張國云 楊文正 趙梅

摘要：“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心，技術(shù)為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)提供支持。教育APP是技術(shù)與學(xué)習(xí)融合的產(chǎn)物，其開發(fā)與應(yīng)用必然隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷改進(jìn)。該文從“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”視角分析了以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、三維計(jì)算和人工智能為代表的新興技術(shù)在教育APP中的應(yīng)用概況，深度闡述了5種新興技術(shù)在教育APP中的應(yīng)用前景，旨在從技術(shù)變化視角來預(yù)判教育APP的發(fā)展趨勢。分析得出：（1）以射頻識別為主的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將促進(jìn)教育APP對學(xué)習(xí)情境信息的自動感知，實(shí)現(xiàn)根據(jù)學(xué)習(xí)情境的動態(tài)變化為用戶提供智能化的學(xué)習(xí)支持服務(wù)；（2）云計(jì)算技術(shù)將促進(jìn)教育APP向開源化、微云化和增效功能方向發(fā)展，為用戶提供按需自助的學(xué)習(xí)服務(wù)；（3）大數(shù)據(jù)技術(shù)可以增強(qiáng)教育APP對用戶學(xué)習(xí)行為的動態(tài)反饋和預(yù)測功能，為用戶的個(gè)性化學(xué)習(xí)提供精準(zhǔn)服務(wù)；（4）以虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)為主的三維計(jì)算技術(shù)可以為教育APP用戶構(gòu)建立體化學(xué)習(xí)場景，增強(qiáng)用戶的學(xué)習(xí)臨場感和沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)；（5）人工智能技術(shù)將增強(qiáng)教育APP對學(xué)習(xí)者情緒的感知能力和“自然”交互體驗(yàn)，使教育APP具有“智能導(dǎo)師”和“擬人類意識化”的功能，促使其向智慧型教育APP方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：技術(shù)賦能學(xué)習(xí)；教育APP；物聯(lián)網(wǎng)；云計(jì)算；大數(shù)據(jù)；三維計(jì)算；人工智能

一、“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”的內(nèi)涵

“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”的觀點(diǎn)源自2010年美國聯(lián)邦教育部教育技術(shù)辦公室頒布的《國家教育技術(shù)規(guī)劃》（National Educational Technology Plan，NETP）。NETP2010的主題為“變革美國教育：以技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”（Transforming American Education：Learning Powered by Technology），其愿景旨在強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心，技術(shù)為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)提供支持。NETP2010首次提出了一個(gè)“技術(shù)賦能的學(xué)習(xí)”模型，該模型突出了在以技術(shù)為支撐的時(shí)代，教育必須以學(xué)習(xí)者為中心，將學(xué)習(xí)者作為分析和設(shè)計(jì)整個(gè)學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的“邏輯起點(diǎn)”，技術(shù)應(yīng)成為學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的組成部分而非作為教育應(yīng)用中的孤立技能而存在，所有的教育技術(shù)都將緊緊圍繞學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動而展開。作為“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”觀點(diǎn)的延伸，NETP2016（主題為“為未來做準(zhǔn)備的學(xué)習(xí)：重塑技術(shù)在教育中的角色”（Future Readv Learning：Reimagining the Role of Technology in Education））進(jìn)yi 步指出：“技術(shù)是推動學(xué)習(xí)變革的強(qiáng)大動力，它能夠幫助重建和提升師生關(guān)系，重塑學(xué)習(xí)和協(xié)作方式，能夠提供適應(yīng)性學(xué)習(xí)體驗(yàn)以滿足學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求”?！凹夹g(shù)賦能學(xué)習(xí)”體現(xiàn)了技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用從“技術(shù)為主”的導(dǎo)向到“學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)”導(dǎo)向的轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)了人們對技術(shù)價(jià)值的理解從最初強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者“學(xué)會使用技術(shù)”到“應(yīng)用技術(shù)學(xué)習(xí)”，再到“利用技術(shù)變革學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變過程。

語義層面，“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”泛指技術(shù)為人類學(xué)習(xí)賦予某種能力或能量，以更好地實(shí)現(xiàn)個(gè)體的學(xué)習(xí)目的；特指采用合適的技術(shù)支持學(xué)習(xí)者解決學(xué)習(xí)問題的能力，其目的在于改善學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)績效（學(xué)習(xí)的效率、效果和效益）。例如，技術(shù)改變了人類學(xué)習(xí)的時(shí)空結(jié)構(gòu)，使“人人能學(xué)、時(shí)時(shí)能學(xué)、處處能學(xué)”成為可能；技術(shù)豐富了信息表現(xiàn)/知識表征的形式，改變了學(xué)習(xí)資源的分布形態(tài)，為學(xué)習(xí)主體提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持服務(wù)；技術(shù)支持師生和數(shù)據(jù)、內(nèi)容、資源之間的無縫連接，有助于學(xué)習(xí)者與教師、資源、內(nèi)容和學(xué)習(xí)伙伴之間進(jìn)行全向互動；技術(shù)能為學(xué)習(xí)者構(gòu)建逼真的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)情景和智能化學(xué)習(xí)環(huán)境；技術(shù)促使人們對“有效學(xué)習(xí)”及其影響因素的理解更加透徹等?！凹夹g(shù)賦能的學(xué)習(xí)”特別聚焦于使用技術(shù)變革學(xué)習(xí)體驗(yàn)和支持學(xué)習(xí)者進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)，通過個(gè)性化體驗(yàn)幫助學(xué)習(xí)者更多地參與學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)習(xí)者更好地實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)，有效促進(jìn)學(xué)習(xí)者的個(gè)性化成長。

“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”的理論觀點(diǎn)是各種新興技術(shù)的逐漸成熟以及教育領(lǐng)域強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心價(jià)值取向相結(jié)合的產(chǎn)物，其凸顯了以學(xué)習(xí)者為中心，以新興技術(shù)為支撐的當(dāng)代教育變革取向。作為國際教育信息化發(fā)展方向標(biāo)的美國《地平線報(bào)告（高等教育版）》最新預(yù)測顯示：物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、三維計(jì)算、人工智能5種新興技術(shù)對教育發(fā)展具有持久和深刻的影響，引領(lǐng)技術(shù)變革教育的總趨勢。技術(shù)變革教育的根本核心在于“利用技術(shù)變革學(xué)習(xí)”，方興未艾的新興技術(shù)必然會引起學(xué)習(xí)者認(rèn)知方式、學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)生態(tài)發(fā)生意義深遠(yuǎn)的改變。5種新興技術(shù)賦能學(xué)習(xí)關(guān)系模型如圖1所示。

新興技術(shù)的持續(xù)發(fā)展給“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”增添新的內(nèi)容，不斷豐富其內(nèi)涵。例如，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，其主要功能是實(shí)現(xiàn)物與物之間連接，通過嵌入式感知技術(shù)進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)的收集?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的感知能力主動獲取學(xué)習(xí)情境信息，根據(jù)學(xué)習(xí)情景的動態(tài)變化，為學(xué)習(xí)者提供智能化的學(xué)習(xí)服務(wù)，促使其進(jìn)行隋景式的學(xué)習(xí)；云計(jì)算作為互聯(lián)網(wǎng)“云腦”的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，通過強(qiáng)大的計(jì)算能力對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中存儲和協(xié)同處理。云計(jì)算技術(shù)能為學(xué)習(xí)者提供按需自助的學(xué)習(xí)服務(wù)，促使其主動承擔(dān)自身的學(xué)習(xí)責(zé)任，學(xué)會按照自己意愿積極、主動、創(chuàng)造性地尋求知識，而非被動學(xué)習(xí)；大數(shù)據(jù)技術(shù)對存儲在云平臺上的數(shù)據(jù)（特別是非結(jié)構(gòu)性復(fù)雜數(shù)據(jù)）進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，以挖掘數(shù)據(jù)背后隱藏的規(guī)律和價(jià)值。利用數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析技術(shù)，從學(xué)習(xí)行為軌跡、學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)中尋找學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)困難和瓶頸位置，為其提供有針對性的學(xué)習(xí)干預(yù)和個(gè)性化學(xué)習(xí)支持服務(wù)；人工智能（ArtificialIntelligence，AI）基于海量數(shù)據(jù)的收集和挖掘之上進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，從而讓計(jì)算機(jī)做出類似人的判斷與決策。人工智能與三維計(jì)算技術(shù)的結(jié)合，讓人類的大腦產(chǎn)生“錯覺”，將視覺、聽覺、嗅覺等感覺器官與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)生相互作用，有效增強(qiáng)人機(jī)交互性能，使人們在其中獲得真實(shí)感和交互體驗(yàn)?；谔摂M/±曾強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（virtual Reality/Augmented Reality，AR/VR）和人工智能技術(shù)構(gòu)建具有體驗(yàn)式、交互性和智能化的學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠極大地激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動機(jī)，給予學(xué)習(xí)者在現(xiàn)實(shí)世界中難以獲得的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，有效促進(jìn)學(xué)習(xí)者高階思維、問題解決和創(chuàng)造能力的提升。

教育APP是“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”的典型應(yīng)用，其整合了各種技術(shù)的優(yōu)勢，使學(xué)習(xí)變得移動化、社交化、游戲化、個(gè)性化和智能化，在潛移默化中逐漸改變著學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方式。作為移動計(jì)算技術(shù)和數(shù)字化學(xué)習(xí)相結(jié)合的產(chǎn)物，教育APP具有移動性、便利性、易用性、交互性和情境化的特征優(yōu)勢。目前普遍認(rèn)為，教育APP是指“運(yùn)行于智能移動終端的，能實(shí)現(xiàn)某些特定功能并能為學(xué)習(xí)者提供支持與服務(wù)的第三方應(yīng)用程序”。新技術(shù)為教育APP提供了新的支持，新的交互方式；教育APP的功能、交互界面及其提供的學(xué)習(xí)支持服務(wù)必然隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷改進(jìn)。為了深入理解新興技術(shù)與教育APP融合帶來的變化，本文從“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”視角對5種新興技術(shù)在教育APP中的應(yīng)用概況作詳細(xì)分析，深度闡述5種新興技術(shù)在教育APP中的應(yīng)用前景，藉此對教育APP的開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐提供參考。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：促進(jìn)教育APP對學(xué)習(xí)情境的智能化感知

（一）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在教育APP中的應(yīng)用概況

國際電信聯(lián)盟（International TelecommunicationUnion，ITU）將物聯(lián)網(wǎng)定義為：通過二維碼識讀、無線射頻識別（Radio Frequencv Identification，RFID）、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)通過各類傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接，達(dá)到物與物之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)物與物之間的信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)具有感知、傳輸、處理、應(yīng)用、業(yè)務(wù)5個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，感知層是物聯(lián)網(wǎng)最主要的部分，能夠洞察最細(xì)微的信息活動，是實(shí)現(xiàn)智能化感知的關(guān)鍵。自動識別技術(shù)使物聯(lián)網(wǎng)具有超越人類常規(guī)視覺、嗅覺和觸覺范圍的高靈敏度感知能力，從而實(shí)現(xiàn)對所處環(huán)境信息的全面與主動感知；傳輸層將感知層收集的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行分類管理，通過有線、無線等不同方式將信息準(zhǔn)確、可靠、有指向性地傳輸給信息處理設(shè)備，達(dá)到信息的完整傳遞；處理層對收集到的海量信息進(jìn)行協(xié)同處理，實(shí)現(xiàn)信息的多視角分析；物聯(lián)網(wǎng)為人類提供更具靈敏、智能的服務(wù)，其最終目標(biāo)是適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)智能化服務(wù)。

物聯(lián)網(wǎng)中的自動識別技術(shù)已廣泛應(yīng)用于移動教育領(lǐng)域，在教育信息獲取、傳輸、處理等方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。自動識別技術(shù)是一種高度自動化的信息采集技術(shù)，它賦予了物體智能，實(shí)現(xiàn)人與物體以及物體與物體之間的溝通和對話。自動識別技術(shù)通過對字符、影像、條碼等記錄數(shù)據(jù)的載體進(jìn)行機(jī)器自動識別，自動地獲取被識別物品的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)信息的全面感知。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和具體特征，自動識別技術(shù)可分為條碼識別、圖像識別、語音識別等具體的實(shí)現(xiàn)方式。例如，“掃描全能王”（CamScanner，CS）APP可以利用移動智能終端的攝像頭對紙質(zhì)文檔進(jìn)行拍照，生成高清晰的JPEG圖片或PDF文件，實(shí)現(xiàn)數(shù)字掃描?！皰呙枞芡酢盇PP還可利用圖像識別技術(shù)對圖片中的文字進(jìn)行識別，并快速將其轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)確率高的電子文檔，用戶還可對識別的文檔進(jìn)行編輯和校正。“題卡掃描閱卷王”APP利用條碼識別技術(shù)，通過掃描學(xué)生答題卡，實(shí)現(xiàn)試卷批改的數(shù)字化、高效化。自動識別技術(shù)融入教育APP符合移動學(xué)習(xí)的泛在性和移動性等內(nèi)在需求。

（二）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教育APP中的應(yīng)用前景

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知能力對移動學(xué)習(xí)情景信息獲取具有重要意義，為教育APP的智能化學(xué)習(xí)服務(wù)提供技術(shù)支撐。當(dāng)前多數(shù)教育APP的信息獲取主要通過調(diào)用移動智能終端攝像頭的功能，進(jìn)行二維碼或圖像掃描識別來實(shí)現(xiàn)信息的采集，往往受制于移動智能終端的硬件性能，從而難以獲得學(xué)習(xí)情境的全方位信息。未來教育APP應(yīng)以RFID技術(shù)為主，融合藍(lán)牙、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)對學(xué)習(xí)情境進(jìn)行智能化感知，主動地獲取學(xué)習(xí)情境的信息。以此，教育APP可以根據(jù)學(xué)習(xí)情境的動態(tài)變化，為學(xué)習(xí)者提供即時(shí)、連續(xù)、有效的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源，以及智能化的學(xué)習(xí)支持服務(wù)。

1.學(xué)習(xí)情境信息的全方位自動感知與主動獲取

位置（Location）、身份（Identity）、時(shí)間（Time）與活動（Activity）是移動學(xué)習(xí)情境的四個(gè)關(guān)鍵要素。在移動學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者周圍環(huán)境和學(xué)習(xí)行為狀態(tài)不可能是靜態(tài)不變的，而是一個(gè)動態(tài)變化的連續(xù)過程。通過對位置和身份信息不同時(shí)刻的屬性進(jìn)行串接和組合表征，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)情境信息獲取的連續(xù)性和動態(tài)性。如果要對學(xué)習(xí)情境做出相應(yīng)的重配置，為普適計(jì)算的上層應(yīng)用提供透明、自適應(yīng)的服務(wù)，則需要準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地感知學(xué)習(xí)者的位置和身份信息。目前教育APP中所運(yùn)用的條碼識別，圖像識別，生物識別等技術(shù)不具有位置定位和身份信息識別的綜合能力。物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)（RFID）兼具身份識別和位置信息獲取能力，并且具有高速運(yùn)動物體識別，多目標(biāo)識別和非接觸識別的功能優(yōu)勢。未來教育APP應(yīng)基于RFID技術(shù)，融合傳感器、二維碼識別等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地感知、主動獲取物體的位置、狀態(tài)等信息，為學(xué)習(xí)者動態(tài)定制適合學(xué)習(xí)情境的學(xué)習(xí)方式。

2.基于學(xué)習(xí)情境的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源智能實(shí)時(shí)推送

移動學(xué)習(xí)環(huán)境是一個(gè)動態(tài)變化的過程，只有實(shí)時(shí)感知與追蹤不斷變化的學(xué)習(xí)情境，為學(xué)習(xí)者提供情境化的學(xué)習(xí)資源，才能實(shí)現(xiàn)移動學(xué)習(xí)的連續(xù)性與生成性，提高學(xué)習(xí)成效。目前的教育APP主要通過移動智能終端的GPS、加速計(jì)、陀螺儀、重力感應(yīng)器、位移傳感器、光線感應(yīng)器功能實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)情境的感知，移動學(xué)習(xí)情境信息的感知與獲取不全面。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，RFID兼具對物體的定位與辨識功能，并有快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信息采集與處理的技術(shù)性能。未來教育APP應(yīng)基于RFID技術(shù)，使一定區(qū)域的服務(wù)器能感知移動終端信息的變化，從而為學(xué)習(xí)者主動推送更符合其學(xué)習(xí)需求的個(gè)性化資源。

3.基于學(xué)習(xí)情境的多向信息交互

當(dāng)前教育APP的信息交互主要基于移動智能終端的單一通訊方式，學(xué)習(xí)資源獲取和學(xué)習(xí)者之間的交流相對較少。物聯(lián)網(wǎng)則實(shí)現(xiàn)了“物與物、物與人、人與人”之間的多維度、多層面上的連接，增強(qiáng)了信息交互的多向性和流暢性，為學(xué)習(xí)資源共享和協(xié)同學(xué)習(xí)提供了支持。通過RFID、藍(lán)牙技術(shù)將移動智能終端與連接點(diǎn)、基站連接，構(gòu)建高度智能化泛在學(xué)習(xí)空間，為學(xué)習(xí)者社會性交互提供信息化平臺與工具。學(xué)習(xí)者通過移動智能終端的教育APP獲取資源，并根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需求尋求協(xié)同學(xué)習(xí)伙伴，進(jìn)行協(xié)作討論，有助于學(xué)習(xí)者之間形成強(qiáng)烈的對話與互動，從而提升學(xué)習(xí)者的認(rèn)知準(zhǔn)確度和加深對知識的理解。

三、云計(jì)算技術(shù)：促進(jìn)教育APP為學(xué)習(xí)者提供按需自助的學(xué)習(xí)服務(wù)

（一）云計(jì)算技術(shù)及其在教育APP中的應(yīng)用概況

云計(jì)算是分布式計(jì)算、并行計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NationalInstitute of Standards and Technology，NIST）將云計(jì)算定義為：云計(jì)算是一種資源利用的模式，它能以方便、友好、按需訪問的方式配置計(jì)算機(jī)資源池（服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲、應(yīng)用等服務(wù)），用戶只需投入較少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互，這些資源就能夠被快速提供。云計(jì)算具有強(qiáng)大的存儲能力和運(yùn)算能力，主要以基礎(chǔ)設(shè)施、軟件和平臺等形式對用戶提供“按需即用，即需即用”的服務(wù)，從而滿足了用戶的個(gè)性化需求，為其提供按需自助的服務(wù)。移動云計(jì)算是基于移動智能終端的云服務(wù)，是云計(jì)算在移動互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用拓展。基于移動云計(jì)算的教育APP能以按需、易拓展的方式，獲取來自云端的基礎(chǔ)設(shè)施、軟件、平臺等服務(wù)，使教育APP更具移動便捷性和靈活學(xué)習(xí)的優(yōu)勢。首先，基于IaaS（Infrastructure as a Service，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）將教育APP的運(yùn)算任務(wù)和數(shù)據(jù)存儲放在云端，降低了應(yīng)用程序?qū)K端設(shè)備的硬件要求，使學(xué)習(xí)者不受學(xué)習(xí)設(shè)備的限制開展移動學(xué)習(xí)；其次，移動云擺脫了時(shí)間和地點(diǎn)的限制，云存儲帶來的大量學(xué)習(xí)資源，使學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的時(shí)間通過教育APP自主地選擇學(xué)習(xí)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)；最后，基于SaaS（Softwareas a Service，軟件即服務(wù)）對教育APP進(jìn)行應(yīng)用服務(wù)接入，有助于教育APP的功能完善與個(gè)性化設(shè)計(jì)。

例如，“藍(lán)墨云班課”是一款基于云平臺的助教、助學(xué)APP?；谠朴?jì)算技術(shù)，教師可將課件、微視頻、圖片、音頻、文檔等大量教學(xué)資源轉(zhuǎn)移到云服務(wù)平臺，并推送到學(xué)生的移動智能終端上，學(xué)習(xí)者可以享受到云計(jì)算技術(shù)帶來的資源共享服務(wù)。藍(lán)墨云班課APP將學(xué)習(xí)者在線學(xué)習(xí)的時(shí)間、學(xué)習(xí)內(nèi)容、查看資源、簽到等學(xué)習(xí)行為軌跡詳細(xì)記錄在云端，形成學(xué)習(xí)者個(gè)體的過程性學(xué)習(xí)記錄，并最終以可視化形式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，如圖2所示。學(xué)生學(xué)習(xí)行為的實(shí)時(shí)記錄，為教師提供高質(zhì)量的教育大數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)的過程性考核。學(xué)習(xí)者可根據(jù)記錄隋況對自己學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使學(xué)習(xí)結(jié)果變得更可預(yù)測。

（二）云計(jì)算技術(shù)在教育APP中的應(yīng)用前景

云計(jì)算徹底改變了移動智能終端的計(jì)算與存儲方式：應(yīng)用程序運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)上的大規(guī)模服務(wù)器集群中，而不是運(yùn)行在移動智能終端設(shè)備上，用戶所處理的數(shù)據(jù)存儲在互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心而非本地。移動云計(jì)算使移動智能終端獲得云提供的彈性資源，云計(jì)算的虛擬化技術(shù)，分布式存儲與計(jì)算，以及“軟件即服務(wù)”功能將在教育APP中得到應(yīng)用，促使教育APP開發(fā)向開源化、微云化和增效功能方向發(fā)展。

1.教育APP開源化

云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，為開源軟件的應(yīng)用提供了新的契機(jī)。云計(jì)算提供的“軟件即服務(wù)”與開源軟件所提倡的“軟件免費(fèi)、以服務(wù)形式付費(fèi)”的理念不謀而合。這都促使教育APP向著開源化方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)教育APP具有更強(qiáng)的可擴(kuò)展性和靈活性。不具開源性的教育APP無法讓用戶在原有APP功能基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)習(xí)需要進(jìn)行二次開發(fā)，用戶只能通過連網(wǎng)下載學(xué)習(xí)資源到終端，且為教育APP軟件的不斷升級、更新來支付較大的費(fèi)用，使用成本較高?；谠品?wù)平臺的教育APP可充分實(shí)現(xiàn)軟件的開源化，APP架構(gòu)具有易收縮性，學(xué)習(xí)者可以自由設(shè)計(jì)虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境、構(gòu)建虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)。教育APP將所有資源和應(yīng)用程序整合在“云”端，為用戶提供“按需而用，即需即用”的服務(wù)，極大地增強(qiáng)了教育APP的靈活性和敏捷性。并且，通過具有開源性的教育APP軟件構(gòu)建虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)，為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)開放的學(xué)習(xí)環(huán)境”，通過尋找與之學(xué)習(xí)目標(biāo)相同的學(xué)習(xí)伙伴，進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)成員之間的知識分享與互助合作。

2.教育APP微云化

從技術(shù)層面講，云計(jì)算主要取決于數(shù)據(jù)的存儲能力和計(jì)算能力兩個(gè)關(guān)鍵功能。存儲云就是在“云”上提供大量服務(wù)器供用戶使用，利用分布式存儲的方式保證數(shù)據(jù)的可靠性；計(jì)算云主要通過資源虛擬化和并行計(jì)算，對“云”中的資源進(jìn)行快速優(yōu)化配置，讓用戶用較少的資源來完成更多的計(jì)算任務(wù)。當(dāng)前運(yùn)行于移動智能終端的教育APP主要受到終端設(shè)備信息處理能力低、存儲空間較小，只能訪問基于WAP協(xié)議的網(wǎng)站和多媒體功能體現(xiàn)不足等因素的限制。教育APP的微云化就是將教育APP作為一個(gè)虛擬的移動云，成為移動學(xué)習(xí)云服務(wù)的一部分，從而為學(xué)習(xí)者提供方便、可靠的學(xué)習(xí)資源或服務(wù)。微云化的教育APP可以將移動智能終端整合，構(gòu)建成一個(gè)私有APP云環(huán)境，通過數(shù)據(jù)的分布式存儲和處理實(shí)現(xiàn)信息的融合，服務(wù)的共享?；谝苿又悄芙K端搭建的移動虛擬云，教育APP可以通過調(diào)用移動智能終端的底層硬件功能（如GPS、攝像頭、麥克風(fēng)、藍(lán)牙等）記錄學(xué)習(xí)過程中的觀察內(nèi)容和體驗(yàn)素材。學(xué)習(xí)者只需在教育APP中輸入關(guān)鍵詞，即可以獲取來自“云”端的大量學(xué)習(xí)資源，自由地選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容。同時(shí)，用戶還可以在學(xué)習(xí)過程，通過終端開展討論，在既定規(guī)則下對已有的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行修改和補(bǔ)充，以實(shí)現(xiàn)教育APP學(xué)習(xí)資源的自主完善。

3.增效教育APP功能

目前多數(shù)教育APP需要將學(xué)習(xí)資源下載到本地的方式來供用戶使用，計(jì)算處理任務(wù)仍在終端來完成。不同功能類型的教育APP對移動智能終端具有選擇性，對硬件條件要求各異。對于具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、游戲化、智能化等類型的教育APP，其對移動智能終端的硬件條件要求較高，需要終端設(shè)備提供較高的運(yùn)算速度和較大的存儲空間，來保證教育APP的正常運(yùn)行。這些教育APP由于受到終端設(shè)備性能的限制，導(dǎo)致應(yīng)用程序運(yùn)算處理時(shí)間過長，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率慢，存儲空間有限等，難以保證用戶教育APP的流暢運(yùn)行，從而影響了用戶的良好學(xué)習(xí)體驗(yàn)。未來教育APP應(yīng)充分利用云計(jì)算的虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)教育APP的軟件和硬件分離，用戶只需要在虛擬層運(yùn)行軟件，不需要考慮后臺硬件資源，實(shí)現(xiàn)教育APP向真正意義上的B/C結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，大幅降低教育APP的運(yùn)行對移動終端終端的依賴程度?；谠朴?jì)算提供的PaaS服務(wù)，將教育APP的數(shù)據(jù)存儲和計(jì)算任務(wù)完全轉(zhuǎn)移到“云”端，減輕了教育APP運(yùn)行的終端負(fù)擔(dān)，提高教育APP運(yùn)行的流暢性，增強(qiáng)用戶的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

四、大數(shù)據(jù)技術(shù)：促進(jìn)教育APP為學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)提供精準(zhǔn)服務(wù)

（一）大數(shù)據(jù)技術(shù)及其在教育APP中的應(yīng)用概況

大數(shù)據(jù)技術(shù)是指一系列數(shù)據(jù)收集、存儲、管理、處理、分析、共享和可視化技術(shù)的集合，其目的是對大量的、多元的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并從中發(fā)現(xiàn)價(jià)值。大數(shù)據(jù)具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模（volume）、快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)（velocity）、多樣的數(shù)據(jù)類型（variety）和巨大的數(shù)據(jù)價(jià)值（value）特性。教育大數(shù)據(jù)則主要指學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，即通過對學(xué)習(xí)行為和過程進(jìn)行量化處理，并對學(xué)習(xí)者產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者進(jìn)行科學(xué)的個(gè)性化指導(dǎo)。教育大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)據(jù)挖掘（Educational Data Mining，EDM）和學(xué)習(xí)分析（Learning Analysis，LA）。教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析技術(shù)在教育APP中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在分析學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，提供各種學(xué)習(xí)資源和個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)三個(gè)方面。通過分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，及時(shí)掌握他們的學(xué)習(xí)狀況，為其提供更有效的學(xué)習(xí)支持服務(wù)；通過記錄、分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)特點(diǎn)和學(xué)習(xí)條件等數(shù)據(jù)，可以有效地指導(dǎo)開發(fā)各種適合學(xué)習(xí)者高效學(xué)習(xí)的資源；通過學(xué)習(xí)分析技術(shù)，將所收集到的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為不同學(xué)習(xí)者建立學(xué)習(xí)模型，描繪出學(xué)習(xí)者“肖像”和學(xué)習(xí)路徑“輪廓”，依照個(gè)性化的學(xué)習(xí)軌跡進(jìn)行學(xué)習(xí)資源等內(nèi)容的動態(tài)呈現(xiàn)，為其提供有針對性的學(xué)習(xí)指導(dǎo)。

“斬托?！笔且豢罨诖髷?shù)據(jù)技術(shù)的英語學(xué)習(xí)APP?；贓DM對每個(gè)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行“細(xì)粒度”的挖掘分析，APP自動搭建學(xué)習(xí)者模型對用戶個(gè)體進(jìn)行學(xué)習(xí)分析，從而為其定制個(gè)性化的學(xué)習(xí)服務(wù)，并針對學(xué)習(xí)狀態(tài)實(shí)時(shí)提出動態(tài)調(diào)整建議?！皵赝懈！盇PP為學(xué)習(xí)者提供了階段性的學(xué)習(xí)測試功能，并將測試結(jié)果以可視化的形式及時(shí)呈現(xiàn)測試者，如下頁圖3所示。學(xué)習(xí)者就能很輕易地了解自身在英語閱讀、聽力、寫作、口語等模塊的學(xué)習(xí)狀況，并根據(jù)軟件提供的建議來制定符合自己學(xué)習(xí)特點(diǎn)的計(jì)劃來開展連續(xù)性的學(xué)習(xí)。同樣，“猿題庫”也是一款基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的教育APP，它將學(xué)習(xí)者答題的全過程進(jìn)行詳細(xì)記錄，為每個(gè)學(xué)習(xí)者建立“個(gè)性化+自適應(yīng)”的測試模型，對答題過程進(jìn)行學(xué)習(xí)分析后，將分析結(jié)果可視化呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者的同時(shí)，還為其提供針對性較強(qiáng)的變式練習(xí)題目。

（二）大數(shù)據(jù)技術(shù)在教育APP中的應(yīng)用前景

借助技術(shù)將學(xué)習(xí)者的全部學(xué)習(xí)行為轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，運(yùn)用教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析技術(shù)對其學(xué)習(xí)過程狀態(tài)進(jìn)行精細(xì)分析、有效評估和結(jié)果預(yù)測，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)。這些教育大數(shù)據(jù)是在學(xué)習(xí)者正常學(xué)習(xí)情況下通過軟件自動記錄的，有效避免了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)采集中的不連續(xù)、不全面和主觀性較強(qiáng)的不足?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)的教育APP在獲取學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求和特定行為意向方面更具有優(yōu)勢，更能從多個(gè)層面為學(xué)習(xí)者提供與其學(xué)習(xí)特征相吻合的學(xué)習(xí)服務(wù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用可以增強(qiáng)教育APP的定制功能，為用戶定制專屬于自己的教育APP，可以增強(qiáng)教育APP對用戶學(xué)習(xí)行為的動態(tài)反饋和預(yù)測服務(wù)，還可以通過數(shù)據(jù)分析為學(xué)習(xí)者尋找具有相似學(xué)習(xí)特征的學(xué)習(xí)伙伴，實(shí)現(xiàn)基于教育APP的社會性學(xué)習(xí)，消除學(xué)習(xí)孤獨(dú)感。

1.增強(qiáng)教育APP的定制功能

基于教育數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析技術(shù)，教育APP通過全方位收集、分析學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，全面洞悉用戶的學(xué)習(xí)需求，精細(xì)刻畫學(xué)習(xí)者特征，為其提供精準(zhǔn)化和個(gè)性化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)。首先，教育APP采集和存儲用戶的學(xué)習(xí)日志、路徑、成果等多層面信息，形成學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)庫，并對其進(jìn)行連貫、全面和自然的深度數(shù)據(jù)挖掘，全面掌握學(xué)習(xí)者特征和學(xué)習(xí)狀況；其次，基于學(xué)習(xí)分析結(jié)果，建立能夠反映學(xué)習(xí)需求、學(xué)習(xí)風(fēng)格、知識基礎(chǔ)和認(rèn)知特點(diǎn)的用戶特征模型；基于用戶特征模型的描述，教育APP將采用自動或用戶設(shè)置方式調(diào)整應(yīng)用模式，以適應(yīng)個(gè)體學(xué)習(xí)者，定制成為學(xué)習(xí)者的專屬APP。教育APP的私人定制是一個(gè)漸近過程，隨著學(xué)習(xí)行為產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量不斷增大，學(xué)習(xí)者在教育APP中的“學(xué)習(xí)肖像”逐漸清晰化，教育APP的私人定制化程度也在不斷加深。通過教育APP的定制化過程，學(xué)習(xí)者對自己的學(xué)習(xí)狀態(tài)了解得更加深入和清晰，促使其對學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反思，從而更好地調(diào)整和規(guī)劃后續(xù)學(xué)習(xí)。

2.增強(qiáng)教育APP的學(xué)習(xí)預(yù)測服務(wù)

相對于傳統(tǒng)基于樣本數(shù)據(jù)的靜態(tài)學(xué)習(xí)推理分析，教育大數(shù)據(jù)則強(qiáng)調(diào)對學(xué)習(xí)過程中的所有數(shù)據(jù)，從多個(gè)維度對全樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)性分析，學(xué)習(xí)分析結(jié)果更具有科學(xué)性，教育決策更精準(zhǔn)。大數(shù)據(jù)信息具有客觀性、關(guān)聯(lián)性、預(yù)測性的特點(diǎn)，教育APP通過對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位收集、處理和分析，建立學(xué)習(xí)模型發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)結(jié)果、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)資源等變量之間的相互關(guān)系，進(jìn)而預(yù)測學(xué)習(xí)者未來的學(xué)習(xí)趨勢。教育APP通過分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)參與、學(xué)習(xí)表現(xiàn)、學(xué)習(xí)過程的相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)用不同的分析方法和模型來解釋這些數(shù)據(jù)，根據(jù)解釋結(jié)果探究學(xué)習(xí)過程與情境，為其提供可視化的學(xué)習(xí)反饋，進(jìn)而促進(jìn)有效學(xué)習(xí)?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)的教育APP可以從學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)空間和學(xué)習(xí)內(nèi)容等維度對學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)行為進(jìn)行立體化學(xué)習(xí)圖景的勾勒，挖掘出大量豐富的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)背后隱藏的規(guī)律，為學(xué)習(xí)者提供動態(tài)適時(shí)的學(xué)習(xí)反饋。通過對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行全面細(xì)粒度的記錄、實(shí)時(shí)跟蹤，監(jiān)測其學(xué)習(xí)狀況，掌握學(xué)習(xí)特點(diǎn)，預(yù)測學(xué)習(xí)結(jié)果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程中潛在的學(xué)習(xí)問題并給予有效干預(yù)。

3.基于教育APP進(jìn)行社會性學(xué)習(xí)

利用教育大數(shù)據(jù)技術(shù)可以深層次地揭示社會性學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)者之間、學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)資源之間的關(guān)聯(lián)特性。教育APP可以根據(jù)學(xué)習(xí)需求、偏好和特征為其推薦學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)伙伴、指導(dǎo)專家和學(xué)習(xí)社區(qū)。教育APP通過構(gòu)建學(xué)習(xí)者個(gè)人學(xué)習(xí)檔案，對其學(xué)習(xí)特征進(jìn)行深度分析，并以可視化的形式呈現(xiàn)具有相同學(xué)習(xí)需求、相似學(xué)習(xí)特征和相近學(xué)習(xí)偏好的關(guān)聯(lián)用戶，學(xué)習(xí)者通過教育APP就能輕易地尋找到有著共同興趣、愛好的學(xué)習(xí)伙伴。對教育APP學(xué)習(xí)情境的社會屬性，學(xué)習(xí)過程行為記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，抽取出學(xué)習(xí)者感興趣的社會化資源和學(xué)習(xí)伙伴的特征，構(gòu)建以學(xué)習(xí)者為中心的社會關(guān)系模型，為用戶自動推薦多性化的學(xué)習(xí)支持服務(wù)。基于教育APP進(jìn)行的社會性學(xué)習(xí)有助于拓展學(xué)習(xí)者的人際關(guān)系，對學(xué)習(xí)者之間的有效交流有積極的促進(jìn)作用，消除學(xué)習(xí)孤獨(dú)感。

五、三維計(jì)算技術(shù)：增強(qiáng)教育APP用戶的沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)

（一）三維計(jì)算技術(shù)及其在教育APP中的應(yīng)用概況

三維計(jì)算技術(shù)通過生成具有視覺、聽覺、運(yùn)動等多重感官刺激，且可進(jìn)行交互的逼真場景，讓用戶有一種身臨其境的真實(shí)沉浸體驗(yàn)。它是一種可以讓學(xué)習(xí)者大腦產(chǎn)生“幻覺”的技術(shù)，主要包括虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)。VR采用采用三維圖形、音頻及特殊的外圍設(shè)備，利用計(jì)算機(jī)生成交互式虛擬環(huán)境，用戶在虛擬環(huán)境中獲得較高的沉浸感和參與度。AR是在VR基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它將計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息疊加到真實(shí)場景上，并借助感知和顯示設(shè)備將虛擬信息和真實(shí)場景融為一體，擴(kuò)張或補(bǔ)充真實(shí)世界，最終呈現(xiàn)給使用者一個(gè)感官效果逼真的新環(huán)境，從而強(qiáng)化用戶對現(xiàn)實(shí)的感觀和認(rèn)知。隨著移動智能終端硬件性能的提升，VR和AR在教育APP中的應(yīng)用逐漸增多。教育APP將充分利用VR具有的沉浸性、交互性和想象性技術(shù)特性，將那些抽象的知識點(diǎn)重新進(jìn)行組織與設(shè)計(jì)，以直觀、真實(shí)、具有多感官刺激的虛擬場景再現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，從而降低學(xué)習(xí)者的認(rèn)知障礙，提高學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新性；借助移動互聯(lián)網(wǎng)，教育APP將充分發(fā)揮AR的虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互和三維配準(zhǔn)技術(shù)特性，還原知識應(yīng)用的真實(shí)感，以及與現(xiàn)實(shí)世界的緊密感，為學(xué)習(xí)者提供符合特定情境的，適恰性高的泛在學(xué)習(xí)資源，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的有效學(xué)習(xí)。

例如，中國數(shù)字科技館的“VR天文秀”就是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)的教育APP。學(xué)習(xí)者通過佩戴虛擬眼鏡，就能在智能手機(jī)上身臨其境地觀看月球表面，體驗(yàn)火星晝夜，漫游太陽系和探索宇宙奧秘等。“VR天文秀”基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建交互式天文場景，為學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)生動形象、視覺豐富、畫面流暢的天文景象，讓其近距離、超細(xì)微地觀察星球表面，實(shí)現(xiàn)交互式、沉浸式的體驗(yàn)學(xué)習(xí)；“小伴龍魔法世界”是一款基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的兒童啟蒙教育APP?！靶“辇埬Хㄊ澜纭盇PP通過AR及三維實(shí)時(shí)渲染技術(shù)，將虛擬動畫和實(shí)景空間融合。終端屏幕中的3D動物卡片可以在橫向上做360度旋轉(zhuǎn)和在縱向上做90度翻轉(zhuǎn)，給兒童帶來真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)（如圖4所示）。同時(shí)，在兒童認(rèn)識動物過程中伴有中英文解說來介紹動物，加深幼兒對動物的認(rèn)知程度。

（二）三維計(jì)算技術(shù)在教育APP中的應(yīng)用前景

用戶體驗(yàn)是教育APP設(shè)計(jì)與開發(fā)過程中最為關(guān)注的概念。自蘋果公司推出iPhone智能手機(jī)以來，移動智能終端的人機(jī)交互技術(shù)從圖形化用戶界面（Graphic User Interface，GUI）向自然用戶界面（Natural User Interface，NUI）進(jìn)化?；贜UI開發(fā)的教育APP能通過眼動、語言、手勢等一系列人的日常行為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，讓用戶體驗(yàn)感更加真切和愉悅。三維計(jì)算技術(shù)在移動智能終端的應(yīng)用，促使教育APP開發(fā)向著更加自然化、人性化和有機(jī)化界面的方向發(fā)展?；谌S計(jì)算技術(shù)的“新媒體”特征，教育APP可以搭建VR學(xué)習(xí)場景，增強(qiáng)用戶的學(xué)習(xí)臨場感，提高學(xué)習(xí)參與度；基于AR獲取的三維增強(qiáng)信息，對教育APP中的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行增強(qiáng)顯示，巧妙表達(dá)知識情景，使學(xué)習(xí)者更容易理解；教育APP中融入游戲化元素，提高學(xué)習(xí)內(nèi)容的趣味性，保持學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機(jī)。

1.構(gòu)建立體化學(xué)習(xí)場景

目前多數(shù)教育APP中的知識呈現(xiàn)一般采用文本、圖片、音頻、視頻等媒體形式，用戶只能通過對移動智能終端屏幕的點(diǎn)擊、拖拽來完成簡單的交互，還未實(shí)現(xiàn)通過與學(xué)習(xí)環(huán)境的交互來獲取即時(shí)的學(xué)習(xí)反饋信息的功能。三維計(jì)算技術(shù)與移動技術(shù)的發(fā)展提升了移動智能終端的情境感知能力，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)環(huán)境信息的動態(tài)感知與獲取，為教育APP基于VR和AR構(gòu)建無縫整合、虛擬結(jié)合、無處不在的移動學(xué)習(xí)空間提供保障。基于VR技術(shù)構(gòu)建立體化逼真學(xué)習(xí)場景，對學(xué)習(xí)知識進(jìn)行情景性和直觀性的呈現(xiàn)，學(xué)習(xí)者通過可穿戴設(shè)備（WearableTechnology，WT）與場景交互并實(shí)時(shí)地獲取學(xué)習(xí)反饋，可以加深學(xué)習(xí)者對知識的認(rèn)知與理解，提高學(xué)習(xí)參與度。AR與移動智能終端的結(jié)合，可以讓教育APP具有構(gòu)建虛實(shí)融合的學(xué)習(xí)場景的能力。例如，可以通過移動智能終端的高清攝像頭進(jìn)行圖像、二維碼、文字標(biāo)志物的識別，對現(xiàn)實(shí)中某些物體或環(huán)境進(jìn)行3D圖像的增強(qiáng)顯示，讓學(xué)習(xí)者在虛擬環(huán)境下能接觸并操作仿真的“實(shí)物”。VR和AR有助于將教育APP中一些抽象知識以逼真、生動的三維立體形象呈現(xiàn)，并能提供實(shí)時(shí)互動的三維空間場景?；赩R和AR技術(shù)的教育APP構(gòu)建的立體化學(xué)習(xí)場景為學(xué)習(xí)者提供更多主動探索和互動的機(jī)會，三維計(jì)算技術(shù)帶來的技術(shù)沉浸體驗(yàn)，讓學(xué)習(xí)者完全投入到學(xué)習(xí)活動中，提升了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)滿足感。

2.增強(qiáng)教育APP的知識呈現(xiàn)力

三維計(jì)算技術(shù)擅長將一些抽象難懂的知識內(nèi)容，從多個(gè)角度以更加直接、易懂、形象和富有藝術(shù)的表現(xiàn)形式呈現(xiàn)，使其產(chǎn)生的教學(xué)效果高于原有知識的價(jià)值效果?；赩R的體驗(yàn)特性和AR的疊加定位特性，將教學(xué)問題轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)者對空間的體驗(yàn)，把邏輯問題進(jìn)行空間化和虛擬化描述，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者通過體驗(yàn)完成空間學(xué)習(xí)的目標(biāo)。具有三維技術(shù)的教育APP能以一種精妙、細(xì)微、貼切、恰到好處的方式來描述或處理自然科學(xué)知識，增強(qiáng)了教育APP的知識呈現(xiàn)力。教育APP可以通過VR與AR技術(shù)構(gòu)建可視化與可交互的知識結(jié)構(gòu)模型，以此揭示知識內(nèi)容的實(shí)質(zhì)，相互之間的關(guān)系及其存在的規(guī)律，引發(fā)學(xué)習(xí)者對當(dāng)前所學(xué)知識內(nèi)容的深層次理解，產(chǎn)生新的想法，促進(jìn)更有意義的學(xué)習(xí)。游戲化元素與VR/AR的融合，使教育APP知識內(nèi)容的呈現(xiàn)形式不再單一，而是具有多樣化的形式，增強(qiáng)教育APP知識的趣味性，并且可以讓用戶在個(gè)性化的三維學(xué)習(xí)環(huán)境中體驗(yàn)學(xué)習(xí)樂趣，從而提高學(xué)習(xí)者的內(nèi)部學(xué)習(xí)動機(jī)。

3.增強(qiáng)教育APP的學(xué)習(xí)臨場感

移動學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者易受外界環(huán)境的干擾，注意力往往處于分散狀態(tài)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)參與性低。創(chuàng)設(shè)一個(gè)讓學(xué)習(xí)者能夠高度集中且注意力持續(xù)保持的學(xué)習(xí)環(huán)境是運(yùn)用教育APP進(jìn)行有效學(xué)習(xí)的前提。未來教育APP應(yīng)注重將三維計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于解決實(shí)際學(xué)習(xí)問題，根據(jù)學(xué)習(xí)者的位置、終端設(shè)備、學(xué)習(xí)環(huán)境，為其提供一個(gè)“真實(shí)”的立體化交互學(xué)習(xí)情境。教育APP使用VR/AR技術(shù)為學(xué)習(xí)者搭建仿真學(xué)習(xí)環(huán)境，WT將學(xué)習(xí)者的聽覺、視覺等感官與外界環(huán)境進(jìn)行相對隔離，促使其與虛擬場景進(jìn)行深度交互，讓學(xué)習(xí)者完全投入到學(xué)習(xí)中去，產(chǎn)生較強(qiáng)的學(xué)習(xí)臨場感。學(xué)習(xí)者可以運(yùn)用教育APP，在VR/AR構(gòu)建的沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境中體驗(yàn)學(xué)習(xí)交互的樂趣，并獲得即時(shí)的學(xué)習(xí)反饋，提升用戶的學(xué)習(xí)滿足感。教育APP的深度沉浸學(xué)習(xí)體驗(yàn)在于使學(xué)習(xí)者持續(xù)地參與以及提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)的質(zhì)量，沉浸所帶來的內(nèi)在愉悅和學(xué)習(xí)獲得感會驅(qū)使學(xué)習(xí)者去挑戰(zhàn)更高水平的學(xué)習(xí)任務(wù)，產(chǎn)生更佳的學(xué)習(xí)效果。

六、人工智能技術(shù)：使教育APP更“聰明”

（一）人工智能技術(shù)以及在教育APP中的應(yīng)用概況

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是通過程序使計(jì)算機(jī)能進(jìn)行一些思維推理，使其具備一定的環(huán)境適應(yīng)、自動學(xué)習(xí)、自動決策等類似于人類的高級智能。感知智能、計(jì)算智能和認(rèn)知智能是人工智能的主要體現(xiàn)：感知智能是指機(jī)器能夠通過“聽覺、視覺、觸覺、嗅覺”等感官感知外部世界，具有如同人類的“聽、說、看、認(rèn)”的能力；計(jì)算智能即機(jī)器智能化存儲和運(yùn)算的能力，機(jī)器不僅能記憶存儲感知到的外部信息，還可以對已有的信息進(jìn)行分析、計(jì)算、比較、判斷、聯(lián)想等；認(rèn)知智能是指機(jī)器具有學(xué)習(xí)能力、自適應(yīng)能力和“理解、思考”的能力。人工智能與學(xué)習(xí)科學(xué)的結(jié)合并應(yīng)用于教育領(lǐng)域即稱之為教育人工智能（Educational ArtificialIntelligence，EAI），EAI重在通過人工智能技術(shù)更深入、更微觀地窺視、理解學(xué)習(xí)是如何發(fā)生，是如何受到外界各種因素的影響，進(jìn)而為學(xué)習(xí)者高效地學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件。具有人工智能的教育APP應(yīng)具備“能聽、能看、能說”且能理解和適應(yīng)學(xué)習(xí)者情緒或心情，使用戶以語言、文字、圖像、手勢、表情等自然方式與軟件進(jìn)行交互。人工智能中的知識表示方法、深度學(xué)習(xí)技術(shù)、自然語言處理、智能代理和情感計(jì)算技術(shù)在教育APP開發(fā)中已有初步應(yīng)用。

例如，“訊飛語記”是一款具有人工智能特點(diǎn)的APP?！坝嶏w語記”APP的“語音聽寫”功能，能把自然語音轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的文本，讓機(jī)器能夠“聽懂”人類語言，相當(dāng)于給移動智能終端安裝上“耳朵”，使其具備“能聽”的功能；“在線語音合成”能將文本信息轉(zhuǎn)化為音頻，相當(dāng)于給移動智能終端配上“嘴巴”，讓機(jī)器像人一樣開口說話，特別是其合成的音頻在音色、自然度等方面均接近甚至超過人聲；基于深度全序列卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“語音轉(zhuǎn)寫”功能，將長段音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成文本數(shù)據(jù)，為信息處理和數(shù)據(jù)挖掘提供基礎(chǔ)。同樣，“彩云小譯”也是一款基于人工智能技術(shù)的同聲傳譯、實(shí)時(shí)翻譯APP?！安试菩∽g”APP摒棄以往翻譯軟件采用的統(tǒng)計(jì)機(jī)器翻譯技術(shù)，采用人工智能中的“深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)序列到序列映射”的技術(shù)，將翻譯語句轉(zhuǎn)換為一個(gè)意義空間的向量，再將這個(gè)向量投射為其他的語言文字。“彩云小譯”APP將科大訊飛的語音識別技術(shù)和文本預(yù)處理技術(shù)（由斯坦福大學(xué)自然語言處理開發(fā)小組研發(fā)）結(jié)合，基于“譯言網(wǎng)”的大量對照語料，實(shí)現(xiàn)在自然停頓的地方自動斷句，進(jìn)行逐句翻譯功能。在交傳模式下，通過移動智能終端的話筒采集用戶的自然聲音，經(jīng)過自動識別語種，就能實(shí)現(xiàn)用戶之間多種語言的實(shí)時(shí)交流。

（二）人工智能技術(shù)在教育APP中的應(yīng)用前景

國務(wù)院最新頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確提出“智能教育”的概念，強(qiáng)調(diào)基于人工智能技術(shù)“開發(fā)智能教育助理，建立智能、快速、全面的教育分析系統(tǒng)；建立以學(xué)習(xí)者為中心的教育環(huán)境，提供精準(zhǔn)推送的教育服務(wù)”。隨著人工智能中的知識表示方法、深度學(xué)習(xí)技術(shù)、自然語言處理、智能代理和情感計(jì)算技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，基于AI技術(shù)的教育APP可以及時(shí)捕捉與分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，重塑知識的表征形式和對學(xué)習(xí)過程實(shí)施智能化的改造，使教育APP在各方面具有“智能”?；谌斯ぶ悄艿那楦杏?jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)教育APP對學(xué)習(xí)者的情緒感知；自然語言處理和自然用戶界面技術(shù)的成熟可以增強(qiáng)教育APP用戶的“自然”交互體驗(yàn)；人工智能使教育APP具有“智能導(dǎo)師”的功能，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者的個(gè)性化教與學(xué)；具有強(qiáng)人工智能的教育APP可以具備“擬人類意識化”功能，促使其向智慧型教育APP方向發(fā)展。

1.增強(qiáng)教育APP對學(xué)習(xí)者的情緒感知能力

情感作為人類特有的主觀體驗(yàn)，以語調(diào)、姿態(tài)和面部表情進(jìn)行表達(dá)。消極的情感狀態(tài)會阻礙學(xué)習(xí)者的思考過程，而積極的情感狀態(tài)則為學(xué)習(xí)者的問題解決和創(chuàng)新思維提供有利的條件，學(xué)習(xí)態(tài)度和效率很大程度上取決于學(xué)習(xí)者的情感狀態(tài)。目前，基于智能終端的移動學(xué)習(xí)普遍處于情感缺失的狀態(tài)，移動智能終端未能有效地獲取用戶情緒變化的數(shù)據(jù)，還未實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶情緒狀態(tài)變化提供實(shí)時(shí)干預(yù)和人機(jī)情感交互?；谌斯ぶ悄艿哪Ｊ阶R別和情感計(jì)算技術(shù)，未來教育APP可以通過移動智能終端的前置攝像頭捕捉學(xué)習(xí)者的情緒狀態(tài)，借助大數(shù)據(jù)分析和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，精確分析和理解用戶在學(xué)習(xí)過程中的情緒狀態(tài)，依靠學(xué)習(xí)者情緒特征模型，對其學(xué)習(xí)情緒變化意圖形成預(yù)判，并激活用戶隋緒干預(yù)策略數(shù)據(jù)庫，主動選擇時(shí)機(jī)為用戶給予合適的激勵和適切的情感幫助。通過開發(fā)具有人臉識別和情感計(jì)算功能的教育APP，可以對學(xué)習(xí)者的情緒進(jìn)行識別、理解、處理和模擬，全面刻畫學(xué)習(xí)者的“情緒肖像”，營造良好的人機(jī)情感交互氛圍，幫助學(xué)習(xí)者樹立積極的情感態(tài)度。

2.增強(qiáng)教育APP用戶的“自然”交互體驗(yàn)

自然語言處理（Natural Language Proeessing，NLP）是人工智能模擬人類智能的核心部分，它主要是對人類自然語言進(jìn)行分析、理解、生成、翻譯，讓計(jì)算機(jī)理解人類的自然語言，以實(shí)現(xiàn)“自然”的人機(jī)對話。NLP通過模仿人類的語言處理機(jī)制，對人類大腦產(chǎn)生的復(fù)雜語言符號（這些語言符號蘊(yùn)含了人類的認(rèn)知、意識、意志等內(nèi)在的思維元素）進(jìn)行加工處理，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的自然語言交互。基于NLP的教育APP利用深度學(xué)習(xí)算法對大量語料進(jìn)行訓(xùn)練，就能了解用戶的語言思維邏輯，有效避免用戶學(xué)習(xí)復(fù)雜的機(jī)器語言，只需要使用日常最習(xí)慣的語言便可進(jìn)行人機(jī)交互。同樣，移動應(yīng)用開發(fā)中的自然用戶界面技術(shù)只需用戶以自然的交互行為（如語言、手勢、表情、運(yùn)動等）就能實(shí)現(xiàn)更加自然、直觀和人性化的人機(jī)交互和無縫的用戶體驗(yàn)。基于NUI技術(shù)的教育APP不僅降低了用戶的學(xué)習(xí)成本，減輕用戶的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，而且還拓寬了人類與程序的信息輸入通道，為用戶提供愉悅的使用體驗(yàn)。NLP技術(shù)可以促進(jìn)教育APP具有智能問答、人機(jī)多模態(tài)交流等智能化功能，NUI技術(shù)則增強(qiáng)了教育APP交互方式的自然性和直覺化，極大地增強(qiáng)了教育APP用戶的“自然”交互體驗(yàn)。

3.使教育APP具有“智能導(dǎo)師”功能

智能導(dǎo)師系統(tǒng)（Intelligent Tutoring System，ITS）利用人工智能技術(shù)模仿人類教師在教學(xué)中所承擔(dān)的角色，為學(xué)習(xí)者提供“一對一”的個(gè)性化學(xué)習(xí)指導(dǎo)和全面詳細(xì)的教學(xué)反饋，幫助不同學(xué)習(xí)需求和特征的學(xué)習(xí)者獲得知識和技能。具有“智能導(dǎo)師”功能的教育APP通過構(gòu)建領(lǐng)域知識庫、學(xué)生模型、教學(xué)策略和推理模型，可以全面地表示學(xué)習(xí)者的知識獲取過程、診斷學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動、實(shí)現(xiàn)自動產(chǎn)生問題求解方案、為學(xué)習(xí)者選擇合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容和及時(shí)的學(xué)習(xí)反饋?；贏I技術(shù)的教育APP依靠構(gòu)建精細(xì)化學(xué)習(xí)者特征模型，輔助學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，監(jiān)測、分析學(xué)習(xí)心理和行為，達(dá)到對學(xué)習(xí)者的全面認(rèn)識；基于領(lǐng)域知識庫，將學(xué)習(xí)領(lǐng)域的基本概念、規(guī)則和問題解決策略，以層次結(jié)構(gòu)、語義網(wǎng)絡(luò)、本體和產(chǎn)生式規(guī)則的形式表示，完成知識計(jì)算和推理；基于教學(xué)策略和推理模型，可以根據(jù)學(xué)習(xí)者當(dāng)前的知識技能水平，做出適應(yīng)性決策，向?qū)W習(xí)者提供合適的學(xué)習(xí)活動和教學(xué)策略。隨著ITS技術(shù)的發(fā)展，未來教育APP可以實(shí)現(xiàn)清晰刻畫學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格、興趣特長等個(gè)性特征，滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求，向其提供個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑、學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)伙伴等服務(wù)。

4.使教育APP具有“擬人類意識化”功能

意識是人腦的一切活動及其結(jié)果，是人的自覺性思維和精神活動的體現(xiàn)。根據(jù)模擬人類意識的水平，人工智能可以分為弱人工智能和強(qiáng)人工智能。弱人工智能主要讓計(jì)算機(jī)模仿人類的簡單行為，但計(jì)算機(jī)不會產(chǎn)生自主意識，不具有真正意義上的智能；強(qiáng)人工智能技術(shù)則使計(jì)算機(jī)具有自行推理和解決問題的能力，使其具有類人的知覺和自我意識，它是人工智能的終極發(fā)展目標(biāo)。隨著弱人工智能向強(qiáng)人工智能的發(fā)展，以及移動智能終端硬件性能和計(jì)算能力的增強(qiáng)，基于強(qiáng)人工智能的教育APP可以對學(xué)習(xí)者的心理、情感、意識等一些生物性的活動做出處理，進(jìn)而呈現(xiàn)出像人類意識所特有的主觀能動性和創(chuàng)新性活動。教育APP的“擬人類意識化”代表軟件能夠理解外部事物并自發(fā)做出決策，能夠在沒有人的干預(yù)情況下，主動為用戶完成相應(yīng)的任務(wù)，其表現(xiàn)就像“人”一樣，甚至在特定條件下很可能比人的反應(yīng)更精準(zhǔn)、更可靠和更靈活。強(qiáng)人工智能技術(shù)促使教育APP的“擬人類意識化”水平的提升，讓教育APP更加“聰明”，成為真正意義上的智慧型教育APP，使其成為用戶的真正學(xué)習(xí)伙伴和導(dǎo)師。

七、結(jié)束語

教育APP開發(fā)中不斷融入新興技術(shù)，可以促使其向個(gè)性化、智能化的智慧型教育APP方向發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有助于教育APP對學(xué)習(xí)情境進(jìn)行智能化感知，高度整合移動學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)伙伴等要素，實(shí)現(xiàn)各類學(xué)習(xí)因素之間的深層互動；云計(jì)算技術(shù)有助于教育APP為學(xué)習(xí)者提供自助式的按需學(xué)習(xí)服務(wù)；基于教育大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析技術(shù)有助于教育APP為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化學(xué)習(xí)反饋與服務(wù)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)活動的反思；虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等三維計(jì)算技術(shù)可將學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動過程以更加直觀、真實(shí)的方式呈現(xiàn)，有助于教育APP為學(xué)習(xí)者提供深度沉浸的學(xué)習(xí)交互體驗(yàn)，提升學(xué)習(xí)者的想象力與創(chuàng)造力；人工智能、深度學(xué)習(xí)和自然用戶界面等技術(shù)使教育APP更加“聰明”，為學(xué)習(xí)者提供智慧式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。新興技術(shù)給教育APP帶來三個(gè)明顯的發(fā)展方向，即自然、智能和體驗(yàn)。自然方向代表著技術(shù)中介在感知層面的弱化或消失，用戶可以通過語音、手勢、動作和表情等自然方式與教育APP進(jìn)行交互；智能方向代表著教育APP的智慧水平不斷提升，接近甚至超過人的智慧水平；體驗(yàn)方向代表著教育APP的對新興技術(shù)的終極需求，即讓學(xué)生接觸現(xiàn)實(shí)世界問題和真實(shí)學(xué)習(xí)情境的體驗(yàn)，在體驗(yàn)過程中真切感受到教育APP帶來的學(xué)習(xí)樂趣。

技術(shù)對人類的生存和學(xué)習(xí)方式的影響是勢不可當(dāng)且不可逆的，各種新興技術(shù)正逐漸重構(gòu)著人類的學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)。新興技術(shù)與人類學(xué)習(xí)的關(guān)系呈現(xiàn)從交匯到交融，從相互適應(yīng)到共生發(fā)展的態(tài)勢。“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”的最終目標(biāo)是推動學(xué)習(xí)者主動使用技術(shù)學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者利用技術(shù)變革學(xué)習(xí)，以此促進(jìn)學(xué)習(xí)者的有效學(xué)習(xí)。然而，要真正實(shí)現(xiàn)“技術(shù)改善學(xué)習(xí)績效”“技術(shù)變革學(xué)習(xí)”的愿景，一方面取決于技術(shù)的驅(qū)動力量，另一方面還需要學(xué)習(xí)者具備技術(shù)豐富環(huán)境下的學(xué)習(xí)能力（如技術(shù)駕馭能力、信息加工能力、自主學(xué)習(xí)能力、合作學(xué)習(xí)能力、自我管理能力、學(xué)習(xí)反思能力和創(chuàng)新能力等），只有當(dāng)技術(shù)最終消融在個(gè)體常態(tài)化學(xué)習(xí)行為之時(shí)，技術(shù)賦予學(xué)習(xí)的最大能量才會真正顯現(xiàn)。除“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”外，還有“技術(shù)賦能教學(xué)”“技術(shù)賦能教師”“技術(shù)賦能評價(jià)”“技術(shù)賦能教育公平”等“技術(shù)賦能”相關(guān)主題，這些將成為教育技術(shù)研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)。本文僅從新興技術(shù)在教育APP中的應(yīng)用前景預(yù)判角度詮釋了“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”的理念，后續(xù)研究將從系統(tǒng)生態(tài)學(xué)和技術(shù)場域論視角對“技術(shù)賦能學(xué)習(xí)”理念進(jìn)行深度闡釋。