CIT：一種智慧學習環境的設計范式*

詹青龍，楊夢佳，郭桂英

(天津職業技術師范大學 信息技術工程學院，天津 300222)

CIT：一種智慧學習環境的設計范式*

詹青龍，楊夢佳，郭桂英

(天津職業技術師范大學 信息技術工程學院，天津 300222)

當今時代聚焦于數字技術與創新理念深度融合(CIT)的智慧學習環境的蛻變。通過建立CIT智慧學習環境的基本理念，闡述基本要義和剖析主要特征，從而進行范式設計。CIT智慧學習環境，以環境感知、云端服務、智能工具和CPS為支撐，緊緊圍繞學習活動、演化資源和智能空間核心三要素，構筑智學、智睿、智造三目標的智慧學習環境設計范式。該范式把創新和智慧作為數字教育的核心競爭力，促進智慧教育的高位發展。

數字技術；學習創新；學習環境；智慧學習；設計范式

當今時代，數字技術和創新理念深度融合(Deep Convergence of Innovation and Digital Technology，CIT)以史無前例的速度快速發展。數字技術驅動著創新釋放出越來越強大的智慧力量，開發延展人腦智慧，智能處理信息和發掘知識，啟蒙新穎創意和創想，開創原生價值以及“人類—技術—創新—智慧”的協同進化。這種創新不是強化已存在的事物和環境，而是展現出“數字化的進步、指數級的增長和組合式的創新”[1]，以及“草根”參與、需求驅動、大規模共享和開放協同創新的創新實踐方式[2]。CIT日益成為智慧教育的重要組成部分，并以創意和創新的力量取代以往教育發展和變革的基因，生成新的教育關系。面對這種快速變革的際遇，智慧教育環境的發展，需要運用CIT理念建立一種新的設計范式，探出新的思想和環境，把創新和智慧作為教育的核心競爭力，促進智慧教育的高位發展。

一、CIT智慧學習環境的命意

CIT利用開源軟硬件、移動計算、物聯網、大數據等整合而成的數字技術框架，構筑一個全新的基礎技術環境和智慧環境，“實時采集、監控生產與服務過程中產生的海量數據，進行智能分析和決策優化，實現個性化設計、柔性化制造、網絡化生產與服務”[3]，增強人類智慧。

(一)CIT的主要理念

CIT以Web 4.0為基礎，以創新創造為驅動力，建立全局情境的智慧生態系統。CIT的任務是建立把各種創新活動綜合性導入業務環境的智慧生態系統，核心是在行業、教育機構、研究機構等創新協作者之間建立協同，范式是創新行動者構成的智慧網絡。具體來說，主要包括以下幾個方面：

(1)CIT關注新技術與智慧戰略，關注創新者，關注新技術采納、跨領域議題、學習型組織、活動形式和創新的業務環境。CIT通過建立創新空間、創新文化的網絡化和協同創新智慧模型，平衡過程創新和創造性，強化創造性文化和跨學科的智慧性解決方案，從而把智慧戰略與數字技術整合提升到一個前所未有的水平。

(2)CIT圍繞著數字技術如社會媒體、移動計算、大數據、云計算、傳感物聯網、因特網和機器智能，產生聚焦智慧的技術組合，為用戶體驗提供更好的情境性和增值性。例如，社會媒體網絡創造增強性共存；大數據提供獨特的分析，瞄準情境中的建議和偏好；移動技術創建位置情境服務和感知；云計算擴能資源訪問和服務；傳感器創建實時反饋和響應；機器智能提高洞察力和決策的質量。

(3)CIT的數字空間通過新的連接方式整合上述數字技術，把各種事物和行動者連接起來，增強數字技術的關聯性和重要性，增強協同工作，獲得高增值成果。結合新的方式，驅動個體、組織和社群的智慧，建立跨行業和行動者創新的智慧網絡，構建新的數字智慧生態系統，產生智慧生成效應。

(4)CIT借助技術融合，將因特網帶入真實的世界，形成人類聯網、物體聯網、服務聯網，如圖1所示(改編自Hafkesbrink等人的研究[4])。這種融合將技術、媒體、市場和行動者的配置融合在一起，把因特網演變成泛在的 Outernet網，利用Web4.0把真實世界的產品、服務和位置的智能應用進行交聯。

圖1 CIT的演變

(二)CIT智慧學習環境的要義

學習是創新發展和智慧獲得的基礎，是適應社會大格局調整的現實要求。學習環境是學習的重要依托，而當下的學習環境未能滿足智慧學習的“混沌性、多樣性、共同創造性和持續擱置確定性”等特征[5]。作為教育教學變革的基礎，智慧學習環境誕生于工業時代，全新設計和加速發展于CIT時代，因而智慧獲得的過程需要借助CIT重新設計。

工業社會誕生的智慧學習環境，具有“封閉創新、效率驅動、產品聚焦、組織專有”[6]等局限。它以層級式管理的團隊為創新主體，利用在線學習、虛擬實驗室、重量級穿戴等技術構建實體智能空間和界限分明的物理空間。這未能滿足學習者對“空間實時感知、資源自動適配、活動多樣開展和工具智能支持”學習環境的需求，未能滿足學習者對“協同創造、智慧交流、分享成果”的殷切期盼。作為高端形態的CIT，則開創了大規模協作創新的新模式，這種智能化關聯、透明化運作、協同式參與創新的方式，實現想法到服務、到產品的創生，達到價值最大化。

CIT催生的智慧學習環境，以創新行動者為共同體，運用情感計算、開源硬件、泛在學習、全息環境、3D打印、社交媒體技術、自適應技術等新科技構建人人參與創新的實在世界。CIT智慧學習環境不僅僅是新科技的呈現，而且是學習者參與創新活動方式變革的體現：其一，由于開源硬件與開放資源的推行，為富有想法與創造力的學習者提供了參與創新活動的多元路徑；其二，學習者不僅可連通實體空間內的人、機、物，也可無縫關聯空間外的所有信息源，其學習伙伴也從僅僅是團隊中的成員變為項目的全球行動者；其三，學習共同體變革活動參與的方式為深度學習和創造學習。CIT智慧學習環境與當下智慧學習環境在空間、資源、工具、活動、交互等方面存在著差異，如下表所示。

CIT智慧學習環境與當下智慧學習環境的比較表

二、CIT智慧學習環境的特質

CIT智慧學習環境是通過凝集群體智慧、利用新技術和新方法驅動創新的環境，除了具備“虛實環境融合、服務個性化學習、支持校內外學習，以及支持正式與非正式學習”[7]的智慧學習環境的一般特征外，還應立足于其新穎特征。因此，需要深入分析CIT智慧學習環境這一復雜系統，展現內在關聯，知曉個性特征。

(一)智慧圈

智慧圈是作為生物圈發展的新階段而提出來的概念，強調人類智力因素在現代進化中的強大力量[8]。人類通過運用自身智慧探究新方法、創造新技術、開發新工具，并借助所創造的產物進一步提升群體智力、擴大作用范圍和變革學習環境，進化為蘊含發展力和創新力的人類智慧圈。智慧圈是智慧學習環境的重要特質，依靠數據流、信息流、智慧流的快速流通和高度連通，產生巨大的變革力量，創造關聯智慧個體、提高群體智慧、活化參與式創新體驗等全新的學習場。

(二)微創新

微創新是一種新的教育思維方式，是教育中的每個個體都能從事的創新，它“不是突破高科技，而是對技術應用的微變革，然而其中卻蘊含著巨大發展潛能”[9]。日常創新的小行為同樣也是偉大的，人類大多數進步都是由微創新累積產生的重要結果[10]。微創新發生在日常基礎上，每個學習者都是創新者，都具有微創新的能力，都能參與到產生創新性結果的活動中去。微創新運動能激發教育的深刻變革，使其成為數字教育變革的核心戰略。

微創新雖然由一個個學習者或小團隊主導，但它與宏觀創新具有共同的特質：創造性思維基于不斷的行動，并利用再造使每個想法都是新的機會，建立創造性解決方案，帶來真正的進步。微創新是局部行動，全局創新，是一種去中心化的、網絡化的創新，局部微創新的組合會對全局性的教育結構產生直接影響。微創新不是整體性組織和指導的，因此在這個意義上，創新變成了日常習慣，為任何規模的教育機構提供可持續的創新結果，鼓勵新技術、新過程在教育中的擴展。

(三)跨邊界

智慧學習環境是跨組織、跨空間和跨學科的學習場景，打破了閉合的邊界，以真正實現智慧的融合。其一，學習環境不僅超越了物理空間的有形邊境，而且跨越了數字空間的無形邊界；其二，環境中的智慧流、信息流在企業、科研組、項目組和學習共同體等組織中不斷流通；其三，由于智慧的獲得不是局限于某一具體學科，因而智慧學習環境強調不同學科間的跨界、連接和融合。

(四)自組織

自組織的智能空間是學習者在CIT智慧學習環境中進行學習的重要保障。嵌入到環境中的智能系統，具有持續學習和自我控制的能力，通過融入人工智能技術，賦予環境記憶、計算、邏輯思考和自組織的智慧，以便為學習者提供更加智能化、有序化的學習。

(五)入真境

入真境以環境智慧性為基礎，以實時翻譯、情感計算、空間定位等技術為依托，開創具有高度代入感、沉浸感、真實感的學習實境。入真境的學習環境，能捕獲學習者的姿勢、位置、活動、表情和語言，能跟蹤、識別、控制和維護物體，并能利用人與事物的關系模型智能地把人和對象關聯起來。這不僅有利于提高學習者在正式學習中的學業成績，更有利于沒有教師現場指導的非正式學習，而且入真境的環境所提供的適切資源、建設性反饋、智能互動，有利于增強學習者獲得積極的學習體驗。

(六)高增值

CIT智慧學習環境是一個持續關聯、高度流通、自我增強的學習場景。正是環境中數據、信息、智慧的流通和再創造，促使知識和智慧的高度增值，而那些弱流轉、低再創的數據和信息，是不可能造成跨越式的變革和高價值的創新。因此，需要提升數據再加工，加快知識流通，匯聚個體智慧和群體創新力量，以實現價值的高度增值，使創新能力持續地螺旋式上升成為新常態，展現出創能的發展性。例如，以科學知識、活動生成的大數據為基礎，以深度學習結構為挖掘方式，結合語言理解與圖像識別，智能化輸出問題答案、圖像信息和動作示范等，為學習者提供增值服務。

(七)強精益

強精益的學習環境，強調對學習者生成的大數據進行科學分析，優化決策、提升效能、減少偏差，以發現潛在問題、評估學業進展、預測未來表現。其中，精益思想在于科學和精確，做到高效和最優。因此，可利用科學分析技術和信息可視化技術，用圖表或立體影像展示復雜數據的分析結果，旨在快速輕松地識別事物的關聯與模式[11]。

從認知的情境屬性出發，將知識包含的單元點之間的聯系、包含的應用于實踐的方法策略與技術等全面展開；采取活動與情境相結合的多樣化方式，提高學習者解決非良構、復雜性問題的能力；利用智能工具揭示隱性知識，展現知識生成的情境與共享知識的脈絡；借助移動智能終端，在戶外真實場景下進行親自然的知識學習。在這樣的知識情境中學習，可提升學習關聯度，降低認知負擔，增強學習投入，生成學習智慧。

(八)深融合

作為在智慧環境中通過實時感知而得到的信息統一體，學習資源具有深度融合性：其一是線上與線下的物體融合，如真實的物理校園與數字化校園相結合；其二是真實的物體與疊加在其上虛擬控制信息的語義融合，支持異構資源的互操作，支持多樣性數據的轉化。例如，實體空間與基于增強現實軟硬件無縫連接所展現的虛實融合的信息，是學習者學習的額外資源或拓展資源，同樣可成為他們的核心知識來源；其三是虛擬控制的信息與線上物體的數據融合。線上物體為虛擬控制的信息提供源源不斷的數據來源，而虛擬控制的信息又實時擴充線上數據庫，它們的數據融合體現了學習者對知識的核心訴求。

(九)多互態

多態交互通過“人—物”(H2T)、“人—機”(H2M)、“物—機”(T2M)，以及“人—人”(H2H)、“物—物”(T2T)、“機—機”(M2M)之間的內部交互，為智慧學習提供更加人本性服務，滿足學習者對高度互動體驗的強烈要求。友好的多態交互，離不開“人—物”通訊裝置設計、機器操作物體設計和多模態人機交互設計，為人、機、物之間自然、便捷、高效的互動提供支持。例如，Guastavino建立的多態交互實驗室包括“人—機”互動、知識展示、聽覺識別與認知、多官能整合等。

三、CIT智慧學習環境的設計范式

作為知曉知識、參與創新和獲得智慧的學習場域，CIT智慧學習環境緊緊圍繞著智慧，以嵌入其中的環境感知、云端服務、智能工具和系統融合為四支撐，對學習活動、演化資源和智能空間三要素深度融合，實現智學、智睿、智造三層次目標，如圖2所示。

圖2 CIT智慧學習環境

(一)三目標：智學—智睿—智造

智學、智睿、智造是CIT智慧學習環境的三層次根本目標，是學習活動、演化資源和智能空間兩兩融合的環境對學習者從“靈巧學”到“靈巧思”，再到“創意做”等梯度進行的層級劃分，對CIT智慧學習環境的構筑具有重要導向。其中，學習是思考的加速，思考是創造的加速，而靈巧學、靈巧思和靈巧行的融合則是智慧的體現。

1.智學

智學是CIT智慧學習環境的關鍵基礎目標。康有為強調智學是一種境界：一種艱苦卓絕的追求和思索，以及人之生存創造性領會能力[12]。因而，智學不僅僅是習得知識，更是超越學識、洞悉未知和通曉萬理。智學需要學習者具備未來智慧的視線，在復雜而多變的世界中努力提升好奇心、啟發智慧、增進學習的自主性和責任感，積極、廣泛、有遠見地追尋有意義的學習[13]。

智學是學習活動和演化資源所融合的環境在提升學習者認知知曉和靈巧學習等方面的努力，以提升學習者多維度認知事物、跨領域審視問題和超視距洞悉事態走向的能力，以便達到“靈巧學”的目的。其中，智學是演化資源與學習活動相促進與相融合的實果。與學習活動關聯的演化資源，具備強聚合、多策略和高代入感等特性，為學習者進行智學創造了跨區域觀念、拓常規知識、超學科學習、解決復雜性問題的可能性，而這正是學習者靈巧學的重要基石；融入演化資源的學習活動，以多樣化方式開展，不僅增加學習資源的生成，而且促使個體在集體中為未知而探討和學習。

2.智睿

智睿是一種快速動態的心智、靈巧的思考力和思想的創造力，是學習者面對靈活多變、兼具未知與已知的世界，在并行處理多面來源信息流的基礎之上，從不一樣或全新的認知方式進行的思考，以及對可能發生事情的推測。智睿以智學為基礎，它可增進學習進度、改變認知進程和思考深度，拓展思維力量，加快尋求更多新的方式和方法，生成新穎、科學和可行的策略，智慧地處理各種離散的、單調的事物。

智睿是演化資源和智能空間耦合的環境在提升學習者靈巧思考和創新加速等方面的努力。其中，融入演化資源的智能空間，自然融合了數字影像信息，為學習者創造了多方感知事物對象、多維挑戰大腦與心智的機會，整合學習者的具身參與和高效思索；借助智能體的演化資源，不僅僅使學習者在具體數據生成、可視信息分析和信息關聯情境中進行科學思考和決策，而且增強學習者利用智能體、新技術和新方式進行人機思維和靈巧思考，而這正是面對未知變革的“智”之所在。

3.智造

智造是現代社會人之為人的基本要義，若脫離智造，則不能面對未知變化。在工業中，智造就是利用自動化、網絡化、智慧化的信息技術如物聯網等快速、自適應地生產產品。而在CIT智慧學習環境中，智造強調的是靈巧行動和創造。

智造是個體和集體在創新網絡文化中聚集微小創意、敏捷開發產品、定制個性服務、重塑創意行為等的靈巧行為，展現了CIT學習活動和智能空間的融合環境在增強學習者靈巧行為和創意實踐等方面的交互和協同。借助智能空間的學習活動，為學習者進行創意探索、科學嘗試和創新實踐增加可能性；耦合活動的智能空間，提供了“人—機—物”之間多態性交互的機會，而這正是靈巧行動的基礎。

(二)三要素：學習活動、演化資源和智能空間

學習活動、演化資源和智能空間，是CIT智慧學習環境的三大核心要素。其中，學習活動是深度化學習和連通性創新的總和，演化資源是進化的進化資源，智能空間則是學習活動與演化資源的智能化場景依托。可見，CIT智慧學習環境，關注學生大腦和心智的發展，而不僅僅是知識的習得；關注學生在身體與環境的互動中全面的發展，而不僅僅是概念的抽象建構；關注學生發展、學生學習和學習效果，而不僅僅是結業考試成績[14]。

1. CIT智慧學習環境的學習活動

“發明新事物的速度已經超出了我們‘教化’這些新事物的速度”，如何變革學習與認知方式以適應學習環境的變化，最終落腳點在直接影響學習成效的活動上。CIT智慧學習環境所蘊含的學習活動，以智慧為核心，以感知學習需求和連通外在信息源為前提條件，以培養學習者復雜思維與智慧為非預設性目標，以多元化、可視化、智能化的學習評價為支撐，是學習者利用情境泛在的活動內容，采用多樣化的深度學習活動和創造學習活動的總和。

(1)CIT智慧學習活動的深度學習

CIT深度學習活動，是通過運用創新方式將豐富的核心內容“傳遞”(不是指學習者被動地接受識知，而是指教師對學習者學習的指導與啟迪)給學生，激發學生學習主動性，促使學習者應用所學知識與技能解決真實問題的活動，以獲得“批判思維、溝通交流、內容知識、學會如何學習”[15]，包括問題學習、主題學習、項目學習、探究學習等積極參與式的學習活動[16]。這些多樣化的深度學習活動，有利于學習者批判性看待問題，高效性與同伴溝通；有利于學習者掌握專業核心知識及其與之關聯的學科領域，以及學會學習的方法與技術；有利于學習者靈活地運用知識、正向地遷移技能、科學地創新事物。

(2)CIT智慧學習活動的創造學習

CIT創造學習活動，是學習者具身參與的一種創新創造的活動，強調發揮學習者的思考力、想象力和創造力。然而單單依賴于沉淀在腦海中的知識與技能是無法進行創新學習的，因此，需要學習者依托創造性活動，在做中感悟與思考，在動態過程中追尋升華的創新。例如，在學習顏色的活動中，學習者可利用全息影像技術用手觸碰不同顏色，具身感知不同顏色的特征，通過選擇后的顏色疊加在校園中的相應位置上，從而新穎別致地設計心中的美麗校園。創造學習活動需要培養學習者善于借助智能終端、智能工具等外力，與表征的知識與信息進行交互，與連通的小組外學習共同體進行互動。這不僅產生小組內部的學習活動、生成個體的認知活動與組織內部的經驗智慧，還能通過人與技術、與外界知識、與關聯的境外學習共同體生成集體經驗、匯聚成大智慧，而活動中生成的這種人機分布式認知、協同思維和群體創造力，是學習者創造性表現的基礎。

(3)CIT智慧學習活動的設計原則

正是由于學習從知識走向智慧與創造的必然性[17]，以及學習活動的重要性，因而在設計過程中應遵循一定的設計原則：凸顯學習活動的多維性(項目領域、參與方式、學習路徑、活動內容等方面)，支持學習者創造思維的發揮(活動實時援助、可視化的及時反饋、活動策略支持、創意想法視覺化展示工具等)，強調內部心理(思維、動機等)與外部體驗(動作、操作、環境感知等)的雙向轉化[18]，兼顧面向情境(物理情境、社會情境)與過程(注重與活動結果相關聯的學習活動方式)的學習軌跡[19]，注重創造的趣味性、參與的便捷性和活動的開放性。

2. CIT智慧學習環境的演化資源

在CIT智慧學習環境活動中，無論是活動內容的智慧性學習，還是活動方式的多樣化開展，都需要演化資源的支持。演化資源，是指進化的進化資源，是在連通和泛在的環境中處于動態和演化的學習資源，從靜態的材料數字型、自展型、微型媒體資源，不斷演化成信息立體化、自創+共創、任務關聯化、情境自適應、持續進化的學習資源。

(1)CIT演化資源的進化形態

演化資源可分為初級資源、次生資源和創生資源三個層級。通常，非技術性的投入越少，人與群體的智力投入越多，則演化資源層級越高，如圖3所示。

圖3 演化資源的進化形態

初級資源是次生資源與創生資源的基礎，是未經處理、未經關聯的原始的數據，是通過儀器記錄、智能設備跟蹤生成、個體觀察等方式，表征事物變化和真實反映客觀實在的資源，具有低關聯、多碎片、弱聚焦的特征。

次生資源強調揭示事物發展規律，借助處理分析工具，對初級資源進行處理，通過剖析其內在聯系、連通斷裂的相關數據，以生成數據所暗藏的原理與模型、追尋所蘊含的意義或文化，達到可視化展示初級資源內在的關聯和預測事物發展的目的。

創生資源則是學習者經過頓悟而創新的成果，是“智慧沉淀和分享的重要載體”[20]，是次生資源的升華。它同時又是方法與策略的集合，可利用策略來指導初級資源的生成。

(2)CIT演化資源的特性

高度聚合與支持學習策略的獲得是演化資源的重要特性。演化資源并不是孤立的單元，而是具有知識高度關聯的整體，以促進學習者學習為目的，為學習者提供優質資源。

在知識社會時代，“知道在哪里”找到知識、“知道怎樣改變”“知道成為”比知道知識本身更重要[21]。因此，演化資源應根據本體而關聯一切可關聯的與有價值的信息源，如專家、學者、研究實果、圖像視頻、網站網址等，應通過感知情境、主題和意義而主動進行資源聚合，形成動態樹狀或網狀的組織資源，以實現支持富有策略的學習，降低認知負荷，提高學習效率。例如，可利用圖4所示的INSTAGROK等網站，動態關聯資源。

圖4 INSTAGROK搜索“學習資源”

(3)CIT演化資源的設計維度

演化資源的設計，涉及泛在、智辯、分形、遞歸等維度。

其一，泛在。無處不在的多樣化資源，既是演化資源的基本質料，也是學習者對智慧學習環境的強烈要求。設計泛在的資源應依托群體，展現集體智慧，創造共建共享的知識。

其二，智辯。通過提供極具思考性的問題，為學習者創造“越辯越明”的多樣化資源。只有身處智辯的多樣化資源中，才能為學習者智慧的生成、創造力的發揮提供可能。

其三，分形。事物并非處于二維或三維的空間中，而是一種更為復雜的非線性的狀態，這才是一種真實的自然狀態。根據分形理論，使演化資源自然表征真實的、復雜的問題，促使學習者感知事物的自然存在，而不是人為抽象出來的模型。

其四，遞歸。明晰了演化資源從初級到次生，再到創生階段的演化過程，應領悟到資源只有處于不斷流通的、動態的、智慧共建共享的遞歸式的進化過程中，才能使知識增值，才能使知識成為活的知識。

3. CIT智慧學習環境的智能空間

(1)CIT智能空間的高效能

作為數字化信息與物理空間自然融合的產物，智能空間已不僅僅是將學習者帶入一個已經構建良好的增強現實空間，而是將傳感器、RFID、超微計算機等智能系統嵌入到學習者生活與學習的實體空間中。同時，在泛在網絡下，通過與演化資源的整合，以智能設備和移動互動終端等為中介，為學習者呈現立體化數字信息或圖像，打造高效適切的學習創造空間，凸顯CIT智慧學習環境的效能性。

智能空間是“以基礎設施或環境為對象，通過嵌入傳感系統、微型計算機、通訊工具等系統，構建允許人們通過手勢、聲音、行為與空間設施進行高度互動的學習空間”[22]。從最初孤立空間內的智能化到移動智能設備的融合，再到目前由單個空間互連而構筑成的智能空間，打破了對學習者的層級劃分，成為了人人皆可參與的、互通的、創造性的、全方位的學習空間，提高演化資源的利用效能，保障學習質量，如下頁圖5所示。

智能空間通過視覺感知技術、聲音感知技術和各項參數精細感知技術等，實時監控空間內人與物的位置與活動，并為學習者提供視覺、音頻和場景的反饋，有利于將智能設備通過監測和感知收集到的數據在可視化分析后展現出來，以做出科學決策；有利于學習者通過使用關系概念圖、網絡地圖等方式高效地展示創新想法，便于交流學習；有利于與連通的學者、教師、校外專家、項目愛好者等人一起進行創造性學習。在這實時感知與高度互動的學習空間中，學習者不僅僅是通過大腦學習概念，更是在身體與物體互動的過程中增強對知識與技能的高效能學習。

圖5 CIT智能空間

(2)CIT智能空間的富創造

智能空間的富創造，體現在對空間的知化。作為具備認知能力與深度學習能力的產物，智能空間在與學習者互動的過程中匯聚大數據、優化算法、提高并行計算力，通過不斷學習人類智慧以使空間變得更加智能[23]。這個持續增強的創造性智能空間，在與學習者交互的過程中，為學習者提供他們所需的可視化數據、未考慮到的實在信息、深度參與式的情境、互連的共同體等等，因此，它更能提升學習者的智慧力量。

富創造的智能空間，展現的是一個全新視角下的學習場景，凸顯泛在化、輕小化和虛實信息自然疊加的特征。例如，Avegant公司利用虛擬視網膜顯示技術(VRD)開發出了Glyph眼鏡，能直接在人的視網膜上投射圖像，而不需要穿戴傳統的數字頭盔。Magic Leap公司利用動態數字化光場信號，不僅記錄光線顏色與強度，而且可持續存儲來自場景的光線信息數據，并結合VRD、硬件、軟件、傳感器等技術與設備，創造全新的學習空間與互動體驗。

(3)CIT智能空間的設計原則

CIT智能空間的設計不應率性而為，而應遵循一定的設計原則：凸顯數字化信息與物理場景的自然融合；強調智能空間的開放性與連通性，富有創意的任何學習者都可加入項目之中，并能與外部信息源協作學習或進行學習求助，應體現CIT的真正蘊含；應提供整合“異構、多樣、動態”計算場景的中間件，屏蔽智能設備復雜性，為頂層應用提供服務[24]。

(三)四支撐：環境感知、云端服務、智能工具、CPS

環境感知、云端服務、智能工具、系統融合是CIT智慧學習環境的必要支撐。為了體現學習環境智慧性，CIT學習環境的三大要素——學習活動、演化資源和智能空間，需要通過環境感知靈敏地適應學習者的學習行為，利用云端為學習活動提供人本化服務，使用智能工具共享智慧與經驗，通過系統融合為學習者構筑自然無縫的智慧性環境。

1.CIT智慧學習環境的環境感知

環境智能感知通過運用R F I D、H R S、QRCode、傳感器、嵌入式設備等技術，感知教學臨場、認知臨場和和社會臨場，收集與學習者相關的信息數據，進而提高“人—機—物”的交互質量[25]。泛在網絡中，對互動終端、創新學習體、加工工具、移動終端、智能空間、加工場景、學習活動、RFID、傳感器、學習書籍、關聯資源等進行智能感知，收集與學習者相關的語境信息，如圖6所示。例如，學習者情緒、心理狀態等個體隱性信息，聚集創新學習團體在通訊交流中所反映的關系信息，匯聚實體空間中設備與工具等屬性、位置等信息數據。

圖6 環境感知網絡

然而，由于信息的時間瞬時性和空間碎片化，導致所收集的大量數據具有異構性，并且關聯度極低，因而需要對其進行智能解析，分析出富有價值的信息，提升學習環境適應學習者的學習興趣與活動偏好，解決學習困難，增強活動體驗。

2.CIT智慧學習環境的云服務

CIT智慧學習環境匯聚的大量數據，離不開云端所提供的承載與計算。云端支持大規模資源共享，對設備具有較低要求，并且具有高安全性與高可擴放性，而云計算所擁有的特質是CIT的智慧學習環境必不可少的現實需求。例如，Compuware Gomez、ManageEngine、Aternity等提供監測用戶體驗、監控應用程序等云監控服務。另外，云應用服務不斷涌現，如遠程虛擬實驗室iLabCentral、地圖協同制作與共享平臺ArcGIS Online、班級管理云平臺Learn Boost等，而云教室、云課堂等標準意義的教育云服務則對智慧學習發揮著重要的基礎支撐[26]。

數字教育中心(The CenterforDigitalEducation)的研究報告指出，云計算是學校和工作場所合作的重要組成部分。具體包括：讓數字原住民有效地投入學習，能勝任以技術為焦點的現代職業；創建課堂和家庭學習的無縫銜接；改變學生學習和訪問資源的方式，提供深度投入的、學習者驅動的個性化學習體驗；隨時隨地提供在線學習資源、協作和分享；消除數字鴻溝；無須攜帶和購買紙質教材，提供最新的學習材料和資源[27]。

3.CIT智慧學習環境的智能工具

圖7 智能工具

在CIT智慧學習環境中，智能工具并不是教師知識授遞的媒體，而是經驗共享的中介，建立群體智慧的主渠道。它打破了“整齊化、同一化、預設化和順序化”[28]的傳統工具的使用特點，進而創建了“個性化、泛在化、入境化和群體智性”[29]的特征，包括課程評價、教程設計、協同學習、效能學習和研究等基于移動終端的智能化工具，如圖7所示。

4. CIT智慧學習環境的系統融合

CIT智慧學習環境離不開系統的高度融合。“人—機—物”融合系統(Cyber Physical System，CPS)耦合網絡、計算到物理環境，通過計算、通信和控制等技術的深度融合，實現高度自治、高效協作、移動控制、動態適應和人本服務[30]。

系統融合不僅變革了人與機器、物體的互動方式，生成新方法，而且將各個獨立物體或其子系統關聯成統一體，創造了自然世界、虛擬世界和思想世界的融合。它強調物體間的通信，通過精密計算各數據參量，科學控制物體運動，持續地編織自己到教育活動中，以利于學習者在創新創造活動中科學感知物體、知曉規律、獲得智慧。

四、結束語

創新不僅驅動世界發展，而且推進人類進步，變革外在世界的同時也在塑造人類符合新時代特征的內心世界。CIT智慧學習環境將個體的智慧匯聚成一股強大力量，開創了“人人性、開源性、共創性”的學習新境地。它突破傳統創新封閉研究的局限，變革傳統創新環境中人們的思想與觀念，推動智慧學習環境向智學、智睿和智造的方向發展。

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責任編輯：趙興龍

CIT: ADesign Paradigm for an Smart Learning Environment

Zhan Qinglong, YangMengjia, GuoGuiying
(School of Information, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 300222)

In modern times, great changes have taken place in smart learning environmentfocused on the deep convergence of innovation and digital technology (CIT). This paper explains basic philosophy, opinions and main characteristics of smart learning environment in CIT, and thus to design a paradigm.This paradigm has three layered objects (smart learning, smart mind and smart production), three core elements (learning activity, evolving learning resources and smart space), and four supports (situation awareness, cloud services, smart tools andCPS).The paradigm regardsinnovation and wisdom as the core competitiveness of digital education, and promotes the high-order development of smart education.

Digital Technology; Learning Innovation; Learning Environment; Smart Learning; Design Paradigm

G434

：A

1006—9860(2016)06—0049—09

詹青龍：博士，教授，副院長，研究方向為教育信息化(qlzhan@126.com)。

楊夢佳：在讀碩士，研究方向為教育信息化(1243979872@qq.com)。

郭桂英：碩士，副教授，系主任，研究方向為教育信息化(35123650@qq.com)。

2016年5月8日

* 本文系教育部人文社會科學研究青年基金項目“學習型社區媒介環境建設研究”(項目編號：14YJCZH040)研究成果。