从数字学习环境到智慧学习环境-学习环境的变革与趋势

1、    从数字学习环境到智慧学习环境学习环境的变革与趋势    摘要：学习环境的构建是实现学与教方式变革的基础。本文首先从社会信息化对学习环境变革的诉求出发，提出了智慧学习环境的概念，并指出智慧学习环境是数字学习环境的高端形态，其目的是促进学习者轻松的、投入的和有效的学习；然后，分析了普通学习环境与智慧学习环境在学习资源、学习工具、学习社群、教学社群、学习方式、教学方式等六个方面的明显差异，提出了智慧学习环境的系统模型和trace3功能模型；其次，从人工智能、传感器技术和通信技术三个方面综述了当今技术发展对智慧学习环境建设的支持；最后，描述了五种典型智慧

2、学习环境应具备的特征。关键词：社会信息化，数字学习环境，智慧学习环境，学习情景【编者按】如果从2000年10月全国中小学信息技术教育工作会议提出“全面启动中小学校校通计划”算起，我国的教育信息化已基本完成了“硬件建设、平台建设、资源建设、教师培训”的系统工程。在新的历史发展阶段，教育信息化的发展将逐步从宏观建设走向微观建设，从规模扩张走向内涵发展，更多关注信息技术应用能力的建设，关注技术如何促进学与教方式的变革。学习环境的建设是实现学与教方式变革的基础，为学习者提供更加便利、舒适、有效的学习环境将会是未来教育信息化发展的重要方向。因此，对学习环境的研究和探讨对于促进我国教育信息化今后的健康、持

3、续和深入的发展具有重要的现实意义。从2012年第1期开始，本刊将陆续刊登北京师范大学知识工程研究中心“智慧学习环境”研究团队的部分研究成果，希望能够引起更多的专家学者对学习环境的关注、研究和共鸣，也欢迎广大研究者和实践者的参与。 社会信息化对学习环境变革的诉求1993年9月，美国实施了“国家信息基础设施：行动计划”（the national information infrastructure：agenda for action），俗称“信息高速公路”计划，旨在建设以因特网为核心的综合信息服务体系，推进信息技术在社会各领域的广泛应用，特别是把信息技术在教育中应用作为实施面向21世纪教育改革的重

4、要途径（祝智庭，2001）。之后，美国先后四次发布了“国家教育技术计划”（national educational technology plan），反映了美国教育信息化的发展重心经历了基础设施建设（1996年计划）、学习资源建设（2000年计划）、信息技术应用能力建设（2005年计划）和促进教育变革（2010年计划）的发展路径。在我国，如果把邓小平同志提出“计算机要从娃娃抓起”算作我国教育信息化的起点，可将其划分为四个阶段，即从20世纪7080年代开始的计算机学科教学，80年代中后期开始的计算机辅助教学与管理，90年代后期开始的以基础设施为中心的教育信息化建设，到2005年开始呈现的以应用能

5、力为中心的教育信息化建设，即以能力建设为中心强调教育信息化在教育、教学过程中的应用，并通过这种应用有效提升教育、教学质量。 一般认为，信息技术在教学过程中的应用将会产生四个“改变”，即改变了学生认识事物的过程，改变了某些教学原则，改变了教学内容和教材形式，以及改变了教师、学生、教材三者之间的关系。然而，众多研究表明，教育信息化的成效与人们在信息时代对技术促进教育的预期存在较大差距。例如，美国国家教育评估中心2007年公布了历史上规模最大的一次教育技术有效性研究，研究显示，不管教学软件使用与否，学生在标准化考试中的成绩相差无几；世界银行关于教育信息化应用成效的研究也发现，教育中使用ict的影响是

6、不确定的，充满着争议。（黄荣怀，2008） 信息时代是社会信息化的结果，社会信息化是指国民经济和社会结构的框架重心从物理性空间向信息或知识性空间转移的过程。从一定意义上说，社会信息化就是数字化世界与现实世界逐步耦合的过程，也是虚拟世界产生的过程（黄荣怀等，2010b）。社会信息化发展到今天，信息技术不仅在改变着人们的生活方式和工作方式，甚至在逐渐改变人们的大脑结构（prensky，2001）。人们的能力观、知识观和学习观都发生了剧烈的变化，学习方式由原来的知识精加工学习逐渐向知识贯通式学习转变（黄荣怀等，2010a）。在信息时代出生的人，通常被称为“数字土著”（digital native）或

7、“网络一代”（net generation）（bennett et al.，2008），他们有很强的个性，能迅速接受信息，他们喜欢同时处理多种任务，喜欢文本前呈现图表，喜欢随机进入（像超文本）（prensky，2009）。很多时候，他们所接受的信息和从网上学到的知识超过他们的老师。 “21世纪技能”（21 st century skill）是信息化时代对年轻的“数字土著”一代提出的能力要求。生活与职业技能、学习和创新技能、信息媒体和技术技能构成了21世纪技能框架，而建构培养21世纪技能的支持系统需要标准和评价系统、课程和教学系统、个人专业发展以及学习环境（trilling&fadel，

8、2009）。“数字土著”一代对学习环境提出了新的诉求，他们要求能随时随地接入网络，获得各种信息和个性化学习资源；他们希望能在移动中学习、在户外甚至野外学习；他们希望学习环境足够舒适，就像在电影院看电影一样能够享受学习；他们希望在社会性网络中共享观点、沟通和讨论；他们希望通过多种灵活方便的途径关注自己感兴趣的问题等。这种新型学习环境已不仅是一种数字环境，而是数字环境的高端形态，即智慧学习环境。 智慧学习环境的概念与内涵1.学习环境的历史变迁 学习环境随着教学与学习活动的发生而出现，其演变过程从最初的大自然山林作为学习场所，到后来的庠序、私塾、书院等私学以及太学、国子监等官学。具有现代意义的学习环

9、境是在夸美纽斯提出“班级授课制”后出现的。20世纪90年代以来，随着信息技术的发展，多媒体计算机、投影、互联网、课件、网络课程、教学专题网站等数字化技术逐步走入校园和课堂。1998年，美国前副总统戈尔发表了题为“数字地球：21世纪认识地球的方式”的演讲，提出“数字地球”的概念，此后全世界普遍接受了数字化概念，并引出了数字城市、数字校园等概念（黄荣怀，2009），学习环境的研究与实践也步入数字化时代。然而，众多在数字化教学环境中开展的教学活动，对于追求知识传递的传统并没有改变，只是简单地把教学内容数字化，仍然要求学习者尽可能被动地接受和积累，这只能达到培养学习者“回忆、理解和应用”等低阶认知目标

10、。教学改革只停留在教学“表演”形式上，课堂教学也出现了由“人灌”变成“电灌”的现象。现有数字学习环境很难实现对学习者“分析、评价和创造”等高阶认知目标的培养。 “数字地球”概念提出十年后，2008年，美国ibm公司总裁兼首席执行官彭明盛在智慧地球：下一代领导议程的演讲提出“智慧地球”的理念。2009年，奥巴马就任美国总统后对这一理念给予积极回应。“智慧地球”的概念“得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为ibm公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动”（张永民，2010）。新一代信息技术的发展同样为学习环境理念与实践的变革创造了可能，“技术的发展刺激了研究者和教育者去拓

11、展学习的概念和学习环境的设计”（jonassen & land，2002）。 2.智慧学习环境的概念 不同学者从各自角度提出了关于智慧（能）学习环境的构想。钟国祥等（2006）提出智能学习环境是从建构主义学习理论、混合学习理论、现代教学理论出发，以学习者学习为中心，由相匹配的设备、工具、技术、媒体、教材、教师、同学等构成的一个智能性、开放式、集成化的数字虚拟现实学习空间，认为其既支持学习者学习的自主建构，又提供适时的学习指导。马来西亚学者chin（1997）认为，“智慧学习环境是一个以信息通信技术的应用为基础、以学习者为中心的且具备以下特征的环境：可以适应学习者不同的学习风格和学习能力

12、；可以为学习者终身学习提供支持；为学习者的发展提供支持。”综合以上观点和对“技术促进学习”（technology enhanced learning）发展趋势的分析发现，智慧学习环境应具有以下特征： 1）智慧学习环境应实现物理环境与虚拟环境的融合。在智慧环境中，对物理环境的感知、监控和调节功能进一步增强，增强现实等技术的应用使虚拟环境与物理环境无缝融合。 2）智慧学习环境应更好地提供适应学习者个性特征的学习支持和服务。智慧学习环境强调对学习者学习的过程记录、个性评估、效果评价和内容推送；根据学习者模型，对其自主学习能力的培养起到计划、监控和评价作用。 3）智慧学习环境既支持校内学习也支持校外学

13、习，既支持正式学习也支持非正式学习。这里的学习者并非只是校内的学习者，也包括在工作中有学习需求的所有人。 据此，我们认为智慧学习环境是一种能感知学习情景、识别学习者特征、提供合适的学习资源与便利的互动工具、自动记录学习过程和评测学习成果，以促进学习者有效学习的学习场所或活动空间。智慧学习环境是普通数字化学习环境的高端形态，是教育技术发展的必然结果。智慧学习环境和普通数字学习环境在学习资源、学习工具、学习社群、教学社群、学习方式和教学方式等方面有着显著差异，见表一。 3.智慧学习环境的学习形态 在理想的智慧学习环境中，每个学习者可手持一台智能移动设备（如ipad），其屏幕大小与纸质课本大小接近，

14、能模仿纸质课本的全部功能，如做笔记、插入书签、做标注和批注等，具有纸质课本的翻书效果，这种装载于智能移动设备的“教材”称为电子教材。电子教材的内容是多媒体化的，知识点之间按照语义关系链接，可实现知识内容的个性化呈现；电子教材能和学习者的学习进度绑定，可实现学习数据的云服务同步，能够记录学习者的学习过程、智能分析学习者的学习成果、图形化呈现分析结果，并能结合教师的意见对学习者的学习提供指导和帮助。对于在校学生，智慧学习环境将使其在学校、家庭和社会中的学习具备“智慧”性。 在学校学习中，教师可利用增强现实技术呈现各种真实的学习场景，使学生能够身临其境地体验学习对象，增强学生的学习兴趣和动机。教师根

15、据系统记录的学生预习结果，重点讲解学生较难理解的知识点；利用系统提供的丰富学习资源，设计各种学习活动。教师通过集成化的课堂控制系统，灵活地控制学习终端，实时推送相关学习资源；教师可根据学习者特征，快速分组，方便组织课堂协作学习。学生可以利用系统提供的便捷交互工具，与同伴和教师进行互动。学生还可以利用内置的投票器与教师即时互动，教师第一时间获得学生的反馈信息，根据反馈信息及时调节教学。智慧学习环境能够提供智能化的教学设计支持，以辅助教师进行课堂教学设计；能对学生的作业和试卷进行自动批改和自动分析。智慧学习环境提供了如qq、msn等同步通信工具和微博、虚拟学习社区等异步通讯工具等便于师生和生生联系的社交网络工具。 在家庭学习中，学生可以在家利用电子教材进行课前预习和完成教师布置的作业。预习时重点已经被标记出来，预习后可尝试完成教师布置的作业；系统自动给出作业结果的反馈，对疑难问题给出提示和解答，按照主要知识点和次要知识点，给出知识点之间关系的结构图。系统能记录学生的作业完成情况，教师可以根据统计，进行有针对性的教学和对学生进行个性化指导。智慧学习系统提供1对1的辅导功能，方便学生需要学习指导的时候“呼叫”老师。家长可通过电子教材提供的学习记录了解学生在学校的学习情况，家长的电子签字通过电子教材便利地传输到学校管理系统。 在社会学习中，智慧学习环境能够感知学习者所