李葆萍 寧方京 李晟 董艷

摘 要：本研究利用Citespace軟件對國內外有關智慧教室的1386篇中文論文和739篇英文論文進行了關鍵詞分析。結果發(fā)現(xiàn)智慧/智能教室、智慧/智能學習環(huán)境、智慧學習/教育、數(shù)字化學習、翻轉課堂、大數(shù)據(jù)以及電子書包等是近年來的研究重點;有關智慧教室研究熱點經歷了從硬件裝備到學習方式再到認知過程這三個階段。基于上述結果，本研究認為我國智慧教室建設應當加強頂層設計，重視學習數(shù)據(jù)的采集和分析技術以及學習方式的創(chuàng)新設計。

關鍵詞：智慧教室;未來學校;數(shù)字校園

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：2096-0069（2019）03-0010-05

一、研究背景

眾多研究表明學習環(huán)境和學生獲得技能之間存在密切的關聯(lián)，因此在“21世紀技能彩虹橋”中，學習環(huán)境就被視為關鍵的支持體系。當今，技術已經充分地融入學習環(huán)境之中，研究表明，技術增強的學習環(huán)境獨立于其他因素（課程材料、作業(yè)、時間表和考試），對學生的學習有顯著和積極的影響。[1]這種學習環(huán)境更容易激發(fā)學生的學習動機[2]，有利于學生知識的獲取[3][4]，幫助取得更好的學術成就[5]，特別是有助于提高各方面的技能[6][7]。鑒于此，利用現(xiàn)代技術建設新型的學校或者教室成為創(chuàng)新學校教育系統(tǒng)的趨勢，如北京師范大學的未來教室體驗中心、華中師范大學的混合現(xiàn)實智能教室、北京十一學校龍樾實驗中學、北京中關村第三小學、成都七中等，均從不同角度探索未來學校教室的發(fā)展方向和路徑。

伴隨著對智慧教室的探索，也出現(xiàn)了一些問題和疑惑，比如，和現(xiàn)有的數(shù)字教室相比，智慧教室有哪些核心特征？智慧教室中又應該如何推進相關方面技術的教育應用？當前我國已有的智慧教室雖然特色鮮明，然而建設規(guī)模較小，應用還不夠多樣化，尚不足以對上述問題提供系統(tǒng)化的解決方案。因此，本研究試圖從已有關于智慧教室研究中尋找?guī)в幸?guī)律性的發(fā)現(xiàn)，為我國當前智慧教室建設提供借鑒和指導。

研究分別使用“智能/智慧/未來教室”“技術增強/豐富的教室”“智慧/智能學習環(huán)境”“智慧/智能學習空間”“smart /intelligent /future classroom”“technology enhanced/rich classroom”“smart /intelligent learning environment”“smart/intelligent learning space”等關鍵詞收集了2000—2018年未來學校相關的中英文論文，并使用Citespace進行分析。中文論文來自CNKI期刊數(shù)據(jù)庫，英文文獻來自Web of Science核心數(shù)據(jù)庫，經過檢索和篩除，最終得到1386篇中文論文和739篇英文論文。研究重點對論文的關鍵詞進行了分析，主要結果如下。

二、智慧教室國內外研究分析

（一）國內外研究概要

檢索智慧教室方面中英文論文的發(fā)表情況，得知2000—2018年間，關于智慧教室方面的論文國際發(fā)表年均50篇，沒有顯著的波動;國內有關未來學校研究則經歷了顯著的變化，可以分為三個階段，2000—2009年發(fā)文量較低，2010—2014年間發(fā)文量開始提升，2015年開始發(fā)文量顯著增長，表明智慧教室和智慧校園等受到廣泛的關注。

在Citespace中，通過計算關鍵詞的中心度和共現(xiàn)頻次表示一段時間內研究者共同關注的問題，即研究熱點。中心性超過0.1則表明該研究具有較強的影響力，關鍵詞的共現(xiàn)頻次越高，中心性越高，說明其在該領域越重要。研究將時間切片設定為1年，每一個時間切片都由引文分析的前50篇論文代表，繪制2000—2018年的關鍵詞共現(xiàn)圖譜，研究選取了排序前十的關鍵詞，其頻次和中心性如表1所示。由表1得知，智慧/智能教室、智慧/智能學習環(huán)境、智慧學習/教育等是國內和國際上共同的研究熱點。國內對智慧校園、翻轉課堂、大數(shù)據(jù)以及電子書包等關注度較高，國際上對環(huán)境感知、數(shù)字化學習等關注較多。

Citespace使用突現(xiàn)詞（burst terms）表示一個時期內研究關注的主要問題和研究專題，從中可以看到領域內研究熱點的轉換，本研究篩選出突現(xiàn)率較高的關鍵詞如表2所示。

在2011年以前，國內研究主要是在多元智能理論和智能教室兩方面，研究比較單一。從英文論文來看，同一時間段內國際研究熱點轉換比較多，不過其共性在于關注了計算機技術在教育環(huán)境中應用場景的探索，如傳感器網(wǎng)絡、智能感知、普適計算、移動機器人等。

在2013—2018年這一段時間，國內研究多元化趨勢比較明顯，而且從關鍵詞來看，電子書包、翻轉課堂、個性化學習等關于智慧教室應用模式的探索非常明顯。國際研究也有類似的趨勢，而且國內外均把學習分析作為近年來的研究熱點。

（二）國內外研究熱點分析

1.智慧學習環(huán)境與環(huán)境感知

盡管分析顯示中英文論文中出現(xiàn)了“智慧學習環(huán)境”“智慧教室”“智慧校園”“智能空間”等多個不同的關鍵詞，然而其含義基本是一致的，都是對未來學習發(fā)生場所的定義和描述，本研究認為智慧學習環(huán)境最具概括性。

黃榮懷等將智慧學習環(huán)境定義為數(shù)字學習環(huán)境的高端形態(tài)，其具備感知學習情景、識別學習者特征、提供合適的學習資源與便利的互動工具、自動記錄學習過程和評測學習成果等功能，可以促進學習者輕松地、投入地、有效地學習。[8]金舒克（Kinshuk）等也將情境感知作為智慧學習環(huán)境的重要特征。[9]

智慧學習環(huán)境具體表現(xiàn)形式便是智慧校園或智慧教室。閻堅等結合物聯(lián)網(wǎng)技術提出了具有可操作性的智慧教室系統(tǒng)架構設計，主要包括感知層（如溫濕度傳感器、PM2.5傳感器、亮度傳感器等），傳輸層和應用層（如服務器、一卡通、智能終端等）。[10]這種系統(tǒng)架構與現(xiàn)有的數(shù)字教室相比最大的特色就在于環(huán)境感知功能。對照研究突現(xiàn)詞分析可見，2006—2011年期間，“傳感器網(wǎng)絡”“智能感知”“普適計算”等與環(huán)境感知密切關聯(lián)的技術也是國際上相關研究追逐的熱點。

結合上述分析結果，本研究認為利用物聯(lián)網(wǎng)技術設計具有環(huán)境感知的學習環(huán)境是智慧教室的重要特征和趨勢之一。

2. 智慧教育（學習）與電子書包

“智慧教育”“智慧學習”等是關于未來學校中教與學形態(tài)的概括，而“未來課堂”“翻轉課堂”“個性化學習”等則反映了未來教與學形態(tài)的具體的實現(xiàn)方式和價值取向，而以“電子書包”為代表的各種智能終端則是智慧教室配備的重要學習工具。

從當前研究中看到，電子書包具有便攜性、交互性、無線接入互聯(lián)網(wǎng)等技術特性，使其可以支持各種教學活動的開展。鄭曉丹等就對利用手機、平板電腦、電子書包等多種智能終端開展翻轉課堂的策略進行了研究。[11]利用移動互聯(lián)網(wǎng)與各種智能終端，可以將課前的微課學習和檢測、課中的答疑和問題解決，以及課后的回顧與拓展等多種學習活動有機地融合在一起。借助于智能終端可以部分地替代教師知識傳授的角色，可以重新調整傳統(tǒng)課堂中知識獲取、知識應用、學習評價等重要學習環(huán)節(jié)的順序和組合方式，實現(xiàn)對學習的量化評估和資源的精準推薦，為落實和貫徹以學生為中心的教學理念提供了技術基礎。電子書包的環(huán)境感知技術等也方便支持合作化和探究性學習活動，如：可以根據(jù)學生的位置信息推薦合作學習伙伴;可以根據(jù)其采集樣品的溫度、濕度信息開展科學探究活動;等等。

3. 大數(shù)據(jù)與學習分析

“大數(shù)據(jù)”與“學習分析”是近年來的研究熱點，分析結果顯示在近5年國內外的研究都將“學習分析”作為智慧教室研究領域的重要議題。正如上文所分析的，教育的對象是具有鮮明特征的個體，以往受限于師資和教育技術水平，對學生的個性的發(fā)現(xiàn)主要依靠教師的觀察和經驗，缺少客觀性和科學性。同時，由于班級授課的組織形態(tài)，因材施教的教育目標只能停留在理念層面而無法落實。

終端技術和學習過程的結合，使得學習過程中的大量數(shù)據(jù)能夠被捕捉和記錄，這樣就產生了教育大數(shù)據(jù)，通過學習分析技術對數(shù)據(jù)的挖掘和解釋，能夠精準地刻畫出學生的特征，從而可以預測個體的學習表現(xiàn)，并提供相應的學習干預。由此，因材施教的個性化學習得以在智慧教室中實現(xiàn)。

（三）智慧教育研究的發(fā)展路徑分析

基于對國內外關于智慧教室研究熱點問題的分析，本文認為學界對于智慧教室建設和應用經歷了三個緊密聯(lián)系、相互支持的階段。

第一是從技術裝備升級的途徑來建設不同于多媒體數(shù)字教室的智能化教室。其中最具特色的便是環(huán)境感知技術和個人終端技術的配備。環(huán)境感知技術使得學習空間本身成為未來學習的資源和教學管理的手段。例如：通過感應教室的亮度可以調整教室的光照水平，保證學習者處于舒適的學習狀態(tài);通過教室二氧化碳濃度的探測，了解學生的注意力水平;等等。[12]個人終端技術則讓學習者在知識獲取的環(huán)節(jié)擺脫對教師的依賴，從而有可能改變長期以來講授式的教學模式，產生各種新型的教學方式，并能夠從中獲取各類學生的行為。

第二是在技術裝備支持下的學習方式的創(chuàng)新。如前所述，個人終端部分替代了教師傳遞知識的功能，教師和學生便可以有更多的時間和機會開展如翻轉課堂、個性化學習、小組學習、基于問題的學習等各類學習活動，不斷產生新型的學習方式。這依然是目前各國智慧教室探索的熱點領域。

第三則是對學習過程的重視。各類學習過程可以被數(shù)字化表達和記錄，基于大數(shù)據(jù)和學習分析技術，認知過程不斷被揭示并有意識地應用到學習策略的設計中，以提升學習的效率和效果。這個階段將在未來得到越來越多的關注和探索。

三、我國智慧教室建設的啟示

（一）清晰地定位智慧教室的建設目標

當前一些學校的智慧教室建設往往以技術為導向，很多配備了活動桌椅和平板電腦的教室便被稱為智慧教室，還有一些教室建成后很少使用，處于“展示”狀態(tài)。顯然，這對于教育資源配置來說是極大的浪費。從現(xiàn)有研究可見，未來教室、智慧教室等新型的教室形態(tài)是在培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的背景下產生和建設的，其形態(tài)沒有固定的模式。智慧教室的建設，首要任務應當是結合學校的教育理念和學科特色，定位學校智慧教室的建設目標和方案。例如，語言類學科中學生需要更多能力展示和對話交流的機會，對設備的移動性和便攜性要求較高，因此可以設計平板電腦教室支持這類學習，同時發(fā)展學生的協(xié)作交流能力。[13]在科學類學科中，學生需要更多觀察、動手的機會，對教室的空間設計、儀器設備的可獲取性、信息呈現(xiàn)的真實性和交互性等要求較高，因此可以借助增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、大屏幕渲染等技術設計沉浸式智慧教室。

（二）多模態(tài)、長周期數(shù)據(jù)采集和分析

在信息化社會，數(shù)據(jù)是重要的生產資料，在智能化教育時代，數(shù)據(jù)也是學校最核心的教育資產，通過對數(shù)據(jù)的分析可以幫助我們診斷、預測學生的各類學習行為。然而目前我國大部分智慧教室往往基于較為單一的數(shù)據(jù)類型，如學生課堂中的練習結果等來進行分析，這類分析所能提供的教育信息是有限的。相比單一數(shù)據(jù)，多模態(tài)學習數(shù)據(jù)則可以在更復雜和開放的學習環(huán)境中掌握學生學習軌跡。

因此，學校在設計智慧教室時，應當對學習數(shù)據(jù)搜集工作進行專門規(guī)劃，內容不僅包括學生的學習效果和學習行為，還應當包括學習情感和學習環(huán)境數(shù)據(jù)，綜合利用這些多模態(tài)數(shù)據(jù)來定義學生的行為，以促進教學。[14]目前文本分析、語音分析、筆跡分析、草圖分析、動作與手勢分析、情感狀態(tài)分析、神經生理分析、眼睛注視分析等在智慧學習環(huán)境中具有很大的應用潛力，有利于更好地掌握學生的學習狀態(tài)，分析學生需要，制定學習規(guī)劃，精準提供學習者需要的內容。此外，中小學生正處于認知發(fā)展最為迅猛的階段，掌握學習發(fā)生和發(fā)展的關鍵期及典型行為至關重要，智慧教育應當提供適合于長周期如采集一學期、一學年以上數(shù)據(jù)的學習分析技術，提供更為穩(wěn)定的、深入的教育指導。

（三）探索多種形態(tài)的創(chuàng)新學習方式

相對被動的學習方式如聽課、練習等是難以有效培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)的，因而智慧教室之中應當通過學習環(huán)境的設計來促進學習真正發(fā)生。對比發(fā)現(xiàn)，國內關于智慧教室下的學習活動設計——翻轉課堂占據(jù)主要形式;而國外智慧教室下學習活動比較多元化，基于真實項目的探究性學習、基于智能導師系統(tǒng)的自適應學習、基于虛擬代理協(xié)作學習等學習模式層出不窮，這類學習活動一方面聯(lián)系起了學校學習和真實世界，另一方面不斷引發(fā)學生和學習內容、學習同伴之間的交互和反饋行為，以此提供合適的學習干預。

因而本研究認為我國智慧教室教學應用可從以下幾方面設計：第一，基于真實情境的學習設計，通過網(wǎng)絡接入和傳感器等方式，將課堂的學習和外部世界產生關聯(lián)，培養(yǎng)學生理解世界、處理真實問題的能力;第二，技術豐富環(huán)境下的學習，借助于各類技術裝備中介作用設計更加豐富的交互學習活動，提高學生的學習參與度和促進學習的社會化;第三，基于證據(jù)的學習管理和干預，通過提供給教師各種可視化的數(shù)據(jù)分析結果，方便教師將其作為自己教學決策的依據(jù)。

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（責任編輯 孫志莉）