可穿戴技術(shù)對(duì)高等教育改革的應(yīng)用探究

☆董麗

（西華師范大學(xué)教育學(xué)院，四川南充637002）

可穿戴技術(shù)對(duì)高等教育改革的應(yīng)用探究

☆董麗

（西華師范大學(xué)教育學(xué)院，四川南充637002）

隨著高校的擴(kuò)張，高等教育提高升學(xué)率的同時(shí)也帶來一些矛盾和沖突。可穿戴技術(shù)作為信息技術(shù)的一種，應(yīng)用于高等教育中，通過深度挖掘?qū)W習(xí)和教學(xué)過程中的大數(shù)據(jù)、促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的意義建構(gòu)、為學(xué)生定制個(gè)性化教學(xué)方式、輔助教學(xué)評(píng)估等推動(dòng)了高等教育信息化的發(fā)展，為高等教育改革提供新的路徑。

高等教育；可穿戴技術(shù)；教育信息化；大數(shù)據(jù)；知識(shí)構(gòu)建

一、可穿戴技術(shù)

可穿戴技術(shù)［1］（wearable computer）是指一種個(gè)人移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)，可以穿戴在身上與使用者緊密結(jié)合，與外界密切交互，具有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所不具備的屬性和交互方式與功能。

第一代可穿戴設(shè)備是數(shù)學(xué)家Edward O于1960年制造的，索普和克勞德·香農(nóng)組成電腦計(jì)時(shí)器并藏在香煙包裝或在鞋上。［2］1980年以來，隨著技術(shù)的發(fā)展，個(gè)人電腦的大小和重量都不斷減少，從而不斷使“穿”這些設(shè)備成為可能。近年來，隨著高性能的傳感器和微處理器的不斷發(fā)展，可穿戴設(shè)備具有更小的空間需求和低耗電，并且能夠自動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)，同時(shí)與環(huán)境進(jìn)行交互。［3］用戶可以隨身佩戴可穿戴設(shè)備，如：結(jié)合了科技元素的手表、眼鏡、頭盔、背包，等等。可穿戴設(shè)備是一個(gè)向用戶提供信息，時(shí)時(shí)與環(huán)境進(jìn)行交互的電子設(shè)備。可穿戴計(jì)算機(jī)的好處在于其便捷性、即時(shí)性和整合性。可穿戴設(shè)備通過追蹤個(gè)人的行為模式，采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，并給出個(gè)性化的建議。目前的可穿戴設(shè)備主要有智能眼鏡和智能手表手環(huán)等。

智能眼鏡［4］的代表產(chǎn)品主要是谷歌智能眼鏡（Google Glass），基于Android操作系統(tǒng)運(yùn)行的，可以用語(yǔ)音操作，也可以視覺控制。在佩戴者視線上會(huì)有一個(gè)光標(biāo)，向上看能與光標(biāo)互動(dòng)，查看天氣，發(fā)信息，做智能手機(jī)能做的事，除了智能手機(jī)功能，它還能與環(huán)境互動(dòng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。與此同時(shí)，索尼在2014年推出一款智能眼鏡（Smart Eyeglass），與谷歌眼鏡類似，也可以實(shí)時(shí)顯示信息，不同的是，它的鏡片是透明的，更像傳統(tǒng)的眼鏡。

智能手表，是將手表內(nèi)置智能化系統(tǒng)、裝載智能手機(jī)系統(tǒng)并連接網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)類似智能手機(jī)的多功能手表，能同步手機(jī)中的電話、短信、郵件、照片、音樂等。蘋果、三星、谷歌等科技巨頭都已在2013年年底發(fā)布智能手表。目前，市面上的智能手表［5］可大致分為兩種：一種是不帶通話功能的：依托連接智能手機(jī)而實(shí)現(xiàn)多功能，能同步操作手機(jī)中的電話、短信、郵件、照片、音樂等；另一種是帶通話功能的：支持插入SIM卡，本質(zhì)上是手表形態(tài)的智能手機(jī)。市面上大部分的智能手表使用Android系統(tǒng)。

智能手環(huán)是一種穿戴式智能設(shè)備。通過這款手環(huán)，用戶可以記錄日常生活中的鍛煉、睡眠、還有飲食等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)與手機(jī)、平板、iPod Touch同步，起到通過數(shù)據(jù)指導(dǎo)健康生活的作用［6］。智能手環(huán)內(nèi)置低功耗藍(lán)牙4.0模塊，可以與手機(jī)、平板、PC客戶端進(jìn)行連接，可以隨時(shí)隨地設(shè)置身高、體重、步幅等信息和上傳運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。另外，智能手環(huán)還具備社交網(wǎng)絡(luò)分享功能，比如：用戶可以將睡眠質(zhì)量、飲食情況和鍛煉情況以及心情記錄等通過綁定微博等社交網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分享［7］。

二、高等教育與技術(shù)

高等教育［8］是在完成中等教育的基礎(chǔ)上，由大專及以上院校等教育機(jī)構(gòu)進(jìn)行的專業(yè)教育，是培養(yǎng)高級(jí)專門人才的社會(huì)活動(dòng)。我國(guó)的高等教育分為普通高等教育、成人教育和在職教育，我們研究的主要是普通高等教育。近年來，隨著高校的擴(kuò)招，提高了高中升學(xué)率，實(shí)現(xiàn)了大多數(shù)人的大學(xué)夢(mèng)，提升了整體國(guó)民素質(zhì)，推遲初就業(yè)時(shí)間，為國(guó)家緩解了就業(yè)壓力，實(shí)現(xiàn)了教育階段性的飛躍，與此同時(shí)，也帶來了不少?zèng)_突和矛盾。伴隨高等教育大眾化和精英教育的沖突，出現(xiàn)的數(shù)量和質(zhì)量的矛盾：高等教育功能偏離而出現(xiàn)的過分重視其社會(huì)服務(wù)功能，反而弱化了原本的教學(xué)與科學(xué)研究功能；追求效率優(yōu)先與如何兼顧公平之間的矛盾。［9］為了解決出現(xiàn)的矛盾和沖突，必須進(jìn)行教育改革。

教育信息化［10］是指在教育領(lǐng)域（教育管理、教育教學(xué)和教育科研）全面深入地運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)來促進(jìn)教育改革與發(fā)展的過程。《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中對(duì)教育信息化進(jìn)行了全面部署，指出高等教育信息化需要破解的難題是實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與高等教育的深度融合，通過課程與專業(yè)數(shù)字化、科研與教學(xué)結(jié)合、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的項(xiàng)目學(xué)習(xí)等方法，促進(jìn)高校人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新和科研組織模式的創(chuàng)新。［11］技術(shù)融合于教育教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，助力破解各級(jí)各類教育改革和發(fā)展的難點(diǎn)問題，促進(jìn)教育公平、提高教育質(zhì)量和建設(shè)學(xué)習(xí)型社會(huì)戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，是技術(shù)對(duì)教育產(chǎn)生革命性影響的重要體現(xiàn)。

可穿戴技術(shù)作為新興技術(shù)的一種，雖然在教育應(yīng)用中只是初露鋒芒，但它對(duì)高等教育教學(xué)改革的影響不可小覷。2013年谷歌眼鏡被用于醫(yī)學(xué)院學(xué)生在不同場(chǎng)景中探索心血管的練習(xí)，以此來促進(jìn)他們的學(xué)習(xí)并取得了很好的成績(jī)。［12］阿肯色州的醫(yī)學(xué)科學(xué)領(lǐng)域?qū)＜以诖髮W(xué)開展的可行性研究，通過智能眼鏡記錄教學(xué)過程，通過無線和藍(lán)牙傳輸?shù)浇淌遥ㄟ^流媒體直播教學(xué)視頻。其他使用智能手機(jī)、平板電腦或個(gè)人電腦的學(xué)生也可以接收視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)。［13］由此可見，它對(duì)于解決高等教育中質(zhì)量與數(shù)量、教學(xué)與服務(wù)、效率與公平等矛盾的解決開辟了一條獨(dú)特的路徑。

三、可穿戴技術(shù)在高等教育教學(xué)改革中的探究

1.大數(shù)據(jù)的獲取，提供學(xué)習(xí)分析的依據(jù)

大數(shù)據(jù)是指需要經(jīng)過先進(jìn)的處理算法進(jìn)行處理的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。教師或?qū)W生佩戴可穿戴計(jì)算機(jī)進(jìn)行上課，通過智能眼鏡或智能手表獲取課堂實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以供學(xué)生和教師查看并以此來分析學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題以及疑難點(diǎn)等。獲取的數(shù)據(jù)主要分為概念數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)。

概念數(shù)據(jù)：通過可穿戴計(jì)算機(jī)可以監(jiān)控教師上課幻燈片展示的知識(shí)點(diǎn)，并捕獲每個(gè)知識(shí)點(diǎn)講授和展示的時(shí)間及日期，上課學(xué)生的人數(shù)以及回答課堂問題的時(shí)間和次數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以以文檔的形式存儲(chǔ)。授課人員可以隨時(shí)通過查看文檔確切了解當(dāng)時(shí)授課情況。

視頻數(shù)據(jù)：教師佩戴智能眼鏡捕獲上課視頻，包括學(xué)生回答問題等整個(gè)教學(xué)活動(dòng)，數(shù)據(jù)可以經(jīng)過其他設(shè)備進(jìn)行加工處理。如運(yùn)用心率監(jiān)視器來檢測(cè)學(xué)生心率情況，以此來評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力以及疑難知識(shí)點(diǎn)等。

音頻數(shù)據(jù)：可穿戴計(jì)算機(jī)可以記錄課堂音頻數(shù)據(jù)，音頻記錄不僅對(duì)于在線學(xué)習(xí)的學(xué)生很適用，而且可以通過記錄過程中學(xué)習(xí)討論等雜音察覺到學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的反映，這些雜音的持續(xù)時(shí)間對(duì)教師具有較大價(jià)值。

瓦倫西亞理工大學(xué)運(yùn)用可穿戴設(shè)備來獲取學(xué)生課堂學(xué)習(xí)過程中的大數(shù)據(jù)，他們使用智能手機(jī)來投影并記錄幻燈片放映進(jìn)度并且準(zhǔn)確獲取每張幻燈片放映時(shí)間，教授通過佩戴智能眼鏡來獲取學(xué)生的視頻信息，記錄上課過程中提出的問題及回答情況；通過智能手表來獲取學(xué)生在考試過程中每道題思考的時(shí)間以及答題的速度及準(zhǔn)確率，并且隨時(shí)通過獲取的信息來更新學(xué)生學(xué)習(xí)成果。

2.深度挖掘并分析數(shù)據(jù)，提供個(gè)性化學(xué)習(xí)

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、電路集成等技術(shù)發(fā)展，可穿戴計(jì)算機(jī)可以獲取更多的數(shù)據(jù)，通過深度挖掘數(shù)據(jù)并分析數(shù)據(jù)，可以對(duì)學(xué)生個(gè)體進(jìn)行檢測(cè)，分析學(xué)習(xí)過程中的情感狀態(tài)如焦慮等，以及概念掌握情況，知識(shí)建構(gòu)框架，并有針對(duì)性地解決出現(xiàn)的問題，教師也可以根據(jù)每位學(xué)生的數(shù)據(jù)分析結(jié)果定制一套適合學(xué)生個(gè)人的個(gè)性化學(xué)習(xí)方式，極大地提高了學(xué)習(xí)效率，拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，而且學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度也是傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的。目前，高等教育主要采用了以下幾種設(shè)備來收集用戶情緒狀態(tài)的數(shù)據(jù)：攝像頭、集成麥克風(fēng)、Kinect的面部特征提取、傳感器、心電圖、GSR和呼吸速率傳感器。［14］在不同的活動(dòng)中都有學(xué)生的情感反應(yīng)，如：小組討論、回答問題、組織活動(dòng)以及考試等這些過程都可以用來監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。［15］瓦倫西亞理工大學(xué)開發(fā)了一個(gè)監(jiān)控面板系統(tǒng)，應(yīng)用定制的深度數(shù)據(jù)挖掘工具來跟蹤工程專業(yè)學(xué)生施工過程中所需的知識(shí)。［16］

3.創(chuàng)新知識(shí)互動(dòng)模式，完成知識(shí)意義建構(gòu)

大學(xué)課堂上，教師和學(xué)生佩戴可穿戴計(jì)算機(jī)，可以控制幻燈片的演示，前進(jìn)或后退，自動(dòng)獲取每頁(yè)幻燈片停留的時(shí)間，由于可穿戴計(jì)算機(jī)的便攜性，教師和學(xué)生可以在教學(xué)環(huán)境中自由移動(dòng)，完成多種教學(xué)活動(dòng)，小組討論、小組實(shí)驗(yàn)過程、問題解決等互動(dòng)方式，都可以被可穿戴設(shè)備智能獲取。通過專門技術(shù)處理獲取數(shù)據(jù)，最后反饋給教師，教師可以根據(jù)反饋信息，了解學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的疑難點(diǎn)，最后給學(xué)生提供個(gè)性化的指導(dǎo)，進(jìn)而促使學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行意義建構(gòu)。

對(duì)學(xué)生而言，學(xué)生可以通過佩戴智能手表或智能眼鏡記錄教學(xué)過程，獲取學(xué)生對(duì)問題的理解以及教師所布置的作業(yè)等信息數(shù)據(jù)，可以在課后通過計(jì)算機(jī)設(shè)備自由觀看，更進(jìn)一步查漏補(bǔ)缺，促進(jìn)學(xué)習(xí)。同時(shí)，也適應(yīng)于生物專業(yè)學(xué)生野外實(shí)地考察，佩戴智能眼鏡，對(duì)于不認(rèn)識(shí)生物，智能眼鏡會(huì)自動(dòng)在屏幕上顯示關(guān)于生物的介紹。從而拓寬學(xué)生的知識(shí)面，有效完成知識(shí)建構(gòu)。這類似于醫(yī)院醫(yī)生為病人看病時(shí)，可以查看病人的醫(yī)療檔案。這一點(diǎn)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中已經(jīng)得到應(yīng)用，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院骨科梁裕教授用Google眼鏡成功完成頸椎前路手術(shù)的術(shù)中攝錄和轉(zhuǎn)播。40分鐘的手術(shù)全程都通過Google眼鏡以主刀醫(yī)生的視角（又稱“第一視角”）清晰地傳輸?shù)礁黝悢?shù)字終端，方便年輕醫(yī)生和實(shí)習(xí)醫(yī)生實(shí)時(shí)了解手術(shù)細(xì)節(jié)、學(xué)習(xí)手術(shù)技巧和操作，并及時(shí)與手術(shù)者互動(dòng)，瑞金醫(yī)院每年承擔(dān)大量實(shí)習(xí)帶教、住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)以及進(jìn)修生帶教等教學(xué)任務(wù)，可穿戴數(shù)碼裝置因體積小、易穿戴，優(yōu)點(diǎn)明顯，“第一視角”的轉(zhuǎn)播更有手術(shù)場(chǎng)景的代入感，獲得良好的交互教學(xué)效果［17］。

4.輔助教學(xué)評(píng)估，提供及時(shí)反饋

教師在授課開始的前幾分鐘，可以通過智能眼鏡的人臉識(shí)別技術(shù)查看教室學(xué)生出勤率，新開發(fā)的智能眼鏡增加拍照功能，除此之外，數(shù)據(jù)庫(kù)中存有學(xué)生的信息，智能眼鏡獲取教師上課數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比配，并在短時(shí)間內(nèi)得到反饋，教師便可對(duì)學(xué)生上課情況一目了然，尤其適用于上課人數(shù)較多的公共課程。

佩戴可穿戴計(jì)算機(jī)設(shè)備，可以記錄學(xué)生在課堂互動(dòng)、課下交流、實(shí)時(shí)考試情況等信息。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，教師可以對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行評(píng)估，這類似于檔案袋評(píng)價(jià)方式，但卻節(jié)省了整理學(xué)生學(xué)習(xí)資料檔案的時(shí)間，并且真實(shí)有效地記錄當(dāng)時(shí)的情況，使評(píng)價(jià)結(jié)果更準(zhǔn)確。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，教師將會(huì)對(duì)學(xué)生是否正確理解主題知識(shí)以及哪些主題知識(shí)需要重新復(fù)習(xí)有更準(zhǔn)確的判斷，并能給予學(xué)生有效的反饋。

在我們平時(shí)的考試中，主要的形式就是閉卷筆試形式，由于受到各方因素影響，這種方式測(cè)得的結(jié)果不盡準(zhǔn)確并且耗時(shí)耗力，運(yùn)用可穿戴設(shè)備進(jìn)行在線練習(xí)并且回答問題，每人都是通過系統(tǒng)智能分配問題，在可穿戴設(shè)備對(duì)所測(cè)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取后，就可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)估，這種方式不僅準(zhǔn)確率極高，而且所用時(shí)間較短。此外，對(duì)可穿戴設(shè)備數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以應(yīng)用于評(píng)估給定概念的知識(shí)構(gòu)建。如果學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間觀察一個(gè)問題和改變選項(xiàng)的反應(yīng)次數(shù)，就表明該學(xué)生對(duì)該知識(shí)還沒有完全把握。當(dāng)佩戴智能眼鏡的教師看一個(gè)學(xué)生時(shí)，監(jiān)控小組會(huì)將挖掘到的數(shù)據(jù)分析結(jié)果呈現(xiàn)給教師，教師可以立即意識(shí)到部分學(xué)生在完成任務(wù)過程中遇到的困難。［18］

四、總結(jié)

我們現(xiàn)在處于信息發(fā)展時(shí)代，信息技術(shù)已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面，對(duì)我們的生活方式、學(xué)習(xí)方式形成很大的影響。高等教育作為教育的重要組成部分勢(shì)必會(huì)受到信息化發(fā)展的影響，以教育信息化推動(dòng)教育現(xiàn)代化進(jìn)程打破制約我國(guó)高等教育發(fā)展的瓶頸，促進(jìn)教育的創(chuàng)新與變革勢(shì)在必行。教育信息化的發(fā)展給高等教育帶來的將是革命性的變革。

教育信息化主要目標(biāo)就是積極應(yīng)用信息技術(shù)，深入開發(fā)、廣泛利用信息資源，培養(yǎng)適應(yīng)信息社會(huì)要求的創(chuàng)新人才。可穿戴技術(shù)作為信息技術(shù)的一種，將它與教育相結(jié)合，獲取學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的大數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)的分析為學(xué)生定制個(gè)性化的教學(xué)方式，完成知識(shí)的意義建構(gòu)，對(duì)于創(chuàng)新教學(xué)互動(dòng)模式，推動(dòng)教育信息化的發(fā)展，加速高等教育改革具有重要意義。然而，它在教育領(lǐng)域的應(yīng)用才剛剛開始，還沒有成熟，諸多功能還有待實(shí)現(xiàn)，包括分析數(shù)據(jù)得出學(xué)生的心理動(dòng)態(tài)、情感狀況等都仍處于開發(fā)階段，還有待驗(yàn)證，但只要我們大膽設(shè)想，合理運(yùn)用技術(shù)，將可能極大程度提高教學(xué)效率，有效推動(dòng)高等教育改革的最優(yōu)化。

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［編輯：鄭方林］

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