李軍　楊濱

[摘? ?要] 4G時代學(xué)習(xí)環(huán)境的變遷大幅提升了在線教學(xué)的用戶體驗，5G時代人工智能將助力學(xué)習(xí)環(huán)境的大變革，一系列由學(xué)習(xí)環(huán)境引發(fā)的教學(xué)問題將迎刃而解。從科學(xué)技術(shù)、人類社會和教育發(fā)展三個維度均可推演出人類必將邁入智能互聯(lián)網(wǎng)時代，構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)環(huán)境是大勢所趨。研究分析了新時代學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)中的困境，提出了指數(shù)思維引領(lǐng)下的解困三策論，創(chuàng)設(shè)了5G網(wǎng)絡(luò)與AI加持下的指數(shù)型（ET）智慧學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建模型，該模型以技術(shù)為作用點，發(fā)揮技術(shù)的指數(shù)級倍增效應(yīng)，進(jìn)而衍生出多模態(tài)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。研究基于模型，根據(jù)教學(xué)需求，設(shè)計出五種智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，分析了不同環(huán)境的教學(xué)應(yīng)用場景和適宜的學(xué)習(xí)方式，既探索了5G時代學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)的發(fā)展趨勢，又為智慧教育發(fā)展提供了新的研究路向。

[關(guān)鍵詞] 5G; 人工智能; 指數(shù)型（ET）智慧學(xué)習(xí)環(huán)境

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 李軍（1978—），男，甘肅慶陽人。副教授，碩士，主要從事信息技術(shù)與教育應(yīng)用研究。E-mail：48978056 @qq.com。楊濱為通訊作者，E-mail：yangtt@sina.com。

一、引? ?言

《荀子·勸學(xué)》有云“蓬生麻中，不扶自直;白沙在涅，與之俱黑”，兩千多年前，荀子已經(jīng)意識到“學(xué)習(xí)環(huán)境”的重要性。弗雷澤（Fraser）和沃爾伯格（Walberg）認(rèn)為“學(xué)習(xí)環(huán)境”是具有社會心理背景的學(xué)習(xí)發(fā)生的場所，在正式教育中學(xué)習(xí)環(huán)境可以用學(xué)?；蛘呓淌业幕{(diào)、文化、氛圍或者氣氛來描述[1]。本研究所指的學(xué)習(xí)環(huán)境是影響學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的外部環(huán)境，是促進(jìn)學(xué)習(xí)者主動建構(gòu)知識意義和促進(jìn)能力生成的外部條件[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類不斷的更替、重組與優(yōu)化學(xué)習(xí)環(huán)境。當(dāng)5G時代來臨，人工智能賦能教育時，學(xué)習(xí)環(huán)境將呈現(xiàn)出怎樣的變化？如何引領(lǐng)學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)才能滿足新時代教學(xué)需求？需要未雨綢繆深入思考，而針對學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建路向的探究將是研究5G時代人工智能與教育發(fā)展的邏輯起點。

二、人類學(xué)習(xí)環(huán)境的演變

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)環(huán)境是一個支持和促進(jìn)學(xué)習(xí)的場所，學(xué)習(xí)者可以在其中進(jìn)行自由探索和自主學(xué)習(xí)，在此環(huán)境中學(xué)生可以利用各種工具和信息資源來達(dá)到自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)[3]。因此，可以橫向分析，將家庭、學(xué)校、班級學(xué)習(xí)環(huán)境乃至社會學(xué)習(xí)環(huán)境分而論之，剖析學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)成要素，在硬件、參與者、功能等要素中找到共性。但不同的學(xué)習(xí)環(huán)境究竟是如何發(fā)展形成的，卻需要縱向分析，在厘清學(xué)習(xí)環(huán)境與人類社會、科學(xué)技術(shù)、教育發(fā)展的千絲萬縷的聯(lián)系中把握學(xué)習(xí)環(huán)境的發(fā)展脈絡(luò)。

（一）人類科技發(fā)展推動學(xué)習(xí)環(huán)境的變遷

從人類科技發(fā)展的維度可以清晰地看到學(xué)習(xí)環(huán)境的演變過程（如圖1所示）。隨著技術(shù)的更替，人類歷經(jīng)了多輪信息革命，第一輪信息革命，語言成為人們學(xué)習(xí)和掌握的交流技能。此時，團(tuán)隊生存環(huán)境是人類的主要學(xué)習(xí)環(huán)境，一切出自本能的學(xué)習(xí)活動均服務(wù)于生存需要。文字的創(chuàng)造與應(yīng)用催生了第二輪信息革命，人類的學(xué)習(xí)有了“專屬”的時空環(huán)境，文字編寫，生成了團(tuán)隊交流環(huán)境，抽象與創(chuàng)生在不斷的交流中促進(jìn)了學(xué)習(xí)。第三輪信息革命在造紙術(shù)、印刷術(shù)的支持下，深刻地影響著人們的生產(chǎn)、生活與學(xué)習(xí)方式，書籍的產(chǎn)生使得全社會生活環(huán)境衍生為人類的社會學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)習(xí)的時空得到了極大的拓展。1901年，隨著馬可尼橫跨大西洋無線電通訊的成功，人類進(jìn)入了第四輪信息革命。無線電技術(shù)創(chuàng)生了大眾傳播的學(xué)習(xí)環(huán)境，尤其是廣播實現(xiàn)了語音的遠(yuǎn)程傳播，解決了信息傳輸距離和延時的問題，遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)初見端倪。影像傳播技術(shù)的迅速崛起將人類帶入第五輪信息革命，電視在滿足人們視聽享受的同時構(gòu)建了遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)環(huán)境。1995年互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入人們的生活，第六輪信息革命席卷全球，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境逐步形成。2014年初，隨著第四代移動通信系統(tǒng)（4G）網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的全面開通，“互聯(lián)網(wǎng)+智能手機”成為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境的有效終端之一。遵循前六輪信息革命的技術(shù)路線，可以推測智能互聯(lián)網(wǎng)時代必將掀起第七輪信息革命。第五代移動通信技術(shù)，即5G是新一輪信息革命的基礎(chǔ)，是智能互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)保障，5G+人工智能將創(chuàng)建安全、管理、高效、方便的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，這既是智能互聯(lián)網(wǎng)的核心價值[4]，也是智慧學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的基本準(zhǔn)則。

（二）社會形態(tài)變遷與學(xué)習(xí)環(huán)境的演變

從社會生產(chǎn)力發(fā)展的角度，按照人類社會每個階段的時代特征來劃分人類社會的變遷，每個時代都產(chǎn)生了與之相適應(yīng)的大學(xué)習(xí)環(huán)境（如圖2所示）。原始社會有成均之教，所依托的環(huán)境是原始部落居住環(huán)境中的學(xué)習(xí)與交流環(huán)境，可以是一小塊空地，或是一些簡單設(shè)施場所，用來舉行集會、召開會議，采取某項行動前的動員、誓師等，具有顯著的教育作用[5]。農(nóng)業(yè)時代早期，家庭與社群聚居環(huán)境成為主要的學(xué)習(xí)環(huán)境，農(nóng)業(yè)時代中后期，造紙術(shù)、印刷術(shù)、書籍的普及，使得這種家庭、社群學(xué)習(xí)環(huán)境在時間和空間上得到了拓展，成為主要的學(xué)習(xí)環(huán)境形態(tài)。期間學(xué)校作為獨立的學(xué)習(xí)環(huán)境逐漸形成，但只能為少數(shù)人提供服務(wù)。工業(yè)時代，學(xué)校成為社會學(xué)習(xí)環(huán)境的主要形態(tài)，此時，家庭學(xué)習(xí)環(huán)境和社會學(xué)習(xí)環(huán)境依然存在，但只是對遵循工業(yè)化發(fā)展的學(xué)校環(huán)境的有益補充。進(jìn)入信息時代，通信技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各種數(shù)字化終端設(shè)備為人們構(gòu)建了學(xué)習(xí)的數(shù)字化環(huán)境?；ヂ?lián)網(wǎng)時代，網(wǎng)絡(luò)通訊帶給人們生活、學(xué)習(xí)等方方面面巨大的變革，地球聯(lián)通為地球村?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”成為催動各行各業(yè)變革的新引擎?；ヂ?lián)網(wǎng)的發(fā)展從傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)到移動互聯(lián)網(wǎng)（智能手機為終端）必將迎來智能互聯(lián)時代，移動互聯(lián)、智能學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、智能感應(yīng)將共建虛實結(jié)合、人機協(xié)作的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。

（三）人類教育形態(tài)的變遷與學(xué)習(xí)環(huán)境的演變

人類的教育有三種基本形態(tài)，即家庭教育、社會教育和學(xué)校教育。三種教育形態(tài)既獨立存在，又互相交融，都可構(gòu)建不同的學(xué)習(xí)環(huán)境，從人類教育形態(tài)的變遷來看學(xué)習(xí)環(huán)境的演變，可以深切感悟?qū)W習(xí)環(huán)境的時空擴展與功能迭代（如圖3所示）。

人類最早的教育是傳帶教育，屬于家庭教育，教育信息以經(jīng)驗為主、口耳相傳，言傳身教，形成了族群學(xué)習(xí)環(huán)境。私塾是我國古代私人設(shè)立的教學(xué)場所，教書先生會根據(jù)每個學(xué)生的年齡、資質(zhì)調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度，因材施教;書院教育性質(zhì)與私塾相似，均能為每個學(xué)生構(gòu)建個體授業(yè)的私學(xué)環(huán)境。隨著學(xué)校教育的出現(xiàn)，集體授業(yè)學(xué)習(xí)環(huán)境逐步形成，統(tǒng)一、規(guī)范的學(xué)習(xí)環(huán)境呈規(guī)?；l(fā)展。然而，學(xué)校教育所暴露出的一些問題，如時空限制、集體學(xué)習(xí)中缺乏個性化學(xué)習(xí)等，可以通過網(wǎng)絡(luò)開放教育所依托的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)環(huán)境予以補充，廣播、電視等媒體成為遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)環(huán)境中的主要信息載體。在移動通訊領(lǐng)域人們經(jīng)歷了1G模擬移動、2G數(shù)字通訊、3G數(shù)據(jù)通訊、4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)互通，并迎來5G智能互聯(lián)[6]。4G為“互聯(lián)網(wǎng)+”奠定了基礎(chǔ)，互聯(lián)網(wǎng)+教育為師生創(chuàng)設(shè)了教與學(xué)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，構(gòu)建了泛在學(xué)習(xí)環(huán)境。5G為智慧教育插上了翅膀，智慧學(xué)習(xí)環(huán)境逐步形成，家庭教育、社會教育、學(xué)校教育將深度融合。

從科學(xué)技術(shù)、人類社會和教育發(fā)展三個維度推演人類學(xué)習(xí)環(huán)境的變化，均可發(fā)現(xiàn)人類必將邁入智能互聯(lián)時代，這正是科技、社會、教育三方發(fā)展對重構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境的內(nèi)在訴求。最終，必將在5G+AI支持下構(gòu)建起智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，并在真正意義上實現(xiàn)融合家庭教育、社會教育和學(xué)校教育的智慧教育。

三、新時代學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)之困境

教學(xué)總是發(fā)生于一定學(xué)習(xí)環(huán)境之中，而學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)也往往為滿足某種教學(xué)而服務(wù)。每一次教學(xué)改革都伴隨著學(xué)習(xí)環(huán)境的改良，似乎只要有良好的學(xué)習(xí)環(huán)境就一定能夠促進(jìn)教學(xué)。但事與愿違，現(xiàn)實的學(xué)習(xí)環(huán)境在滿足教學(xué)需求時總顯得力不從心。因為需求是動態(tài)的，而學(xué)習(xí)環(huán)境具有穩(wěn)定性，二者之間存在供需矛盾。目前常見的家庭學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)校學(xué)習(xí)環(huán)境和社會學(xué)習(xí)環(huán)境等都無法滿足新教改的動態(tài)需求。究其原因主要存在以下四個方面的問題：

（一）學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)中的線性思維

目前，學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的基本思路為：首先進(jìn)行學(xué)習(xí)環(huán)境用途分析、其次選擇場地、然后配備設(shè)備、最后投入教學(xué)。這種線性建設(shè)思路過多地寄希望于設(shè)備的使用和技術(shù)功能的發(fā)揮，一旦投入教學(xué)，環(huán)境設(shè)施就很難改變。同時，忽視了教育者與學(xué)習(xí)者在環(huán)境建設(shè)中的作用，因而呈現(xiàn)出諸多弊端。例如：一些學(xué)校建設(shè)的智慧教室與普通計算機教室（計算機機房）發(fā)揮著同樣的教學(xué)功能，因為它們是在相同思路下建設(shè)而成，其使用者（教師等）以同樣的方法，用著同樣的功能。因此，需要跳出線性思維，探尋購、建、管三位一體的學(xué)習(xí)環(huán)境非線性建設(shè)路徑，設(shè)計靈活多樣的學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)途徑與方法，讓學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)優(yōu)先于教與學(xué)的需求，為教學(xué)改革提供更加便利和寬廣的空間。

（二）學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)的單一模式

目前，學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)基本依靠政府、企事業(yè)單位、教育部門等機構(gòu)的投入與實施，而具體的學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)用者（教師、學(xué)生）等卻很少有機會參與其中。然而，學(xué)習(xí)環(huán)境一旦形成，應(yīng)用者們就只能適應(yīng)環(huán)境和改良環(huán)境。因此，更新學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)模式，給予學(xué)習(xí)環(huán)境使用者充足的建設(shè)權(quán)限，創(chuàng)設(shè)參與式多元學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)模式，為師生共同構(gòu)建多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境提供條件。

（三）固化的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計

目前的學(xué)習(xí)環(huán)境，無論線上還是線下都是一種固化的學(xué)習(xí)環(huán)境，所謂固化就是使用者只能竭盡全力地適應(yīng)環(huán)境，基于環(huán)境變換教與學(xué)的方法，而無法根據(jù)需要創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境。如果一種學(xué)習(xí)環(huán)境只適宜某種教與學(xué)，而環(huán)境本身卻無法靈活變動，這種固化的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計，不利于教學(xué)創(chuàng)新，也不利于學(xué)習(xí)環(huán)境的更新升級。因此，需要充分利用AR、VR、XR等技術(shù)，創(chuàng)設(shè)虛擬與真實學(xué)習(xí)環(huán)境相融合的虛實環(huán)境，在增強現(xiàn)實的幫助下構(gòu)建可設(shè)計、可變的學(xué)習(xí)環(huán)境。如此，1人、1筆記本，外加1套虛擬設(shè)備，就能構(gòu)筑起一個個可靈活使用的多模態(tài)移動學(xué)習(xí)環(huán)境。

（四）學(xué)習(xí)環(huán)境孤島窘境

現(xiàn)有的學(xué)習(xí)環(huán)境之間，常因硬件環(huán)境而孤立，無法聯(lián)通和信息共享，學(xué)習(xí)環(huán)境與師生之間無法聯(lián)通與交互。各種學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)筑了一座座信息孤島。例如，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間人人通建設(shè)已基本實現(xiàn)“一生一空間”，教師們也擁有不止一個網(wǎng)絡(luò)空間，但空間之間信息不連通、互相不關(guān)聯(lián)。這些環(huán)境帶給師生的不是便利，而是負(fù)擔(dān)和壓力。因此，可以引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，促進(jìn)教育教學(xué)信息共享，構(gòu)筑5G時代公開、安全、防篡改的全新教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫，助力聯(lián)通學(xué)習(xí)環(huán)境，打破信息孤島，實現(xiàn)學(xué)習(xí)環(huán)境的互聯(lián)互通。

四、5G賦能AI重構(gòu)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境

（一）5G助力人工智能+教育

2020年7月27日，華為輪值董事長郭平在2020共贏未來全球線上峰會開幕致辭中指出，截至7月份，全球5G用戶已經(jīng)超過了9000萬，全球5G部署已告一段落，下一階段的重點是發(fā)展行業(yè)應(yīng)用，釋放5G網(wǎng)絡(luò)紅利[6]。每當(dāng)新技術(shù)、新媒體引發(fā)醫(yī)療、家居、交通、金融等各個領(lǐng)域巨大變革之時，教育領(lǐng)域的變化似乎并沒有人們預(yù)想的那樣深刻，細(xì)思原因主要在于網(wǎng)絡(luò)延時、傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)帶寬、終端能耗供給等一系列技術(shù)瓶頸制約了技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，但5G網(wǎng)絡(luò)紅利在行業(yè)的釋放將會徹底突破上述瓶頸。

1. 人工智能教育應(yīng)用

人工智能教育應(yīng)用是人工智能與教育深度融合的產(chǎn)物，并且以人工智能在教育領(lǐng)域的場景化應(yīng)用為特征，其目標(biāo)是提高教育績效，實現(xiàn)教育的最優(yōu)化[7]。一方面人工智能的發(fā)展需要教育系統(tǒng)為其輸送人才、提供新的思想、理論與技術(shù);另一方面，人工智能為教育的發(fā)展帶來足以改變其業(yè)態(tài)、形態(tài)的新技術(shù)、新應(yīng)用，隨著人工智能對社會的影響日益加深，也對人的發(fā)展，繼而對教育的發(fā)展提出了全新要求[8]。因此，AI時代的教育需注重三個問題，即（1）如何設(shè)計與實施能夠滿足學(xué)生需要的個性化、定制教育;（2）面臨就業(yè)壓力、失業(yè)危機，如何發(fā)展可持續(xù)化教育;（3）如何建設(shè)兼顧全社會公平性的教育體系[9]。

2. 5G+AI助力教育發(fā)展

5G能夠促進(jìn)人工智能與教育的深度融合，例如，涵蓋了虛擬現(xiàn)實、混合現(xiàn)實、增強現(xiàn)實的XR技術(shù)（擴展現(xiàn)實）將會與人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高度融合，數(shù)字內(nèi)容將以更為直觀可感的形式出現(xiàn)在真實空間中[10]。這種集視、聽、觸、嗅覺于一體的擴展現(xiàn)實技術(shù)能夠創(chuàng)設(shè)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)習(xí)者感受虛實無縫鏈接的沉浸式教育體驗。

總體而言，5G時代的人工智能將在五個方面影響教育。第一，學(xué)習(xí)環(huán)境將呈現(xiàn)多模態(tài)發(fā)展、泛在分布的趨勢。不同類型的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境將為不同的學(xué)習(xí)需求提供全方位的支持與服務(wù)。第二，強大的學(xué)習(xí)分析體系逐步形成，會更加精準(zhǔn)而持續(xù)地變革教和學(xué)，支持優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，最終服務(wù)學(xué)習(xí)績效的提升。第三，教與學(xué)的方式將更加靈活多樣，以滿足師生創(chuàng)新性需求。第四，教學(xué)評價方式更加多元。學(xué)生評價不僅僅來源于學(xué)校，還有社區(qū)、家庭，甚至是學(xué)生消費過的超市和書店。第五，學(xué)習(xí)路徑呈非線性發(fā)展。在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中AI助理、AI學(xué)伴等多種形式的人工智能終端將改變學(xué)生學(xué)習(xí)過程，使其不再是傳統(tǒng)的線性發(fā)展，而是充分滿足學(xué)生個性化和定制化學(xué)習(xí)的非線性發(fā)展過程。

（二）解困之策

針對新時代學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)之困境，研究引入指數(shù)思維，利用5G賦能AI構(gòu)建指數(shù)型多模態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境，通過三種策略解決上述問題。

策略一：重構(gòu)指數(shù)型學(xué)習(xí)環(huán)境要素。指數(shù)思維，既不是線性思維，也不是零和思維，指數(shù)型思維是指以次方的方式思考問題，使用指數(shù)技術(shù)從多元多變的情境數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)規(guī)律，自動發(fā)現(xiàn)模式并用于預(yù)測，其本質(zhì)特征是多點發(fā)散。指數(shù)增長是常數(shù)的重復(fù)乘法，即指數(shù)級飛速增長。重構(gòu)指數(shù)型學(xué)習(xí)環(huán)境要素，需要突破已有束縛，以需求為導(dǎo)向設(shè)計環(huán)境要素，每個要素又能生發(fā)新的要素，進(jìn)而激發(fā)指數(shù)效益。例如：助教（人工、AI）、助理（實驗、AI）、學(xué)伴、智能終端（手機、平板、班牌）、云平臺、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等。每種要素下均可激發(fā)出多個要素，進(jìn)而組合形成多元學(xué)習(xí)環(huán)境，滿足多樣需求。

策略二：5G+AI全場域智能化學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)。5G助力人工智能，可有效突破學(xué)習(xí)環(huán)境孤島，構(gòu)建全場域智能化學(xué)習(xí)環(huán)境，借助人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及各種感應(yīng)終端，山川河流亦可傳遞大量數(shù)據(jù)，全場域聯(lián)通將極大地提升學(xué)習(xí)環(huán)境的智能化水平。

策略三：5G+AI助力學(xué)習(xí)環(huán)境多模態(tài)建設(shè)。5G+AI賦予教師和學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境多點建設(shè)權(quán)限，全息投影技術(shù)、可穿戴設(shè)備、智能終端與智能應(yīng)用、教育機器人、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)將大顯神通，以指數(shù)級的速度創(chuàng)建浸入式學(xué)習(xí)環(huán)境、深度交互學(xué)習(xí)環(huán)境、全場域互聯(lián)互通學(xué)習(xí)環(huán)境以及小私域智能學(xué)習(xí)環(huán)境，實現(xiàn)學(xué)習(xí)環(huán)境的多模態(tài)建設(shè)。

五、5G時代人工智能多模態(tài)

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建

學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計是以每一個學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)得以形成為目的，通過明晰當(dāng)下學(xué)習(xí)者體驗的學(xué)習(xí)環(huán)境，來協(xié)調(diào)整個學(xué)習(xí)活動的一種創(chuàng)造性實踐[11]?！?015智慧學(xué)習(xí)環(huán)境白皮書》[12]分析了智慧學(xué)習(xí)環(huán)境框架，指出一個完整的智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)以學(xué)習(xí)者為核心，從內(nèi)到外包含學(xué)習(xí)者體驗、數(shù)字學(xué)習(xí)支持技術(shù)、學(xué)習(xí)情境要素、教與學(xué)邏輯關(guān)系四個層次[13]。在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中，人們能夠進(jìn)行4A&3E學(xué)習(xí)[14]。智慧學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)過程密不可分，也包括物質(zhì)和非物質(zhì)兩個方面，研究將綜合考慮學(xué)習(xí)情境、AI時代的教育問題、教與學(xué)的需求、教與學(xué)方式變革及師生體驗、5G時代的人工智能技術(shù)等多方因素，應(yīng)用指數(shù)思維來創(chuàng)設(shè)AI支持下的學(xué)習(xí)環(huán)境，利用多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)成要素通過開展多點發(fā)散的學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)，為不同條件、不同需求的學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)建提供路向。

（一）構(gòu)建指數(shù)型（ET）智慧學(xué)習(xí)環(huán)境模型

構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境可從物理構(gòu)成及其構(gòu)成要素關(guān)系兩個維度展開，物理構(gòu)成方面已有研究指出智慧學(xué)習(xí)環(huán)境基本結(jié)構(gòu)包括：數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲模塊、計算模型或者代理模塊、用戶數(shù)據(jù)采集模塊、課程內(nèi)容模塊、智能決策模塊以及用戶交互模塊等[15]。目前，學(xué)習(xí)環(huán)境的物理構(gòu)成隨著5G+AI的加持，使得智慧學(xué)習(xí)環(huán)境更加適宜自主、合作、個性化學(xué)習(xí)的開展。指數(shù)思維強調(diào)多點發(fā)散，無形中催生了學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)成要素的指數(shù)型嬗變，因此，基于現(xiàn)有的物理基礎(chǔ)設(shè)計指數(shù)型智慧學(xué)習(xí)環(huán)境（以下簡稱ET智慧學(xué)習(xí)環(huán)境）的構(gòu)建模型，有利于按需創(chuàng)設(shè)多模態(tài)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，克服傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境的弊端。如圖4所示，指數(shù)型（ET）智慧學(xué)習(xí)環(huán)境包含五個模塊，可通過五個步驟來構(gòu)建，即首先要以學(xué)習(xí)者為中心建設(shè)教學(xué)需求分析模塊，使得學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)以需求為導(dǎo)向;其次，需要創(chuàng)設(shè)基礎(chǔ)信息輸入模塊，包括教與學(xué)的各種信息及過程性學(xué)習(xí)資料等;第三步建設(shè)指數(shù)型設(shè)計模塊，該模塊包含信息化環(huán)境基礎(chǔ)分析、信息技術(shù)應(yīng)用分析、學(xué)習(xí)環(huán)境要素結(jié)構(gòu)分析等，其中學(xué)習(xí)環(huán)境要素結(jié)構(gòu)隨著技術(shù)的變化，會不斷地更迭，發(fā)散性衍射出多種多樣的學(xué)習(xí)環(huán)境結(jié)構(gòu)。第四步，建設(shè)用戶體驗分析模塊，詳細(xì)獲取學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)環(huán)境的應(yīng)用體驗，并收集相關(guān)數(shù)據(jù)，以備智能分析應(yīng)用。第五模塊需要其他模塊的過程性數(shù)據(jù)，借助AI技術(shù)進(jìn)行智能分析，并將數(shù)據(jù)實時反饋至其他模塊，同時為教學(xué)提供教學(xué)評價。該模型有利于以技術(shù)為作用點，發(fā)揮技術(shù)的指數(shù)級倍增效應(yīng)，建構(gòu)多模態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境。ET智慧學(xué)習(xí)環(huán)境=ILE（Intangible Learning Environment）+PLE（Physical Learning Environment）即非物質(zhì)學(xué)習(xí)環(huán)境+物理學(xué)習(xí)環(huán)境。模塊一、四、五構(gòu)建ILE;模塊二、三構(gòu)建PLE。

（二）多模態(tài)指數(shù)型智慧學(xué)習(xí)環(huán)境

基于ET智慧學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建模型（如圖4所示），通過變換學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)成要素，根據(jù)用戶需求，可動態(tài)衍生建構(gòu)多模態(tài)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。圖5為五種衍生而成的學(xué)習(xí)環(huán)境案例。表1則闡明了衍生學(xué)習(xí)環(huán)境的要素。

1. 5G時代的AI全息學(xué)習(xí)環(huán)境

20世紀(jì)40年代全息投影技術(shù)就已經(jīng)進(jìn)入人們的視野，時至今日，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于博物館、紀(jì)念館、展覽館、專賣店等場館的場景再現(xiàn)[16]。5G時代技術(shù)成本呈指數(shù)級下降，科幻影視作品中常見的全息影像技術(shù)（HD）將大放異彩，這種立體成像技術(shù)可使觀看者從不同角度觀察甚至進(jìn)入影像內(nèi)部。2014年5月19日，HD技術(shù)再現(xiàn)了已逝歌星邁克爾·杰克遜熱舞場景，技驚四座[17]。

應(yīng)用場景：全息影像技術(shù)基于5G網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合人工智能終端、設(shè)備等能夠增強教學(xué)實景應(yīng)用，即AR（增強現(xiàn)實技術(shù)）。利用智能終端、AI學(xué)伴便可為學(xué)生在家構(gòu)建虛實結(jié)合的學(xué)習(xí)環(huán)境，AI家教既可以是智能機器，也可以是真人全息影像。AI助教、AI助理、實驗助理、學(xué)習(xí)空間、實驗耗材都可以通過全息影像技術(shù)與現(xiàn)實的學(xué)習(xí)環(huán)境相融合，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)建虛實混合的學(xué)習(xí)環(huán)境。AI全息學(xué)習(xí)環(huán)境中教師可以分身，資源可以共享，學(xué)習(xí)環(huán)境在虛實之間可靈活變化，使得教育多類型主體（學(xué)生、教師、家長、管理者、教育企業(yè)人員）相互配合，為教與學(xué)提供全方位服務(wù)與支持。該學(xué)習(xí)環(huán)境中每一個個體既是學(xué)習(xí)者，也是創(chuàng)作者。同時，教與學(xué)的資源、教學(xué)效果等都將呈現(xiàn)指數(shù)級增長。

適宜學(xué)習(xí)：遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)等。

2. 5G時代的AI沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境

浸入式學(xué)習(xí)環(huán)境為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)語言環(huán)境，幫助學(xué)習(xí)者感知學(xué)習(xí)情境，體驗學(xué)習(xí)過程。

應(yīng)用場景：基于5G云平臺的AR、VR、XR等智能技術(shù)能夠創(chuàng)設(shè)更多的浸入式學(xué)習(xí)環(huán)境，結(jié)合可穿戴設(shè)備如智能手環(huán)、智能鞋、谷歌眼鏡、智能手表、第六感系統(tǒng)等為地理、生物、科學(xué)等多學(xué)科教學(xué)提供便利。同時，通過邊緣云服務(wù)器，可以極大地降低時延，使得虛擬環(huán)境與真實的教學(xué)場景無縫銜接，場景物聯(lián)為學(xué)習(xí)者提供真實的臨場感體驗。

適宜學(xué)習(xí)：自主學(xué)習(xí)、語言類學(xué)習(xí)等。

3. 5G時代AI深度交互學(xué)習(xí)環(huán)境

基于5G云平臺可創(chuàng)建課堂內(nèi)外深度交互學(xué)習(xí)環(huán)境。人工智能環(huán)境下的人—機、人—人及人—機—物等多模態(tài)交互，能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者對知識與能力的深度學(xué)習(xí)與理解，在對深層知識的挖掘、傳輸、學(xué)習(xí)與吸收中，知識背景的深層挖掘?qū)τ谥R的理解意義深遠(yuǎn)，并將由此引發(fā)深度學(xué)習(xí)[18]。

應(yīng)用場景：班牌終端、移動展示終端、互動教學(xué)終端、錄播設(shè)備和反饋終端等多應(yīng)用于課內(nèi)交互學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建，而智能平板、智慧學(xué)習(xí)筆、邊緣分布云平臺、智能手機、教育機器人等既可用于課內(nèi)，也可用于課外的交互學(xué)習(xí)環(huán)境中。

適宜學(xué)習(xí)：合作學(xué)習(xí)、研討學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)等。

4. 5G時代AI全場域聯(lián)通學(xué)習(xí)環(huán)境

勒溫的社會學(xué)場域理論認(rèn)為人的行為主要受到個體和環(huán)境兩個變量的影響，所以，學(xué)習(xí)行為必須建立在學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)環(huán)境之上，5G為人工智能插上翅膀的同時，也為學(xué)習(xí)者構(gòu)建全場域互聯(lián)互通學(xué)習(xí)環(huán)境提供了條件。所謂全場域聯(lián)通，是指包括社會、家庭、學(xué)校、企業(yè)、場館、研究機構(gòu)，甚至城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村以及自然界的萬物互聯(lián)。

應(yīng)用場景：5G是基礎(chǔ)，AI是動力，即基于5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，借助人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及各種感應(yīng)終端，山川河流亦可傳遞大量數(shù)據(jù)，全場域聯(lián)通將極大地提升學(xué)習(xí)環(huán)境的智能化水平。例如：5G時代場館建設(shè)將從硬件建設(shè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向轉(zhuǎn)變，為場館智慧學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件，“永不閉館”的博物館、科技館成為現(xiàn)實。通過語音或視頻平臺、智能手機打造“流動博物館、科技館”。場館智慧學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)將更加個性化，強調(diào)學(xué)習(xí)體驗[19]。并利用區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)教與學(xué)的數(shù)據(jù)分布式存儲和點對點傳播。在信息安全的前提下保證了全場域的互聯(lián)互通。

適宜學(xué)習(xí)：研究性學(xué)習(xí)、實踐體驗性學(xué)習(xí)、專業(yè)技能學(xué)習(xí)等。

5. 5G時代AI小私域智能學(xué)習(xí)環(huán)境

5G時代的萬物互聯(lián)為學(xué)生構(gòu)建極富個性化的小私域智能學(xué)習(xí)環(huán)境。智能桌椅、智能文具、智能書包、智能校服、智能護(hù)眼燈、智能筆等生活與學(xué)習(xí)用品互相聯(lián)通，不再是簡單的工具，而成為具有特定思維、能計算、能服務(wù)的動態(tài)學(xué)習(xí)資料，與助學(xué)機器人相結(jié)合，更能將諸多學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)及時分析與推送，為學(xué)習(xí)者提供小范圍的助學(xué)服務(wù)[14]。

應(yīng)用場景：智能監(jiān)控與家長的智能手機互聯(lián)互通，是小私域智能學(xué)習(xí)環(huán)境對外聯(lián)通的一個接口，其功能將遠(yuǎn)超監(jiān)視，更多在于智能監(jiān)控。小私域智能學(xué)習(xí)環(huán)境能夠很好地解決智能學(xué)習(xí)環(huán)境的安全問題，重要的私屬信息可以在該學(xué)習(xí)環(huán)境下安全流通與存儲。利用5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，為小私域智能學(xué)習(xí)環(huán)境專設(shè)服務(wù)云，能夠保證該學(xué)習(xí)環(huán)境內(nèi)外信息的高速傳輸與安全交互。

適宜學(xué)習(xí)：自主學(xué)習(xí)、專業(yè)化學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)等。

六、結(jié)? ?語

可以預(yù)測以人工智能為代表的新時期學(xué)習(xí)環(huán)境必將成為融合學(xué)校、家庭、社區(qū)、企業(yè)等多方要素的綜合環(huán)境，成為5G時代人工智能支持下的新型教育生態(tài)的重要組成部分。但如何構(gòu)建滿足多種教學(xué)需求、具備不同功能和特長的學(xué)習(xí)環(huán)境，仍然是困擾教育者的一大難題，指數(shù)思維為技術(shù)支持的學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)探尋了突破口，5G+AI助力下的學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)呈現(xiàn)出指數(shù)型發(fā)展趨勢。因此，研究ET智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)與應(yīng)用既是指數(shù)思維指導(dǎo)教育變革的實踐探索，又為研究智慧教育提供了新路向。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 李葆萍，江紹祥，江豐光，陳恍.智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的研究現(xiàn)狀和趨勢——近十年國際期刊論文的內(nèi)容分析[J].開放教育研究，2014（10）：111-119.

[2] 搜狗百科.學(xué)習(xí)環(huán)境[DB/OL].（2017-03-08）[2021-04-13].https：//baike.sogou.com/v680774.htm？fromTitle=%E5%AD%A6%E4%B9%A0%E7%8E%AF%E5%A2%83.

[3] 何克抗.建構(gòu)主義——革新傳統(tǒng)教學(xué)的理論基礎(chǔ)（上）[J].電化教育研究，1997（3）：3-9.

[4] 項立剛.5G時代——什么是5G，它將如何改變世界[M].北京：中國人民大學(xué)出版社，2019.

[5] 在線漢語詞典.成均[DB/OL].[2020-09-22].http：//xh.5156edu.com/html5/164678.html.

[6] 新華網(wǎng).華為2020共贏未來全球線上峰會[EB/OL].[2020-07-28].https：//news.sina.com.cn/o/2020-07-28/doc-iivhvpwx7948087.shtml.

[7] 高婷婷，郭炯.人工智能教育應(yīng)用研究綜述[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2019（1）：11-17.

[8] 任友群.人工智能的教育視角初探[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2018（5）：39.

[9] 李開復(fù)，王詠剛.人工智能[M].北京：文化發(fā)展出版社，2017.

[10] 褚樂陽，陳衛(wèi)東.重塑體驗：擴展現(xiàn)實（XR）技術(shù)及其教育應(yīng)用展望——兼論“教育與新技術(shù)融合”的走向[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2018（12）：17-37.

[11] 鐘啟泉.學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計：框架與課題[J].教育研究，2015（1）：113-121.

[12] 北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院.2015智慧學(xué)習(xí)環(huán)境白皮書[R/OL].（2015-09-21）[2021-04-13].http：//sli.bnu.edu.cn/a/yanjiuchengguo/yanjiubaogao/2016/0425/168.html.

[13] 黃榮懷，楊俊鋒，胡永斌.從數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境到智慧學(xué)習(xí)環(huán)境——學(xué)習(xí)環(huán)境的變革與趨勢[J].開放教育研究，2012（2）：75-84.

[14] 北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院.2016中國智慧學(xué)習(xí)環(huán)境白皮書[R/OL].（2017-05-25）[2021-04-13]. http：//www.edu.cn/xxh/xy/jyjs/201706/t20170602_1521280.shtml.

[15] 于長虹.智慧校園智慧服務(wù)和運維平臺構(gòu)建研究[J].中國電化教育，2015（8）：16-20.

[16] 趙亮.三維全息影像成像原理和產(chǎn)品探析[J].科技信息，2011（10）：623.

[17] 百度百科.全息影像技術(shù)[DB/OL].（2019-08-21）[2021-04-13].https：//baike.baidu.com/item/%E5%85%A8%E6%81%AF%E5%BD%B1%E5%83%8F%E6%8A%80%E6%9C%AF/7678324？fr=aladdin#reference-[2]-2600827-wrap.

[18] 杜娟，李兆君，郭麗文.促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的信息化教學(xué)設(shè)計的策略研究[J].電化教育研究，2013（10）：14-20.

[19] 詹青龍，楊夢佳，郭桂英.CIT：一種智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計范式[J].中國電化教育，2016（6）：49-57.