學生可以在家利用技術手段進行作業輔助，促使學生不再為家庭作業而煩惱，教師也可以將上課內容傳到學生端，讓家長根據教師所講授的內容給學生進行家庭輔導，更好地實現家校合作。[6]

3.3 “互聯網＋教育”技術支持下的學習環境

1.虛擬現實學習環境對于學習的促進有以下幾個方面：虛擬現實技術支持下的學習環境可以激發學習動機；在VR 學習環境中，學生可以實現自己的構想，得到積極及時的反饋，使得學生喜歡利用VR 學習，提高了學生的學習興趣。虛擬現實技術支持下的學習環境可以實現情境學習；VR 學習環境中，可以獲得視覺、聽覺、觸覺等多通道感覺反饋，可以激發學習者更加積極主動地參與到學習中以實現情境學習[7]。虛擬現實技術支持下的學習環境可以激發學習者高階思維；教育心理中將創新能力、問題求解能力、決策力和批判性思維能力都歸屬于高階思維[8]。在VR 學習環境中，教師可以通過設置游戲關卡，達到鞏固知識點的作業，學生在闖關中會認真思考，深入思考，從而激發了學習者的高階思維。學習者進入VR 學習環境中，會隨著環境的變化而不斷變化著，在環境改變的同時，學生會跟隨環境的變化而變化，例如朱自清的背影一課，當跟隨著朱自清的文字再身處當時的環境，學習者一定是主動去領悟朱自清當時的感覺而不是教師被動地傳授。學生具有差異性，VR 學習環境可以根據學生的學習特點來進行配備，以促進學習者個性化學習。

2.全息技術支持下學習環境對于學習的促進有以下幾個方面：全息技術可以構建數字孿生課堂，有利于促進教育公平，促進優質教育資源共享，實現全納教育。構建未來學習環境。基于全息技術構建的未來學習環境能將學生帶到一個虛擬的世界中，讓學生在受到學習環境的影響下沉浸在學習中。全息技術可以豐富課程內容，使一些知識點可以用三維技術呈現，如醫學解剖類課程、地理類課程等，從而豐富學習者的學習體驗。

3.4 云計算學習環境對于學習的促進

云計算技術支持下的數據存儲量是傳統普適計算技術支持下的平臺不可比擬的，國家利用云計算技術，構建了教育云平臺，上傳和儲存的教學資源總量是非常巨大的，教師可以通過云教育平臺進行學習和借鑒，完善自己的課堂教學設計。云計算技術支持下的學習環境，可以通過大量的計算分析學生學習的動態，可以針對不同的學生進行不同的教育方式，針對學習比較扎實的學生進行拔高題目的推薦，對于基礎不是特別扎實的學生進行較為基礎的題目推薦，為個性化教學提供參考。云計算支持下的學習環境，可以將聊天工具、日歷、網盤等平臺集成起來，為學生開展學習提供多方面的學習支持。教師可以在聊天窗口進行任務發布，學生可以自行組隊并通過聊天工具進行交流，利用日歷做進度計劃，利用網盤進行任務進度存貯，云計算也可以將這些全部記錄下來，小組內同學可以共享，老師也可以直觀地看到每個小組的進度，進行針對性指導，云計算對于小組協作學習的開展提供的幫助是其他技術無法代替的。

4 基于新技術的學習環境面臨的挑戰

4.1 技術本身面臨的挑戰

1.設備自身性能的穩定性。首先以網絡為例，從最開始的2G 網絡到3G、4G 直到現在的5G 技術，2G技術下的網速是最慢的，最不穩定的，反應速度特別緩慢，像一個老年人一樣。5G 技術下的網速是目前最快的，不但網速快，穩定性也很高。運用5G 技術，可以實現計算機通信間的無障礙交流，但是2G 技術下就很難實現。

2.各個品牌、平臺間的相互協作。設備是不同廠家生產出來的，手機就有華為手機、小米手機。學校應用的白板、投影儀也是不同廠家不同批次的。這種情況下，就有可能出現設備間不兼容的情況，會對學習效果產生影響，故實現設備的跨品牌、跨平臺合作也是刻不容緩的。

3.長時間使用新技術可能會對學生的生理造成不適。長時間使用計算機會對學習者的視力產生影響，長時間使用VR 設備會讓學習者產生眩暈感，所以對于設備的使用時長、使用強度到底應該如何把握是未來面臨的重大挑戰之一。

4.學習資源建設面臨的挑戰：在新技術支持下的學習環境急需加強學習資源方面的建設。新技術一旦產生，最先運用的地方肯定是商業，例如虛擬現實技術最應用于游戲，創造了商業價值，但是與教學內容的結合就很少，應用于教學中的場景也很少。

4.2 新技術下對于教育者的教學也帶來了極大的挑戰

1.需要創新教學設計。學習環境隨著技術與時俱進，教師的教學設計也要不斷開拓創新，要善用學習環境的支持技術，例如投影儀可以播放教學內容的相關記錄，這樣可以吸引學生的注意力，也可以增加課堂的趣味性。

2.課堂教學難度增大。疫情常態下要求教師時刻準備線上教學。線上教學時的教學難度會比課堂難度增大，教師不能及時有效地得到學生的有效反饋，影響教學效果。

3.師生間情感的流失。新技術支持的學習環境可以實現跨時空學習，全息投影、虛擬現實技術都可以讓學生更好地投入到學習中去，但是同時也削弱了教師與學生之間情感的溝通，造成教師與學生之間情感的流失。

4.3 受教育者學習面臨的挑戰

1.受教育者容易形成不嚴謹的學習態度。新技術越來越重視學習者的感受，自疫情暴發以來，為響應國家停課不停學號召，各級各地積極開展線上教學，線上教學的弊端同時也暴露了出來，教師在線上認真講課，但是因為網絡等各種問題，學生的上課狀態并不是很好，易形成不嚴謹的學習態度。

2.受教育者容易沉迷虛擬世界。新技術的發展，例如虛擬現實技術優先應用于游戲領域，一些自制力不強的受教育者就會情不自禁地沉迷于虛擬世界，對他們的身心造成很大的傷害。雖然現在很多游戲設置了防未成年人沉迷游戲的設置，例如只在周六周日的晚上八點以后才開放游戲權限，或者在檢測到可能不是本人賬號時要求刷臉解鎖，但是上有政策下有對策，許多未成年學生會用其他方法來進行游戲，比如借他人賬號登錄，或者購買賬號。并且許多未成年人對于游戲的抵抗力較小，容易受到游戲的誘惑進行充值、打賞，同時，許多未成年人對于錢財沒有很直觀的概念，往往會出現大額充值，目前法律法規對于這塊沒有特別的規定，所以有時候未成年在家長不知情的情況下進行大額充值后的錢財損失無法追回，造成家長的財產損失嚴重。

3.受教育者認知負荷易超載。新技術的發展是朝著全面感知去發展的。從2D 技術到3D 技術，從語音電話到視頻電話，從耳機到虛擬現實；從簡單的視覺刺激到視覺、聽覺雙重刺激，再到多元感官系統同時運作，從單一到復雜。受教育者的認知負荷不斷加重，直至超載，非常不利于學生的身心發展，人的精力是有限的，當大量精力投入到游戲中去，那么投入到學習的精力就會大幅度減少，會造成受教育者注意力不集中，成績下降，沒有精神，嚴重的會產生心理疾病。

5 結語

技術是日新月異的，一些技術還沒有正式運用到教育當中來，未來學習環境的發展到底能到達何種地步還尚未可知。但是新技術的發展是勢不可擋的，學習環境也會隨著新技術的發展而不斷更新迭代，新的技術新的學習環境將成為更有利于學習者學習的環境，在未來的學習中發揮更加重要的作用。