基于智能互聯的教學應用研究

張 欣 錢鵬江 蔣亦樟

近年來，智能教學受到了社會各界的廣泛關注，以智能教學為核心的教育項目在全球范圍內開展，基于智能互聯的教學已經成為全球教育領域的發展新趨勢。［1-3］

一、智能教學研究現狀

1.智能教學環境概述。

一般來說，智能教學環境是有效的、高效的和吸引人的。［4］學習者一直被認為是智能教學環境的核心，而智能教學環境的目標是提供自我學習的、自我激勵的以及個性化的服務，學習者可以按照自己的節奏和方式參加課程，并能夠根據個人差異獲取個性化學習內容。智能教學環境被定義為一個充滿數字化、情境感知和適應性設備的物理環境，可以促進學習者更好更快地學習。智能教學環境的潛在標準包括情境感知、即時信息提供、學習者的適應性支持、學習者的界面和主題內容適應。智能教學環境不僅能讓學習者無處不在地獲得知識資源、與教學系統隨時隨地進行互動，而且還能夠在合適的時間和地點提供必要的學習指導、學習建議或支持工具。

情境感知在智能教學環境中扮演著重要角色，它能夠為教學工作者和學習者提供適合的學習服務。通過基于云計算的智能互聯教學環境收集與分析學習者的行為，智能教學服務能夠提供情景感知支持，旨在為學習者提供個性化、定制化的學習服務，構建基于語義網和泛在計算的以學習者為中心的服務型智能教學環境。教學環境由泛在協作學習空間構成，通過情景感知和實時學習服務將傳統教學空間轉變為智能教學環境。通過交互式資源和服務，智能教學環境能夠促進學習者的主動學習和協作交流。

通過對這些研究的回顧，我們可以發現智能教學環境強調以學習者為中心，能夠提供個性化和適應性的學習服務、互動和協作的教學工具、情景感知和無處不在的訪問，支持學習者實現高效、有意義的學習。

2.智能互聯技術在教學應用中的發展。

作為一種新的教學范式，智能教學以智能互聯的設備和技術為基礎。經過近十年的研究，智能互聯技術已經可以幫助學習者更高效、靈活、舒適地學習，這被稱為技術強化學習（technology-enhanced learning，TEL）。［5-6］TEL技術可以用來提高教學模式的靈活性，智能互聯技術則可以作為媒體或工具訪問和探究學習內容，交流和協作學習任務，表達和評估教學成果。

隨著智能互聯和個體化等技術的發展，移動教學已經成為一種主要的教學模式。與靜態的傳統教學模式相比，移動教學強調利用智能互聯的移動設備，促使學習者的移動性更為突出。除此之外，泛在技術的發展也促使移動教學模式逐漸轉變為泛在教學模式，使教學工作者可以隨時隨地進行教學，不受時間、地點或環境的限制。

近年來，許多研究者開始關注學習者在現實世界中解決問題能力的重要性和必要性。為了使學生處于真實的學習環境中，設計融合真實和虛擬學習環境的教學是非常重要的。這就催生了無縫教學，它是一種一對一的TEL教學模式，教學工作者可以通過這種模式在任何時間和地點進行教學，他們也可以將教學從一個場景轉換到另一個場景，通過智能互聯設備開展正式和非正式學習、個人和社會學習。

其他智能互聯技術，如云計算、教學分析、大數據、物聯網、可穿戴技術等也推動了智能教學的出現。云計算、教學分析和大數據更多地關注如何獲取、分析教學數據，并將其用于改進學習與教學，推動個性化和適應性教學的發展。通過這些自適應教學技術，教學平臺可以對單個學習者的數據做出反應，根據云計算和教學分析調整相應的教學資源，并利用大量學習者的整合數據，深入了解基于大數據的教學課程。

此外，物聯網和可穿戴技術也支持了情景教學和無縫教學的發展。物聯網能夠連接教學工作人員、學習者、教學用具和智能互聯設備。攜帶智能互聯設備的教學工作者和學習者能夠受益于周圍環境推送給他們的各種信息。可穿戴技術則能夠將位置信息、運動日志、社交媒體交互和視覺現實工具融入教學和學習中。

3.智能互聯在智能教學中的技術優勢。

（1）位置感知：通過可穿戴技術實時感知學生的位置，判斷學生是否處于合適的學習環境中。

（2）情境感知：通過可穿戴技術實時感知學生所處的場景和活動信息，判斷學生是否處于合適的學習狀態中。

（3）團隊意識：通過物聯網技術與合作者實時溝通交流，增強團隊凝聚力。

（4）無縫連接：當一個智能互聯設備無法連接時，能夠通過其他設備提供連續服務。

（5）適應性：根據學生的學習偏好和需求推送適合的學習資源。

（6）全程記錄：能夠通過智能互聯設備記錄學習數據，進行挖掘和深入分析，然后給出合理的評估、建議并按需推送服務。

（7）自然互動：通過智能互聯的虛擬視覺技術傳遞多模態互動的感覺，包括位置和面部表情識別。

（8）高參與度：學生能夠沉浸在多元互動的學習體驗中，增加學生主動學習的積極性。

4.智能互聯在實際教學應用中遭遇的瓶頸。

（1）高投資：需要學校或其他教育機構投入大量資金，搭建智能互聯平臺，購買相關軟件及設備。

（2）高標準性：需要在不同的智能互聯資源、服務和平臺之間建立統一標準，提高通用性。

（3）難監督：當學生不能通過智能互聯設備進行學習時，無法起到監督作用。

（4）難操作性：教師和學生都要有一定的計算機基礎。

二、基于智能互聯的教學應用框架

基于不同國家對智能教學的概括以及對智能內涵的理解，智能教學的概念最終被提出。智能教學的本質是利用智能互聯的技術創造智能環境，使智能教學更容易實現個性化學習服務和激發學習者的學習主動性，從而使學習者具有較好的價值取向、較高的思維品質和較強的行為能力。

在此基礎上，筆者構建了基于智能互聯的教學應用框架（如圖1所示）。該框架描述了基于智能互聯的智能教學的三個基本要素：智能環境、智能教學方法和智能學習者。智能教學方法對智能環境有重要影響。同時，智能教學方法和智能環境支持智能學習者的發展。

圖1 基于智能互聯的教學應用框架圖

三、基于智能互聯的智能教學方法

認知科學的研究表明，知識和技能是緊密相連的。教學方法需要混合內容知識和過程技能，使學習者理解。［7］學習者在實踐中通過理解進行學習。這個過程中，批判性思維和學習技能非常重要，但是這些技能不能單獨教授，需要教學工作者掌握一些適當的事實知識，在特定的領域和背景下授課。

學習者通常能夠在課堂上接受基本知識和核心技能的講解。在傳統的課堂教學中，每個學生的目標和過程都是一樣的，但是不同背景的學生有不同的需求。每個學生都應該受到與授課內容和表現標準相匹配的教育，從而促進他們的理解。課堂應該是差異化的，從而對不同學習者的閱讀水平、興趣和學習情況做出反應。差異化教學強調每個學生的不同需求，從而有針對性地培養學生的核心素養。

無論是在課堂上學習還是在網上學習，都有不同表現的學習者往往需要在小組或團隊中共同學習，以完成共同的任務或實現共同的目標。在協作過程中，學習者可以得到全面的培養，包括批判性思維和解決問題的能力。合作團隊中的學生可以通過分享信息來獲取更多的知識，以更高的思維水平參與討論，并承擔他們自己的學習責任。

學習過程應該根據學生的學習需求而制定，包括要求、背景、興趣、偏好等。值得注意的是個人興趣比外部動機更為重要，因為它是由學生自己的內在情感驅動。興趣驅動的個性化學習強調學生的興趣，并能培養內在的動機，促進學生個性化專業知識的學習。

為了培養學習者的學習成績，筆者總結了四種基于智能互聯的教學方法（如圖2所示）。這些方法包括基于班級的差異教學、基于小組的協作學習、基于個體的個性化學習（主要是興趣驅動）以及基于大眾的生成學習（主要是通過智能互聯技術的在線互動）。所有這些策略包括在現實世界和基于智能互聯的數字世界中進行正式和非正式的學習。

圖2 智能教學方法的四層架構

1.基于班級的差異教學。

差異教學是在同一班級中對擁有不同能力的學習者執行教學的方法。它可以與標準的教學方法并用。課堂被視為一個群體，而其中的一個學生被視為個體學習者。教師設定不同的期望水平，通過差異化教學，采用智能互聯技術在課程或單元內完成教學任務。在差異化教學下，所有的學生都有量身定制的學習偏好，從而有效地學習。例如，根據每個學生的學習進展，教師利用智能互聯中的云計算和大數據分析技術為每個學生指定適合的學習內容，學生完成當前學習任務后，通過計算機、手機等智能互聯設備將學習成果傳輸到用于學習分析的系統服務器，以便系統自動更新和推送后續的學習任務。

2.基于小組的協作學習。

協作學習是一種由兩個或更多的人一起學習或嘗試學習的方法。教師通過設計協作學習過程，結合智能互聯技術來進行有意義的教學，通過解決現實問題促進學生的思維發展。隨著科技的發展，基于智能互聯的協作學習應運而生，通過利用計算機和信息技術來提高學生的學習能力。基于智能互聯的協作學習可以讓學生在共同解決問題的過程中增強在小組學習中的主體意識。例如，教師以小組為單位發布“制作銀行系統”的實驗內容，組內學生通過智能互聯中的共享模式合作完成一個銀行系統的制作，并能夠在自己的智能互聯設備端看到其他小組成員對銀行系統的實時更新。

3.基于個體的個性化學習。

個性化學習被定義為通過學習者的興趣和經驗調整步調（個性化）、調整方法（差異化），以滿足學生的需求，為培養學生的學習能力提供支持。在個性化學習過程中，學生能夠根據他們的動機探索興趣，實現學習目標。當學生與學習環境互動時，能夠提高他們的信息科技素養。在從事基于智能互聯的學習活動中，學生的創造力可以得到激發。通過智能互聯技術實現個性化學習的四個關鍵環節分別是：讓學生做出明智的學習決定、培養其多樣化的知識技能、創造不同的學習環境、關注學生的評價和反饋。個性化學習與基于班級的差異教學類似，均借助智能互聯的云計算和大數據分析技術為不同學生提供多樣化、有針對性的學習內容。基于班級的差異教學可以為相同水平的學生制作類似的學習內容，而個性化學習更加個體化，更具針對性。

4.基于大眾的生成學習。

生成學習的基本概念涉及在教學環境中個人心理結構的創造和完善。結合內容和語境分析的生成性學習能夠讓學生參與到學習內容轉移的建設中，從而構建學習和遷移情境。當學生在網上學習時，能夠自覺地把新的信息和舊的信息聯系起來，使用元認知能力獲取新信息中有意義的知識。這些學習活動能夠促進學生積極參與相關知識內容的建構。基于智能互聯的在線學習允許學生打破時間和空間的限制，具有很高的交互性、協作性和真實性，同時在學習過程中，能夠促進學生溝通和協作能力的提升。例如，學生通過所攜帶的智能互聯設備將學習成果反饋到系統中，教師經過智能互聯的數據挖掘和大數據分析技術整合學生的反饋信息，適時調整教學內容，從而提高學生的學習積極性。

四、智能教學的挑戰

隨著智慧城市的發展受到越來越多的重視，基于智能互聯的教學需求也隨之提升。智能教學是全球教育的新范式，它的目標是提高學習者終身學習的質量。它注重情境化、個性化、無縫化的教學，促進學習者的智慧生成，提升他們解決實際問題的能力。隨著科技的發展，在現代社會中，智能教學將面臨許多挑戰，如教學理論、教學技能領導力、教學結構等。我們期望智能教學可以降低學習者的認知負荷，使學習者能夠專注于意識產生和本體構建，豐富其學習經驗，從而幫助學習者在情感、智力和身體上得到全面發展。