王一巖 鄭永和

[摘? ?要] 面向智慧課堂的教育情境感知旨在利用情境感知技術(shù)打開課堂教學(xué)研究的“黑箱”，對智慧課堂生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行解構(gòu)，挖掘深層次的教育規(guī)律。通過對“智慧課堂”和“情境感知”概念的闡釋，提出面向智慧課堂的教育情境感知需要從數(shù)據(jù)感知層面對教育情境要素進(jìn)行建模分析，實現(xiàn)基于活動流的教學(xué)過程解構(gòu)，探究“人—機(jī)—物—環(huán)境”的交互作用機(jī)制，挖掘復(fù)雜情境下學(xué)習(xí)發(fā)生的內(nèi)在機(jī)理。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于“人—機(jī)—物—環(huán)境—活動”的智慧課堂情境感知特征模型，對智慧課堂的學(xué)生和教師情境、設(shè)備和服務(wù)情境、內(nèi)容和資源情境、時空和社會情境、活動和交互情境進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫。最后，從“智能感知層、智能分析層、智能服務(wù)層”三個層面構(gòu)建了智慧課堂情境感知的實踐框架，指出智慧課堂情境感知研究的開展需要通過對教育情境的智能感知和融合計算，探究智慧課堂的教育規(guī)律，構(gòu)建基于情境感知的智能教育服務(wù)模式，以此對智慧課堂情境感知的研究愿景和實踐路徑進(jìn)行了系統(tǒng)梳理。

[關(guān)鍵詞] 智慧課堂; 教育情境感知; 價值定位; 特征模型; 實踐框架

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

[作者簡介] 王一巖（1993—），男，河南洛陽人。博士研究生，主要從事智能教育、學(xué)習(xí)分析研究。E-mail：wangyiyan @mail.bnu.edu.cn。鄭永和為通訊作者，E-mail：zhengyonghe@bnu.edu.cn。

一、引? ?言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興智能技術(shù)的快速發(fā)展，智能技術(shù)逐漸作為一種內(nèi)生變量嵌入課堂教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，未來的課堂教學(xué)生態(tài)將逐漸呈現(xiàn)出一種“泛在智能、虛實融合、群智感知、人機(jī)協(xié)同”的發(fā)展趨勢，這在為教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”帶來極大便利的同時，也增加了課堂教學(xué)情境的復(fù)雜性，為教育現(xiàn)象的解釋和教育規(guī)律的挖掘帶來了極大困難。因此在智能技術(shù)快速發(fā)展的時代背景下，如何利用先進(jìn)的教育理論和智能技術(shù)實現(xiàn)對課堂教學(xué)生態(tài)的挖掘分析，打開課堂教學(xué)研究的“黑箱”，明確泛在智能背景下課堂教學(xué)的發(fā)生機(jī)理，將成為未來一段時間內(nèi)智能教育相關(guān)研究需要解決的關(guān)鍵問題。在此背景下，教育情境感知相關(guān)研究的開展為此問題的解決提供了良好的技術(shù)方案，利用智能感知技術(shù)實現(xiàn)對智慧學(xué)習(xí)空間中實體要素存在狀態(tài)和交互作用模式的系統(tǒng)化建模分析，對課堂教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行解構(gòu)，在更深層次上實現(xiàn)“學(xué)習(xí)情境可計算、學(xué)習(xí)主體可理解、學(xué)習(xí)規(guī)律可解釋、學(xué)習(xí)服務(wù)可定制”，以此實現(xiàn)對智能時代課堂教學(xué)生態(tài)的重構(gòu)。

本研究主要關(guān)注面向智慧課堂的教育情境感知，一方面從“情境感知”的視角對泛在智能背景下智慧課堂教學(xué)生態(tài)的復(fù)雜性進(jìn)行深入研究，利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)對智慧課堂教學(xué)生態(tài)構(gòu)成要素的數(shù)據(jù)化表征，探究智慧課堂教育情境各構(gòu)成要素之間的交互作用模式，進(jìn)而實現(xiàn)對智慧課堂教學(xué)生態(tài)的完整解構(gòu);另一方面，探究“情境感知”研究對于智慧課堂教學(xué)生態(tài)發(fā)展的核心價值，明確教育情境的特征要素和學(xué)習(xí)者的特征屬性對于學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果的影響機(jī)理，挖掘智能時代學(xué)習(xí)者的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律、智慧課堂教學(xué)生態(tài)的演化規(guī)律，并以此重構(gòu)智能時代的學(xué)習(xí)、教學(xué)和管理模式。本文基于對現(xiàn)有研究的綜合分析，對智慧課堂情境感知的價值定位進(jìn)行了系統(tǒng)詮釋，構(gòu)建了智慧課堂情境感知的特征模型和實踐框架，以期為后續(xù)相關(guān)研究的開展提供借鑒。

二、相關(guān)概念闡釋

（一）智慧課堂

智慧課堂是智能技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的產(chǎn)物，其核心特征在于強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等智能技術(shù)在課堂教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，將智能技術(shù)作為一種“內(nèi)生變量”嵌入課堂教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，構(gòu)建“泛在智能、群智感知、人機(jī)協(xié)同”的智慧課堂教學(xué)新樣態(tài)。智能技術(shù)驅(qū)動課堂教學(xué)生態(tài)的重構(gòu)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)。通過VR、AR、自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺、智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)、教育機(jī)器人等新興技術(shù)和智能教育產(chǎn)品的應(yīng)用創(chuàng)設(shè)虛實融合、智能增強(qiáng)、人機(jī)協(xié)同的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)習(xí)者提供更加適切、精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)支持服務(wù)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者積極主動的知識建構(gòu)。（2）智能分析方法的重構(gòu)。利用智能感知設(shè)備實現(xiàn)對智慧課堂教學(xué)生態(tài)的智能感知與精準(zhǔn)測評，對與課堂教學(xué)相關(guān)的學(xué)生、教師、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)媒體、教學(xué)活動要素等進(jìn)行系統(tǒng)化的建模分析，利用數(shù)據(jù)挖掘的方法探究智慧課堂的教育發(fā)展規(guī)律，從而實現(xiàn)對智慧課堂教學(xué)生態(tài)的有效還原。（3）智能服務(wù)模式的升級。發(fā)揮機(jī)器智能在智慧課堂教學(xué)中的核心作用，通過對學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)情境的智能分析和精準(zhǔn)測評，探究深層次的教育規(guī)律，以此為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)支持服務(wù)，為教師提供精準(zhǔn)化的教學(xué)改進(jìn)服務(wù)，以“人機(jī)協(xié)同”的方式促進(jìn)智慧課堂教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式的系統(tǒng)變革。

（二）教育情境感知

“情境”，是指任何可以被用于標(biāo)識人、物體、環(huán)境、計算機(jī)程序等實體狀態(tài)的信息[1]，用于對特定場景下的實體要素及其相互之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫。常見的情境劃分方法有：環(huán)境情境、用戶情境、任務(wù)情境、社會情境、時空情境、設(shè)備情境、服務(wù)情境、網(wǎng)絡(luò)連接情境等。“情境感知”的概念最早來源于普適計算，是通過智能傳感設(shè)備對特定物理和時空環(huán)境中的人、機(jī)、物等實體要素的存在狀態(tài)進(jìn)行智能感知，獲取對用戶有用的反饋信息，并通過對數(shù)據(jù)的分析處理，為用戶提供適切性的支持服務(wù)，借助感知和計算設(shè)備實現(xiàn)用戶和環(huán)境之間的交互融合[2]。

隨著現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論的發(fā)展，相關(guān)研究人員越發(fā)重視教育情境的創(chuàng)設(shè)對于教學(xué)活動的發(fā)生和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的影響機(jī)制，并進(jìn)行了一系列嘗試。代表性的研究有：張屹等人認(rèn)為教育情境主要包括學(xué)習(xí)者情境（個人信息、日歷、關(guān)系和偏好檔案等）和教學(xué)服務(wù)情境（服務(wù)請求信息、服務(wù)質(zhì)量、環(huán)境和設(shè)備檔案等），并基于此構(gòu)建了面向泛在學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)資源檢索模型，通過對教育情境的精準(zhǔn)感知實現(xiàn)對教學(xué)資源的深度聚合和動態(tài)推送[3];陳敏等人構(gòu)建了基于情境感知的學(xué)習(xí)資源推薦系統(tǒng)，將教育情境要素劃分為學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)者特征、學(xué)習(xí)設(shè)備、學(xué)習(xí)環(huán)境等方面，通過對泛在學(xué)習(xí)環(huán)境下的教育情境的精準(zhǔn)感知和融合分析，實現(xiàn)適切性的學(xué)習(xí)資源推薦[4];李青等人構(gòu)建了面向智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的教育情境感知模型，將教育情境劃分為學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)活動、教學(xué)設(shè)備等方面，旨在利用情境感知技術(shù)實現(xiàn)對智慧學(xué)習(xí)空間的動態(tài)優(yōu)化[5];王冬青等人將教育情境劃分為用戶、任務(wù)、位置、時間、設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施等方面，并基于此構(gòu)建了基于情境感知的智慧課堂動態(tài)生成性數(shù)據(jù)采集模型，以此實現(xiàn)對智慧課堂教學(xué)生態(tài)的有效還原[6]。從整體來看，教育情境感知是當(dāng)前階段智能教育領(lǐng)域關(guān)注的熱點話題，眾多學(xué)者從不同的研究需求出發(fā)對教育情境感知的理論和方法進(jìn)行了諸多嘗試，相關(guān)研究內(nèi)容主要集中在基于情境感知的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建[7]、基于情境感知的自適應(yīng)學(xué)習(xí)支持服務(wù)[8]、基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模[9]等方面，對于智能教育相關(guān)研究的開展具有深遠(yuǎn)的影響意義。

三、智慧課堂情境感知的價值定位

面向智慧課堂的教育情境感知是智能時代教育科學(xué)研究需要解決的關(guān)鍵問題，旨在以還原論的思想為指導(dǎo)，研究智慧課堂教育情境的構(gòu)成要素及其相互之間的交互作用機(jī)制，以數(shù)據(jù)科學(xué)的理論和方法為支撐，實現(xiàn)對智慧課堂構(gòu)成要素的數(shù)據(jù)化表征，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對智慧課堂教育情境的精準(zhǔn)刻畫，還原教學(xué)過程的全貌，挖掘深層次的教育發(fā)展規(guī)律。

（一）實現(xiàn)對智慧課堂教育情境構(gòu)成要素的精準(zhǔn)建模

智能感知技術(shù)的發(fā)展為面向智慧課堂的教育情境感知研究提供了底層的技術(shù)支持，有助于以智能感知技術(shù)為依托，實現(xiàn)對智慧課堂各構(gòu)成要素的多元感知與融合分析，進(jìn)而構(gòu)建面向智慧課堂教學(xué)生態(tài)發(fā)展的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型，在最大程度上還原智慧課堂教學(xué)生態(tài)的全貌。智慧課堂情境感知研究的開展需要利用智能感知技術(shù)實現(xiàn)對復(fù)雜教育場景下的學(xué)生、教師、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)設(shè)備、教學(xué)服務(wù)、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)活動等要素進(jìn)行精準(zhǔn)分析，對其表征形態(tài)和潛在特征進(jìn)行多層次、細(xì)粒度的精準(zhǔn)刻畫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的學(xué)習(xí)者建模、教學(xué)環(huán)境建模、教學(xué)活動建模，進(jìn)而實現(xiàn)對智慧課堂教學(xué)情境要素的數(shù)據(jù)化表征。

（二）實現(xiàn)基于活動流的智慧課堂教學(xué)過程解構(gòu)

關(guān)于課堂教學(xué)活動序列的挖掘分析是課堂教學(xué)分析的重要研究內(nèi)容，具有代表性的研究有S-T教學(xué)分析法、弗蘭德斯互動分析系統(tǒng)（FIAS）、基于信息技術(shù)的互動分析編碼系統(tǒng)（ITIAS）等[10]，我國學(xué)者穆肅等人以活動理論為指導(dǎo)設(shè)計了基于教學(xué)活動的課堂教學(xué)行為分析系統(tǒng)[11];孫眾等人綜合運(yùn)用教學(xué)事件識別和基于時間取樣的言語和行為交互分析等方法構(gòu)建了人工智能支持的課堂教學(xué)分析框架[12]。基于活動流的智慧課堂教學(xué)過程解構(gòu)是智慧課堂教育情境感知的重要組成部分，旨在利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)對智慧課堂教學(xué)活動和教學(xué)事件的精準(zhǔn)監(jiān)測，對特定教學(xué)活動驅(qū)動下的學(xué)生、教師、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源的表征形態(tài)和演化模式進(jìn)行序列化的建模分析，構(gòu)建基于時間序列分析的智慧課堂教學(xué)活動分析模型，對特定活動情境下學(xué)習(xí)者的行為、認(rèn)知、情感變化情況以及學(xué)習(xí)者與教師、教學(xué)資源、教學(xué)媒體、教學(xué)環(huán)境之間的交互作用模式進(jìn)行數(shù)據(jù)化表征，進(jìn)而實現(xiàn)基于活動流的智慧課堂教學(xué)過程解構(gòu)。

（三）揭示“人—機(jī)—物—環(huán)境”的交互作用機(jī)理

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用使得物理學(xué)習(xí)空間逐漸向人與資源、環(huán)境深度融合、協(xié)調(diào)發(fā)展的方向邁進(jìn)，推動人、機(jī)、物、環(huán)境等要素的智能互聯(lián)、多元交互、精準(zhǔn)感知與智能計算，促進(jìn)多元學(xué)習(xí)時空的交匯融合，并逐步構(gòu)建起人機(jī)物群智融合的智能教育新生態(tài)[13]。因此，智慧課堂情境感知研究的開展需要以“人—機(jī)—物—環(huán)境”的多元交互機(jī)制為核心，以智慧課堂教學(xué)活動的事件流為基礎(chǔ)，探究學(xué)生與教師、教學(xué)資源、教學(xué)媒體、教學(xué)環(huán)境之間的多元交互機(jī)制，利用社會網(wǎng)絡(luò)分析的方法構(gòu)建面向智慧課堂的復(fù)雜交互網(wǎng)絡(luò)，探究智慧課堂各構(gòu)成要素之間的協(xié)同作用模式對智慧課堂教學(xué)生態(tài)發(fā)展的影響機(jī)理，進(jìn)而從更深層次上梳理智慧課堂教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)的演化規(guī)律。

（四）探究復(fù)雜教育情境下學(xué)習(xí)發(fā)生的內(nèi)在機(jī)理

人工智能技術(shù)的引入在極大程度上變革了傳統(tǒng)課堂的教與學(xué)關(guān)系，智能技術(shù)逐漸作為一種“中介”參與到課堂教學(xué)和學(xué)習(xí)交互的各個層面[14]，傳統(tǒng)的“師生”二元關(guān)系逐漸被打破，逐步建立起基于“學(xué)生—機(jī)器—教師”的多元交互模型，在極大程度上增加了教育情境的復(fù)雜性。因此，智慧課堂教育情境感知研究的開展需要從更深層次上剖析教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)活動、教學(xué)媒體等要素的潛在特征，梳理學(xué)習(xí)者與教師、教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境以及智能技術(shù)之間的交互作用機(jī)理，以學(xué)習(xí)者的知識建構(gòu)、認(rèn)知發(fā)展和情緒態(tài)度為參照，實現(xiàn)對智慧教學(xué)生態(tài)的精準(zhǔn)化建模分析，在更深層次上剖析智慧課堂的教育情境要素對學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)制的影響機(jī)理，進(jìn)而優(yōu)化智慧課堂的教學(xué)情境，助力于智慧教學(xué)活動的有效開展。

四、智慧課堂情境感知的特征模型

（一）要素篩選：面向多元應(yīng)用場景的教育情境特征模型分析

本文通過對2010年以來CSSCI期刊中關(guān)于教育情境感知相關(guān)論文的綜合分析，對多元應(yīng)用場景下教育情境的特征模型進(jìn)行了系統(tǒng)梳理（見表1）。從整體來看，關(guān)于教育情境構(gòu)成要素的測評，主要集中在學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)內(nèi)容、時間、空間、設(shè)備、活動、任務(wù)、服務(wù)、物理環(huán)境、社會環(huán)境等諸多方面，根據(jù)研究需求和應(yīng)用場景的不同，教育情境的構(gòu)成要素也呈現(xiàn)出復(fù)雜多樣的特點。因此，如何從理論和實踐層面對智慧課堂環(huán)境下的復(fù)雜教育情境進(jìn)行系統(tǒng)測評，對其構(gòu)成要素進(jìn)行系統(tǒng)梳理，明確各要素的潛在特征以及不同要素之間的相互作用關(guān)系，是智能時代教育情境感知研究需要解決的關(guān)鍵問題。

（二）設(shè)計原則：基于數(shù)據(jù)科學(xué)的智慧課堂教學(xué)生態(tài)解構(gòu)

面向智慧課堂的教育情境感知模型的構(gòu)建旨在利用數(shù)據(jù)科學(xué)的思想對智慧課堂的學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)內(nèi)容、時間、設(shè)備、活動、任務(wù)、服務(wù)、物理環(huán)境、社會環(huán)境等要素進(jìn)行數(shù)據(jù)化表征，以此實現(xiàn)對完整教育情境的有機(jī)還原。其一，結(jié)合智能時代人機(jī)物三元融合的發(fā)展趨勢，強(qiáng)化對智慧課堂生態(tài)系統(tǒng)中的“人”（學(xué)生和教師）、“機(jī)（技）”（智能設(shè)備和智能服務(wù)）、“物”（教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源）三要素的關(guān)注，探究教育主體、教育客體、機(jī)器智能的核心特征及其交互作用機(jī)制;其二，強(qiáng)化教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)對教學(xué)過程和教學(xué)結(jié)果影響機(jī)理的研究，探究在特定的教學(xué)場景中“人—機(jī)—物”與“環(huán)境”（物理環(huán)境和社會環(huán)境）的交互作用機(jī)制，明確智慧課堂的物理環(huán)境和社會環(huán)境如何對教學(xué)活動的發(fā)生和學(xué)習(xí)者的知識建構(gòu)產(chǎn)生影響;其三，強(qiáng)調(diào)教學(xué)活動的發(fā)生對于智慧課堂教育情境發(fā)展和演化的影響機(jī)制，借由智慧教學(xué)活動的發(fā)生實現(xiàn)各構(gòu)成要素之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的建立，通過對智慧課堂活動情境的創(chuàng)設(shè)實現(xiàn)“人—機(jī)—物—環(huán)境”之間的多元交互和協(xié)調(diào)共生，探究在特定教學(xué)活動過程中教育情境各構(gòu)成要素的表征形態(tài)和演化模式，構(gòu)建時序化、動態(tài)化的分析模型，從而實現(xiàn)對智慧課堂教育情境的精準(zhǔn)測評。

（三）模型構(gòu)建：基于“人—機(jī)—物—環(huán)境—活動”的智慧課堂情境感知特征模型

本文通過對教育情境構(gòu)成要素的系統(tǒng)梳理，構(gòu)建了智慧課堂情境感知的特征模型，將智慧課堂教育情境的構(gòu)成要素分解為“人”（學(xué)生和教師情境）、“機(jī)”（設(shè)備和服務(wù)情境）、“物”（內(nèi)容和資源情境）、“環(huán)境”（時空和社會情境）、“活動”（活動和交互情境）五個方面，利用情境感知技術(shù)實現(xiàn)對智慧課堂教育情境的有機(jī)分解，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對教育過程的有效還原和對教育現(xiàn)象的科學(xué)解釋。

圖1? ?智慧課堂情境感知的特征模型

1. 人：學(xué)生和教師情境

學(xué)生和教師情境是對智慧課堂教學(xué)情境中關(guān)于“人”的要素的精準(zhǔn)刻畫，通過對學(xué)習(xí)者和教師相關(guān)特征的數(shù)據(jù)化表征實現(xiàn)對學(xué)習(xí)者和教師的精準(zhǔn)建模，以此為相關(guān)研究的開展提供保障。

智慧課堂中的學(xué)生情境，又可以歸結(jié)為學(xué)習(xí)者模型，主要利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)對學(xué)習(xí)者外在行為和內(nèi)在生理信息的全時空、多維度數(shù)據(jù)采集，利用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的方法實現(xiàn)對學(xué)習(xí)者“知識、認(rèn)知、情感”的精準(zhǔn)測評，以此實現(xiàn)對學(xué)習(xí)者知識建構(gòu)模式、認(rèn)知發(fā)展規(guī)律以及情感發(fā)生機(jī)制的深層解析[20]。智慧課堂的學(xué)生情境主要包括：（1）學(xué)習(xí)者的背景信息。包括學(xué)習(xí)者的性別、年齡、學(xué)習(xí)歷史、家庭背景等。（2）學(xué)習(xí)者的行為信息。包括學(xué)習(xí)者在線上和線下學(xué)習(xí)環(huán)境中的話語、表情、身體姿態(tài)、手勢、人機(jī)交互、課堂應(yīng)答等外在行為信息以及呼吸、心跳、腦電、眼動、皮膚電等內(nèi)在生理信息。（3）學(xué)習(xí)者的潛在特征信息。包括學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)動機(jī)、認(rèn)知風(fēng)格等深層次特征。

智慧課堂中的教師情境主要通過對教師專業(yè)背景、教學(xué)行為和潛在特征的刻畫實現(xiàn)對教師全方位的建模分析，主要包括：（1）教師的背景信息。包括教師的學(xué)歷、專業(yè)、職稱、教育背景等信息。（2）教師的行為信息。包括教師的話語、表情、身體姿態(tài)、設(shè)備操作、教學(xué)交互等信息。（3）教師的潛在特征信息。包括教師的專業(yè)素養(yǎng)、教學(xué)技能、職業(yè)認(rèn)同感以及面向智能時代教育發(fā)展的信息素養(yǎng)、數(shù)據(jù)素養(yǎng)、信息化教學(xué)能力等。

2. 機(jī)（技）：設(shè)備和服務(wù)情境

設(shè)備和服務(wù)情境是對智慧課堂環(huán)境下智能感知設(shè)備、智能教育產(chǎn)品和智能教育服務(wù)的全方位表征，主要利用智能感知設(shè)備實現(xiàn)對智慧課堂環(huán)境下學(xué)習(xí)者、教師、教學(xué)資源、教學(xué)媒體、教學(xué)活動的智能感知，實現(xiàn)對教育情境各構(gòu)成要素的數(shù)據(jù)化表征，以此為學(xué)生、教師和管理者提供智能化的教育服務(wù)。

智慧課堂的設(shè)備情境主要包括：（1）智能感知設(shè)備。包括：溫感、光感等環(huán)境感知設(shè)備，攝像機(jī)、錄音機(jī)等行為感知設(shè)備，眼動、腦電、皮膚電等生理信息感知設(shè)備。（2）人機(jī)交互設(shè)備。主要包括：智能桌椅、智能終端、交互式電子白板等硬件設(shè)備和智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺、教育機(jī)器人等智能教育產(chǎn)品。

智能課堂的服務(wù)情境主要包括基于教育情境數(shù)據(jù)為學(xué)習(xí)者、教師和管理者提供的智能教育服務(wù)，通過對智慧課堂智能教育服務(wù)的類型、質(zhì)量、推送時機(jī)以及用戶接受度的精準(zhǔn)測評，實現(xiàn)對智慧課堂服務(wù)情境的精準(zhǔn)刻畫。主要包括：（1）面向?qū)W習(xí)者的個性化學(xué)習(xí)支持服務(wù)，包括智能化的學(xué)業(yè)診斷、資源推薦和學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃服務(wù)。（2）面向教師的精準(zhǔn)化教學(xué)改進(jìn)服務(wù)，包括教學(xué)媒體的選用方式、教學(xué)資源的呈現(xiàn)方式、教學(xué)活動的組織策略等。（3）面向管理者的智慧化教育管理服務(wù)，包括教師教學(xué)成效評價、信息化教學(xué)能力評價、學(xué)習(xí)者的信息素養(yǎng)評價、教育信息化設(shè)備應(yīng)用成效評價等。

3. 物：內(nèi)容和資源情境

內(nèi)容和資源情境主要是對智慧課堂教學(xué)過程中的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源進(jìn)行細(xì)粒度的精準(zhǔn)刻畫，以此為教學(xué)情境的精準(zhǔn)分析提供全方位支持。（1）內(nèi)容情境。教學(xué)內(nèi)容是智慧課堂教學(xué)的關(guān)鍵要素，決定了教師應(yīng)該教什么的問題。關(guān)于教學(xué)內(nèi)容的描述主要涉及所講授教學(xué)內(nèi)容的知識點、科目、學(xué)段、章節(jié)等信息，通過學(xué)科知識圖譜的構(gòu)建，對知識點之間的上下位關(guān)系、蘊(yùn)含關(guān)系、前后關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確表征[21]。（2）資源情境。主要包括書籍、試卷、電子課件、視音頻、動畫、虛擬現(xiàn)實等多媒體化的教學(xué)資源呈現(xiàn)方式。

4. 環(huán)境：時空和社會情境

時空和社會情境是關(guān)于智慧課堂教學(xué)情境中關(guān)于“環(huán)境”要素的描述，主要通過對智慧課堂的物理環(huán)境、社會環(huán)境和虛擬環(huán)境的精準(zhǔn)分析，對智慧課堂的環(huán)境要素進(jìn)行全方位、多層次、細(xì)粒度的精準(zhǔn)刻畫，以此為相關(guān)研究的開展提供支持。

智慧課堂的時空情境是對智慧課堂時空環(huán)境的精準(zhǔn)分析，主要包括：（1）時間情境。包括學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)時長等。（2）空間情境。包括溫度、濕度、亮度、教室的空間結(jié)構(gòu)、學(xué)生的座位分布等。智慧課堂的社會情境是對智慧課堂社會構(gòu)成關(guān)系的精準(zhǔn)測評，主要包括教學(xué)共同體中“學(xué)生與學(xué)生”“學(xué)生與教師”“學(xué)生與機(jī)器”“教師與機(jī)器”之間的協(xié)作關(guān)系，通過構(gòu)建面向智慧課堂的復(fù)雜社會網(wǎng)絡(luò)，對智慧課堂的社會情境進(jìn)行準(zhǔn)確表征。

5. 活動：活動和交互情境

活動和交互情境是從活動流的視角對智慧課堂的教學(xué)過程進(jìn)行建模分析，是智慧課堂教學(xué)生態(tài)演化的重要因素。教學(xué)活動的開展是課堂關(guān)系存在的主要載體，智慧課堂物質(zhì)、信息和能量的流動與轉(zhuǎn)換也主要依托于師生共同參與的智慧教學(xué)活動[22]。因此智慧課堂情境感知研究的開展必須對智慧課堂的活動要素加以重視，通過對活動要素的建模分析實現(xiàn)智慧課堂“人—機(jī)—物—環(huán)境”交互機(jī)制的多元分解，在最大程度上還原智慧課堂教學(xué)生態(tài)的全貌。智慧課堂的活動情境主要包括：活動類型、活動主體、活動客體、活動時間、活動開展的方式等信息。

智慧課堂的交互情境主要是通過對“人與人”“人與機(jī)”“人與物”“人與環(huán)境”之間交互機(jī)制的有機(jī)分解，對學(xué)習(xí)者與教師、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)資源、教學(xué)服務(wù)以及其他學(xué)習(xí)者之間的交互模式進(jìn)行準(zhǔn)確表征，進(jìn)而實現(xiàn)對智慧課堂教學(xué)生態(tài)演化模式的深入測評。對于智慧課堂交互情境的測評主要包括：交互主體、交互時間、交互類型、交互模式等，根據(jù)交互主體的差異性表現(xiàn)出多樣化的特征。

五、智慧課堂情境感知的實踐框架

智慧課堂情境感知的實踐框架旨在以上文提出的基于“人—機(jī)—物—環(huán)境—活動”的教育情境感知模型為基礎(chǔ)，對智慧課堂教育情境感知的研究體系進(jìn)行系統(tǒng)建構(gòu)，探究教育情境的創(chuàng)設(shè)如何作用于學(xué)生個體的認(rèn)知發(fā)展，以此挖掘深層次的教育發(fā)展規(guī)律，構(gòu)建基于情境感知的智能教育服務(wù)模式。本文從智能感知層、智能分析層、智能服務(wù)層三個層次構(gòu)建了智慧課堂情境感知的實踐框架（如圖2所示），從更深層次上探討情境感知技術(shù)的引入如何作用于智慧課堂教學(xué)生態(tài)的優(yōu)化。

圖2? ?智慧課堂情境感知的實踐框架

（一）智能感知層：基于智能感知技術(shù)的智慧課堂情境感知與融合計算

智能感知層主要是利用智能感知設(shè)備實現(xiàn)對智慧課堂教育情境的全方位感知和融合分析。通過對智慧課堂環(huán)境下完整教學(xué)過程中“人—機(jī)—物—環(huán)境—活動”等要素的全時空、多維度數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)對學(xué)生和教師情境、設(shè)備和服務(wù)情境、內(nèi)容和資源情境、時空和社會情境、活動和交互情境的精準(zhǔn)監(jiān)測。如：（1）學(xué)習(xí)者層面：利用攝像頭、眼動儀、腦電、皮電、功能性磁共振、功能性近紅外成像等設(shè)備對學(xué)習(xí)者的外在行為和內(nèi)在生理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。（2）物理環(huán)境層面：利用溫感、光感、濕度傳感器等智能傳感設(shè)備對智慧學(xué)習(xí)空間的物理環(huán)境信息進(jìn)行實時采集。（3）社會環(huán)境層面：利用社會網(wǎng)絡(luò)分析的方法對“人—機(jī)—物”之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行建模分析，實現(xiàn)對智慧課堂多元交互機(jī)制的有機(jī)分解。（4）教學(xué)內(nèi)容層面：利用知識圖譜的方法對教學(xué)內(nèi)容的相關(guān)信息進(jìn)行標(biāo)記，對教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生先驗知識之間的潛在關(guān)系進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫等等。

（二）智能分析層：基于智慧課堂情境感知的教育規(guī)律研究

智能分析層主要通過對智慧課堂環(huán)境下教育情境特征和學(xué)習(xí)者特征的關(guān)聯(lián)分析，構(gòu)建教育情境與學(xué)習(xí)者特征之間的雙向匹配機(jī)制，構(gòu)建基于情境感知的學(xué)習(xí)者模型，探究教育情境要素對學(xué)習(xí)者知識建構(gòu)、認(rèn)知發(fā)展和情緒狀態(tài)的影響機(jī)理，以此對智慧課堂的教育發(fā)展規(guī)律進(jìn)行深入分析。

1. 基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的學(xué)習(xí)者和教育情境特征挖掘

教育情境的復(fù)雜性為教育情境感知研究的開展帶來了極大挑戰(zhàn)，如何利用多種智能感知設(shè)備實現(xiàn)對學(xué)生、教師、教學(xué)媒體、教學(xué)資源、教學(xué)設(shè)備、教學(xué)活動的智能感知與融合分析，是當(dāng)前階段急需解決的關(guān)鍵問題。需要利用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的方法對多元研究主體進(jìn)行準(zhǔn)確表征，實現(xiàn)對智慧課堂教育情境的準(zhǔn)確還原。（1）面向?qū)W習(xí)者層面的多元特征挖掘。利用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的方法對學(xué)習(xí)者的學(xué)業(yè)測評數(shù)據(jù)、心理測評數(shù)據(jù)、外在行為數(shù)據(jù)、生理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)采集和融合分析，對學(xué)習(xí)者的知識、認(rèn)知、情感等要素進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫。（2）面向多元情境要素的精準(zhǔn)監(jiān)測。利用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的方法對多元時空條件下學(xué)生和教師情境、設(shè)備和服務(wù)情境、內(nèi)容和資源情境、時空和社會情境、活動和交互情境進(jìn)行精準(zhǔn)分析，從中提取關(guān)于教師的教學(xué)行為和教學(xué)風(fēng)格、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源、教學(xué)設(shè)備和教育服務(wù)、教學(xué)活動和學(xué)習(xí)交互、物理環(huán)境和社會環(huán)境等方面的關(guān)鍵特征指標(biāo)，實現(xiàn)對教育情境要素的精準(zhǔn)刻畫。

2. 基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模

基于教育情境感知的學(xué)習(xí)者建模是智能教育領(lǐng)域關(guān)注的熱點話題。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)者建模研究主要關(guān)注學(xué)習(xí)者的知識、認(rèn)知、情感等要素的發(fā)展?fàn)顩r，并利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)對某一方面特征的精準(zhǔn)刻畫。基于教育情境感知的學(xué)習(xí)者建模則重點關(guān)注教育情境的創(chuàng)設(shè)對學(xué)習(xí)者知識建構(gòu)、認(rèn)知發(fā)展和情緒狀態(tài)的影響機(jī)制，研究教育情境要素與學(xué)習(xí)者特征模型之間的映射關(guān)系，探究教育情境的創(chuàng)設(shè)如何對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果產(chǎn)生影響，對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)動機(jī)、學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)風(fēng)格等深層次特征進(jìn)行深入的挖掘分析，構(gòu)建更加完善的學(xué)習(xí)者模型，以此實現(xiàn)對學(xué)習(xí)者知識建構(gòu)模式、認(rèn)知發(fā)展規(guī)律和情感發(fā)生機(jī)制的深層解析，為學(xué)習(xí)者提供更加適切的學(xué)習(xí)支持服務(wù)。

3. 基于情境感知的學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展規(guī)律研究

學(xué)習(xí)科學(xué)研究的重要目標(biāo)是探索教師、媒體、資源、環(huán)境等要素對學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果的影響機(jī)制，以此揭示學(xué)習(xí)者深層次的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，并為教學(xué)策略的改進(jìn)和教學(xué)成效的提升提供科學(xué)指導(dǎo)。面向智慧課堂的教育情境感知旨在利用情境感知技術(shù)實現(xiàn)對教學(xué)全過程的精準(zhǔn)監(jiān)測，探究教育情境要素對學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展的影響機(jī)理，以此為學(xué)習(xí)者、教師和管理者提供智能化的支持服務(wù)。主要包括：（1）教師的教學(xué)行為和教學(xué)風(fēng)格對學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的影響機(jī)理。（2）教學(xué)資源的呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)者認(rèn)知和情感投入的影響機(jī)理。（3）教學(xué)交互活動的設(shè)計對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)投入、學(xué)習(xí)動機(jī)、學(xué)習(xí)成效和自我效能感的影響機(jī)理。

4. 智慧課堂教學(xué)生態(tài)的演化機(jī)理研究

教育情境的復(fù)雜性為教育科學(xué)研究的開展帶來了極大挑戰(zhàn)，如何利用科學(xué)有效的研究方法對智慧課堂的教育情境進(jìn)行精準(zhǔn)分析，探究其中潛在的教育發(fā)展規(guī)律，是當(dāng)前階段需要解決的關(guān)鍵問題。其一，利用數(shù)據(jù)密集型科學(xué)的理論和方法對智慧課堂教學(xué)生態(tài)進(jìn)行解構(gòu)，研究教育情境創(chuàng)設(shè)與學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展之間的潛在作用關(guān)系，從中發(fā)現(xiàn)與教育教學(xué)相關(guān)的各種現(xiàn)象、規(guī)律和機(jī)理，為教育實踐研究的開展提供多元支持;其二，利用復(fù)雜性科學(xué)的思想和方法對智慧課堂“人—機(jī)—物—環(huán)境”的交互機(jī)理和演化模式進(jìn)行系統(tǒng)分析，探究系統(tǒng)內(nèi)部的漲落對學(xué)生學(xué)習(xí)成效的影響機(jī)理，以此實現(xiàn)對智慧課堂教學(xué)生態(tài)的宏觀調(diào)控。

（三）智能服務(wù)層：基于智慧課堂情境感知的智能教育服務(wù)

1. 基于智慧課堂情境感知的個性化學(xué)習(xí)支持服務(wù)

智慧課堂教育情境感知研究的開展為面向?qū)W習(xí)者的個性化學(xué)習(xí)支持服務(wù)的有效發(fā)生提供了多元支持。通過多模態(tài)數(shù)據(jù)的采集分析實現(xiàn)對學(xué)習(xí)者行為、認(rèn)知、情感的精準(zhǔn)測評，對學(xué)習(xí)者進(jìn)行智能化的學(xué)情分析，構(gòu)建學(xué)習(xí)者和教育情境之間的雙向匹配模型，明確教育情境的建構(gòu)如何作用于學(xué)習(xí)者的認(rèn)知發(fā)展，以此實現(xiàn)教育情境的適性調(diào)整，并為學(xué)習(xí)者提供基于情境感知的個性化資源推薦和學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃服務(wù)，激發(fā)學(xué)習(xí)者主動的知識建構(gòu)。

2. 基于智慧課堂情境感知的精準(zhǔn)化教學(xué)改進(jìn)服務(wù)

面向教師的精準(zhǔn)化教學(xué)改進(jìn)服務(wù)是智慧課堂教育情境感知研究要解決的關(guān)鍵問題之一。通過對完整教育情境的建模分析實現(xiàn)對教學(xué)全過程的精準(zhǔn)監(jiān)測，幫助教師了解學(xué)生整體的認(rèn)知風(fēng)格和學(xué)習(xí)偏好，進(jìn)而選用最適宜的教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式，優(yōu)化教學(xué)活動的設(shè)計策略，提升課堂教學(xué)的成效;通過對教師教學(xué)過程數(shù)據(jù)和教學(xué)成效數(shù)據(jù)的診斷分析，幫助教師了解自身在專業(yè)知識、教學(xué)風(fēng)格、教學(xué)策略、教學(xué)交互設(shè)計、教學(xué)活動組織等方面的潛在問題，并為其提供及時有效的教學(xué)改進(jìn)策略。

3. 基于智慧課堂情境感知的智慧化教育管理服務(wù)

智慧課堂情境感知研究的開展為智慧化教育管理服務(wù)的發(fā)生提供了多元支持，通過對教育情境各構(gòu)成要素的精準(zhǔn)刻畫探究智慧課堂教學(xué)生態(tài)演化中的潛在問題，并為管理者提供精準(zhǔn)化的教育管理服務(wù)。其一，通過對教師教學(xué)行為和教學(xué)互動的精準(zhǔn)分析，研究教師的專業(yè)水平、教學(xué)風(fēng)格、教學(xué)策略、信息化教學(xué)能力以及對學(xué)生的情感關(guān)懷等特征，構(gòu)建精準(zhǔn)化的教師崗位勝任力模型;其二，通過對學(xué)生關(guān)于智能教育服務(wù)反饋信息的精準(zhǔn)測評，分析智慧課堂的各類智能教學(xué)設(shè)備對個性化學(xué)習(xí)的支持程度，幫助管理者及時對智能教育設(shè)備進(jìn)行升級，滿足智慧教學(xué)活動開展的實際需要;其三，通過對學(xué)生知識、技能、情感、態(tài)度、價值觀的全方位測評，幫助管理者及時了解學(xué)生的學(xué)業(yè)發(fā)展水平，并制定精準(zhǔn)化的教育決策，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的整體提升。

六、結(jié)? ?語

面向智慧課堂的教育情境感知是智能教育領(lǐng)域研究的重點問題，有助于利用情境感知技術(shù)實現(xiàn)對智慧課堂教學(xué)生態(tài)的系統(tǒng)分析，實現(xiàn)對智慧課堂教育情境的精準(zhǔn)建模，挖掘深層次的教育發(fā)展規(guī)律。本文從學(xué)生和教師情境、設(shè)備和服務(wù)情境、內(nèi)容和資源情境、時空和社會情境、活動和交互情境五個方面構(gòu)建了智慧課堂教育情境感知的特征模型，從智能感知層、智能分析層、智能服務(wù)層三個層面構(gòu)建了智慧課堂教育情境感知的實踐框架，旨在利用情境感知技術(shù)實現(xiàn)對智慧課堂的深層次解構(gòu)，探究潛在的教育發(fā)展規(guī)律，重構(gòu)智慧課堂的智能教育服務(wù)模式。

未來智慧課堂情境感知研究的開展，一方面需要對相關(guān)情境要素的描述指標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫，另一方面需要推動智能技術(shù)與真實教育情境的有機(jī)融合，實現(xiàn)對教育情境的智能感知與精準(zhǔn)計算，以此實現(xiàn)對智慧課堂教學(xué)生態(tài)的有效還原。后期將在此基礎(chǔ)上探究相關(guān)教育情境要素與學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展之間的深層次規(guī)律，構(gòu)建基于教育情境感知的學(xué)習(xí)者模型，從教育情境感知的視角出發(fā)對教育發(fā)展規(guī)律進(jìn)行全方位解構(gòu)。

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