移动互联网络下泛在学习空间构建研究*

王 英，王 艺

（西南大学 计算机与信息科学学院，重庆400715）

一、研究背景

泛在学习（U-learning）使各学习主体能随时沟通，能在任何地方、任何时刻获取所需的任何学习信息，使学习行为不再受环境、时间、资源等因素的制约，充分体现了“无处不在”的学习理念。移动互联技术的发展使无线网络延伸到了人们日常的生活和学习空间中，使学习交流方式更为便捷。无线设备和智能终端的兴起更是在移动互联技术网络的支持下彻底打破了桌面计算的束缚，实现了云、端、网的融合，为学习参与各方提供了一个分布式的、多维度的学习计算网络。

学习空间的研究最早出现在2003年。2011年北卡罗来纳大学《学习空间杂志》期刊的创建带动了学习空间研究的发展。英国信息系统委员会发布的 《21世纪学习空间设计指南》特别指出学习空间的动态性，即根据学习需求随时调整空间布局以适应不同的教学模式。祝智庭教授率先在国内引入了个人学习空间的概念，并将个人学习空间与个人学习环境进行了区分。

有文章谈到，以“人人通”为应用背景构建泛在学习中个人学习空间的概念模型。也有文章提出了泛在学习中基于情境感知的个人学习空间构建方法，将物理环境与虚拟环境有效融合。杨玉宝等人重点研究了泛在学习中翻转课堂、个性化学习、创客教育、家校协同和专业发展五种模式下学习空间的创建与应用。肖君等以学习成效为导向，尝试将学习者特征、场所、技术进行整合，建立无缝融合的泛在学习空间模型。张婷等探索了在高校图书馆环境下学习共享空间与泛在学习环境的融合实现方式。余鹏彦等人也尝试通过构建四层模型实现高校图书馆向虚拟网络空间的延伸。有文章提出了泛在学习共享空间（U-LC）的创新服务模式，将高校图书馆服务无限嵌入到学习空间之中，通过建设学习资源的知识元库、基于情境感知的个性化信息服务、虚拟学习共同体、虚拟现实技术支持下的情境式虚拟学习环境来实现学习共享空间的构建。余飞等研究者提出了在云计算下的云端正式课程学习空间、无缝对接的非正式学习空间、宽泛的主题式学习空间中实施混合学习的技术方案。

移动互联网络时代的到来为泛在学习空间的构建带来重要影响：移动互联网络不仅让泛在学习的网络接入方式无线化和便捷化，让学习终端更加多样化；也使学习资源的设计与组织朝着更贴合移动性的方向发展；而且导致泛在学习空间的构成更加多元化，空间的变化与切换呈现更加动态性的特征。因此，本文针对移动互联网下泛在学习空间研究方面的缺失问题，深入地探讨移动泛在学习空间的组成、变化以及构建方法。

二、移动互联网络环境下泛在学习共享空间的构成

在移动互联网络下泛在学习系统主要包括泛在学习主体、泛在学习客体、移动接入网络、学习终端设备与场所四大部分。其中，泛在学习主体是泛在学习体系中最重要的组成部分，体现了学习者的差异性，通常将学生、教师、专家、从业经验者统称为泛在学习者，并将其确立为泛在学习生态系统中的参与主体。教师具有传道、授业、解惑的职责，还可能参与研讨、评价等学习活动，是学生学习的引导者；各个领域专家为学习提供权威指导；经验工作者可提供相关实践的经验和技能，可强化学习者的应用实践能力。因此，泛在主体之间存在取长补短、互相依存的关系。由于教与学的界限并非固定，故而在不同的知识背景下，学生、教师、专家、从业经验者的角色可能发生逆转。在某些学习内容上，教师有可能成为学习者，而原有的学习者也会成为指导者。图1呈现了主体的六类角色互换关系。

图1 主体之间相互转化关系图

资源和服务是泛在学习的客体，两者均被包含在泛在学习平台中。泛在学习的主体通过移动互联网络访问泛在学习平台中的客体，通过客体获取知识、学到技能。因此客体是主体的学习内容。同时，客体由主体创造、组织与调度，是为泛在学习的实施提供服务的载体。从总体来看，主客体之间是相互依存、紧密联系的关系。两者的交互形成了一个持续过程，任何一方出现问题都会造成学习的终止，泛在学习主客体的关系如图2所示。

图2 泛在学习主客体的关系

本文认为移动泛在学习共享空间是一个整合了泛在学习主体知识空间、主体学习状态空间、客体资源空间、客体学习服务空间、移动互联网络空间、学习设备空间以及学习场地空间七个子空间的综合空间，是一个融合了物理与虚拟时空的共享空间，移动泛在共享学习空间构成如图3所示。①泛在学习知识空间的构建是整个泛在学习的核心和目标，刻画了学习者已经具有的知识体系，且反映出正在学习的内容。②学习状态空间保存了学习者的学习情况，记录了学习偏好、学习风格、学习时间等信息。③资源空间存储了数字学习资源的类型、质量与评估等级、访问次数、学习成本等情况。④服务空间是泛在学习平台提供给用户的学习应用，例如在线课堂、在线讨论、游戏学习等等，不同的应用在教学模式、媒体呈现、资源组织策略等要素上表现不同。⑤网络空间提供了多种可接入的移动互联网络相关参数模型。⑥设备空间由泛在学习终端设备和泛在学习平台设备构成，例如移动手机、平板电脑、笔记本、智能眼镜等终端学习设备，以及云服务器、立体影像系统等平台设备等。⑦场地空间既包括教室、图书馆、会议室这样的物理场地，也包括在线讨论区、游戏区这样的虚拟学习场所。

图3 移动泛在共享学习空间构成

与传统的泛在学习空间相比，移动互联网背景下的泛在学习共享空间，具有以下显著特性：①拓展性：移动互联网环境下的泛在学习服务类型更多、协作性更强、资源更丰富，这些因素都大大拓展了原有的传统学习空间；②复杂性：移动互联网下的泛在学习更加重视学习的自适应性，产生的数据量、数据类型、数据结构更多，学习空间构成比传统空间更加复杂；③变化快速性：移动互联网带来了便捷的学习访问途径，使“学习-评估-反馈”过程的完成速度加快，使学习共享空间的时变特性更为突出。

三、服务空间的构成

泛在学习方案是泛在学习时间和泛在学习内容的安排，具体来说就是学习资源的组织和学习路径的建立——这是学习服务的主要任务。首先，由于学习者之间的差异，教学模式的选择和学习服务的挑选必须要适合学习者的当前状态（空间）和目前要学习的内容。例如，翻转学习模式对学习者的自学能力要求较高，自学能力不够者不适宜采用该模式。又如，当学习者的知识水平高时，可组织难度大一些的学习资源，增加学习深度；反之，组织简单些的学习资源，降低学习难度。再者，学习者的状态空间影响学习资源的选择。当学习者偏好文字呈现方式时，可多采用文本类学习资源；当喜欢多媒体素材时，则可多组织视频等媒体形式的资源。

此外，学习方案的产生也受网络、终端与设备情况的影响。首先，移动互联网络的状况影响泛在学习服务采用的教学模式。学习资源的类型包括文本、图片、动画、视频和音频等类型。不同类型、不同长度的学习资源将占用不同的传输带宽。当网络条件不稳定、带宽不足情况下，适合采用占用较少移动互联网带宽的资源。例如，微课堂所需要的小尺寸资源正符合此类网络情况的需求。反之，3D游戏学习由于要支持实时视频交流，对移动互联网的联网带宽提出了高要求，从而不适合在网络带宽缺乏的条件下采用。其次，移动终端设备的不同将限制选择的资源类型。例如，手机类的终端设备由于屏幕有限，没有必要选择太高分辨率的资源。

总的来说，服务空间以教学模式、状态空间、资源空间、知识空间、网络空间、终端设备空间为输入信息，计算出具体的学习方案，确定资源的组织调度顺序、平台的硬软件设备配置、场所的调配安排等，服务空间的构建如图4所示。

图4 服务空间的构建

四、知识空间的构成

知识空间表征了学习者知识状态与水平，是某一领域的知识所有可能状态的集合。知识空间的核心概念就是知识结构与知识关系。本文进一步将学习空间分成已建立的知识地图和正在学习的临时知识空间两个组件。前者是已经建立好的、稳固的知识结构索引，力争提供高效的知识定位查询功能。而后者是目前正在学习、尚待与知识地图建立联系的知识点表征。

如前所述，泛在学习主体存在角色转变的可能。因此，当学习主体在多种学习角色之间转换时，两种知识子空间发生相应改变：①切换：学习主体担任学习者时，通过在建临时知识空间来吸纳新知识，学习者努力将在建知识与已有的知识地图建立关联；当学习主体扮演教师、专家或者从业经验者时，需要从自己已有的知识地图中提取知识点、组织教学活动。②交集和并集：针对相同或相似内容，学习者可以采用多种学习服务强化知识内容的掌握，比如可以通过在线课堂、在线练习、在线讨论等方式学习一个知识元。每个学习服务中形成的在建临时知识空间的并集就是最终获得的知识集合。其中，在建临时知识空间的交集是掌握最牢固的部分子集。③差-交集：泛在学习积极倡导协作学习的应用——意味着教师、专家或者从业经验者需要指导多人开展学习活动。此时的学习组织和安排必须要考虑到协作团体的需要，考虑到群体的知识水平。通过将多个学习者的在建临时知识空间与已建的知识地图分别求取差集，学习平台能够发现个体的知识学习情况差异，再从差集的交集中确定下一步的学习目标。下面将详细地介绍知识空间的变动引发的空间连锁变化、多学习服务、协作学习对知识空间的影响。知识空间的变化与操作如图5所示。

图5 知识空间的变化与操作

五、知识空间的改变

学习是一个相对的过程。因此，泛在学习主体的角色并非固定，可以自由切换。在第四部分中已经提到过，当主体角色变动时，会引发学习空间的一系列变化。

首先，当学习者转变为教师时，其知识空间发生切换（见图5），即从学生的在建临时知识空间切换为已建知识地图，并从知识地图中提取相关知识子图进行教学活动。其次，知识空间的变化引发主体状态空间的改变——从学习者的状态调整到教学者的状态，例如从学习偏好转为教学偏好，从学习风格切换为教学风格等。再次，知识空间的变化造成资源空间的改变——从资源获取者转为资源调度组织者，甚至资源贡献者。权限的提升意味着资源角色的变动。另外，知识空间的变化也会导致设备空间的改变——从学习设备转变为教学设备，例如需要配置电子教鞭、教学控制器等专业教学硬软件设备。最后，知识空间的变化也可能影响学习场地的选择——知识水平、教学状态等因素的差异都会导致学习场地的选择不同，例如讲授式学习需要课堂式的场地，而互动式学习则更适合（虚拟）U型会议室类场所。根据学习子空间的相关关系，上述这些改变必将连带服务空间发生变动——根据不同的知识水平、教学偏好、资源设备情况，重新调整学习服务。一旦服务空间变化，所需要的网络带宽也随之调整。

角色变化是空间连锁变化的最重要的一类激发点。一旦发生角色切换会引发以知识空间为起始点的系列空间变化，其变化层次和变化情况如图6所示。为了保障系统一致性，建议泛在平台学习在支持多角色体制的同时，确保每个主体在同一时刻只保持一种活跃角色，即某个时刻的学习者不能够担任另一些学习活动的教辅人员。

图6 角色切换导致的空间变化情况

另一方面。学习者在学习过程中随着所学知识的不同，知识空间也会不断演化调整，引发其他6个子空间的连锁变化。如图7所示，知识学习情况的变动首先反映在知识空间上。它的变动引发状态空间的改变（例如学习者当前的知识水平改变），从而使服务空间进行重新计算，得出新的资源组织和调度方案，给出不同的场地、平台设备和网络配置。

图7 知识演变引起的空间变化

六、多学习服务的知识空间影响

如上文第四部分所述，与某个“知识元”相关的多个学习服务的开展会改变学习者的学习空间，如同执行“并集”与“交集”运算的空间结果。移动互联网络背景下，学习服务的种类不断丰富，涌现出如游戏学习、互动学习、在线答疑、在线测试、情境学习等多类别的学习服务。这也为学习者通过多种服务强化知识概念、提高知识水平提供了可能性。在这种情况下，得到强化的知识内容是多个学习服务各自在建临时知识空间的交集，获得的整个知识面则是多个临时知识空间的并集。例如在图8中，多个学习空间中被“最大程度地强化”的知识内容是综合的临时在建知识空间中心区域——颜色最深的交集部分（图中8标识为①）。除此之外，还有三个集合的交集（图8中标识为②，强化程度弱于①区），以及两个集合的交集（图8中标识为③，强化程度弱于②区）。因此，在多学习服务的过程中，知识强化程度存在差异，从交集的核心区向外扩展，知识强化程度不断减弱。

图8 多学习服务的知识空间变化

七、协作学习的知识空间变化

在第四部分中我们注意到泛在协作学习服务过程中，学习平台需要求取“知识差”来有效保证团队学习的开展。通过比较“目标知识元”在已建知识地图中的对应知识子图与各协作学习者的临时在建知识空间，求取两者之间的差集；再从各个差集中找出相交的部分作为最亟需补充学习的对象，确定下一步学习的方案。如图9所示，三个学习者参与协作泛在学习。它们各自的临时在建知识空间与当前学习“知识元”对应知识子图进行比较，执行差集操作，获取各自尚未掌握的知识部分：学习者1的未掌握集合包括1、3、6；学习者2未掌握部分为 5、6、7；学习者 3 还需要学习 4、5、6、7。之后，对三个协作成员的尚未掌握知识集求取交集，得出的共同未掌握内容“6”作为下一步协作学习的对象。当学习者已通过多个学习服务学习过某个“知识元”时，其“综合的临时在建知识空间”会替代临时在建知识空间，之后仍可执行图9所示的差集与交集操作。可见，知识空间在移动互联网络环境下可以通过集合操作符（并、交、差集）的操作组合构建完成。

八、结论

本文研究了移动互联网络下的泛在学习中“学习空间”构建问题，提出了“移动泛在共享学习空间”及其7个子空间的设计，分析出了7个子空间相互影响关系。重点对其中的服务空间和知识空间构成进行了仔细研究。针对知识空间，我们发现了角色转换和知识演化对其带来的影响，揭示了知识空间变化触发的一系列子空间变动，提出了知识空间的“并-交-差”逻辑组合的构建方法，从而为多学习服务和协作学习的知识空间构建提供了实施方案。

图9 协作学习的知识空间变化