☆董麗

（西華師范大學教育學院，四川南充637002）

可穿戴技術對高等教育改革的應用探究

☆董麗

（西華師范大學教育學院，四川南充637002）

隨著高校的擴張，高等教育提高升學率的同時也帶來一些矛盾和沖突。可穿戴技術作為信息技術的一種，應用于高等教育中，通過深度挖掘學習和教學過程中的大數(shù)據(jù)、促進學生知識的意義建構、為學生定制個性化教學方式、輔助教學評估等推動了高等教育信息化的發(fā)展，為高等教育改革提供新的路徑。

高等教育；可穿戴技術；教育信息化；大數(shù)據(jù)；知識構建

一、可穿戴技術

可穿戴技術［1］（wearable computer）是指一種個人移動計算系統(tǒng)，可以穿戴在身上與使用者緊密結合，與外界密切交互，具有傳統(tǒng)計算機所不具備的屬性和交互方式與功能。

第一代可穿戴設備是數(shù)學家Edward O于1960年制造的，索普和克勞德·香農(nóng)組成電腦計時器并藏在香煙包裝或在鞋上。［2］1980年以來，隨著技術的發(fā)展，個人電腦的大小和重量都不斷減少，從而不斷使“穿”這些設備成為可能。近年來，隨著高性能的傳感器和微處理器的不斷發(fā)展，可穿戴設備具有更小的空間需求和低耗電，并且能夠自動捕獲數(shù)據(jù)，同時與環(huán)境進行交互。［3］用戶可以隨身佩戴可穿戴設備，如：結合了科技元素的手表、眼鏡、頭盔、背包，等等?？纱┐髟O備是一個向用戶提供信息，時時與環(huán)境進行交互的電子設備。可穿戴計算機的好處在于其便捷性、即時性和整合性。可穿戴設備通過追蹤個人的行為模式，采集數(shù)據(jù)，進行分析，并給出個性化的建議。目前的可穿戴設備主要有智能眼鏡和智能手表手環(huán)等。

智能眼鏡［4］的代表產(chǎn)品主要是谷歌智能眼鏡（Google Glass），基于Android操作系統(tǒng)運行的，可以用語音操作，也可以視覺控制。在佩戴者視線上會有一個光標，向上看能與光標互動，查看天氣，發(fā)信息，做智能手機能做的事，除了智能手機功能，它還能與環(huán)境互動，增強現(xiàn)實。與此同時，索尼在2014年推出一款智能眼鏡（Smart Eyeglass），與谷歌眼鏡類似，也可以實時顯示信息，不同的是，它的鏡片是透明的，更像傳統(tǒng)的眼鏡。

智能手表，是將手表內(nèi)置智能化系統(tǒng)、裝載智能手機系統(tǒng)并連接網(wǎng)絡以實現(xiàn)類似智能手機的多功能手表，能同步手機中的電話、短信、郵件、照片、音樂等。蘋果、三星、谷歌等科技巨頭都已在2013年年底發(fā)布智能手表。目前，市面上的智能手表［5］可大致分為兩種：一種是不帶通話功能的：依托連接智能手機而實現(xiàn)多功能，能同步操作手機中的電話、短信、郵件、照片、音樂等；另一種是帶通話功能的：支持插入SIM卡，本質上是手表形態(tài)的智能手機。市面上大部分的智能手表使用Android系統(tǒng)。

智能手環(huán)是一種穿戴式智能設備。通過這款手環(huán)，用戶可以記錄日常生活中的鍛煉、睡眠、還有飲食等實時數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)與手機、平板、iPod Touch同步，起到通過數(shù)據(jù)指導健康生活的作用［6］。智能手環(huán)內(nèi)置低功耗藍牙4.0模塊，可以與手機、平板、PC客戶端進行連接，可以隨時隨地設置身高、體重、步幅等信息和上傳運動數(shù)據(jù)。另外，智能手環(huán)還具備社交網(wǎng)絡分享功能，比如：用戶可以將睡眠質量、飲食情況和鍛煉情況以及心情記錄等通過綁定微博等社交網(wǎng)絡進行分享［7］。

二、高等教育與技術

高等教育［8］是在完成中等教育的基礎上，由大專及以上院校等教育機構進行的專業(yè)教育，是培養(yǎng)高級專門人才的社會活動。我國的高等教育分為普通高等教育、成人教育和在職教育，我們研究的主要是普通高等教育。近年來，隨著高校的擴招，提高了高中升學率，實現(xiàn)了大多數(shù)人的大學夢，提升了整體國民素質，推遲初就業(yè)時間，為國家緩解了就業(yè)壓力，實現(xiàn)了教育階段性的飛躍，與此同時，也帶來了不少沖突和矛盾。伴隨高等教育大眾化和精英教育的沖突，出現(xiàn)的數(shù)量和質量的矛盾：高等教育功能偏離而出現(xiàn)的過分重視其社會服務功能，反而弱化了原本的教學與科學研究功能；追求效率優(yōu)先與如何兼顧公平之間的矛盾。［9］為了解決出現(xiàn)的矛盾和沖突，必須進行教育改革。

教育信息化［10］是指在教育領域（教育管理、教育教學和教育科研）全面深入地運用現(xiàn)代信息技術來促進教育改革與發(fā)展的過程。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中對教育信息化進行了全面部署，指出高等教育信息化需要破解的難題是實現(xiàn)信息技術與高等教育的深度融合，通過課程與專業(yè)數(shù)字化、科研與教學結合、網(wǎng)絡環(huán)境下的項目學習等方法，促進高校人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新和科研組織模式的創(chuàng)新。［11］技術融合于教育教學，促進學生全面發(fā)展，助力破解各級各類教育改革和發(fā)展的難點問題，促進教育公平、提高教育質量和建設學習型社會戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)，是技術對教育產(chǎn)生革命性影響的重要體現(xiàn)。

可穿戴技術作為新興技術的一種，雖然在教育應用中只是初露鋒芒，但它對高等教育教學改革的影響不可小覷。2013年谷歌眼鏡被用于醫(yī)學院學生在不同場景中探索心血管的練習，以此來促進他們的學習并取得了很好的成績。［12］阿肯色州的醫(yī)學科學領域專家在大學開展的可行性研究，通過智能眼鏡記錄教學過程，通過無線和藍牙傳輸?shù)浇淌?，通過流媒體直播教學視頻。其他使用智能手機、平板電腦或個人電腦的學生也可以接收視頻進行學習。［13］由此可見，它對于解決高等教育中質量與數(shù)量、教學與服務、效率與公平等矛盾的解決開辟了一條獨特的路徑。

三、可穿戴技術在高等教育教學改革中的探究

1.大數(shù)據(jù)的獲取，提供學習分析的依據(jù)

大數(shù)據(jù)是指需要經(jīng)過先進的處理算法進行處理的結構化和非結構化的數(shù)據(jù)。教師或學生佩戴可穿戴計算機進行上課，通過智能眼鏡或智能手表獲取課堂實時數(shù)據(jù)，以供學生和教師查看并以此來分析學習過程中出現(xiàn)的問題以及疑難點等。獲取的數(shù)據(jù)主要分為概念數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)。

概念數(shù)據(jù)：通過可穿戴計算機可以監(jiān)控教師上課幻燈片展示的知識點，并捕獲每個知識點講授和展示的時間及日期，上課學生的人數(shù)以及回答課堂問題的時間和次數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以以文檔的形式存儲。授課人員可以隨時通過查看文檔確切了解當時授課情況。

視頻數(shù)據(jù)：教師佩戴智能眼鏡捕獲上課視頻，包括學生回答問題等整個教學活動，數(shù)據(jù)可以經(jīng)過其他設備進行加工處理。如運用心率監(jiān)視器來檢測學生心率情況，以此來評估學生的學習壓力以及疑難知識點等。

音頻數(shù)據(jù)：可穿戴計算機可以記錄課堂音頻數(shù)據(jù)，音頻記錄不僅對于在線學習的學生很適用，而且可以通過記錄過程中學習討論等雜音察覺到學生對所學知識的反映，這些雜音的持續(xù)時間對教師具有較大價值。

瓦倫西亞理工大學運用可穿戴設備來獲取學生課堂學習過程中的大數(shù)據(jù)，他們使用智能手機來投影并記錄幻燈片放映進度并且準確獲取每張幻燈片放映時間，教授通過佩戴智能眼鏡來獲取學生的視頻信息，記錄上課過程中提出的問題及回答情況；通過智能手表來獲取學生在考試過程中每道題思考的時間以及答題的速度及準確率，并且隨時通過獲取的信息來更新學生學習成果。

2.深度挖掘并分析數(shù)據(jù)，提供個性化學習

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、電路集成等技術發(fā)展，可穿戴計算機可以獲取更多的數(shù)據(jù)，通過深度挖掘數(shù)據(jù)并分析數(shù)據(jù)，可以對學生個體進行檢測，分析學習過程中的情感狀態(tài)如焦慮等，以及概念掌握情況，知識建構框架，并有針對性地解決出現(xiàn)的問題，教師也可以根據(jù)每位學生的數(shù)據(jù)分析結果定制一套適合學生個人的個性化學習方式，極大地提高了學習效率，拓寬了學生的知識面，而且學生對知識的掌握程度也是傳統(tǒng)教學無法比擬的。目前，高等教育主要采用了以下幾種設備來收集用戶情緒狀態(tài)的數(shù)據(jù)：攝像頭、集成麥克風、Kinect的面部特征提取、傳感器、心電圖、GSR和呼吸速率傳感器。［14］在不同的活動中都有學生的情感反應，如：小組討論、回答問題、組織活動以及考試等這些過程都可以用來監(jiān)測數(shù)據(jù)。［15］瓦倫西亞理工大學開發(fā)了一個監(jiān)控面板系統(tǒng)，應用定制的深度數(shù)據(jù)挖掘工具來跟蹤工程專業(yè)學生施工過程中所需的知識。［16］

3.創(chuàng)新知識互動模式，完成知識意義建構

大學課堂上，教師和學生佩戴可穿戴計算機，可以控制幻燈片的演示，前進或后退，自動獲取每頁幻燈片停留的時間，由于可穿戴計算機的便攜性，教師和學生可以在教學環(huán)境中自由移動，完成多種教學活動，小組討論、小組實驗過程、問題解決等互動方式，都可以被可穿戴設備智能獲取。通過專門技術處理獲取數(shù)據(jù)，最后反饋給教師，教師可以根據(jù)反饋信息，了解學生學習過程中的疑難點，最后給學生提供個性化的指導，進而促使學生對知識進行意義建構。

對學生而言，學生可以通過佩戴智能手表或智能眼鏡記錄教學過程，獲取學生對問題的理解以及教師所布置的作業(yè)等信息數(shù)據(jù)，可以在課后通過計算機設備自由觀看，更進一步查漏補缺，促進學習。同時，也適應于生物專業(yè)學生野外實地考察，佩戴智能眼鏡，對于不認識生物，智能眼鏡會自動在屏幕上顯示關于生物的介紹。從而拓寬學生的知識面，有效完成知識建構。這類似于醫(yī)院醫(yī)生為病人看病時，可以查看病人的醫(yī)療檔案。這一點在醫(yī)學教學中已經(jīng)得到應用，上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院骨科梁裕教授用Google眼鏡成功完成頸椎前路手術的術中攝錄和轉播。40分鐘的手術全程都通過Google眼鏡以主刀醫(yī)生的視角（又稱“第一視角”）清晰地傳輸?shù)礁黝悢?shù)字終端，方便年輕醫(yī)生和實習醫(yī)生實時了解手術細節(jié)、學習手術技巧和操作，并及時與手術者互動，瑞金醫(yī)院每年承擔大量實習帶教、住院醫(yī)師規(guī)范化培訓以及進修生帶教等教學任務，可穿戴數(shù)碼裝置因體積小、易穿戴，優(yōu)點明顯，“第一視角”的轉播更有手術場景的代入感，獲得良好的交互教學效果［17］。

4.輔助教學評估，提供及時反饋

教師在授課開始的前幾分鐘，可以通過智能眼鏡的人臉識別技術查看教室學生出勤率，新開發(fā)的智能眼鏡增加拍照功能，除此之外，數(shù)據(jù)庫中存有學生的信息，智能眼鏡獲取教師上課數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡傳輸至數(shù)據(jù)庫進行比配，并在短時間內(nèi)得到反饋，教師便可對學生上課情況一目了然，尤其適用于上課人數(shù)較多的公共課程。

佩戴可穿戴計算機設備，可以記錄學生在課堂互動、課下交流、實時考試情況等信息。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，教師可以對學生的學習進行評估，這類似于檔案袋評價方式，但卻節(jié)省了整理學生學習資料檔案的時間，并且真實有效地記錄當時的情況，使評價結果更準確。根據(jù)評價結果，教師將會對學生是否正確理解主題知識以及哪些主題知識需要重新復習有更準確的判斷，并能給予學生有效的反饋。

在我們平時的考試中，主要的形式就是閉卷筆試形式，由于受到各方因素影響，這種方式測得的結果不盡準確并且耗時耗力，運用可穿戴設備進行在線練習并且回答問題，每人都是通過系統(tǒng)智能分配問題，在可穿戴設備對所測學生進行數(shù)據(jù)獲取后，就可以對學生進行評估，這種方式不僅準確率極高，而且所用時間較短。此外，對可穿戴設備數(shù)據(jù)挖掘技術可以應用于評估給定概念的知識構建。如果學生長時間觀察一個問題和改變選項的反應次數(shù)，就表明該學生對該知識還沒有完全把握。當佩戴智能眼鏡的教師看一個學生時，監(jiān)控小組會將挖掘到的數(shù)據(jù)分析結果呈現(xiàn)給教師，教師可以立即意識到部分學生在完成任務過程中遇到的困難。［18］

四、總結

我們現(xiàn)在處于信息發(fā)展時代，信息技術已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面，對我們的生活方式、學習方式形成很大的影響。高等教育作為教育的重要組成部分勢必會受到信息化發(fā)展的影響，以教育信息化推動教育現(xiàn)代化進程打破制約我國高等教育發(fā)展的瓶頸，促進教育的創(chuàng)新與變革勢在必行。教育信息化的發(fā)展給高等教育帶來的將是革命性的變革。

教育信息化主要目標就是積極應用信息技術，深入開發(fā)、廣泛利用信息資源，培養(yǎng)適應信息社會要求的創(chuàng)新人才。可穿戴技術作為信息技術的一種，將它與教育相結合，獲取學生學習過程中的大數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)的分析為學生定制個性化的教學方式，完成知識的意義建構，對于創(chuàng)新教學互動模式，推動教育信息化的發(fā)展，加速高等教育改革具有重要意義。然而，它在教育領域的應用才剛剛開始，還沒有成熟，諸多功能還有待實現(xiàn)，包括分析數(shù)據(jù)得出學生的心理動態(tài)、情感狀況等都仍處于開發(fā)階段，還有待驗證，但只要我們大膽設想，合理運用技術，將可能極大程度提高教學效率，有效推動高等教育改革的最優(yōu)化。

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［18］Rackspace.The human cloud：wearable technology from novelty to production.A social study into the impact of wearable technology［DB/OL］. http：//www.rackspace.co.uk/humancloud，2013，10.

［編輯：鄭方林］

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