智慧学习生态系统的特征与构建

2021-09-13陈荣荣

无线互联科技 2021年12期

陈荣荣

摘要：文章对智慧学习、生态系统进行研究综述，进一步给出智慧学习生态系统的内涵和特征，探究智慧学习生态系统的构成因素以及智慧学习生态系统构成要素之间的相互关系，从而得到智慧学习生态系统构建的启发，探索提升学习者智慧的途径和方法，构建智慧学习生态系统模型，为智慧学习生态系统的实践研究奠定理论基础。

关键词：智慧学习;生态系统;智慧学习生态系统;智慧教育

0 引言

近年来，大数据分析与挖掘、人工智能、云计算、云服务等技术的跨越式发展对高校教育教学环境的变革带来了新机遇。2018年教育部提出：“大力推动互联网、大数据、人工智能、虚拟现实等现代技术在教学和管理中的应用，探索实施网络化、数字化、智能化、个性化的教育。”[1]

《教育信息化 2.0 行动计划》中提到，将信息技术和智能技术深度融入教育全过程，推动改进教学、优化管理、提升绩效;推动师生从技术应用向能力素质拓展。本文旨在合理地利用信息技术，将教师、学习者、学习环境和学习资源智能化联通，并在大数据、人工智能等技术的支持下构建智慧学习生态系统，根据学习者的主动性、专业性、差异性等学习特点和教师的教学特点，提供适合的教学与学习环境，以提高教师教的效率和学生学的质量。

1 智慧学习的概念与特征

智慧学习是学习者在新型信息化环境中按需获取学习资源，灵活自如开展学习活动，快速构建知识网络和人际网络的学习过程。智慧学习以发展学习者的学习能力，提高学习者的创新能力为最终目标[2]。智慧学习的特征包括：个性的学习，高效的学习，沉浸的学习，自然的学习和持续的学习。通过大数据挖掘技术与先进的信息技术手段预测学习者潜在的学习需求，自动推荐当前需要或有潜在需求的个性化学习资源和服务、可能感兴趣的学习资源和服务;智慧学习倡导贴近实际生活的学习内容，让学习者在实践中解决问题、获取知识，激发学习者兴趣的同时促进有意义学习的发生;在智慧学习环境中要不断提供个性化的学习资源、实时的反馈、多元的评价，从而激发并维持学习者持续学习的动机。

2 生态系统与智慧学习生态系统的概念

从客观角度理解生态系统也是对生物生长、发育、生殖、行为和分布有影响的环境因子的综合[3];而从人类的角度出发，生态系统可定义为“对人类生存和发展有影响的自然因子的综合”[4]。师生与学习环境也是不可分割的整体，由此我们将这个整体定义为学习生态系统。智慧学习系统是一种线上、线下融合的生态化系统;智慧教学法是一种以服务为中心的学与教动态平衡的教法生态;智慧学习是一种以学生为中心的、适于培育从基本知识技能到群体智慧的学习生态[6]。本文研究的智慧学习生态系统指在一定的智慧学习空间中，学与教群体与所在的空间及空间中的资源相互作用而形成的一种动态的系统[5]。

3 智慧学习生态系统的构建

3.1 理论基础

（1）情境认知理论：意义是在实践和情境脉络中加以协商的。知识是个体与环境交互作用过程中建构的一种交互状态，是一种人类协调一系列行为，去适应动态变化发展的环境的能力[6]。在智慧学习生态系统中，学习者置身于一个虚实结合的信息化情境中，与情境进行交互活动、获取学习资源，建构知识;教师可以设计真实的学习活动、创建不同的学习情境。

（2）活动理论：知识的获得环境作为客体与主体双向交互的结果[7]，而工具的使用改变主体活动的性质，影响其心理发展。活动理论启发我们在构建智慧学习生态系统时，应通过技术手段创设真实情景供教师与学生发生教学与学习活动，多感官刺激促进学生进行深度学习;提供多种交互手段，让学习者灵活、方便地与外界各要素交互，从而获取知识，形成动态平衡的生态学习观。

（3）生态系统：是一个有机整体，各生态因子之间相互影响、相互协调，共同构成动态发展的状态，维持生态平衡[7]。生态学习观认为学习是学习者自由、主动参与学习的过程[8]。因此，在构建智慧学习生态系统时，要以生态观的理念将环境、工具、资源等一切要素与学习者关联起来，环境内各要素之间相互作用、相互协调，使物质循环、能量流动和信息传递达到稳定、健康的状态，形成动态平衡的生态学习系统。

3.2 技术支撑

（1）物联网技术。是互联网、移动＼无线通信网络、传感器网络、嵌入式控制等技术的集合[9]。例如将教室内的家具、灯光、空调、门窗、电子班牌以及其他的多媒体设备实现智能化管控，从而为师生营造更加人性化的学习环境，同时能提高教室管理与维护人员的工作效率。

（2）云计算平台。可以保障安全、稳定、可靠及高速的互联网环境，并提供多样化的个性化服务与资源管理服务，将教与学的过程中产生的大量数字化的数据、资源进行收集、分析与管理，形成巨大的数据资源池，从而面向教师与学生提供统一的服務。

（3）增强现实技术。是一种综合图像识别、动作捕捉、虚拟现实等学科，将数字信息、三维虚拟模型精确地叠加显示到真实场景的创新人机交互技术，能够为用户提供更加自然、真实的交互体验，使学习情境更加真实，帮助学习者更加准确、高效地获取知识。

（4）人工智能技术。智慧学习生态系统的构建的目的是向学习者提供更有效的学习支持和更加个性化的服务，人工智能技术支持下的智能学习系统、智能问答系统以及适应性学习支持系统等均能为学习者提供智慧学习环境，可提高学习者自主学习的效率与教育的智慧性。

3.3 构建原则

智慧学习生态系统应以学、服务及数据为中心原则，以学生的学习和发展为中心[10]。从学生的角度出发建构的系统应能够准确分析学生学习的个性特征，监测学生学习进度，为其制定个性化的学习路径、推送合适的资源等自适应服务;从教师角度出发，能够为教师提供“学生画像”、智慧评估、精准决策、备课支持等服务;从信息化管理者角度出发，能够实现统一、高效、智慧化的管理服务。智慧学习生态系统还应具有较强的教育数据挖掘、学习分析、云计算等功能，以数据来驱动学习的智慧性。通过多平台共享、互通数据来提供服务，避免不同平台之间因数据不互通出现异构性、易变性等问题，有助于平台、资源、软件的多样性，提高智慧学习生态系统的稳定性。

3.4 智慧学习生态系统的体系架构

3.4.1 模型论述

如图1所示，智慧学习生态系统的体系架构模型中顶层为云服务及技术手段，底层为本地架构，中间通过“用户接口”桥接，智慧学习是其内核，是系统建设的核心。本地架构主要由3个空间组成：物理空间、虚拟空间和两者共存的混合空间，为学习者创造人机协同的生态化的学习环境，支持智慧学习生态中的基于微文化模式的智慧学习[11]。智慧学习生态系统建设的根本出发点是促进学习者的智慧学习，为其提高便利的学习环境，以提高其认知素养、创新能力和协作能力。智慧学习生态系统的建设所追求的不是高性能硬件和功能完善的系统，而是需要使智慧学习生态系统内的各类要素与教师、学习者和学习模式形成良好能量流动循环模式。系统通过对师生的教与学活动的监测，将微文化模式与个人模式匹配，并根据需要给予精准辅助，精准辅助遵循精准教学以测辅学的理念[12]。

3.4.2 系统内能量流动

本文从能量流动的角度定义系统中的信息传递动作，文化智慧定“导向”，数据智慧定“决策”，教学智慧定“行动”[6]。导向阶段利用人工智能与大数据挖掘技术预测分析，发现学习异常;抉择阶段通过自适应推荐或人为选择应对异常的替代方案，同时需匹配微文化模式和个人模式;行动阶段执行抉择阶段的替代方案，并将精准的信息、适性的预警、干预等传输给用户群体或可视化设备。通过分析与抉择阶段形成个性化的教与学的行动智慧，能量从技术系统流入教学系统。

4 结语

在信息技术高度发达的大环境下，合理应用多种智能技术手段搭建高度智能的智慧学习环境，构建出动态平衡的智慧学习生态系统，实现学习者的学习轨迹的全流程记录、学习者的学习变化的全流程跟踪，学习资源的个性化推送，满足教育工作者与学习者所追求一种更加开放、自由、和谐、个性的生态化教育。值得关注的是，智慧学习生态系统功能的发挥受诸多因素的影响，除适合的信息技术支撑外，还需要教育教学理论的科学运用。作为高校信息化工作者，笔者深刻感受到，各高校当前所建设的智慧校园与智慧教室还未达到真正的“智慧性”，这也客观反映出智慧学习生态系统建设还面临诸多挑战，有待吸收更多的新技术和新理论，完善相关研究。

[参考文献]

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[4]曹利军，黄泳.企业生态系统进化模型与进化机理研究[J].企业经济，2012（3）：56-59.

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[8]陈川，赵呈领，吴新全，等.学习生态视角下翻转课堂学习活动设计模型及应用研究[J].电化教育研究，2015（11）：95-101.

[9]周润苗，刘鑫，李红梅.新工科背景下地方高校基于CDIO的物联网工程专业人才培养研究[J].科学咨询（科技·管理），2021（4）：60-61.

[10]刘献君.论“以学生为中心”[J].高等教育研究，2012（8）：1-6.

[11]祝智庭，孙妍妍，彭红超.解读教育大数据的文化意蕴[J].电化教育研究，2017（1）：28-36.