智慧教育的体系技术解构与融合路径研究

　　【论文摘要】信息技术的快速发展及其在教育领域的不断渗透，正颠覆性影响着教育体系的理论、模式和环境。为深入理解智慧教育体系的运作模式和实现原理，该文从体系、技术和功能实现的角度对智慧教育进行解构，讨论了体现智慧教育所含智慧特征的技术细节和内在联系，提出了智慧教育关键技术，描述了技术所带来的智慧教育特征和教育应用场景，给出了智慧教育技术融合发展路径的建议。
　　【论文关键词】智慧教育；体系解构；技术解构；技术融合路径
　　智慧教育是科技领域的“智慧地球”概念在教育领域的延伸和体现，在老一辈科学家钱学森所描绘的“大成智慧学”的教育发展蓝图早有体现。受技术发展水平限制，钱老的智慧教育理念只能依靠学习者本人博众家之所长，耗费学习者大量的心力，并不能推广到大众的学习者。当前，云计算、大数据、物联网、普适计算、社交网络等信息化技术的不断涌现，为智慧教育体系的构建提供了现实基础和强大支撑。现有智慧教育的研究文献更多关注溯源概念、挖掘内容、提取特征和创建模型方面，对于信息化新技术在智慧教育体系和技术融合、智慧特征的技术驱动等方面的研究较为少见。对智慧教育进行体系解构与技术解构，理清体系与技术的内在脉络，系统梳理智慧教育中智慧特征与信息技术的对应关系和发展图谱，成为本文研究的主要动因。
　　一、智慧教育的概念与特征
　　学者们对智慧教育概念、内涵与特征的阐述本质上趋同，但在观察角度上各有侧重。从教育理论的角度，华东师范大学祝智庭认为：“智慧教育的真谛就是通过利用智能化技术（灵巧技术）构建智能化环境”。湖北大学靖国平提出：“广义智慧教育是一种更为全面、丰富、多元、综合的智慧教育”。从系统理论的角度，北京师范大学黄荣怀认为：“智慧教育（系统）是一种由学校、区域或国家提供的高学习体验、高内容适配性和高教学效率的教育行为（系统）”。江苏师范大学杨现民提出了更详细的系统性解释：“智慧教育是依托物联网、云计算、大数据、无线通信等新一代信息技术所打造的智能化教育信息生态系统，是数字教育的高级发展阶段”。综合各家观点，智慧教育以培养智慧型人才为最终目标，以新一代信息技术为驱动和支撑，以融合渗透当前最先进的教育理论、系统理论和高新技术为路径，是教育信息化发展的高级阶段和未来方向。
　　学者们对智慧教育的特征也进行了提取与分析。黄荣怀认为：“智慧教育具有感知、适配、关爱、公平、和谐五大本质特征”。杨现民认为：“智慧教育整体呈现智能化、融合化、泛在化、个性化与开放协同的特征与发展趋势”。从智慧教育特征的本质看，这些特征都是其内在技术载体特点的释放，正是信息技术的巨大进步，使得智慧教育的特征能够淋漓尽致地体现。我们认为，智慧教育是先进的教育理念和信息化技术的综合体，其特征包括智能感知、自动建模、资源的组织与适配、服务主动推送、适应学习的差异化、协作性和社群化等。深入分析解构智慧教育体系和技术细节，有助于我们领会智慧教育体系运转和发展的内在驱动力。
　　二、智慧教育的体系解构
　　深入理解智慧教育以及智慧教育所依托的信息技术，必须对智慧教育的体系架构加以解构。杨现民结合智慧城市体系，把智慧教育体系概括为“一个中心、两类环境、三个内容库、四种技术、五类用户、六种业务”。赵秋锦进一步提出了智慧教育环境的系统模式，并描述了体系模块相互连接的部分技术。从智慧教育功能与技术的融合出发，智慧教育是一个由多个教育活动、过程以及功能技术模块共同构成且相互反馈的复杂生态体系。该生态体系由以学习者为主体的智慧学习、以教学者为主体的智慧教学、开发者视角的智慧教育资源与技术环境（智慧教育云）、管理者视角的智慧教育制度等四个主要部分构成，如图1所示。
　　1.以学习者为主体的智慧学习。可以解构为四个功能技术模块：学习者（包括智能学习设备和泛在的网络接入）、学习者感知模块、学习者模型和智慧教育服务引擎提供的学习服务。
　　2.以教学者为主体的智慧教学。可以解构为三个模块：教学者（包括智能教学设备和泛在的网络接入）、教学模块和智慧教育服务引擎提供的教学服务。
　　3.开发者视角的智慧教育资源与技术环境（智慧教育云）。可以解构为三个模块：学习资源模块、工具平台与环境模块以及智能服务模块。
　　4.管理者视角的智慧教育制度可以解构为两个模块：现代教育制度、智慧教育体系的资源和应用推广机制。各个模块中黄色（深色）方框表示智慧教育功能，蓝色（浅色）方框表示功能所依托的信息技术。
　　在各模块中，智能服务模块居于中心地位，是整个智慧教育体系中的核心模块和运转引擎。它从其它系统模块中获取各类信息，并通过内在嵌入的智能技术提供智慧教育的各类服务。
　　基于上述体系，典型的智慧学习过程可以描述为：学习者借助智能学习终端和智慧学习物理环境，通过泛在网络环境无缝接入智慧教育云。智慧教育云通过感知学习者学习目标、状态变化、物理环境和学习历史，主动向学习者推送相对应的教学服务、学习资源和学习工具，帮助学习者适配和联接学习社区，智能调控学习者的物理学习环境。简而言之，智慧学习能够更加贴近学习者的学习需求，满足学习行为的多样化，赋予学习者学习的主导权，从而培养更有智慧的学习者。
　　典型的智慧教学过程可以描述为：教学者借助智能教学工具，通过泛在网络环境无缝接入智慧教育云。智慧教育云分析学习者的统计数据和学习资源统计数据，为教学者的教学设计和资源构建提供智能建议和教学工具，帮助教学者适配和联接教学社区。在具体的教学过程中，智慧教育云向教学者及时反馈学习者的学习情况，教学者按需动态地提供学习干预，准确地进行学习诊断和评价。
　　三、智慧教育的技术解构
　　对智慧教育进行体系解构后可以发现，智慧教育与以往其它教育方式相比，所呈现的特征和功能均能找到相应的信息技术作为依托。由于智慧教育制度并不是本文关注的技术内容，下文就智慧教育体系的其它三个主要组成部分作进一步的技术解构和细节剖析。
　　（一）学习者视角下的智慧教育——智慧学习
　　韩国教育科学技术部（TheKoreanMinistryofEducation，ScienceandTechnology，MEST）认为智慧学习的特点是以自我为导向的、主动的、适配的、资源丰富的和技术融合的。Lee和Son认为其特点包括：以学生为中心、自我指导、交互、智能、非正规学习、现实感等。贺斌提出智慧学习的SMART-STAIR（智慧阶梯）概念框架，他认为智慧学习模型由内外两层组成：里层的学习者和外层的技术环境（学习空间）。
　　笔者认为智慧学习以学习者为中心，以自我为导向，其关键特征是能够适应学习者学习的差异化，包括学习者个体差异、学习情境差异和学习目标差异。学习差异化的消除，通过学习者与技术环境的智能交互实现。智能交互的因素包括学习设备和物理环境、学习者和学习情境感知、学习者建模以及智慧教育服务引擎向学习者推送的智能服务。
　　1.学习设备和物理环境。智慧学习设备是集成智慧学习客户端和学习工具的综合学习设备，具备网络的泛在接入能力和与智慧教育云的全方位交互能力。针对不同的学习目标和学习情境，智慧学习设备可以是轻便、移动的，也可以固定、支持完整的学习体验。它是学习者与智慧教育云的接人层。
　　2.学习者感知。学习者感知是感知学习过程中学习者的学习目标、学习状态和所处的物理环境等信息。张永和对学习情境识别作了形式化的表述，并分析了学习情境识别的六个要素其相互关系，如图2所示。学习目标感知主要是判断学习类型，如正规学习与非正规学习、有意愿的学习与随意性学习等。学习目标可以通过学习时间持续性、学习资源选取系统性等因素进行判断或者由学习者自己选择。学习状态感知通过获取学习者个体的生物特征信息来感知学习者的情感状态变化，获取的技术途径目前主要有面部表情、眼动_、可穿戴设备等。物理环境感知通过传感器、GPS、RFID、智能水电控制等技术获取的温度、湿度、嘈杂度、光亮等学习物理环境信息。
　　3.学习者建模。学习者和学习情境感知获取的信息存在统计意义上的分布差异和表面特征的无关联性。为了使智慧教育云的服务引擎能够准确识别学习者感知信息并提供恰当的服务反馈，必须抽取学习者和学习情境感知信息特征，建立适合计算机系统处理的抽象、准确的表征方式，这个过程称为学习者建模。黄焕提出了一个融合情感特征的学习者模型，并给出了一个基于微博分析的学习者情感建模框架。Bull和Kay提出了开放性学习者模型（OpenLearnerModel，OLM），该模型允许学习者访问系统对自己的评价信息，可以维护自己和学习同伴信息，是一个自适应、个性化驱动的教育系统。李青等探讨了利用角色模型对学习者进行建模的具体实现方法。现有的学习者建模研究局限于固定感知场景，考虑到智慧学习学习情境和学习方式的特殊性，时空和个体关联限制仍未取得关键性突破。
　　4.智能学习服务。为学习者提供智能、个性化的学习服务，通过智慧教育体系中各部分、功能、模块的协同工作实现，是智慧教育的出发点和归宿。智能学习服务包括学习资源模块提供的基于主题和语义关联的资源推荐服务、资源检索导航服务、资源自适应展现服务；智慧教学模块提供的学习计划和课程安排服务、学习干预服务、学习诊断与评价服务；智能服务模块提供的联接学习社群服务、学习过程可视化服务；工具、平台与环境模块提供的支持学习的软硬件服务、物理环境控制服务等。智能学习服务由智慧教育服务引擎直接与学习者进行交互。学习者能够获得的智能学习服务功能及来源功能模块，如表1所示。

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