逯行 沈陽 徐晶晶 曾海軍

摘要：學(xué)習(xí)環(huán)境承載著學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)者需求的表達(dá)。學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計需要在終端用戶（學(xué)生）和社會利益之間、在傳統(tǒng)和創(chuàng)新之間不斷平衡。當(dāng)前以傳統(tǒng)學(xué)校為代表的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計忽視終端用戶和個體用戶的主觀需求，過于重視社會效益等客觀需求。未來教育的實現(xiàn)和發(fā)展需要依托創(chuàng)新型學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的理論與實踐進(jìn)步。基于智能技術(shù)支持，以學(xué)習(xí)環(huán)境重構(gòu)為引領(lǐng)的學(xué)校變革是未來學(xué)校發(fā)展的必然方向。通過在學(xué)習(xí)環(huán)境中融入適切性智能技術(shù)能夠平衡學(xué)習(xí)環(huán)境中的人類需求沖突。智能學(xué)習(xí)環(huán)境的需求平衡模型是智能學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的重要組成部分，包含兩個部分：（1）智能學(xué)習(xí)環(huán)境需求平衡解析模型——解析智能技術(shù)與學(xué)習(xí)環(huán)境內(nèi)需求沖突之間的主體關(guān)系;（2）需求平衡關(guān)注度計算模型——計算學(xué)習(xí)環(huán)境的需求平衡程度，以及智能技術(shù)干預(yù)之后的學(xué)習(xí)環(huán)境的平衡結(jié)果。雖然該模型尚屬于“概念型公式”，還需要進(jìn)一步完善，但其提出為智能時代的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計，以及學(xué)習(xí)環(huán)境中需求沖突的測量和解決提供了理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：智能學(xué)習(xí)環(huán)境;智能技術(shù);學(xué)習(xí)環(huán)境;需求沖突;主體關(guān)系重構(gòu);需求平衡模型

中圖分類號：G434? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1009-5195（2020）01-0051-10? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2020.01.006

作者簡介：逯行，博士研究生，北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院（北京 100875）;沈陽，博士后，北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院、互聯(lián)網(wǎng)教育智能技術(shù)及應(yīng)用國家工程實驗室（北京 100875）;徐晶晶，博士研究生，北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院（北京 100875）;曾海軍（通訊作者），博士，北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院副院長（北京 100875）。

人類需求的不斷滿足是時代進(jìn)步的內(nèi)驅(qū)動力，技術(shù)服務(wù)于人類需求是技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展的重要維度（荀琳等，2010）。技術(shù)的快速發(fā)展是推動學(xué)習(xí)環(huán)境研究的重要驅(qū)動和支撐（塔衛(wèi)剛等，2018）。技術(shù)融入教育環(huán)境中，通過變革環(huán)境表征更好地滿足環(huán)境用戶的需求是智能技術(shù)在教育場景的重要切入點。另一方面，隨著社會發(fā)展、科技進(jìn)步，人們對教育賦予了越來越多的使命和任務(wù)。人們越來越不再滿足于傳統(tǒng)的學(xué)校建筑、教室布局、環(huán)境設(shè)計，從形式到內(nèi)容不斷地詬病舊工業(yè)時代誕生的這種以規(guī)模化學(xué)校學(xué)習(xí)環(huán)境為主的主流模式，開始積極探索更適應(yīng)人類個體需求的個性化學(xué)習(xí)環(huán)境?，F(xiàn)代教育邁向未來教育之路，要求在教學(xué)環(huán)境和學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計上有所突破，以承載更具創(chuàng)新意義的教學(xué)內(nèi)容和課程活動。當(dāng)前學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計者和建設(shè)者的服務(wù)對象、對話方均是學(xué)校管理者，但是學(xué)習(xí)環(huán)境的最終使用者卻是學(xué)生。這種設(shè)計與終端用戶的脫節(jié)，直接導(dǎo)致了學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計理念與實踐進(jìn)展緩慢。有研究者從生態(tài)學(xué)視角對在線學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行分析，認(rèn)為環(huán)境的給養(yǎng)與學(xué)習(xí)者的契合是影響學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵所在，但當(dāng)下的學(xué)習(xí)環(huán)境缺乏與學(xué)習(xí)者的交互，缺乏適應(yīng)性和彈性（李彤彤，2019）。未來教育的實現(xiàn)和發(fā)展需要依托創(chuàng)新型學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的理論與實踐進(jìn)步。學(xué)校設(shè)計需要在終端用戶（學(xué)生）和社會利益之間、在傳統(tǒng)和創(chuàng)新之間不斷平衡。有研究者認(rèn)為，融合了人工智能技術(shù)、傳感器、通信技術(shù)等的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境是數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境的高端形態(tài)，能夠較傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境更好地提升學(xué)習(xí)效率（黃榮懷等，2012）。而知識、技術(shù)、策略和學(xué)習(xí)者是智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中影響學(xué)習(xí)者認(rèn)知的重要因素（高媛等，2017），隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，技術(shù)的影響作用越來越明顯。智能學(xué)習(xí)環(huán)境是智慧學(xué)習(xí)環(huán)境在人工智能技術(shù)支持下的具體形態(tài)，是融入適切性智能技術(shù)、以實現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)為目標(biāo)而構(gòu)建的智能時代的學(xué)習(xí)環(huán)境。研究者和實踐者希望通過在學(xué)習(xí)環(huán)境中融入更多、更恰當(dāng)?shù)娜斯ぶ悄芗夹g(shù)，提升學(xué)習(xí)環(huán)境的支持能力。但目前，將智能技術(shù)融入學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計大多停留在理念層面的探討，僅關(guān)注學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)的“應(yīng)然”問題，鮮有研究從環(huán)境用戶需求的視角切入，并嘗試構(gòu)建理論指導(dǎo)層面的量化模型。本研究關(guān)注智能學(xué)習(xí)環(huán)境中，智能技術(shù)如何發(fā)揮作用以平衡各項用戶需求之間的沖突，并嘗試構(gòu)建量化模型，以指導(dǎo)智能學(xué)習(xí)環(huán)境中需求平衡問題的解決。

一、學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計中的需求問題

1.學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的主客觀之爭

實體環(huán)境是周遭環(huán)境與人類需求的表達(dá)（李亮聰?shù)龋?013），因此，學(xué)習(xí)環(huán)境承載著學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)者需求的表達(dá)。一直以來用戶的個人需求被認(rèn)為是主觀不宜測量的，而社會需求卻是客觀存在、可以被測量的，因此在學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計中過多地考慮了社會效益而忽視了學(xué)生用戶的主體需求。有研究從建筑學(xué)的視角闡述，認(rèn)為學(xué)校學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)當(dāng)具備可持續(xù)性發(fā)展?jié)撃?、促進(jìn)學(xué)生健康、體現(xiàn)現(xiàn)代技術(shù)、靈活且具有適應(yīng)性、滿足使用者群體需求與個性化需求等屬性（Clements-Croome，2013）。學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計應(yīng)努力在用戶的主觀需求與社會效益的客觀需求之間尋求平衡。

學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計者在前期應(yīng)當(dāng)與學(xué)生盡可能多地交流，了解學(xué)生對學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的想法以及他們結(jié)合自身學(xué)習(xí)支持條件對學(xué)習(xí)環(huán)境提出的訴求。設(shè)計者需要做的最主要的工作之一，就是平衡學(xué)生的主觀需求與客觀質(zhì)量等評估指標(biāo)。需要指出的是，學(xué)生的生理需求和心理需求同樣重要，都不可忽視。相關(guān)研究能夠佐證這一觀點，如Oseland等人通過研究設(shè)計成功的工作場所，總結(jié)并驗證了對其他環(huán)境設(shè)計同樣具有啟示意義的心理學(xué)理論，包括人格與動機理論、環(huán)境與進(jìn)化心理學(xué)等，其中重點肯定了主觀心理需求對環(huán)境設(shè)計的影響和價值（Oseland et al.，2009）。已經(jīng)有許多國際組織正在為主客觀需求之間的平衡付諸努力。英國政府建筑環(huán)境顧問委員會發(fā)布了《創(chuàng)建優(yōu)秀小學(xué)——用戶指南》（CABE，2010a），詳細(xì)介紹了小學(xué)學(xué)習(xí)空間和學(xué)校環(huán)境應(yīng)當(dāng)如何設(shè)計，且特別關(guān)注到了學(xué)生體驗中的主觀問題，例如學(xué)生喜歡什么樣的學(xué)校建筑、對環(huán)境的感覺如何等。蘇格蘭政府制定了《優(yōu)秀建筑指南（2007）》，探索了學(xué)校課程對學(xué)校建筑設(shè)計的影響，將教育內(nèi)容與學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計進(jìn)行了聯(lián)系（CABE，2010b）。OECD頒布的學(xué)習(xí)環(huán)境評估計劃（The Learning Environments Evaluation Programme，LEEP）旨在制定工具并提供分析方法，向?qū)W校管理者、研究人員、決策者和其他人普及學(xué)習(xí)環(huán)境投入（包括物理學(xué)習(xí)環(huán)境等）如何轉(zhuǎn)化為改善教育、健康、社會福利等的支持條件，從而更加有效地利用教育資源以及相關(guān)信息（OECD，2017）。這些探索旨在提升個人體驗需求、群體需求、管理機構(gòu)需求以及社會效益之間的平衡。

2.智能時代學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計、建設(shè)與發(fā)展

新一輪科技革命驅(qū)動教育變革，智能技術(shù)賦能教育成為時代命題（張慧等，2019）。技術(shù)對學(xué)習(xí)環(huán)境的變革從未停止。在理論研究方面，研究者從多個視角探討了智能時代學(xué)習(xí)環(huán)境的應(yīng)然和可能性。王竹立認(rèn)為，智能時代的學(xué)校形態(tài)具有開放學(xué)習(xí)環(huán)境、創(chuàng)新工場與創(chuàng)客空間、網(wǎng)絡(luò)學(xué)校以及實體學(xué)校等多種形式（王竹立，2018），其中開放學(xué)習(xí)環(huán)境是指在智能技術(shù)的支持下能夠為學(xué)習(xí)者提供自主學(xué)習(xí)和自組織學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境。智能技術(shù)變革學(xué)習(xí)環(huán)境的實踐并不落后于理論的發(fā)展。上海市市西中學(xué)通過智能手機將學(xué)生連接起來，構(gòu)筑起自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò);通過思維廣場這一創(chuàng)新之舉，在開放與半開放的學(xué)習(xí)環(huán)境中融入智能技術(shù)、融合豐富的課程資源、保障多樣化學(xué)習(xí)方式，以此來重構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境，形成學(xué)習(xí)環(huán)境連續(xù)體和學(xué)習(xí)環(huán)境生態(tài)圈（董君武，2018）?；谥悄芗夹g(shù)支持，以學(xué)習(xí)環(huán)境重構(gòu)為引領(lǐng)的學(xué)校變革是未來學(xué)校發(fā)展的必然方向，具有代表性的學(xué)校有瑞典的Vittra Telefonplan學(xué)校以及歐洲學(xué)校網(wǎng)絡(luò)（European Schoolnet）的未來教室實驗室（曹培杰，2018），通過打破傳統(tǒng)學(xué)校空間設(shè)計的模式為學(xué)生創(chuàng)造了一種沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境。關(guān)于智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的研究邊界與內(nèi)容，已有不少研究者給出了自己的定義。有學(xué)者從學(xué)習(xí)體驗的角度對智慧學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行了分析，認(rèn)為智慧學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)考量學(xué)習(xí)空間、信息技術(shù)及教學(xué)法三個維度（胡永斌等，2016）;從其所包含的學(xué)習(xí)場域的角度來看，是由學(xué)校、家庭、場館協(xié)同聯(lián)動機制作用下的“泛學(xué)習(xí)環(huán)境”（徐晶晶等，2018）。本研究所探討的智能學(xué)習(xí)環(huán)境是以學(xué)習(xí)者為中心原點、以學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動軌跡為空間軸、在學(xué)習(xí)活動過程中發(fā)生交互的學(xué)習(xí)環(huán)境，包含了采用智能技術(shù)實施教學(xué)的教師等組成的人的環(huán)境、社會場館和學(xué)校物理空間等組成的物的環(huán)境、以及人工智能和互聯(lián)網(wǎng)空間等信息技術(shù)組成的信息環(huán)境。其中，智能學(xué)習(xí)環(huán)境的邊界和范圍各異。例如，當(dāng)探討某一較為具體的學(xué)習(xí)環(huán)境如智慧校園、智慧教室時，場景的邊界較為明確：以學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動為軸線，學(xué)習(xí)環(huán)境涉及相對具體的交互場景、物理空間、信息空間等。

二、智能時代學(xué)習(xí)環(huán)境中的主體需求及其沖突分析

1.智能學(xué)習(xí)環(huán)境中的主體關(guān)系重構(gòu)

“智能學(xué)習(xí)環(huán)境”是指將人工智能等智能技術(shù)融入學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計，通過影響學(xué)習(xí)環(huán)境功能、表征、可持續(xù)發(fā)展能力等，所形成的一種智能時代的學(xué)習(xí)環(huán)境，是智能技術(shù)支持下線上學(xué)習(xí)環(huán)境與線下學(xué)習(xí)環(huán)境混合的環(huán)境。智能學(xué)習(xí)環(huán)境中存在學(xué)生群體、學(xué)生個體、教師以及管理者等多個用戶主體。社會利益與終端用戶（學(xué)生）的主客觀利益交織在一起，形成一個統(tǒng)一的連續(xù)體，需要用系統(tǒng)思維方法來區(qū)分不同的個體特征和潛在模式。在進(jìn)行學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計前，需要考慮環(huán)境中的主體以及主體之間的關(guān)系，而智能學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的目的之一就是平衡這些不同主體的需求，協(xié)調(diào)元素間的復(fù)雜關(guān)系。不同主體間的交互關(guān)系構(gòu)成了學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計中需要考慮的重要關(guān)系圖譜。有研究者從社會建構(gòu)主義的理論視角出發(fā)，將以用戶為中心的環(huán)境理論與環(huán)境決定論區(qū)分開，提出人類行為受到所處的環(huán)境影響，但并不由環(huán)境決定。在一定條件下，用戶行為的構(gòu)建不僅受到所處環(huán)境的影響，還受到他們的感受、意圖、態(tài)度、期望和所參與的社會環(huán)境影響，是一個復(fù)雜系統(tǒng)綜合影響的結(jié)果（Vischer，2008）。

學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計中需要考慮四個主體，包括“學(xué)生群體”“學(xué)生個體”“社會環(huán)境”以及“教師與管理者”;三類需求，包括控制性需求、異質(zhì)性需求和自主性需求;兩種學(xué)習(xí)環(huán)境，即實際的學(xué)習(xí)環(huán)境和需求的學(xué)習(xí)環(huán)境。如圖1所示，這些主體、需求與學(xué)習(xí)環(huán)境之間構(gòu)成了不同的交互關(guān)系。第一，社會環(huán)境、教師與管理者與終端用戶的社會交互作用，形成控制性需求與異質(zhì)性需求的交互，這要求學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計時盡量協(xié)調(diào)不同主體的異質(zhì)需求。第二，學(xué)生群體作為終端用戶與“原子化”之后具有自主性的學(xué)生個體之間的交互作用，在某種程度上本身具有“沖突-平衡-協(xié)調(diào)”的屬性。第三，學(xué)生群體作為終端用戶與學(xué)習(xí)環(huán)境的交互作用。當(dāng)前的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計實踐中往往踐行“不同群體、異質(zhì)需求、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、一個原則”，忽視了異質(zhì)群體的異質(zhì)需求。第四，學(xué)生群體作為終端用戶的實際需求和潛在需求，與實際學(xué)習(xí)環(huán)境之間在物理環(huán)境層面形成交互作用。

2.學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計中的人類需求分析

（1）人類需求滿足的三個維度

環(huán)境設(shè)計應(yīng)滿足人的生理需求、心理需求以及整體人的需求，即整合了生理需求與心理需求之后的系統(tǒng)性需求。從社會和終端用戶的利益角度考慮，部分現(xiàn)有學(xué)習(xí)環(huán)境在設(shè)計時不加考慮地使用新技術(shù)，可能與終端用戶的生理需求和心理需求相矛盾。應(yīng)調(diào)整學(xué)習(xí)環(huán)境中各個元素，如AI技術(shù)、AR技術(shù)等，以適應(yīng)學(xué)生的生理需求和心理需求，過濾負(fù)面因素，如不恰當(dāng)?shù)墓饩€布置、有化學(xué)污染的家具等;同時強化正面因素，如有利于增強學(xué)生和環(huán)境交互的技術(shù)、恰當(dāng)?shù)牟晒庠O(shè)計等。終端用戶的感官感受與自然環(huán)境息息相關(guān)，學(xué)習(xí)環(huán)境中的光線、技術(shù)融入、色彩、溫度、濕度等都會影響學(xué)生的生理感受，進(jìn)而影響其行為、健康、幸福感等，從而影響學(xué)習(xí)過程與結(jié)果?？梢妭€體與環(huán)境之間的關(guān)系能夠決定環(huán)境中的終端用戶感受、表現(xiàn)以及與他人的互動，感官刺激、快樂體驗以及持續(xù)的幸福感能夠正向強化終端用戶在該環(huán)境中的執(zhí)行力（Frijda，1986）。

心理需求與生理需求相互關(guān)聯(lián)，物理環(huán)境與人的心理和生理之間存在交互作用關(guān)系。有研究認(rèn)為，人類心理更適應(yīng)非洲大草原而不是封閉的辦公室環(huán)境，啟發(fā)我們的環(huán)境設(shè)計應(yīng)基于進(jìn)化心理學(xué)，考慮用戶的舒適度、安全體驗、歸屬感及基本心理需求（Oseland，2015）。這對學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義，指出學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計應(yīng)當(dāng)盡量避免封閉單一的機械化環(huán)境，盡可能地趨于人類本能需求的自然環(huán)境。有研究者關(guān)注生理、心理及其兩者之間的相互作用，如Evans等人認(rèn)為空間場所的隱私性、復(fù)雜性、可探索性、可識別性以及安全性等形成對生理、心理及其相互作用的綜合影響因素（Evans et al.，1998）;Barrett等人認(rèn)為，在環(huán)境設(shè)計中不能僅考慮對舒適度的改進(jìn)，還應(yīng)將健康、幸福、激發(fā)創(chuàng)造力和生產(chǎn)力等目標(biāo)一同納入環(huán)境設(shè)計中（Barrett et al.，2016）。上述研究綜合起來為我們描述了心理（如認(rèn)知）、生理（如感知覺）以及整體人之間的交互關(guān)系，如圖2所示。這進(jìn)一步說明人類的需求與生理、心理和整體人之間是分層關(guān)聯(lián)的，人作為整體是在人的心理、生理各個層次之上的系統(tǒng)性整合，是需求滿足的最高層次。

（2）學(xué)習(xí)環(huán)境中的人類需求及其動態(tài)關(guān)系

人類內(nèi)外需求的動態(tài)平衡機制是學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的重要原則。學(xué)習(xí)者需求與學(xué)習(xí)環(huán)境形成交互，環(huán)境通過滿足學(xué)習(xí)者需求來獲得改變，學(xué)習(xí)者需求通過影響學(xué)習(xí)環(huán)境來獲得滿足。以物理學(xué)習(xí)環(huán)境為例，終端用戶所接觸的學(xué)習(xí)環(huán)境中的物理材料（如書桌材料、形狀及表面溫度）和社會情境（如師生交互）都有助于滿足學(xué)生在特定的物理學(xué)習(xí)環(huán)境中的一種或多種需求。學(xué)生的主觀體驗、物理環(huán)境和社會情境形成連續(xù)統(tǒng)一體，一同作為學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的重要指標(biāo)。有學(xué)者提出了一種基于不同人類需求理論的六邊形通用人類需求模型，用以說明人類和空間環(huán)境之間的交互依存關(guān)系（De Vrieze? et al.，2015），如圖3所示。這一以需求為中心的框架提出了6個核心需求，即確定性、多樣性、連接性、意義性、貢獻(xiàn)性、增長性，與學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的物理環(huán)境和非物理環(huán)境均有關(guān)，解釋了學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的根源問題，并通過分析潛在行為模式，為解決學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計中的相關(guān)問題提供了新范式。這一設(shè)計原則遵循層次化且相互關(guān)聯(lián)的生長路徑，以實現(xiàn)內(nèi)在需求與外在需求的交替滿足。該六邊形需求模型表達(dá)了人類需求的動態(tài)關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)機制被稱為社會分形，本身具有自相似特征，從個體到上層組織群體都遵循這一需求框架，例如學(xué)生個體、學(xué)生群體、教師個體與群體、教育管理者、社群等。這種需求分析框架與學(xué)習(xí)環(huán)境中的多種因素有關(guān)，如課桌、教室、走廊、游樂場、學(xué)校以外的拓展環(huán)境、數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境、場館等，其中每一種學(xué)習(xí)環(huán)境均不同程度地與現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行了結(jié)合。

3.學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計中的主體需求沖突分析

“學(xué)生”作為人的一種主體表征，具備人類需求的基本屬性及問題。學(xué)生個體是學(xué)生群體的“原子化”分割。以往的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計中往往將環(huán)境中的學(xué)生群體整體作為環(huán)境用戶或體驗主體，這是整體論指導(dǎo)下的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的勝出，但容易忽視學(xué)生個體在學(xué)習(xí)環(huán)境體驗中的主體性。本研究以“原子化”的學(xué)生個體作為關(guān)注對象，以解決學(xué)生個體這一主體在環(huán)境體驗中的需求問題。當(dāng)前已有的研究嘗試從建筑學(xué)、人類學(xué)等視角揭示自然、個性化和刺激三個層次的因素對學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的重要性，但這對于指導(dǎo)智能時代的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計還不夠。智能學(xué)習(xí)環(huán)境需要從環(huán)境心理學(xué)、人類需求關(guān)系理論等多個角度出發(fā)，厘清并解決向內(nèi)、向外不同需求機制之間的沖突關(guān)系。同時，解決不同需求之間的沖突也是智能技術(shù)應(yīng)用于學(xué)習(xí)環(huán)境、變革學(xué)習(xí)環(huán)境最重要的價值所在。不同學(xué)者在不同研究領(lǐng)域中對“需求沖突”均有界定，如萊斯從人類需求的物質(zhì)性和文化性的角度對人類需求進(jìn)行分析，提出如果購買行為中，在滿足物質(zhì)性的同時不能滿足文化性，就會產(chǎn)生需求內(nèi)部的沖突，即文化性需求與物質(zhì)性需求的沖突（威廉·萊斯，1993）;教育活動中的利益主體間的需求沖突表現(xiàn)為參與教育活動的學(xué)生、政府、家長、雇主、高校等主體不同利益需求之間的沖突（孔凡琴，2010）。本研究中的需求沖突是指，當(dāng)學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)者需要同時滿足x需求和y需求時，如果滿足x需求會阻礙滿足y需求，則稱為該學(xué)習(xí)環(huán)境中存在學(xué)習(xí)者需求沖突。例如，當(dāng)學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)環(huán)境的個性化支持有較高需求時，環(huán)境就會呈現(xiàn)出排他性，不利于滿足異質(zhì)學(xué)習(xí)者之間的人際交往需求。從人類需求關(guān)系的理論方法出發(fā)，參照De Vrieze和Moll提出的“學(xué)習(xí)環(huán)境中人類需求基本要素”，結(jié)合本研究對需求沖突內(nèi)涵的界定，研究提出人類需求在智能學(xué)習(xí)環(huán)境中存在社會性、發(fā)展性、自然性和個人性四個維度上的沖突，表現(xiàn)為“向上與向下導(dǎo)向”“向內(nèi)與向外導(dǎo)向”的四種需求沖突。

四種需求機制之間的沖突關(guān)系如圖4所示?！鞍l(fā)展需求”（如享受體驗的動機）作為智能技術(shù)的干預(yù)因素，具有適當(dāng)?shù)南蛏吓c向內(nèi)導(dǎo)向的需求水平（如增長的需要），可以貫徹在智能環(huán)境的整體設(shè)計中?！吧鐣枨蟆弊鳛橹悄芗夹g(shù)干預(yù)的向外與向上需求，可通過輔助環(huán)境用戶建立社交聯(lián)系、表征身份、強化交互體驗等角度切入?！皞€人需求”是個人特征在學(xué)習(xí)環(huán)境中的具體體現(xiàn)，通常是智能技術(shù)的直接干預(yù)因素，體現(xiàn)為向內(nèi)與向下需求因素，可通過滿足個人對意義的需要、提升個性化程度等來顯現(xiàn)智能技術(shù)的干預(yù)價值。“自然需求”通常表現(xiàn)為用戶對物理環(huán)境的具體需求，摻雜了對現(xiàn)實物理環(huán)境的需求以及對期望中的環(huán)境的訴求，是向下與向外導(dǎo)向的需求，具有確定性和可見性，是智能技術(shù)干預(yù)的重要因素，可通過對確定性需要（如自然材料或結(jié)構(gòu)等）的智能化表達(dá)，在最直接的體驗層面變革學(xué)習(xí)環(huán)境。由上可見，不同需求之間存在向內(nèi)與向外（以“a”表示）、向上與向下（以“a'”表示）的需求沖突，幾乎涵蓋學(xué)習(xí)環(huán)境中用戶需求表現(xiàn)的各個角度（如表1）。

三、智能學(xué)習(xí)環(huán)境需求平衡及其模型的建構(gòu)

1.應(yīng)用智能技術(shù)平衡學(xué)習(xí)環(huán)境中的需求沖突

智能技術(shù)變革學(xué)習(xí)環(huán)境最重要的作用之一是平衡內(nèi)外不同需求機制之間的沖突。如圖5所示，通過在學(xué)習(xí)環(huán)境中融入適切性智能技術(shù)能夠平衡學(xué)習(xí)環(huán)境中的人類需求沖突。智能學(xué)習(xí)環(huán)境是學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)展的未來階段，包含物理學(xué)習(xí)環(huán)境、虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境等多個形式的組成部分。網(wǎng)絡(luò)心理學(xué)研究并預(yù)測了虛擬現(xiàn)實世界中學(xué)習(xí)環(huán)境的重要因素，認(rèn)為環(huán)境用戶的情緒、思維、行為決定與感官體驗等聯(lián)系在一起，共同決定了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的學(xué)習(xí)效果（Uhls et al.，2014）。有研究者認(rèn)為，如果學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計具備無線傳感網(wǎng)絡(luò)、智能計量、物聯(lián)網(wǎng)等智能技術(shù)多點并行的顯著特點，對于傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境來說將是一次革命性的變革（Mumovic，2015）。當(dāng)前的智能技術(shù)使得泛在學(xué)習(xí)、混合學(xué)習(xí)等不斷發(fā)展，未來教育和學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計從傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向復(fù)雜技術(shù)支持的設(shè)計已經(jīng)是確定性預(yù)測。學(xué)習(xí)環(huán)境緩慢向技術(shù)驅(qū)動的軸向轉(zhuǎn)變體現(xiàn)在環(huán)境設(shè)計的各個方面，如建筑、軟硬件設(shè)施、光線管理、濕度管理、數(shù)字學(xué)習(xí)資源供給等。此外，通過可穿戴設(shè)備等智能設(shè)備收集個性化數(shù)據(jù)，不斷提高學(xué)習(xí)環(huán)境的異質(zhì)適應(yīng)性，是未來智能技術(shù)切入學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的重要角度（劉海韜等，2016）。

針對學(xué)習(xí)環(huán)境的已有研究目前主要聚焦于對傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境、線上網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境等數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的關(guān)注。通過將智能技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)物理學(xué)習(xí)環(huán)境和數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境，從而變革原有學(xué)習(xí)環(huán)境，已成為研究者的共識。同時網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境已不再作為物理學(xué)習(xí)環(huán)境的延伸而存在，甚至在提高學(xué)習(xí)效果方面的作用已經(jīng)開始優(yōu)于物理學(xué)習(xí)環(huán)境。智能技術(shù)應(yīng)用于改進(jìn)傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計方面涌現(xiàn)出越來越多的案例，如HEAD項目的“智能教室（Smart教室）”設(shè)計能夠提供一些借鑒。該項目定量探討了環(huán)境用戶的主客觀需求關(guān)系，認(rèn)為學(xué)習(xí)環(huán)境的首要任務(wù)是滿足環(huán)境用戶感受體驗的可互換性，從社會學(xué)對個體化因素的關(guān)注（如靈活性、所有權(quán)、聯(lián)系等）、自然因素對環(huán)境用戶的影響（如空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)、光適切性調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)等）等方面規(guī)范了智能技術(shù)改造學(xué)習(xí)環(huán)境的進(jìn)路（Barrett et al.，2015）。在理論建構(gòu)方面，不少研究者提出了智能技術(shù)融入學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)想，例如，智能學(xué)習(xí)環(huán)境的基礎(chǔ)架構(gòu)需要人工智能相關(guān)技術(shù)的支持，有學(xué)者在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了“基于智能技術(shù)整合的學(xué)習(xí)空間五層架構(gòu)”，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、算法層、感知層、認(rèn)知層和服務(wù)應(yīng)用層（塔衛(wèi)剛等，2018），為智能技術(shù)融入學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計路徑、實現(xiàn)“環(huán)境-技術(shù)-人類需求”的連續(xù)統(tǒng)一提供了框架層面的指導(dǎo)。

2.智能學(xué)習(xí)環(huán)境需求平衡模型構(gòu)建

智能學(xué)習(xí)環(huán)境的需求平衡模型是智能學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的重要組成部分，包含兩個部分：（1）智能學(xué)習(xí)環(huán)境需求平衡解析模型——解析智能技術(shù)與學(xué)習(xí)環(huán)境需求沖突之間的主體關(guān)系;（2）需求平衡關(guān)注度計算模型——計算學(xué)習(xí)環(huán)境的需求平衡程度，以及智能技術(shù)干預(yù)之后的學(xué)習(xí)環(huán)境的平衡結(jié)果，為智能技術(shù)干預(yù)程度提供參考。

（1）智能學(xué)習(xí)環(huán)境需求平衡解析模型

將智能技術(shù)作為環(huán)境因素，以上述人類需求沖突作為智能技術(shù)平衡的任務(wù)基礎(chǔ)。參考環(huán)境心理學(xué)的相關(guān)研究，Carr等人描述了物理環(huán)境需求向內(nèi)、向外兩個極性之間的緊張關(guān)系（Carr，1967）。Oblinger等人提出了學(xué)習(xí)空間中的需求沖突解決要素，即認(rèn)知有效功能、社會支持功能、情感功能、物理情境功能（Oblinger，2006）。黃榮懷團(tuán)隊提出了智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中，技術(shù)融入學(xué)習(xí)的幾個維度，如物理環(huán)境等學(xué)習(xí)空間維度、資源獲取和內(nèi)容呈現(xiàn)等信息技術(shù)維度、人機交互和學(xué)習(xí)活動等教學(xué)法維度（胡永斌等，2016）。從減輕學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷角度來看，智能技術(shù)融入學(xué)習(xí)環(huán)境主要體現(xiàn)在自主學(xué)習(xí)、移動學(xué)習(xí)、游戲化學(xué)習(xí)、沉浸式學(xué)習(xí)、基于計算機的模擬學(xué)習(xí)等方面（張慧等，2018）。本研究在上述研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定智能技術(shù)的支持機制（如圖6所示），提出在7種類型的需求沖突，分別以αi（i=1，2，…，7）表示;形成4種智能技術(shù)需求沖突解決機制，分別是“智能化認(rèn)知有效功能”“智能化社會支持功能”“智能化情感功能”以及“智能化物理情境功能”。

圖6 智能學(xué)習(xí)環(huán)境需求平衡解析模型

依據(jù)表1中不同需求的具體實例，需求之間在屬性層面或具體操作層面存在沖突。智能技術(shù)的融入旨在降低屬性之間的沖突水平，或通過提供多元化的操作場景降低需求之間的沖突。例如，貢獻(xiàn)性需求是學(xué)習(xí)者需要在否定現(xiàn)實經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，解決超越真實實踐經(jīng)驗的問題;而增長性需求是學(xué)習(xí)者需要獲得多元化的真實實踐經(jīng)驗，這兩者之間存在認(rèn)知需求沖突，可以通過智能化的認(rèn)知有效功能解決需求沖突。如圖6所示，“智能化認(rèn)知有效功能”用以平衡環(huán)境用戶“發(fā)展需求”中的增長性與“社會需求”中的貢獻(xiàn)性這一內(nèi)外需求沖突關(guān)系;“智能化社會支持功能”用以平衡“社會需求”中的連接性與“個人需求”中的多樣性這一內(nèi)外需求沖突關(guān)系，以及“社會需求”中的貢獻(xiàn)性與“自然需求”中的確定性這一向上與向下導(dǎo)向的需求沖突關(guān)系;“智能化情感功能”用以平衡“個人需求”和“發(fā)展需求”的向上與向下導(dǎo)向需求沖突，以及“社會需求”中的連接性與“個人需求”中的意義性內(nèi)外需求沖突;“智能化物理情境功能”用以平衡“社會需求”中的確定性和“個人需求”中的多樣性內(nèi)外需求沖突。

目前已有相關(guān)研究開展基于主體需求平衡的智能學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計，從理念和實踐層面對具體場景中的智能學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計進(jìn)行研究。以“新工科”研究生智能學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計為例，智能學(xué)習(xí)環(huán)境需要突破傳統(tǒng)工科研究生學(xué)習(xí)環(huán)境中對社會效益的過度關(guān)注，轉(zhuǎn)向關(guān)注研究生學(xué)習(xí)者作為學(xué)習(xí)環(huán)境用戶主體的個體體驗（逯行等，2019）;強調(diào)學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)當(dāng)與“新工科”研究生培養(yǎng)需求之間實現(xiàn)動態(tài)平衡，在充分考慮外界環(huán)境與研究生學(xué)習(xí)者內(nèi)在體驗的基礎(chǔ)上，利用智能技術(shù)協(xié)調(diào)平衡產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求、交叉融合實踐需求、科研發(fā)展需求、個人需求等之間的沖突。如表2所示，以智能技術(shù)作為中介調(diào)節(jié)變量，通過提供智能化的認(rèn)知有效功能、情感功能、物理情境功能、社會支持功能等，驅(qū)動“新工科”研究生學(xué)習(xí)和科研環(huán)境變革，包括建筑設(shè)計、軟硬件設(shè)施、濕度管理等方面。

（2）需求平衡關(guān)注度計算模型

“需求平衡關(guān)注度”存在智能技術(shù)融入學(xué)習(xí)環(huán)境前、后的兩種狀態(tài)，該學(xué)習(xí)環(huán)境中需求沖突導(dǎo)致的不平衡需要引起研究者和實踐者多大程度上的關(guān)注，如需求平衡關(guān)注度越高，說明不平衡狀況越嚴(yán)重，需要獲得越多的關(guān)注。綜合上述分析，智能技術(shù)融入學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計主要解決如圖6中所示的7對需求沖突，將系統(tǒng)中各個因素進(jìn)行量化。本研究主要參考需求量化的相關(guān)研究，如王麗嬌等人的移民社會保險資金需求計算方法（王麗嬌等，2016）、李婷的風(fēng)電場優(yōu)化目標(biāo)的需求計算方法（李婷，2018），以及朱同先等人基于市場需求量化的規(guī)劃研究（朱同先等，2017），從理論建構(gòu)的層面，提出如下“需求平衡關(guān)注度計算模型”的“概念型”計算公式（見表3）。

其中，eqian和ehou均表示該智能學(xué)習(xí)環(huán)境的“需求平衡關(guān)注度”，取值范圍均為（0～1）。其中，eqian表示增加智能技術(shù)干預(yù)之前學(xué)習(xí)環(huán)境中的需求沖突程度，即干預(yù)前需求平衡關(guān)注度，eqian值越大表示該系統(tǒng)越需要獲得學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計者的關(guān)注、越應(yīng)當(dāng)增加智能技術(shù)干預(yù)功能，以提升整個環(huán)境系統(tǒng)的平衡能力。ehou表示增加智能技術(shù)干預(yù)之后學(xué)習(xí)環(huán)境中的需求沖突程度，即干預(yù)后需求平衡關(guān)注度。αi表示該對需求沖突關(guān)系的不平衡系數(shù)，取值為（1～10），值越大表示該需求沖突越嚴(yán)重;βi為智能技術(shù)應(yīng)用于該對需求沖突關(guān)系上的平衡能力系數(shù)，取值為（0～1）;n表示該系統(tǒng)中存在n對αi的需求沖突關(guān)系;wi為αi這一需求沖突關(guān)系對學(xué)習(xí)環(huán)境平衡度影響的權(quán)重值。因此可知，表示智能技術(shù)融入該系統(tǒng)對整體系統(tǒng)的影響系數(shù);表示該系統(tǒng)中原始沖突需求關(guān)系對整個系統(tǒng)的影響系數(shù)。由于智能學(xué)習(xí)環(huán)境中主體需求平衡的相關(guān)研究還處于初始階段，還不存在某個完全基于該理念設(shè)計的實踐案例，因此，本研究通過舉例說明的方式，嘗試從過程演示的層面厘清上述“概念型公式”的應(yīng)用。在后續(xù)研究中，需要逐步解決需求沖突值如何評估、某類需求沖突對學(xué)習(xí)環(huán)境整體影響的權(quán)重等一系列問題，逐步推動“概念公式”發(fā)展成為“實踐指導(dǎo)公式”。

假設(shè)當(dāng)前存在一個X教室，該教室是一間傳統(tǒng)普通教室，學(xué)生和教師普遍反映學(xué)習(xí)和教學(xué)體驗不好，需要通過融入智能技術(shù)加以改造。經(jīng)專家評估，X教室中存在2對α1=8的需求沖突、3對α2=7的需求沖突、3對α3=9的需求沖突、6對α4=5的需求沖突、1對α5=6的需求沖突、4對α6=4的需求沖突、以及5對α7=7的需求沖突。其中，α1到α7對X教室學(xué)習(xí)環(huán)境平衡度影響的權(quán)重分別為w1=0.14、w2=0.16、w3=0.27、w4=0.12、w5=0.13、w6=0.12、w7=0.06。加入智能技術(shù)用以平衡需求之間的沖突，以提升教師和學(xué)生的滿意度，對應(yīng)的智能技術(shù)的平衡能力系數(shù)分別為β1=0.74、β2=0.85、β3=0.66、β4=0.78、β5=0.94、β6=0.55、β7=0.83，則有：

由此可知，X教室的學(xué)習(xí)環(huán)境在增加智能技術(shù)干預(yù)之前，學(xué)習(xí)環(huán)境中的需求不平衡情況較為嚴(yán)重，達(dá)到0.9530（度）;針對性地增加智能技術(shù)干預(yù)之后，智能學(xué)習(xí)環(huán)境中的需求不平衡情況有所緩解，可降至0.2642（度），需求沖突得到了一定程度的解決。

3.基于需求平衡的智能學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計指導(dǎo)原則

考慮到人類的確定性需求與不確定需求都需要通過物理環(huán)境表達(dá)，在設(shè)計智能技術(shù)支持下的學(xué)習(xí)環(huán)境時需要考慮因素的復(fù)雜性，因素與因素之間的銜接需要參照一定的設(shè)計原則進(jìn)行協(xié)調(diào)。本研究針對上述設(shè)計模型提出了5條設(shè)計原則：一是明晰智能技術(shù)解決人類需求關(guān)系的適用范圍。任何技術(shù)都有一定的局限性，不能適用于所有的情況。可依據(jù)多種因素探查智能技術(shù)的適用性，如外部物理環(huán)境的具體特征、不同年齡和性別的終端用戶的心理和生理特征、滿足用戶向內(nèi)需求和向外需求的動態(tài)平衡比例，以及是否可以解決需求沖突。二是剝離終端用戶需求與社會需求。既需要滿足社會視角對學(xué)習(xí)環(huán)境賦予的任務(wù)和使命，滿足政府人員、區(qū)域管理者、學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的需求;同時，又需要滿足用戶視角的需求，考慮終端用戶的體驗需求和潛在訴求。三是個人需求與終端用戶需求分離。終端用戶作為用戶的集合體通常包含多種個人需求，個人需求集合演化為終端用戶需求的過程中通常會發(fā)生求取中間值、強化、弱化、忽視、遺忘等各種操作。四是明晰人類需求及其沖突關(guān)系的范圍，考慮如何應(yīng)用技術(shù)解決沖突關(guān)系的同時，滿足人類生理、心理及作為整體人的需求。五是審視并保證個人終端用戶與智能學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計成果之間的銜接，避免設(shè)計結(jié)果跳過個人用戶而直接關(guān)注群體用戶。

四、總結(jié)與展望

本研究提出的智能學(xué)習(xí)環(huán)境需求平衡模型，涉及許多主觀評價的定量轉(zhuǎn)化，如需求沖突關(guān)系對系統(tǒng)平衡的影響因子、智能技術(shù)對某對需求沖突的平衡能力系數(shù)、某一需求沖突關(guān)系對整個學(xué)習(xí)環(huán)境平衡度影響的權(quán)重等，這些定性因素的定量轉(zhuǎn)化是接下來研究需要重點解決的問題。從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，當(dāng)今世界的發(fā)展瞬息萬變，在未來學(xué)習(xí)環(huán)境中運用越來越多的智能技術(shù)將會是未來發(fā)展的趨勢。而且隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于利用智能技術(shù)變革未來學(xué)習(xí)環(huán)境更有信心。有學(xué)者曾經(jīng)就未來學(xué)習(xí)環(huán)境的確定性進(jìn)行過發(fā)問：教室可能是學(xué)校會保留到最后的學(xué)習(xí)環(huán)境嗎（Hoare，2014）？可以看出，實體學(xué)校作為學(xué)習(xí)環(huán)境的重要組成部分，是所有研究學(xué)習(xí)環(huán)境的研究者避不開的內(nèi)容。不可否認(rèn)的是，學(xué)校環(huán)境作為當(dāng)下最重要的學(xué)習(xí)環(huán)境的一部分，確實發(fā)揮著無可替代的作用，如教室等學(xué)?？臻g，承載著教師的教學(xué)活動和學(xué)生的學(xué)習(xí)活動。但隨著智能技術(shù)的發(fā)展，類似于教室這類較為固定、可轉(zhuǎn)換性較差的實體環(huán)境是否會永存，這是一個可能引起爭議的話題?；蛟S，利用智能技術(shù)取代任何實體的學(xué)習(xí)環(huán)境可以作為智能時代研究的未來方向。

此外還應(yīng)當(dāng)注重協(xié)調(diào)人與技術(shù)協(xié)同中的倫理問題。避免教育由技術(shù)理性所主導(dǎo)，在生發(fā)邏輯、外在表征和價值訴求等層面都充斥著技術(shù)化特征，而忽略“人”化表征。因此，從評價這個角度來看，應(yīng)當(dāng)更加注重人文標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同（呂鵬等，2019）。拋開智能技術(shù)，單純考慮未來學(xué)習(xí)環(huán)境的進(jìn)化和發(fā)展，除了考慮環(huán)境用戶的體驗和需求，還可以衍生出基于設(shè)計者偏好的多種設(shè)計模式，如以生物適應(yīng)性為核心的模式、以高科技應(yīng)用為核心的模式、以社會體驗為核心的設(shè)計模式、以群體需求滿足為核心的需求模式等。這些可以作為學(xué)習(xí)環(huán)境研究者的下一步關(guān)注方向。

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收稿日期 2019-10-10 責(zé)任編輯 汪燕