智慧學習生態系統的特征與構建

陳榮榮

摘 要：文章對智慧學習、生態系統進行研究綜述，進一步給出智慧學習生態系統的內涵和特征，探究智慧學習生態系統的構成因素以及智慧學習生態系統構成要素之間的相互關系，從而得到智慧學習生態系統構建的啟發，探索提升學習者智慧的途徑和方法，構建智慧學習生態系統模型，為智慧學習生態系統的實踐研究奠定理論基礎。

關鍵詞：智慧學習;生態系統;智慧學習生態系統;智慧教育

0 引言

近年來，大數據分析與挖掘、人工智能、云計算、云服務等技術的跨越式發展對高校教育教學環境的變革帶來了新機遇。2018年教育部提出：“大力推動互聯網、大數據、人工智能、虛擬現實等現代技術在教學和管理中的應用，探索實施網絡化、數字化、智能化、個性化的教育。”[1]

《教育信息化 2.0 行動計劃》中提到，將信息技術和智能技術深度融入教育全過程，推動改進教學、優化管理、提升績效;推動師生從技術應用向能力素質拓展。本文旨在合理地利用信息技術，將教師、學習者、學習環境和學習資源智能化聯通，并在大數據、人工智能等技術的支持下構建智慧學習生態系統，根據學習者的主動性、專業性、差異性等學習特點和教師的教學特點，提供適合的教學與學習環境，以提高教師教的效率和學生學的質量。

1?智慧學習的概念與特征

智慧學習是學習者在新型信息化環境中按需獲取學習資源，靈活自如開展學習活動，快速構建知識網絡和人際網絡的學習過程。智慧學習以發展學習者的學習能力，提高學習者的創新能力為最終目標[2]。智慧學習的特征包括：個性的學習，高效的學習，沉浸的學習，自然的學習和持續的學習。通過大數據挖掘技術與先進的信息技術手段預測學習者潛在的學習需求，自動推薦當前需要或有潛在需求的個性化學習資源和服務、可能感興趣的學習資源和服務;智慧學習倡導貼近實際生活的學習內容，讓學習者在實踐中解決問題、獲取知識，激發學習者興趣的同時促進有意義學習的發生;在智慧學習環境中要不斷提供個性化的學習資源、實時的反饋、多元的評價，從而激發并維持學習者持續學習的動機。

2?生態系統與智慧學習生態系統的概念

從客觀角度理解生態系統也是對生物生長、發育、生殖、行為和分布有影響的環境因子的綜合[3];而從人類的角度出發，生態系統可定義為“對人類生存和發展有影響的自然因子的綜合”[4]。師生與學習環境也是不可分割的整體，由此我們將這個整體定義為學習生態系統。智慧學習系統是一種線上、線下融合的生態化系統;智慧教學法是一種以服務為中心的學與教動態平衡的教法生態;智慧學習是一種以學生為中心的、適于培育從基本知識技能到群體智慧的學習生態[6]。本文研究的智慧學習生態系統指在一定的智慧學習空間中，學與教群體與所在的空間及空間中的資源相互作用而形成的一種動態的系統[5]。

3?智慧學習生態系統的構建

3.1? 理論基礎

（1）情境認知理論：意義是在實踐和情境脈絡中加以協商的。知識是個體與環境交互作用過程中建構的一種交互狀態，是一種人類協調一系列行為，去適應動態變化發展的環境的能力[6]。在智慧學習生態系統中，學習者置身于一個虛實結合的信息化情境中，與情境進行交互活動、獲取學習資源，建構知識;教師可以設計真實的學習活動、創建不同的學習情境。

（2）活動理論：知識的獲得環境作為客體與主體雙向交互的結果[7]，而工具的使用改變主體活動的性質，影響其心理發展。活動理論啟發我們在構建智慧學習生態系統時，應通過技術手段創設真實情景供教師與學生發生教學與學習活動，多感官刺激促進學生進行深度學習;提供多種交互手段，讓學習者靈活、方便地與外界各要素交互，從而獲取知識，形成動態平衡的生態學習觀。

（3）生態系統：是一個有機整體，各生態因子之間相互影響、相互協調，共同構成動態發展的狀態，維持生態平衡[7]。生態學習觀認為學習是學習者自由、主動參與學習的過程[8]。因此，在構建智慧學習生態系統時，要以生態觀的理念將環境、工具、資源等一切要素與學習者關聯起來，環境內各要素之間相互作用、相互協調，使物質循環、能量流動和信息傳遞達到穩定、健康的狀態，形成動態平衡的生態學習系統。

3.2? 技術支撐

（1）物聯網技術。是互聯網、移動＼無線通信網絡、傳感器網絡、嵌入式控制等技術的集合[9]。例如將教室內的家具、燈光、空調、門窗、電子班牌以及其他的多媒體設備實現智能化管控，從而為師生營造更加人性化的學習環境，同時能提高教室管理與維護人員的工作效率。

（2）云計算平臺。可以保障安全、穩定、可靠及高速的互聯網環境，并提供多樣化的個性化服務與資源管理服務，將教與學的過程中產生的大量數字化的數據、資源進行收集、分析與管理，形成巨大的數據資源池，從而面向教師與學生提供統一的服務。

（3）增強現實技術。是一種綜合圖像識別、動作捕捉、虛擬現實等學科，將數字信息、三維虛擬模型精確地疊加顯示到真實場景的創新人機交互技術，能夠為用戶提供更加自然、真實的交互體驗，使學習情境更加真實，幫助學習者更加準確、高效地獲取知識。

（4）人工智能技術。智慧學習生態系統的構建的目的是向學習者提供更有效的學習支持和更加個性化的服務，人工智能技術支持下的智能學習系統、智能問答系統以及適應性學習支持系統等均能為學習者提供智慧學習環境，可提高學習者自主學習的效率與教育的智慧性。

3.3? 構建原則

智慧學習生態系統應以學、服務及數據為中心原則，以學生的學習和發展為中心[10]。從學生的角度出發建構的系統應能夠準確分析學生學習的個性特征，監測學生學習進度，為其制定個性化的學習路徑、推送合適的資源等自適應服務;從教師角度出發，能夠為教師提供“學生畫像”、智慧評估、精準決策、備課支持等服務;從信息化管理者角度出發，能夠實現統一、高效、智慧化的管理服務。智慧學習生態系統還應具有較強的教育數據挖掘、學習分析、云計算等功能，以數據來驅動學習的智慧性。通過多平臺共享、互通數據來提供服務，避免不同平臺之間因數據不互通出現異構性、易變性等問題，有助于平臺、資源、軟件的多樣性，提高智慧學習生態系統的穩定性。

3.4? 智慧學習生態系統的體系架構

3.4.1? 模型論述

如圖1所示，智慧學習生態系統的體系架構模型中頂層為云服務及技術手段，底層為本地架構，中間通過“用戶接口”橋接，智慧學習是其內核，是系統建設的核心。本地架構主要由3個空間組成：物理空間、虛擬空間和兩者共存的混合空間，為學習者創造人機協同的生態化的學習環境，支持智慧學習生態中的基于微文化模式的智慧學習[11]。智慧學習生態系統建設的根本出發點是促進學習者的智慧學習，為其提高便利的學習環境，以提高其認知素養、創新能力和協作能力。智慧學習生態系統的建設所追求的不是高性能硬件和功能完善的系統，而是需要使智慧學習生態系統內的各類要素與教師、學習者和學習模式形成良好能量流動循環模式。系統通過對師生的教與學活動的監測，將微文化模式與個人模式匹配，并根據需要給予精準輔助，精準輔助遵循精準教學以測輔學的理念[12]。

3.4.2? 系統內能量流動

本文從能量流動的角度定義系統中的信息傳遞動作，文化智慧定“導向”，數據智慧定“決策”，教學智慧定“行動”[6]。導向階段利用人工智能與大數據挖掘技術預測分析，發現學習異常;抉擇階段通過自適應推薦或人為選擇應對異常的替代方案，同時需匹配微文化模式和個人模式;行動階段執行抉擇階段的替代方案，并將精準的信息、適性的預警、干預等傳輸給用戶群體或可視化設備。通過分析與抉擇階段形成個性化的教與學的行動智慧，能量從技術系統流入教學系統。

4 ? 結語

在信息技術高度發達的大環境下，合理應用多種智能技術手段搭建高度智能的智慧學習環境，構建出動態平衡的智慧學習生態系統，實現學習者的學習軌跡的全流程記錄、學習者的學習變化的全流程跟蹤，學習資源的個性化推送，滿足教育工作者與學習者所追求一種更加開放、自由、和諧、個性的生態化教育。值得關注的是，智慧學習生態系統功能的發揮受諸多因素的影響，除適合的信息技術支撐外，還需要教育教學理論的科學運用。作為高校信息化工作者，筆者深刻感受到，各高校當前所建設的智慧校園與智慧教室還未達到真正的“智慧性”，這也客觀反映出智慧學習生態系統建設還面臨諸多挑戰，有待吸收更多的新技術和新理論，完善相關研究。

[參考文獻]

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[11]祝智庭，孫妍妍，彭紅超.解讀教育大數據的文化意蘊[J].電化教育研究，2017（1）：28-36.

[12]祝智庭，彭紅超.信息技術支持的高效知識教學：激發精準教學的活力[J].中國電化教育，2016（1）：17-25.

（編輯 王雪芬）