科技賦能教育創新：學習環境的變革與升級

李艷燕

【摘要】新一輪科技革命浪潮來襲，準確把握科技革命賦能教育創新變革的實踐路徑成為新時代建設高質量教育體系的核心問題。學習環境變革與升級作為科技賦能教育的重要基礎，呈現出與社會發展與時俱進、與教育轉型同頻共振、與學習主體共融互促的演化特征。新一代學習環境在多模態感知、全鏈條分析、跨場域融通以及人機協同四個方面將迎來新的技術突破，為在教育活動中加強多維學習狀態監測、構建多粒度學習者畫像、開展精準化教學決策以及豐富自適應學習支持與服務等方面提供更優質的教學支持服務。基于技術突破與服務升級，新一代學習環境將在賦能“以人為中心”的教育技術集群創新、深化人工智能教育應用場景與服務設計、打造教育高質量發展的中國方案和國際樣板等方面提供重要支撐。

【關鍵詞】科技賦能教育? 新一代學習環境? 技術突破? 場景創新? 價值內涵

【中圖分類號】G434? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標識碼】A

【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2023.20.008

人工智能、大數據、云計算等信息技術的迅猛發展驅動新一輪科技革命浪潮的來襲，推動經濟社會發生顛覆性的變革與創新。在教育領域，如何準確把握新一輪科技革命賦能教育創新變革的實踐路徑成為新時代建設高質量教育體系的核心問題。黨的二十大報告明確提出：“推進教育數字化，建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國”。[1]習近平總書記在主持中共中央政治局第五次集體學習時指出：“教育數字化是我國開辟教育發展新賽道和塑造教育發展新優勢的重要突破口”，并強調要“進一步推進數字教育，為個性化學習、終身學習、擴大優質教育資源覆蓋面和教育現代化提供有效支撐”。[2]可以說，新一代信息技術的迅猛發展為創新教育模式、重塑教育未來注入了新的動力，為推進教育數字化轉型提供了重要支撐，為建設社會主義現代化強國提供了重要保障。

升級學習環境是科技賦能教育的重要基礎。利用新一代信息技術，推動設備、環境與人聯結起來，構建跨時空、開放融合的泛在新型教育環境，可以有效促進學校、家庭和社會的協同共融，打造規模化“因材施教”的教育新生態。[3]國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》中明確指出，要“開發立體綜合教學場”;“建立以學習者為中心的教育環境，提供精準推送的教育服務，實現日常教育和終身教育定制化”。[4]因此，如何對學習環境進行變革與升級，創設智能、開放、融通的新一代學習環境，成為教育數字化轉型背景下亟待解決的重要議題。

學習環境的發展演化與時代變革

學習環境是人類學習發生的重要場所，承載著學習活動的發生。其演變歷程與社會時代特征、教育發展方向以及學習主體教育需求高度相關。

學習環境伴隨社會發展演變升級。從社會發展的時代特征看，人類社會先后歷經農業社會、工業社會、信息社會，并正在向智能社會轉型。整體來看，智能社會下的學習環境具有拓展時空、聯結社群、賦能主體等關鍵特征。拓展時空層面，新一代學習環境將不再受到時間和空間限制，學習空間從單一的學校物理空間拓展到校內、校外相互融通的泛在空間，包括從線下拓展到線上線下相融合，從教室延伸到職場、社區、家庭等社會性場域，成為連接正式與非正式學習空間的泛在環境，為學習者提供了“隨時隨地”開展學習的機會。聯結社群層面，在新一代學習環境中，學習將不再是孤立的個體行為，而越來越強調社群的聯結和合作。在互聯網技術和社交媒體的支持下，學習者可以通過在線平臺加入學習社群、討論組或論壇，與其他人分享知識、經驗和觀點。這種學習社群的聯結有助于拓展學習者的視野，促進多元化的思考和學習方式，并且增強學習者的社交能力。賦能主體層面，新一代學習環境將促使學習變得更加個性化。通過人工智能和學習分析技術，學習平臺可以根據學習者的行為和學習表現，提供個性化的學習建議和資源推薦，提高學生的學習效率和學習動力。

學習環境與教育轉型同頻共振。學習環境的不斷演進與教育轉型息息相關，在我國教育改革和發展中所提出的不同學習環境特色也反映了教育發展和改革的變遷歷程。在“十五”和“十一五”期間，學習環境以“可感可見型”的信息化物理學習環境為特色。最典型的三種模式分別是農村中小學遠程教育工程的教學光盤播放點、衛星教學收視點以及計算機教室。在“十二五”期間，網絡化虛擬學習環境成為主要特色。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》提出，把教育信息化納入國家信息化發展整體戰略，超前部署教育信息網絡；提高中小學每百名學生擁有計算機臺數，為農村中小學班級配備多媒體遠程教學設備；建立數字圖書館、虛擬實驗室、開放靈活的教育資源公共服務平臺等。[5]在“十三五”期間，學習環境進一步呈現出數字化、智能化的虛實融合的特征。《教育部關于加強網絡學習空間建設與應用的指導意見》提出，“將空間作為基于信息技術教育教學的基本環境”，“加快推進人人皆學、處處能學、時時可學的學習型社會建設”。[6]智慧學習環境的建設成為重點，包括智能校園、基于大數據智能的在線學習教育平臺，以及立體綜合教學場等。在“十四五”期間，學習環境更加強調智能互聯和人機協同創新。《國家信息化發展戰略綱要》提出建設數字國家和網絡強國，建立適應教育模式變革的網絡學習空間；建立網絡環境下開放學習模式，鼓勵更多學校應用在線開放課程。[7]整體來看，伴隨著教育數字化轉型的深入，學習環境正向數字化和智能化的方向快速發展，推動教育加速轉型、智能升級、融合創新。

學習環境與學習者共融互促。學習環境影響著學習者的發展，學習者的新特征和新需求也不斷重塑學習環境。不同時代的學習者呈現出迥然不同的學習環境適應性，產生了數字原住民、數字移民、數字難民等不同學習者群體。對于伴隨著新科技誕生的新一代數字原住民而言，新一代學習環境提供了更靈活、更適切的學習方式，如強調真實場景的AI沉浸式學習環境、強臨場感的AI全息學習環境、即時交流互動的AI深度交互學習環境、快速通達的AI全場域聯通、因材施教的AI小私域智能學習環境等。[8]對于數字移民而言，新一代學習環境提供了更加友好、易于操作的界面和功能，以幫助他們適應數字化學習環境，并提供適當的培訓和指導，如自動的情境感知、靈活的資源獲取、便捷的環境管理、多樣的內容呈現等。針對數字難民，學習環境需要提供更加貼近實際需求的幫助和支持，例如，提供更多線下培訓機會或提供電話支持等，幫助他們融入數字化學習環境。整體來看，新一代學習環境需要具備感知不同類型學習群體個性化需求的“計算引擎”，構建與智能推送不同層次和類型的學習環境來滿足不同學習者的智慧學習需求，為學習者提供更廣泛、更便捷、更多樣化的學習資源和服務。

新一代學習環境的技術突破與服務升級

隨著信息技術的迅猛發展，學習環境在技術應用和支持服務方面將面臨重要突破與升級，為重塑教育生態注入新的動力。新一代學習環境融合學校、家庭和社會等空間，通過技術突破實現學習環境可計算、學習場景可感知、學習行為可關聯和學習服務可協同，進而為師生提供高效、優質、精準和個性化的教與學支持服務，推動教育數字化轉型的縱深發展與創新升級。具體來看，新一代學習環境的技術突破與服務升級將體現在多模態感知、全鏈條分析、跨場域融通以及人機深度協同四個方面。

多模態感知將強化多維學習狀態監測。新一代學習環境著力于實現多模態感知技術支撐下的學習狀態細粒度監測。圍繞多模態感知，學習環境將支持學習過程數據在云、邊、端設備上進行協同計算。通過可信密態計算技術實現安全性、準確性和時效性的數據采集和分析，基于物聯感知設備和深度學習算法實時感知學習者的學習狀態，并基于多種方式的交互技術，支持學習者之間、學習者與虛擬環境之間的實時交互，依據學習者的學習狀態實時調控學習環境和學習資源，為學習者提供更加智能、個性化和高效的學習體驗。具體來看，通過多模態感知方式（如視覺、聽覺、觸覺等），學習環境可以實現非介入式的感知和記錄學習者的行為、情感和認知狀態。這種感知技術在新一代學習環境中將得到進一步的發展和應用，為教師和學生提供更有效的學習支持和個性化教育。通過視覺感知，學習環境可以識別學習者的面部表情、身體姿勢和行為動作，了解他們的注意力集中程度和情緒狀態。通過聲音感知，學習環境可以捕捉學習者的語音表達和情感傾向，了解他們的學習投入度和情感特征。通過觸覺感知，學習環境可以收集觸摸屏、觸摸筆等設備采集到的學習者書寫和手勢信息，了解他們的動作特征和操作能力。

與傳統介入式的數據收集方式不同，通過非介入式的多模態感知技術，學習環境可以在不干擾自然教學進程的條件下實時記錄學習者在多空間、多平臺、多時段下的“行為-認知-情感”數據，并通過深度學習算法智能識別學習者的學習狀態，全面客觀地分析與評價學習過程和學習問題，并為學生提供實時、精準的文本、視頻、音頻等多模態、個性化學習資源的學習支持服務。當學習者的注意力分散或情緒低落時，學習環境將自動調整學習資源和提供鼓勵性提示，以增強學習者的學習效果和積極性；當學習者在學習過程中遇到挑戰時，學習環境將分析學生所面對挑戰的類型和產生原因，并推送適切的調節策略，幫助學習者克服困難，順利完成學業任務。

全鏈條分析將助力精準化教學決策。全鏈條分析通過全面收集、整合和分析學習者的全流程數據，幫助教師作出個性化的教學決策，為學習者提供更精準的學習支持服務。在軟硬件設備及技術的支持下，新一代學習環境中的學習分析將貫穿學習者學習過程的“前-中-后”三個階段，實現全鏈條分析與全流程追蹤。在學習開始階段，全鏈條分析會自動分析教師設定的教學目標、內容和難度，收集學習者的認知特點、學習興趣和學習目標等信息，幫助教師了解每位學習者的差異和特點，結合教學內容和學習者的個性特征自動劃分同質或異質學習小組，推送差異化的學習資源。在學習中間階段，學習環境基于學習平臺以及多模態環境感知等技術，全面收集學習行為、情感態度、學業表現等過程性數據，并通過學習分析技術以可視化方式呈現學習者的學習模式、認知軌跡以及知識掌握情況，幫助教師及時調整教學策略和提供個性化的學習支持服務。在學習結束階段，全鏈條的學習分析將持續追蹤學習者的學習結果及其對教學的反饋與評價，自動生成學習狀態分析報告、智能評課記錄。這可以幫助教師了解教學效果以及學習者的滿意度，實現對教學方法及教學策略的改進與優化。

整體來看，利用深度學習對學習過程全鏈條多模態數據進行提取和融合，可以智能識別不同學習場景下學習者的個體行為和互動事件，并對學習者的知識吸收、學習行為表征、情感狀態激活等全流程信息進行分析與評價，進而生成可視化的分析結果和可解釋的分析報告。這一分析結果可為教師提供更加全面的數據支持和指導，幫助教師更好地了解學習者的學習情況，進行有針對性的教學干預和輔導，推動規模化“因材施教”理想的實現。

跨場域融通將支持多粒度學習者畫像刻畫。在新型信息技術的支持下，跨場域融通將融合物理環境與虛擬環境，匯聚正式學習與非正式學習場景下感知到的環境信息和多維學習行為數據，分析師生、生生以及學習者與環境之間的交互信息，繪制基于場景感知的學習者畫像，為學習者提供跨場域的聯通式學習支持服務。在新一代學習環境中，跨場域融通將整合學習者在學校、家庭、社交媒體等不同場域中產生的學習數據，并對其進行關聯分析，以獲取學習者的學習行為、興趣愛好、社交互動等方面的信息。利用深度學習算法，跨場域融通可以精準構建耦合時空環境、知識資源和認知行為的多粒度學習者個體畫像和群組畫像。學習者個體畫像將幫助教師更好地了解學習者的學習偏好、弱勢領域和潛在問題，更好地為他們量身定制學習計劃和教學策略，助力提供更加精準的個性化學習支持服務。群組畫像則面向多用戶、多場景的學習者，提供全方位和立體化的智慧學習支持服務，進一步拓展個體畫像的學習支持服務場景并豐富學習支持服務內容。在個體畫像的基礎上，群組畫像更加關注學習者之間的社會關聯，從而進一步豐富和拓展學習支持服務內容。在多元復雜的社會化學習場景下，群組畫像通過跨場域融通對不同學科專業、行業領域、年齡特征的學習者進行學習數據海量聚集、學習者標簽精準分類、學習服務融合創新，以互聯式的協作學習方式，共同構建群體知識網絡，形成協同開放的學習共同體，提升學習的深度和廣度，優化學習效果和學習體驗。

通過對學習者個體畫像和群組畫像的分析，教師可以更好地了解學習者的學習偏好、弱勢領域和潛在問題，為他們量身定制學習計劃和教學策略，匹配同質或異質的學習伙伴，實現學習服務的升級。

人機協同將賦能自適應學習支持與服務。人機協同是充分發揮人類智慧和機器智能的雙重優勢，實現教育領域中各教學主體與智能學習系統之間的高效互動與協作。利用人工智能、大數據、云計算等智能技術構建智能化學習環境，提供自適應學習支持服務，實現各教學主體與學習系統的高效互動與協作將成為新一代學習環境的重要特征。在智能化學習環境中，通過分析學習者的學習行為與反饋內容，環境可以精確識別學習者的學習需求和困難點，并根據其個性化的特點提供針對性的學習資源和策略，幫助學習者高效理解和掌握知識，優化學習效果，并輔助教師了解學習者的個性化學習需求，提供針對性的指導。同時，智能化學習環境還將根據學習者的回答、提問和反饋，調整學習過程中的內容和難度，以適應學習者的學習進展和個性化需求，促進學習者的積極參與和深入思考，提升學習的質量和效果。通過人機協同，學習者可以在不同時間、地點和設備上進行學習，并獲得智聯融通的生態一體化學習體驗。也就是說無論是在學校、家庭還是社會場域，又或者說無論是在物理空間還是虛擬空間，學習者都可以通過與智能學習系統進行交互，獲得優質、高效、個性化的學習支持與服務，并在學習社區中與其他學習者進行實時交互，加強學習的連續性和可持續性。

對于教師來說，人機協同將為其提供面向不同教學場景的精準教學推薦與干預策略，幫助教師更好地了解學習者的學習情況，優化教學過程，提升教學效果。對于學習者而言，人機協同能夠提供內容必需、難度適中、結構合理的學習資源，并為其匹配增進群體歸屬感和情感認同感的學習伙伴，促進真實且有意義的學習活動的發生。整體來看，人機協同在新一代學習環境中將為教師和學習者提供更智能、個性化和高效的學習支持與服務，推動教育數字化轉型的縱深發展與創新升級。

新一代學習環境的價值內涵

科技賦能學習環境的變革與升級是教育體系對數字化時代發展的必要回應。這一變革涉及教育理念、教育利益相關方以及技術等復雜要素的系統性轉變，也將塑造新的學習模式，深刻改變教育系統的運作機制。整體而言，新一代學習環境的價值內涵體現在教育創新、應用升級和示范引領三個方面。

助力新一代學習環境技術研發，賦能“以人為中心”的技術集群協同，以服務教育創新。新一代學習環境以“科技賦能教育”的戰略定位為導向，專注于解決學習環境中的多模態感知與監測、多場景學習過程記錄與分析、跨場景學習場景建模與服務，以及高復雜學習社群聯結與支持等關鍵技術問題。一方面，新一代學習環境借助大數據、人工智能等新興科技的支持，開展技術研發和集成應用，推動學習環境的建設步入功能全面、服務智能的新樣態，為構建高質量教育體系提供基礎技術支撐。另一方面，新一代學習環境注重人工智能關鍵技術和系統平臺的研發與優化升級，形成技術群集成式服務教育的持續創新力。此外，整合5G、物聯網、云計算、區塊鏈、大數據等關鍵技術，搭建數字基礎設施體系，配置交互式白板、平板電腦、虛擬現實、教學機器人等教學設備，應用在線教學平臺、優質教育資源平臺、虛擬協作學習空間等學習軟件，新一代學習環境將有效構建泛在智聯的學習通道，推動學習環境中各主體要素的互聯互通，形成開放、共享、包容、合作的學習圈。同時，新一代學習環境還將強化教育數據要素的多元化處理功能，實現教育主體、學習過程、學習資源等的數字化呈現。通過運用知識圖譜、智能導航和推薦系統等各種智能輔助工具，學習環境將實現對教育數據的收集、分類、篩選、儲存、呈現等多元化處理，激活數據要素的價值潛力，為“數字中國戰略”和教育強國戰略目標的實現提供全方位人才培養支持。新一代學習環境將進一步提高學習效率、促進教育公平，并推動學習者在數字化時代得到更全面、個性化的發展。

促進新一代學習環境應用升級，深化人工智能教育應用場景設計與服務模式創新。充分發揮新一代學習環境的技術優勢，以應用服務為導向，提升教育教學應用場景設計和服務模式創新能力，一批示范性強、顯示度高、帶動性強的人工智能教育應用場景將逐步形成。首先，通過創新應用場景，將新一代學習環境計算的“教、學、管、評、測”應用于多樣化的學習情境，服務學習者個體自學、群體協作學習、課堂聽講等學習情境，推動項目學習、探究學習、協作學習、混合學習等新型學習方式的發展。其次，借助大規模智慧學習系統、在線智能教室，以及符合在校學生學習需求的“智能學伴”，推動形成人機共教、人機共育的新型教學模式。這將帶來更靈活、高效、個性化的教學體驗，有效提升學習者的學習成效。最后，融通數字化和智能化的物理空間、信息空間、社會空間，實現多空間融合，推動高質量的協同育人服務創新。例如，通過應用數字孿生校園，打造多功能、開放式、共享化的虛擬仿真實訓中心、虛擬工廠以及智能博物館等，形成家、校、社協同育人教育新生態。這些價值內涵將進一步提升教育的智能化水平，推動教育創新不斷迭代，為學生提供更優質的學習體驗和個性化學習支持，同時助力教師實現教學的個性化指導，為培養具有創新精神、扎實知識基礎和全面發展的新時代人才作出積極貢獻。

發揮新一代學習環境的示范引領作用，打造教育高質量發展的中國方案和國際樣板。當前，我國已設立18個國家級“智慧教育示范區”，且中、東、西部地區大多數省市已設立了建設數百上千個智慧校園示范校的目標，形成了由點到面的智能教育推動教育高質量發展大格局。面對學習環境變革與升級的時代需求，新一代學習環境建設將從技術突破、建設標準、解決方案、大規模應用服務等方面形成中國教育高質量發展方案的突破口和主要亮點。新一代學習環境基于“云邊端”協同的智聯空間，運用多模態感知與監測技術、多場景的學習過程記錄與分析技術、跨場域的學習場景建模與推薦技術、人機協同的學習社群建構與支持技術，形成相應的技術路線和綜合解決方案。通過構建大規模智慧教室監測平臺和涵蓋多場景的立體綜合教學場應用，實現智慧教育發展結構、規模、質量、效率的有機統一，為新型學習環境的技術研發、服務升級和大規模應用提供參考樣板。中國新一代學習環境的示范引領，將為全球教育發展提供可借鑒的方案，為推進全球教育公平和高質量發展貢獻中國力量。

總結

人工智能、大數據、云計算等信息技術的迅猛發展驅動新一輪科技革命浪潮來襲，如何準確把握新一輪科技革命賦能教育創新變革的實踐路徑成為新時代建設高質量教育體系的核心問題。新一代學習環境是支撐教育數字化轉型的重要基礎。伴隨社會發展和教育轉型，學習主體的學習需求不斷變化，學習環境將呈現以學習者為中心，跨學校、家庭、社會等場域，以教室為中心，線上線下融合、空間智聯感知的泛在學習樣態。在智能技術支持下，新一代學習環境將提供多空間感知、全維度分析、跨場域融通和自適應服務等智能空間支撐能力，解決學習環境動態監測差、學習狀態追蹤分析難、學習支持服務精度低等瓶頸問題。在技術突破與服務升級的基礎上，新一代學習環境將與教育發展雙向賦能、同頻共振，促進數字化和智能化的學習生態生成，為構建高質量教育體系提供基礎支撐，助力“數字中國戰略”和教育強國戰略目標的實現。

（本文系科技創新2030—“新一代人工智能”重大項目“學習環境智聯計算關鍵技術研究及應用示范”的階段性研究成果，項目編號：2022ZD0115900）

注釋

[1]習近平：《高舉中國特色社會主義偉大旗幟 為全面建設社會主義現代化國家而團結奮斗——在中國共產黨第二十次全國代表大會上的報告》，北京：人民出版社，2022年，第34頁。

[2]《習近平主持中央政治局第五次集體學習并發表重要講話》，2023年5月29日，https：//www.gov.cn/yaowen/liebiao/202305/content_6883632.htm？device=app&eqid=eb971fc50000693b000000046475a66c&eqid=d4e15373000186c20000000464902840。

[3]黃榮懷：《科教融匯共塑未來教育》，《人民教育》，2023年第9期。

[4]《國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知》，2017年7月20日，https：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm。

[5]《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》，2010年7月29日，http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/s6052/moe_838/201008/t20100802_93704.html。

[6]《教育部關于加強網絡學習空間建設與應用的指導意見》，2019年1月27日，https：//www.gov.cn/xinwen/2019-01/27/content_5361514.htm。

[7]《中共中央辦公廳 國務院辦公廳印發〈國家信息化發展戰略綱要〉》，2016年7月27日，https：//www.gov.cn/xinwen/2016-07/27/content_5095336.htm。

[8]李軍、楊濱：《指數型（ET）智慧學習環境多模態構建路向探究》，《電化教育研究》，2021年第42卷第7期。

責 編∕包 鈺