基于智能互联的教学应用研究

张 欣 钱鹏江 蒋亦樟

近年来，智能教学受到了社会各界的广泛关注，以智能教学为核心的教育项目在全球范围内开展，基于智能互联的教学已经成为全球教育领域的发展新趋势。［1-3］

一、智能教学研究现状

1.智能教学环境概述。

一般来说，智能教学环境是有效的、高效的和吸引人的。［4］学习者一直被认为是智能教学环境的核心，而智能教学环境的目标是提供自我学习的、自我激励的以及个性化的服务，学习者可以按照自己的节奏和方式参加课程，并能够根据个人差异获取个性化学习内容。智能教学环境被定义为一个充满数字化、情境感知和适应性设备的物理环境，可以促进学习者更好更快地学习。智能教学环境的潜在标准包括情境感知、即时信息提供、学习者的适应性支持、学习者的界面和主题内容适应。智能教学环境不仅能让学习者无处不在地获得知识资源、与教学系统随时随地进行互动，而且还能够在合适的时间和地点提供必要的学习指导、学习建议或支持工具。

情境感知在智能教学环境中扮演着重要角色，它能够为教学工作者和学习者提供适合的学习服务。通过基于云计算的智能互联教学环境收集与分析学习者的行为，智能教学服务能够提供情景感知支持，旨在为学习者提供个性化、定制化的学习服务，构建基于语义网和泛在计算的以学习者为中心的服务型智能教学环境。教学环境由泛在协作学习空间构成，通过情景感知和实时学习服务将传统教学空间转变为智能教学环境。通过交互式资源和服务，智能教学环境能够促进学习者的主动学习和协作交流。

通过对这些研究的回顾，我们可以发现智能教学环境强调以学习者为中心，能够提供个性化和适应性的学习服务、互动和协作的教学工具、情景感知和无处不在的访问，支持学习者实现高效、有意义的学习。

2.智能互联技术在教学应用中的发展。

作为一种新的教学范式，智能教学以智能互联的设备和技术为基础。经过近十年的研究，智能互联技术已经可以帮助学习者更高效、灵活、舒适地学习，这被称为技术强化学习（technology-enhanced learning，TEL）。［5-6］TEL技术可以用来提高教学模式的灵活性，智能互联技术则可以作为媒体或工具访问和探究学习内容，交流和协作学习任务，表达和评估教学成果。

随着智能互联和个体化等技术的发展，移动教学已经成为一种主要的教学模式。与静态的传统教学模式相比，移动教学强调利用智能互联的移动设备，促使学习者的移动性更为突出。除此之外，泛在技术的发展也促使移动教学模式逐渐转变为泛在教学模式，使教学工作者可以随时随地进行教学，不受时间、地点或环境的限制。

近年来，许多研究者开始关注学习者在现实世界中解决问题能力的重要性和必要性。为了使学生处于真实的学习环境中，设计融合真实和虚拟学习环境的教学是非常重要的。这就催生了无缝教学，它是一种一对一的TEL教学模式，教学工作者可以通过这种模式在任何时间和地点进行教学，他们也可以将教学从一个场景转换到另一个场景，通过智能互联设备开展正式和非正式学习、个人和社会学习。

其他智能互联技术，如云计算、教学分析、大数据、物联网、可穿戴技术等也推动了智能教学的出现。云计算、教学分析和大数据更多地关注如何获取、分析教学数据，并将其用于改进学习与教学，推动个性化和适应性教学的发展。通过这些自适应教学技术，教学平台可以对单个学习者的数据做出反应，根据云计算和教学分析调整相应的教学资源，并利用大量学习者的整合数据，深入了解基于大数据的教学课程。

此外，物联网和可穿戴技术也支持了情景教学和无缝教学的发展。物联网能够连接教学工作人员、学习者、教学用具和智能互联设备。携带智能互联设备的教学工作者和学习者能够受益于周围环境推送给他们的各种信息。可穿戴技术则能够将位置信息、运动日志、社交媒体交互和视觉现实工具融入教学和学习中。

3.智能互联在智能教学中的技术优势。

（1）位置感知：通过可穿戴技术实时感知学生的位置，判断学生是否处于合适的学习环境中。

（2）情境感知：通过可穿戴技术实时感知学生所处的场景和活动信息，判断学生是否处于合适的学习状态中。

（3）团队意识：通过物联网技术与合作者实时沟通交流，增强团队凝聚力。

（4）无缝连接：当一个智能互联设备无法连接时，能够通过其他设备提供连续服务。

（5）适应性：根据学生的学习偏好和需求推送适合的学习资源。

（6）全程记录：能够通过智能互联设备记录学习数据，进行挖掘和深入分析，然后给出合理的评估、建议并按需推送服务。

（7）自然互动：通过智能互联的虚拟视觉技术传递多模态互动的感觉，包括位置和面部表情识别。

（8）高参与度：学生能够沉浸在多元互动的学习体验中，增加学生主动学习的积极性。

4.智能互联在实际教学应用中遭遇的瓶颈。

（1）高投资：需要学校或其他教育机构投入大量资金，搭建智能互联平台，购买相关软件及设备。

（2）高标准性：需要在不同的智能互联资源、服务和平台之间建立统一标准，提高通用性。

（3）难监督：当学生不能通过智能互联设备进行学习时，无法起到监督作用。

（4）难操作性：教师和学生都要有一定的计算机基础。

二、基于智能互联的教学应用框架

基于不同国家对智能教学的概括以及对智能内涵的理解，智能教学的概念最终被提出。智能教学的本质是利用智能互联的技术创造智能环境，使智能教学更容易实现个性化学习服务和激发学习者的学习主动性，从而使学习者具有较好的价值取向、较高的思维品质和较强的行为能力。

在此基础上，笔者构建了基于智能互联的教学应用框架（如图1所示）。该框架描述了基于智能互联的智能教学的三个基本要素：智能环境、智能教学方法和智能学习者。智能教学方法对智能环境有重要影响。同时，智能教学方法和智能环境支持智能学习者的发展。

图1 基于智能互联的教学应用框架图

三、基于智能互联的智能教学方法

认知科学的研究表明，知识和技能是紧密相连的。教学方法需要混合内容知识和过程技能，使学习者理解。［7］学习者在实践中通过理解进行学习。这个过程中，批判性思维和学习技能非常重要，但是这些技能不能单独教授，需要教学工作者掌握一些适当的事实知识，在特定的领域和背景下授课。

学习者通常能够在课堂上接受基本知识和核心技能的讲解。在传统的课堂教学中，每个学生的目标和过程都是一样的，但是不同背景的学生有不同的需求。每个学生都应该受到与授课内容和表现标准相匹配的教育，从而促进他们的理解。课堂应该是差异化的，从而对不同学习者的阅读水平、兴趣和学习情况做出反应。差异化教学强调每个学生的不同需求，从而有针对性地培养学生的核心素养。

无论是在课堂上学习还是在网上学习，都有不同表现的学习者往往需要在小组或团队中共同学习，以完成共同的任务或实现共同的目标。在协作过程中，学习者可以得到全面的培养，包括批判性思维和解决问题的能力。合作团队中的学生可以通过分享信息来获取更多的知识，以更高的思维水平参与讨论，并承担他们自己的学习责任。

学习过程应该根据学生的学习需求而制定，包括要求、背景、兴趣、偏好等。值得注意的是个人兴趣比外部动机更为重要，因为它是由学生自己的内在情感驱动。兴趣驱动的个性化学习强调学生的兴趣，并能培养内在的动机，促进学生个性化专业知识的学习。

为了培养学习者的学习成绩，笔者总结了四种基于智能互联的教学方法（如图2所示）。这些方法包括基于班级的差异教学、基于小组的协作学习、基于个体的个性化学习（主要是兴趣驱动）以及基于大众的生成学习（主要是通过智能互联技术的在线互动）。所有这些策略包括在现实世界和基于智能互联的数字世界中进行正式和非正式的学习。

图2 智能教学方法的四层架构

1.基于班级的差异教学。

差异教学是在同一班级中对拥有不同能力的学习者执行教学的方法。它可以与标准的教学方法并用。课堂被视为一个群体，而其中的一个学生被视为个体学习者。教师设定不同的期望水平，通过差异化教学，采用智能互联技术在课程或单元内完成教学任务。在差异化教学下，所有的学生都有量身定制的学习偏好，从而有效地学习。例如，根据每个学生的学习进展，教师利用智能互联中的云计算和大数据分析技术为每个学生指定适合的学习内容，学生完成当前学习任务后，通过计算机、手机等智能互联设备将学习成果传输到用于学习分析的系统服务器，以便系统自动更新和推送后续的学习任务。

2.基于小组的协作学习。

协作学习是一种由两个或更多的人一起学习或尝试学习的方法。教师通过设计协作学习过程，结合智能互联技术来进行有意义的教学，通过解决现实问题促进学生的思维发展。随着科技的发展，基于智能互联的协作学习应运而生，通过利用计算机和信息技术来提高学生的学习能力。基于智能互联的协作学习可以让学生在共同解决问题的过程中增强在小组学习中的主体意识。例如，教师以小组为单位发布“制作银行系统”的实验内容，组内学生通过智能互联中的共享模式合作完成一个银行系统的制作，并能够在自己的智能互联设备端看到其他小组成员对银行系统的实时更新。

3.基于个体的个性化学习。

个性化学习被定义为通过学习者的兴趣和经验调整步调（个性化）、调整方法（差异化），以满足学生的需求，为培养学生的学习能力提供支持。在个性化学习过程中，学生能够根据他们的动机探索兴趣，实现学习目标。当学生与学习环境互动时，能够提高他们的信息科技素养。在从事基于智能互联的学习活动中，学生的创造力可以得到激发。通过智能互联技术实现个性化学习的四个关键环节分别是：让学生做出明智的学习决定、培养其多样化的知识技能、创造不同的学习环境、关注学生的评价和反馈。个性化学习与基于班级的差异教学类似，均借助智能互联的云计算和大数据分析技术为不同学生提供多样化、有针对性的学习内容。基于班级的差异教学可以为相同水平的学生制作类似的学习内容，而个性化学习更加个体化，更具针对性。

4.基于大众的生成学习。

生成学习的基本概念涉及在教学环境中个人心理结构的创造和完善。结合内容和语境分析的生成性学习能够让学生参与到学习内容转移的建设中，从而构建学习和迁移情境。当学生在网上学习时，能够自觉地把新的信息和旧的信息联系起来，使用元认知能力获取新信息中有意义的知识。这些学习活动能够促进学生积极参与相关知识内容的建构。基于智能互联的在线学习允许学生打破时间和空间的限制，具有很高的交互性、协作性和真实性，同时在学习过程中，能够促进学生沟通和协作能力的提升。例如，学生通过所携带的智能互联设备将学习成果反馈到系统中，教师经过智能互联的数据挖掘和大数据分析技术整合学生的反馈信息，适时调整教学内容，从而提高学生的学习积极性。

四、智能教学的挑战

随着智慧城市的发展受到越来越多的重视，基于智能互联的教学需求也随之提升。智能教学是全球教育的新范式，它的目标是提高学习者终身学习的质量。它注重情境化、个性化、无缝化的教学，促进学习者的智慧生成，提升他们解决实际问题的能力。随着科技的发展，在现代社会中，智能教学将面临许多挑战，如教学理论、教学技能领导力、教学结构等。我们期望智能教学可以降低学习者的认知负荷，使学习者能够专注于意识产生和本体构建，丰富其学习经验，从而帮助学习者在情感、智力和身体上得到全面发展。