可穿戴技術(shù)助推科學(xué)教育之初探

裴培　王海燕

摘 要：文章主要從可穿戴技術(shù)的概述，可穿戴技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的使用案例分析，可穿戴技術(shù)在教學(xué)中使用的注意事項(xiàng)等幾個(gè)角度來論述其對教育的助推作用。它在一定程度上滿足了師生與學(xué)校的需求，其中可穿戴技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的使用案例分析中，又從其與創(chuàng)客、量化自我、個(gè)性化學(xué)習(xí)的關(guān)系來進(jìn)一步闡明可穿戴技術(shù)對教育的重要貢獻(xiàn)。以期引起更多熱愛技術(shù)且關(guān)注教育的各界人士的關(guān)注，并進(jìn)行更多的實(shí)踐探索，從而提升教育教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：可穿戴技術(shù)；可穿戴設(shè)備；教育

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2017）16-0090-04

一、引言

近幾年，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、計(jì)算機(jī)通信等技術(shù)的快速發(fā)展，可穿戴技術(shù)逐漸滲入人們工作、學(xué)習(xí)、生活的各方各面。據(jù)美國有線電視新聞網(wǎng)預(yù)言，可穿戴技術(shù)在未來10年將會(huì)是所有技術(shù)中對人類影響最深遠(yuǎn)的技術(shù)。在教育領(lǐng)域，可穿戴設(shè)備因其便攜易用、超越時(shí)空限制、促進(jìn)師生多元評價(jià)等特點(diǎn)，引發(fā)廣泛關(guān)注。而且，從2013年到2015年的高等教育版《地平線報(bào)告》可以發(fā)現(xiàn)（如表1所示），可穿戴技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用將成為一種必然的趨勢?？纱┐骷夹g(shù)帶給學(xué)習(xí)者非線性的學(xué)習(xí)方式，所以，它與教育的融合，特別是它與創(chuàng)客、量化自我、個(gè)性化學(xué)習(xí)的交叉情況的探索，都是值得探討的，本文就以此展開。

二、可穿戴技術(shù)概述

1.可穿戴技術(shù)的概念

可穿戴技術(shù)（Wearable Technology，WT）是智能技術(shù)的一種，是上世紀(jì)六十年代由美國麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室提出的創(chuàng)新技術(shù)。對于其中“可穿戴”一詞，人們很容易聯(lián)想到衣物、戒指、耳環(huán)、項(xiàng)鏈、手鏈、眼鏡等物品，因此，從人類開始為了生存與尊嚴(yán)不斷奮斗的時(shí)候，就有了傳統(tǒng)的可穿戴產(chǎn)物。鑒于此，對于“可穿戴技術(shù)”的理解也就比較容易了。雖然各界人士對WT的定義不盡相同，但是其本質(zhì)是一致的，首先，它是一種智能計(jì)算技術(shù)，其次，它與人類息息相關(guān)，工程師利用它主要致力于設(shè)計(jì)與開發(fā)可穿戴的智能計(jì)算產(chǎn)品[1]。

在本文中，主要從WT的功能這一角度來給它賦予定義，也就是說，WT就是一種研究如何創(chuàng)造能直接穿戴于身上或者整合進(jìn)用戶穿戴物品中的設(shè)備的技術(shù)，而且，這種技術(shù)將多媒體、傳感器和無線通信等技術(shù)綜合應(yīng)用于該過程。

2.可穿戴技術(shù)的特點(diǎn)

當(dāng)前，可穿戴技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已十分廣泛，而且，在不同的領(lǐng)域，它表現(xiàn)出來的優(yōu)越性也不盡相同。在教育領(lǐng)域，其應(yīng)用特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）超越時(shí)空的限制

師生的教與學(xué)活動(dòng)有了WT的加入，可以打破時(shí)空的局限。比如，學(xué)生可以利用可穿戴技術(shù)設(shè)備（如智能眼鏡、智能手表等），在他們需要的情況下，隨時(shí)隨地與伙伴溝通互動(dòng)，并與學(xué)習(xí)資源進(jìn)行交互，像紐帶一樣加強(qiáng)了學(xué)生之間、師生之間的交流與合作，并且可以促進(jìn)學(xué)生的碎片化學(xué)習(xí)。

（2）個(gè)性化的任務(wù)管理

為了使學(xué)習(xí)者更好地管理自己的學(xué)習(xí)進(jìn)程，許多可穿戴設(shè)備為他們提供了筆記、日歷、電子郵件等服務(wù)，這樣，無論學(xué)習(xí)者當(dāng)前或之后有多少復(fù)雜或瑣碎的任務(wù)，他們隨時(shí)都可以借助可穿戴設(shè)備來對這些任務(wù)進(jìn)行科學(xué)有效的管理。比如，Apple Watch這款智能設(shè)備就可以滿足用戶對活動(dòng)任務(wù)進(jìn)行管理的需求，而且使用起來輕便靈活[2]。

（3）游戲化學(xué)習(xí)體驗(yàn)

當(dāng)下，運(yùn)用于教育教學(xué)的不少可穿戴智能產(chǎn)品，不僅給用戶帶來了豐富多彩的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，還為用戶構(gòu)建了在游戲中學(xué)習(xí)的創(chuàng)新型情境。有了學(xué)習(xí)游戲，學(xué)習(xí)者不但可以借此得以放松，還能夠激發(fā)其學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，學(xué)習(xí)過程也更充滿樂趣。

（4）沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)

WT可以為學(xué)習(xí)者提供逼近現(xiàn)實(shí)的教與學(xué)情境，借助這種情境，能夠促使學(xué)習(xí)者的聽覺、觸覺、視覺等多種感官得以延伸。比如，學(xué)習(xí)者可以通過佩戴智能頭盔或智能眼鏡，根據(jù)自身需求獲取相關(guān)的學(xué)習(xí)資源，除此之外，學(xué)習(xí)者還能借此參觀景區(qū)、學(xué)校，聆聽演講報(bào)告等，從而完成學(xué)習(xí)任務(wù)或單純獲得愉快的旅行體驗(yàn)。

（5）多元化評價(jià)

對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程及結(jié)果進(jìn)行評價(jià)是了解其學(xué)習(xí)情況的重要環(huán)節(jié)，可穿戴設(shè)備的加入，更是為這一環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)提供了更大可能。借助WT及其它先進(jìn)的信息技術(shù)，可以對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)、生活進(jìn)行多方面、實(shí)時(shí)、精確的軌跡記錄[3]。師生可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步挖掘與分析，評價(jià)學(xué)習(xí)者當(dāng)前身體狀態(tài)、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度、對知識點(diǎn)的掌握程度等，通過多元的評價(jià)與推理[4]，進(jìn)而有針對性地進(jìn)行改進(jìn)或突破，教師改進(jìn)其教學(xué)過程與方法，學(xué)習(xí)者改進(jìn)其學(xué)習(xí)方式與方法，從而提高教與學(xué)的效率，這種教與學(xué)的評價(jià)對于精準(zhǔn)教學(xué)的實(shí)現(xiàn)也具有重要意義。

3.可穿戴技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

近年來，WT發(fā)展迅猛，逐步滲入軍事、商業(yè)、娛樂、教育等眾多領(lǐng)域，在教育教學(xué)中研究與應(yīng)用可穿戴設(shè)備也逐漸成為一種潮流。國內(nèi)外都有很多涉及到WT研究的實(shí)驗(yàn)室，比如MIT Media Lab， 該實(shí)驗(yàn)室的情感計(jì)算小組開展的很多研究活動(dòng)都與WT有關(guān)，比如，他們通過創(chuàng)建新的可穿戴式傳感器和新的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，共同分析多通道信息，從而為人們表達(dá)情感認(rèn)知狀態(tài)創(chuàng)設(shè)新的方法。麻省理工學(xué)院（MIT）研制的Galvactivator智能手套，可以測量出學(xué)習(xí)者的體溫、脈搏及皮膚的導(dǎo)電性，進(jìn)而判斷學(xué)習(xí)者的情緒狀態(tài)。當(dāng)佩戴者內(nèi)心焦躁、心態(tài)不穩(wěn)時(shí)，手套上的閃光燈就會(huì)發(fā)出警示，提醒佩戴者適當(dāng)放松，緩解壓力。

在2015年，美國Oral Roberts大學(xué)要求其新生都要佩戴Fibits智能手環(huán)入學(xué)，收集學(xué)生的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，了解他們的運(yùn)動(dòng)水平，并通過相關(guān)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對其進(jìn)行等級劃分。這些數(shù)據(jù)都會(huì)由智能手環(huán)進(jìn)行真實(shí)的測量與記錄，進(jìn)而在學(xué)校的相關(guān)管理平臺(tái)上得以分級顯示，其結(jié)果還會(huì)影響到學(xué)生的體育課成績。紐約大學(xué)商學(xué)院也會(huì)要求學(xué)生參與一些可穿戴實(shí)踐活動(dòng)，比如，學(xué)生通過谷歌眼鏡與夾扣式相機(jī)來監(jiān)控紐約的街道情況，并就收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后為交通安全管理提供方案。

還有一些高校教師通過可穿戴設(shè)備開展一些教學(xué)方法、教學(xué)策略的研究，直接將其作為研究工具，比如哈佛大學(xué)的Ethan Bernstein教授，他通過佩戴Jawbone UP智能手環(huán)與心率器來研究教師在課堂上走動(dòng)的步數(shù)與學(xué)習(xí)者對教學(xué)內(nèi)容的理解程度之間的相關(guān)性。

綜上所述，WT為教師的教學(xué)方式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式帶來了改變，但是，WT也面臨著很多挑戰(zhàn)，特別是學(xué)生的個(gè)人隱私、可穿戴設(shè)備的輻射等問題，這些都值得進(jìn)一步探討。

三、可穿戴技術(shù)在教育中的使用案例分析

1.可穿戴技術(shù)為創(chuàng)客搭建技術(shù)支撐

創(chuàng)客（Maker）主要是指不以贏利為目標(biāo)，并將其創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的人[5]。這些人常常以小組的方式共同設(shè)計(jì)并將他們的想法付諸實(shí)踐，最后以成品的形式來展示，甚至進(jìn)行規(guī)?；纳a(chǎn)與銷售。可穿戴技術(shù)可以為整個(gè)流程的順利實(shí)施提供技術(shù)支撐與物質(zhì)環(huán)境。例如，神經(jīng)癥ALS使得涂鴉藝術(shù)家TEMT四肢完全癱瘓，且口不能言，他只能通過眨眼與外界交流，Mick Ebeling及其團(tuán)隊(duì)為此研究出Eye Writer[6]（如圖1所示），這是一款需要硬件技術(shù)支持、允許佩戴者實(shí)現(xiàn)繪畫與交流的眼鏡，患者可以通過眼睛控制光的移動(dòng)，從而將頭腦中構(gòu)建的畫面展示在屏幕上，實(shí)現(xiàn)藝術(shù)創(chuàng)作，這個(gè)發(fā)明為這位藝術(shù)家以及與他有類似情況的殘障人士再次實(shí)現(xiàn)夢想提供了可能。

現(xiàn)在隨著各種硬件與軟件技術(shù)的進(jìn)步，低年級的學(xué)生都可以完成一些可穿戴設(shè)備的制作。例如，Sylvia的小型創(chuàng)客展示分享了小小年紀(jì)的她作為一名科技愛好者，開動(dòng)腦筋，并利用創(chuàng)客空間提供的一些材料，動(dòng)手操作，完成心臟傳感器視頻的創(chuàng)作[7]。這從一定程度上反映了簡單的可穿戴智能產(chǎn)品是可以由學(xué)生參與完成的，在這一實(shí)現(xiàn)過程中，我國信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)也得以體現(xiàn)，還有助于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的想象力與動(dòng)手操作能力。他們可以通過網(wǎng)絡(luò)查找、下載自身感興趣的開源代碼，并對其進(jìn)行修改以滿足自己的需求，還能通過開源的硬件實(shí)現(xiàn)作品的設(shè)計(jì)與調(diào)試。在教育教學(xué)活動(dòng)中，教師可從性價(jià)比、可擴(kuò)展性、使用難度等多方面進(jìn)行考量，從而選定適于教師與學(xué)習(xí)者需求的服務(wù)平臺(tái)。

2.可穿戴技術(shù)為量化自我提供數(shù)據(jù)依據(jù)

量化自我，簡而言之，就是通過各種技術(shù)手段對個(gè)體當(dāng)前的物質(zhì)攝入、身體狀態(tài)及其身心表現(xiàn)等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取及分析的過程。該概念一經(jīng)提出，便引起各界的廣泛關(guān)注，尤其是教育科學(xué)研究領(lǐng)域及其相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專家學(xué)者對其深感興趣。而隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種可穿戴智能計(jì)算設(shè)備的問世，更是引發(fā)了大批愛好運(yùn)動(dòng)的人們參與到量化自我這項(xiàng)活動(dòng)中。

可穿戴設(shè)備就像是個(gè)體的“身體管家”[8]，實(shí)時(shí)記錄與身體相關(guān)的數(shù)據(jù)。如今，它們也能很好地為教育教學(xué)提供服務(wù)。教師可以通過這些數(shù)據(jù)，及時(shí)了解學(xué)生的身體狀況、情緒，甚至是大腦的思維狀態(tài)，進(jìn)而為學(xué)生分配適合他們各自的學(xué)習(xí)任務(wù)與活動(dòng)。比如，在體育教學(xué)中，教師通過了解以上數(shù)據(jù)，量化學(xué)生的學(xué)習(xí)，可以迅速調(diào)整學(xué)生的活動(dòng)量，為不適宜運(yùn)動(dòng)量過大的學(xué)生分配適宜他們運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)與任務(wù)，為體質(zhì)好的學(xué)生分配運(yùn)動(dòng)消耗量較大的任務(wù)。這樣，就可使班級里所有學(xué)生都得到適合自己的成長與發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，量化學(xué)習(xí)的服務(wù)也將不斷被改進(jìn)與完善。

3.可穿戴技術(shù)為個(gè)性化學(xué)習(xí)提供選擇渠道

個(gè)性化學(xué)習(xí)是一種關(guān)注學(xué)生個(gè)體差異為基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展為目標(biāo)的范式。而WT可以實(shí)現(xiàn)個(gè)體的多種數(shù)據(jù)收集，故而為個(gè)性化學(xué)習(xí)提供了便利。此外，WT還促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對物與物、人與物的有效連結(jié)起到了不可比擬的作用，從而為個(gè)體提供多種多樣的個(gè)性化服務(wù)，滿足用戶層出不窮的需求[9]。WT還與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算服務(wù)相結(jié)合，通過數(shù)據(jù)分析，為個(gè)體推送資源。

在平時(shí)的課堂上，教師也可以通過WT來實(shí)時(shí)追蹤學(xué)習(xí)者的動(dòng)態(tài)，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，可穿戴設(shè)備對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而輔助教師獲得學(xué)習(xí)者的當(dāng)前狀態(tài)，包括他們學(xué)習(xí)花費(fèi)的時(shí)間、學(xué)習(xí)時(shí)段、學(xué)習(xí)疑難點(diǎn)等，隨后教師給予他們相應(yīng)的幫助，擊破疑難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)教師的個(gè)別化教學(xué)和學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)。在課下，學(xué)習(xí)者還可以通過相應(yīng)智能設(shè)備，與志同道合的伙伴建立社群組，就相關(guān)主題進(jìn)行隨時(shí)隨地的互動(dòng)，上傳或獲取所需要的資源，滿足自身發(fā)展的需要，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。

四、 在教育活動(dòng)中使用可穿戴技術(shù)的注意事項(xiàng)

眾人皆知，事物都具有兩面性，同樣地，可穿戴技術(shù)對教師與學(xué)生來說也是一把“雙刃劍”，但是這把“劍”所帶來的影響主要取決于人們怎樣去使用它。通過查閱文獻(xiàn)、訪問調(diào)查與親身實(shí)踐，對于在教育活動(dòng)中可穿戴技術(shù)的使用，筆者現(xiàn)提出以下幾點(diǎn)建議。

第一，在先進(jìn)的理論指導(dǎo)下開展教學(xué)活動(dòng)。為使可穿戴技術(shù)與教育教學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生更好的效用，教師需要以先進(jìn)科學(xué)的教學(xué)理念為指導(dǎo)。如今，在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)“以人為本”，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的合作探究能力的培養(yǎng)，這在一定程度上符合建構(gòu)主義理念，學(xué)習(xí)者可以借助可穿戴設(shè)備，建立學(xué)習(xí)小組，實(shí)現(xiàn)人人、人機(jī)的實(shí)時(shí)交互，共同探究，完成任務(wù)。

第二，與其它先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，優(yōu)化可穿戴技術(shù)的功能。技術(shù)工具在教學(xué)中的應(yīng)用往往不是以孤立的形態(tài)出現(xiàn)的，可穿戴技術(shù)當(dāng)然也不例外。教師可按需選擇合適的技術(shù)與之有效整合，例如VR技術(shù)，教師可將二者聯(lián)系起來，組織學(xué)習(xí)者參觀三維的圖書館或聽講座，變更學(xué)習(xí)方式，增強(qiáng)沉浸感。

第三，科學(xué)合理地使用可穿戴技術(shù)，保護(hù)學(xué)生隱私安全。由于可穿戴設(shè)備的部分相關(guān)技術(shù)還不夠完善或先進(jìn)，這樣學(xué)生的信息可能處于危險(xiǎn)狀態(tài)，一旦泄露，可能產(chǎn)生不可估量的損失。所以，學(xué)校需要按需獲取學(xué)習(xí)者的數(shù)據(jù)，遵循一定的法律與倫理道德規(guī)范，并保障這些數(shù)據(jù)的安全與可靠性。

第四，積極關(guān)注國內(nèi)外可穿戴技術(shù)在教育領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)。借鑒成功經(jīng)驗(yàn)與失敗的教訓(xùn)是非常有必要的，特別是對于剛剛起步或打算開展相關(guān)活動(dòng)的學(xué)校與教師而言，更要關(guān)注國內(nèi)先行學(xué)校的發(fā)展情況以及國家的相關(guān)政策指導(dǎo)，以便站在前人的肩膀上前行，及時(shí)調(diào)整，少走彎路，降低代價(jià)。

五、總結(jié)與展望

隨著教育信息化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，各種信息技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用層出不窮，比如3D打印技術(shù)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)、量化學(xué)習(xí)等等，可穿戴技術(shù)由于其自身優(yōu)越性，也對教育教學(xué)產(chǎn)生了一定的影響，使教學(xué)方式與學(xué)習(xí)方式得到了一定程度上的優(yōu)化，受到教育工作者的青睞?？纱┐骷夹g(shù)為校園創(chuàng)客的創(chuàng)作提供技術(shù)支撐，為學(xué)習(xí)者進(jìn)行量化自我、量化學(xué)習(xí)、量化生活提供數(shù)據(jù)支持，為學(xué)習(xí)者個(gè)性化的學(xué)習(xí)和教師進(jìn)行個(gè)性化的教學(xué)管理與評價(jià)提供選擇渠道。

但是，在大部分區(qū)域，它還僅僅處于嘗試與試用的階段，對學(xué)習(xí)者還未形成系統(tǒng)的使用與評估模式?？纱┐骷夹g(shù)在教育領(lǐng)域要達(dá)到純熟而又自然的應(yīng)用也不是一蹴而就的，它需要政府、學(xué)校、企業(yè)、家庭等的多方協(xié)調(diào)與平衡的支持，需要勇于突破傳統(tǒng)、執(zhí)著創(chuàng)新與堅(jiān)定改變的精神與意志。道路是崎嶇的，而前途是光明的，任重而道遠(yuǎn)，師生都還需要較長的時(shí)間，去挖掘與分析可穿戴技術(shù)的潛能，使之更好地服務(wù)于教學(xué)與學(xué)習(xí)活動(dòng)，滿足個(gè)性化的需求。人們有理由相信，隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)、價(jià)格的逐漸降低與服務(wù)的不斷完善，可穿戴技術(shù)終將在教育教學(xué)領(lǐng)域大展拳腳，為教育教學(xué)注入新能量，促使學(xué)習(xí)者學(xué)會(huì)更好地去了解、發(fā)現(xiàn)、運(yùn)用與評價(jià)事物，使教育變得更科學(xué)、更具智慧。

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（編輯：魯利瑞）