基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模：內(nèi)涵、特征模型與實(shí)踐框架*

王一巖 鄭永和

（北京師范大學(xué) 教育學(xué)部，北京 100875）

一、問題提出

學(xué)習(xí)科學(xué)研究的最終目標(biāo)是回答“人是如何學(xué)習(xí)的”這一關(guān)鍵問題。而此問題的解決，一方面，需關(guān)注學(xué)習(xí)者的知識(shí)技能、認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)態(tài)度、 學(xué)習(xí)風(fēng)格等潛在特征要素對學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果的影響機(jī)制，探究學(xué)習(xí)發(fā)生的內(nèi)在機(jī)理； 另一方面，要對與學(xué)習(xí)者相關(guān)的外在教育情境進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫，以探究教師、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)服務(wù)、 教學(xué)活動(dòng)等教育情境要素如何對學(xué)習(xí)者內(nèi)在的知識(shí)建構(gòu)、認(rèn)知發(fā)展和情緒狀態(tài)產(chǎn)生影響，揭示教育情境要素對于學(xué)習(xí)發(fā)生的影響機(jī)制。

對當(dāng)前研究進(jìn)行梳理可以發(fā)現(xiàn)，相關(guān)研究重點(diǎn)關(guān)注利用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者行為、認(rèn)知、情感狀態(tài)的感知、建模、分析和解釋，或采用實(shí)證研究的方法，探究單一教育情境要素對于學(xué)習(xí)者學(xué)業(yè)表現(xiàn)、情緒狀態(tài)等特征的影響機(jī)制。這些研究無法從教育研究的實(shí)際需求出發(fā)，對智能技術(shù)和教育研究的實(shí)踐問題進(jìn)行整合，難以形成面向復(fù)雜教育問題的系統(tǒng)化解決方案，從而揭示深層次的教育規(guī)律。

基于此，本文提出一個(gè)新的研究話題：“基于情境感知的學(xué)習(xí)者建?！保荚趯ⅰ扒榫掣兄焙汀皩W(xué)習(xí)者建?！边@兩個(gè)智能教育領(lǐng)域的重要研究方向，進(jìn)行深度整合，融合行為分析、認(rèn)知診斷、知識(shí)追蹤、情感計(jì)算、情境感知、學(xué)習(xí)者建模、教育數(shù)據(jù)挖掘等前沿技術(shù)，以探究外在教育情境要素對于學(xué)習(xí)者內(nèi)在認(rèn)知和情感發(fā)展的影響機(jī)制，揭示深層次的學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)理（鄭永和，等，2021b）。具體而言，主要對“基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模”的概念內(nèi)涵、特征模型、實(shí)踐框架和研究進(jìn)路，進(jìn)行系統(tǒng)的梳理和凝練，對其核心理念和潛在價(jià)值進(jìn)行詳細(xì)論述，以期為后續(xù)相關(guān)研究的開展提供一些思路。

（一）研究必要性

近年來，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興智能技術(shù)的引入，使得智能時(shí)代的教育教學(xué)逐漸呈現(xiàn)出“教育主體可理解、教育情境可計(jì)算、教育規(guī)律可解釋、教育服務(wù)可定制”的發(fā)展趨勢。在此背景下，對于學(xué)習(xí)本質(zhì)的探求，逐漸成為智能教育和學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)話題?！叭耸侨绾螌W(xué)習(xí)的”，以及“學(xué)習(xí)是如何發(fā)生的”，成為擺在現(xiàn)代學(xué)習(xí)科學(xué)研究者面前的一個(gè)關(guān)鍵問題。如何借助信息技術(shù)手段還原教育過程、 揭示教育規(guī)律、 優(yōu)化教育服務(wù)，成為當(dāng)前智能教育研究面臨的核心問題（鄭永和，等，2021b）。就學(xué)習(xí)的本質(zhì)而言，除了受到學(xué)習(xí)者先驗(yàn)知識(shí)、智力水平、學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)態(tài)度等內(nèi)在因素的作用之外，還會(huì)受到教師、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境等外在因素的影響。

基于此，本文關(guān)注基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模，旨在從智能教育研究的現(xiàn)實(shí)需要出發(fā)，以學(xué)習(xí)科學(xué)關(guān)鍵問題的有效解決為目標(biāo)，以現(xiàn)代教育理論和智能技術(shù)為支撐，探究教育情境感知與學(xué)習(xí)者建模研究的融合機(jī)制，以此挖掘深層次的教育規(guī)律，優(yōu)化個(gè)性化學(xué)習(xí)支持服務(wù)的模式。著重探討以下三個(gè)問題：（1）學(xué)習(xí)者如何建模？ （2）教育情境如何建模？ （3）如何構(gòu)建教育情境模型和學(xué)習(xí)者模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模？通過對以上問題的解答，從理論層面對基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模的內(nèi)涵、特征模型和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行系統(tǒng)論述。

（二）研究可行性

在理論層面上，情境認(rèn)知理論認(rèn)為，“知識(shí)是個(gè)體與環(huán)境交互作用過程中建構(gòu)的一種交互狀態(tài)”，學(xué)習(xí)是在真實(shí)情境和實(shí)踐活動(dòng)中完成的個(gè)體意義的建構(gòu)，強(qiáng)調(diào)教育情境的創(chuàng)設(shè)對于學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展的影響機(jī)制（李曼麗，等，2018）。學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域近年來關(guān)于學(xué)習(xí)媒體、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)活動(dòng)等要素對于學(xué)習(xí)者認(rèn)知和情感發(fā)展影響機(jī)制的研究，也證明了“情境”與學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)制之間具有復(fù)雜的作用關(guān)系?；诖?，智能時(shí)代學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)理的研究，應(yīng)更加重視學(xué)習(xí)者先驗(yàn)知識(shí)、智力水平、情緒動(dòng)機(jī)等內(nèi)在特征屬性和教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)媒體、教學(xué)活動(dòng)等外在環(huán)境因素，對于學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果的復(fù)雜作用機(jī)制。

在技術(shù)層面上，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能為代表的智能技術(shù)的快速發(fā)展，為學(xué)習(xí)者建模和教育情境感知研究的開展，提供了底層的技術(shù)支持，從“數(shù)據(jù)、算力、算法”三個(gè)層面，不斷地推動(dòng)基于海量數(shù)據(jù)挖掘的教育科學(xué)研究的實(shí)踐進(jìn)程。具體表現(xiàn)在：其一，利用各種智能感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者、教師、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)活動(dòng)數(shù)據(jù)的智能化采集，構(gòu)建面向?qū)W習(xí)者和教育情境的多模態(tài)數(shù)據(jù)集；其二，利用自然語言處理、計(jì)算機(jī)視覺、語音識(shí)別、生理信息識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者和教育情境特征的有效挖掘，從多個(gè)層面對事物的表征形態(tài)進(jìn)行有效還原；其三，利用數(shù)據(jù)挖掘的方法，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者和教育情境之間復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系的挖掘分析，探究教育情境的創(chuàng)設(shè)對于學(xué)習(xí)者潛在特征發(fā)展的影響機(jī)制，以此促進(jìn)相關(guān)研究的深入開展。

在應(yīng)用層面上，從近年智能教育領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)來看，無論是計(jì)算教育學(xué)（鄭永和，等，2020）還是多模態(tài)學(xué)習(xí)分析（王一巖，等，2021b），其核心研究點(diǎn)主要集中在對學(xué)習(xí)者、教育情境以及二者之間相互作用關(guān)系的探討。而基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模，能夠通過對相關(guān)研究問題的深度整合，綜合考量真實(shí)教育場景中各構(gòu)成要素之間的內(nèi)在聯(lián)系和作用機(jī)制，在更大程度上揭示智能時(shí)代教育教學(xué)的核心規(guī)律。

基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模，能夠有效融合行為分析、認(rèn)知診斷、知識(shí)追蹤、情感計(jì)算、情境感知、學(xué)習(xí)者建模等關(guān)鍵領(lǐng)域的核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者、教育情境及二者之間交互作用機(jī)制的數(shù)據(jù)化表征，以還原教學(xué)過程的全貌，探究深層次的教育規(guī)律。可見，此類研究具有較高的復(fù)雜性，能夠?qū)⒅悄芙逃I(lǐng)域的研究“孤島”連接起來，形成面向復(fù)雜教育問題的有效解決方案。

二、基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模的內(nèi)涵詮釋

（一）情境感知及研究推進(jìn)

所謂“情境”，通常是指任何可以被用于標(biāo)識(shí)人、物體、 環(huán)境、 計(jì)算機(jī)程序等實(shí)體狀態(tài)的信息（Dey，2000），主要用于對特定時(shí)空條件下各類實(shí)體要素的存在形態(tài)和演化模式進(jìn)行表征。情境感知的概念最早來源于普適計(jì)算，是通過傳感器及相關(guān)的計(jì)算設(shè)備獲取環(huán)境中的情境參數(shù)，通過機(jī)器的加工處理，獲取對用戶有用的反饋信息，借助計(jì)算設(shè)備實(shí)現(xiàn)用戶和環(huán)境之間的交互融合（王一巖，等，2021a）。

情境感知相關(guān)研究是近年學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)話題，旨在對教育情境進(jìn)行精準(zhǔn)感知和智能分析，以數(shù)據(jù)建模的方式實(shí)現(xiàn)對教育現(xiàn)象的有效還原，在更深層次上還原教學(xué)過程全貌，以促進(jìn)智慧學(xué)習(xí)空間的逐步優(yōu)化。相關(guān)研究主要聚焦于基于情境感知的適應(yīng)性學(xué)習(xí)路徑推薦（黃志芳，等，2015）、基于情境感知的智慧學(xué)習(xí)空間建構(gòu)（李青，等，2017）和基于情境感知的個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)機(jī)制（楊麗娜，等，2020）等方面。

近年來，人工智能技術(shù)的快速發(fā)展和智能感知設(shè)備的逐步成熟，為“情境感知”研究的開展，提供了新的發(fā)展契機(jī)。如，利用語音識(shí)別和自然語言處理技術(shù)對課堂對話數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別和語義分析，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對學(xué)習(xí)者和教師的面部表情、手勢、身體姿態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)捕捉，利用智能手環(huán)、眼動(dòng)儀、腦電儀、腦機(jī)接口、功能性近紅外腦功能成像技術(shù)，對學(xué)習(xí)者的生理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集等。未來教育情境感知相關(guān)研究，將充分發(fā)揮數(shù)據(jù)感知和建模的核心功用，可實(shí)現(xiàn)對真實(shí)教學(xué)場景中各類構(gòu)成要素的精準(zhǔn)刻畫，挖掘深層次的教育規(guī)律，進(jìn)一步推動(dòng)智能時(shí)代教育科學(xué)研究的實(shí)踐進(jìn)程（鄭永和，等，2021b）。

（二）學(xué)習(xí)者建模的研究進(jìn)展

學(xué)習(xí)者模型是實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)支持服務(wù)的核心，旨在對學(xué)習(xí)者的知識(shí)技能、認(rèn)知行為、情感體驗(yàn)等特征，進(jìn)行挖掘分析并構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型（王小根，等，2021）。而學(xué)習(xí)者建模則是通過對上述信息進(jìn)行采集、分析和挖掘，以建立和更新學(xué)習(xí)者模型的過程。學(xué)習(xí)者建模是智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)、教育機(jī)器人、自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)等智能教育產(chǎn)品研發(fā)的關(guān)鍵，通過對學(xué)習(xí)者知識(shí)技能、認(rèn)知水平和情緒狀態(tài)的精準(zhǔn)測評，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者內(nèi)在認(rèn)知結(jié)構(gòu)的立體化、綜合化、科學(xué)化建模分析，揭示學(xué)習(xí)者學(xué)業(yè)表現(xiàn)和學(xué)習(xí)行為背后潛藏的深層次認(rèn)知和非認(rèn)知特征，以此為學(xué)習(xí)者提供精準(zhǔn)化的學(xué)情分析、資源推薦和學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃服務(wù)，從而滿足學(xué)習(xí)者多樣化的學(xué)習(xí)需求。

近年來，相關(guān)學(xué)者從不同的研究視角出發(fā)，構(gòu)建了多元化的學(xué)習(xí)者模型，其核心要素主要集中在：學(xué)習(xí)者的個(gè)體屬性、學(xué)習(xí)行為、知識(shí)狀態(tài)、認(rèn)知水平、情感態(tài)度、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)策略等方面（丁繼紅，等，2017； 徐鵬飛，等，2018； 張濤，等，2020； 武法提，等，2019）。隨著學(xué)習(xí)科學(xué)理論和實(shí)踐研究的快速發(fā)展，以及智能技術(shù)與教育研究融合趨勢的不斷加深，對于學(xué)習(xí)者的精準(zhǔn)化、細(xì)粒度、綜合化的建模分析，將持續(xù)成為“智能+教育”領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)，并引領(lǐng)智能教育理論和實(shí)踐研究的發(fā)展方向，成為驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)個(gè)性化發(fā)展和教育智能化變革的動(dòng)力引擎。

（三）基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模

基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模，是智能教育和多模態(tài)學(xué)習(xí)分析研究需要解決的關(guān)鍵問題，強(qiáng)調(diào)外在教育情境要素對于學(xué)習(xí)者內(nèi)在知識(shí)建構(gòu)、認(rèn)知發(fā)展和情緒狀態(tài)的影響機(jī)制，通過對教育情境和學(xué)習(xí)主體的精準(zhǔn)刻畫，實(shí)現(xiàn)對真實(shí)教學(xué)過程的有效還原。其研究核心要點(diǎn)在于：

其一，以教學(xué)活動(dòng)流為參照，利用智能感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)對真實(shí)教育情境中“人—機(jī)—物—環(huán)境”等要素的數(shù)據(jù)化建模分析，探究智慧教學(xué)活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)者、教師、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)媒體、教學(xué)環(huán)境等要素之間的交互作用機(jī)制，以此實(shí)現(xiàn)對完整教育情境的精準(zhǔn)刻畫（王一巖，等，2021c）。

其二，通過對學(xué)習(xí)者學(xué)業(yè)測評數(shù)據(jù)、外在行為數(shù)據(jù)、生理信息數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集和智能分析（鄭永和，等，2021b），利用知識(shí)圖譜、認(rèn)知診斷、知識(shí)追蹤、情感計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者“知識(shí)、認(rèn)知、情感”狀態(tài)的智能測評和動(dòng)態(tài)表征，以此構(gòu)建精準(zhǔn)完善的學(xué)習(xí)者模型（黃濤，等，2020）。

其三，建立教育情境特征和學(xué)習(xí)者模型的雙向匹配機(jī)制，通過對多元學(xué)習(xí)時(shí)空條件下教育情境和學(xué)習(xí)主體的精準(zhǔn)監(jiān)測，探究教育情境要素與學(xué)習(xí)者特征之間的動(dòng)態(tài)映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者特征與教育情境的智能匹配與動(dòng)態(tài)調(diào)整。并以此為依據(jù)，探究深層次的學(xué)習(xí)者特征，揭示學(xué)習(xí)發(fā)生的內(nèi)在機(jī)理。

基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)者建模研究的主要區(qū)別在于：傳統(tǒng)“學(xué)習(xí)者建模”更加關(guān)注對學(xué)習(xí)者知識(shí)結(jié)構(gòu)、認(rèn)知行為、情感狀態(tài)、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)偏好、 學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)等潛在特征的挖掘分析和數(shù)據(jù)化建模，其目標(biāo)是對學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫，構(gòu)建立體、綜合、全面的學(xué)習(xí)者模型，以此為其提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持服務(wù)；而“基于情境感知的學(xué)習(xí)者建?！?更加偏重教育情境要素對于學(xué)習(xí)者內(nèi)在認(rèn)知和情感狀態(tài)的影響機(jī)制，通過對學(xué)習(xí)者和教育情境的數(shù)據(jù)化建模，利用頻繁模式挖掘和時(shí)間序列分析的方法，構(gòu)建教育情境要素和學(xué)習(xí)者特征之間的動(dòng)態(tài)映射關(guān)系，以探究教育情境對于學(xué)習(xí)者知識(shí)、認(rèn)知、情感等潛在特征的影響機(jī)制，揭示學(xué)習(xí)發(fā)生的內(nèi)在機(jī)理。

從根本上來講，“學(xué)習(xí)者建模” 更加偏重于對學(xué)習(xí)者自身的刻畫，“基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模”，則偏重于對“教育情境”“學(xué)習(xí)者”以及“學(xué)習(xí)者與教育情境之間的交互關(guān)系”的刻畫，旨在從更廣泛的層面對學(xué)習(xí)過程進(jìn)行智能化、 立體化、 綜合化的建模分析，實(shí)現(xiàn)對教育現(xiàn)象的有效還原和對教育規(guī)律的科學(xué)解釋，并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建基于情境感知的智能化學(xué)習(xí)服務(wù)模式，為教育環(huán)境的優(yōu)化、 教育服務(wù)的推送、教學(xué)策略的調(diào)整，提供科學(xué)依據(jù)。

三、融合教育情境信息的學(xué)習(xí)者模型

（一）基于“人—機(jī)—物—環(huán)境—活動(dòng)”的教育情境感知模型

教育情境是對于真實(shí)學(xué)習(xí)時(shí)空條件下人、 機(jī)、物、環(huán)境等實(shí)體要素的存在狀態(tài)、演化機(jī)制及其之間交互作用關(guān)系的精準(zhǔn)表征，旨在對真實(shí)教育場景中的學(xué)習(xí)者、教師、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)媒體、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)活動(dòng)等要素進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫，探究相關(guān)要素的潛在特征、 變化規(guī)律及其相互之間的復(fù)雜交互作用模式，以此實(shí)現(xiàn)對教育現(xiàn)象的有效還原和對教育規(guī)律的科學(xué)解釋。已有學(xué)者通過對先前研究進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，針對智能技術(shù)賦能課堂教學(xué)變革的實(shí)踐需求，提出了基于“人—機(jī)—物—環(huán)境—活動(dòng)”的教育情境感知模型（王一巖，等，2021c），旨在對智慧學(xué)習(xí)空間中的人、機(jī)、物、環(huán)境等各類構(gòu)成要素進(jìn)行智能監(jiān)測分析，利用量化學(xué)習(xí)的思想對相關(guān)要素的表征形態(tài)和潛在特征進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫，從最大程度上還原教學(xué)生態(tài)的全貌。具體包括：“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(shí)空和社會(huì)情境、活動(dòng)和交互情境”等。

其一，強(qiáng)化對教育情境關(guān)鍵構(gòu)成要素的考量。隨著學(xué)習(xí)科學(xué)研究的逐步推進(jìn)，關(guān)于教學(xué)資源的呈現(xiàn)方式、教學(xué)活動(dòng)的組織模式、教師的教學(xué)行為、教學(xué)風(fēng)格等要素，對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果影響機(jī)理的研究，逐漸受到了領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者們的關(guān)注。研究者愈發(fā)重視學(xué)習(xí)者與教師、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源等要素之間的交互作用機(jī)制對自身學(xué)習(xí)的影響。因此，教育情境感知研究的開展，需要從數(shù)據(jù)感知層面對構(gòu)成完整教育情境的實(shí)體要素進(jìn)行全面考量，利用智能感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生、教師、教學(xué)資源、教學(xué)媒體、教學(xué)環(huán)境等要素存在狀態(tài)和演化模式的綜合測評，以此實(shí)現(xiàn)對完整教育情境的精準(zhǔn)表征。

其二，明確智能技術(shù)在教育情境中的關(guān)鍵地位。隨著智能技術(shù)與教育教學(xué)融合趨勢的不斷加深，未來的學(xué)習(xí)空間將呈現(xiàn)出泛在智能、虛實(shí)融合、群智感知、人機(jī)協(xié)同的發(fā)展趨勢（鄭永和，等，2021b），以教育機(jī)器人為代表的機(jī)器智能實(shí)體，將在未來學(xué)習(xí)空間中占有越發(fā)重要的關(guān)鍵位置，通過智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)、智能分析方法的重構(gòu)、智能教育服務(wù)的供給變革傳統(tǒng)的教與學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)對教育情境的整體優(yōu)化。因此，基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模研究的開展，需要綜合考量智能教育產(chǎn)品及其提供的智能教育服務(wù)在智慧教學(xué)活動(dòng)開展過程中的核心作用（王一巖，等，2021d），構(gòu)建面向智能教育服務(wù)的細(xì)粒度表征指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)對教育情境的完整表征。

其三，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的智慧教學(xué)生態(tài)的重構(gòu)?；顒?dòng)理論認(rèn)為，教育目標(biāo)的達(dá)成是個(gè)體和群體協(xié)同作用的結(jié)果（孫海民，等，2015），通過學(xué)習(xí)活動(dòng)的開展實(shí)現(xiàn)“人—機(jī)—物—環(huán)境”等要素之間交互的有效發(fā)生，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)智慧學(xué)習(xí)空間的物質(zhì)、信息、能量的有效流轉(zhuǎn)。因此，對于教育情境的建模分析，需要突出智慧學(xué)習(xí)活動(dòng)在完整教育情境建構(gòu)中的核心作用，強(qiáng)調(diào)智慧學(xué)習(xí)活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的“人—機(jī)—物—環(huán)境”等實(shí)體要素之間的交互作用的有效發(fā)生，強(qiáng)化基于活動(dòng)流的教學(xué)過程解構(gòu)，以此實(shí)現(xiàn)對完整教育情境的全時(shí)空、多維度整合。

（二）基于“知識(shí)—認(rèn)知—情感”的學(xué)習(xí)者模型

關(guān)于學(xué)習(xí)者模型的構(gòu)建方法有很多，大多集中在關(guān)于學(xué)習(xí)者行為、知識(shí)、認(rèn)知、情感、動(dòng)機(jī)、元認(rèn)知、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)態(tài)度的描述。本文在對先前研究進(jìn)行系統(tǒng)梳理的基礎(chǔ)上，主要參考黃濤等人（2020）提出的基于“知識(shí)—認(rèn)知—情感—交互”的學(xué)習(xí)者模型以及張濤等人（2020）提出的基于 “本體—知識(shí)—行為—認(rèn)知—情感” 的學(xué)習(xí)者模型，通過對學(xué)習(xí)者模型關(guān)鍵構(gòu)成要素的綜合考量，并結(jié)合當(dāng)前階段智能教育研究的熱點(diǎn)課題，提出了基于“知識(shí)—認(rèn)知—情感”的學(xué)習(xí)者模型，以實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者的關(guān)鍵特征進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫。

其一，為什么關(guān)注知識(shí)、認(rèn)知、情感三類特征？關(guān)于學(xué)習(xí)者知識(shí)、認(rèn)知、情感的相關(guān)研究是近年來智能教育領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)，主要利用知識(shí)圖譜、 認(rèn)知診斷、知識(shí)追蹤、情感計(jì)算等技術(shù)，對學(xué)習(xí)者的知識(shí)掌握程度、認(rèn)知發(fā)展?fàn)顩r和情緒變化規(guī)律，進(jìn)行智能感知和精準(zhǔn)測評。相關(guān)研究的開展，為多元教育情境下學(xué)習(xí)者知識(shí)、認(rèn)知和情感數(shù)據(jù)的采集分析，提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，有助于實(shí)現(xiàn)對多元時(shí)空條件下學(xué)習(xí)者認(rèn)知和情感發(fā)展?fàn)顩r的智能監(jiān)測和精準(zhǔn)分析，從而構(gòu)建精準(zhǔn)完善的學(xué)習(xí)者模型。

其二，為什么不將學(xué)習(xí)者的行為特征納入學(xué)習(xí)者模型的范疇？學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，主要包括在線學(xué)習(xí)中的搜索、瀏覽、點(diǎn)擊、拖拽、提問、回復(fù)、點(diǎn)贊、評論等數(shù)據(jù)，以及課堂學(xué)習(xí)中的聽課、做筆記、舉手、提問、討論、應(yīng)答等數(shù)據(jù)。從人工智能的角度來看，又可以將其劃分為學(xué)習(xí)者的話語、表情、手勢、身體姿態(tài)等外顯行為數(shù)據(jù)。關(guān)于學(xué)習(xí)者行為的感知、建模、分析和解釋是學(xué)習(xí)者建模研究開展的基礎(chǔ)。一方面，學(xué)習(xí)者建模研究更加關(guān)注學(xué)習(xí)者行為背后內(nèi)在的知識(shí)技能、 認(rèn)知行為和情緒體驗(yàn)等能夠反映學(xué)習(xí)者潛在心理狀況的深層次特征；另一方面，學(xué)習(xí)者的“行為”和“認(rèn)知”“情感”之間具有復(fù)雜的內(nèi)在聯(lián)系，情緒可以發(fā)動(dòng)、干涉、組織或破壞認(rèn)知過程和行為，認(rèn)知對事物的評價(jià)則可以發(fā)動(dòng)、 轉(zhuǎn)移或改變情緒反應(yīng)和體驗(yàn)，進(jìn)而改變學(xué)習(xí)者的行為模式。因此，對于學(xué)習(xí)者“認(rèn)知”和“情感”狀態(tài)的關(guān)注，能夠?qū)W(xué)習(xí)者的潛在特征進(jìn)行精準(zhǔn)表征，并在極大程度上簡化學(xué)習(xí)者模型的復(fù)雜程度。

其三，是否可以將學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、 學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)態(tài)度等要素納入學(xué)習(xí)者模型的范疇？我們的答案是肯定的。相比于學(xué)習(xí)者的“知識(shí)、認(rèn)知、情感”狀態(tài)，其學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)偏好等要素，更能反映學(xué)習(xí)者的本質(zhì)特征。以往在學(xué)習(xí)者建模研究中，對于這幾類要素的測量大多通過問卷和量表的方法來實(shí)現(xiàn)，學(xué)習(xí)者通過對自身學(xué)習(xí)狀況的綜合分析，填寫相關(guān)問題的答案，以測評學(xué)習(xí)者的潛在特征。但此種方式受學(xué)習(xí)者主觀思想影響過大，且更多偏向于結(jié)果性數(shù)據(jù)，無法保證測評結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。而基于人工智能技術(shù)的學(xué)習(xí)者建模，主要通過對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集和智能分析，利用多模態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者潛在特征的深層次、時(shí)序化挖掘分析。相比于傳統(tǒng)基于自我報(bào)告的測評方法，基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模，能夠通過對多元學(xué)習(xí)場景下教育情境要素和學(xué)習(xí)者行為表現(xiàn)、認(rèn)知水平、情緒狀態(tài)的全時(shí)空、多維度、動(dòng)態(tài)性建模分析，對學(xué)習(xí)者的知識(shí)建構(gòu)、認(rèn)知發(fā)展和情緒狀態(tài)的影響因素進(jìn)行綜合考量，進(jìn)而對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、 學(xué)習(xí)偏好、 學(xué)習(xí)態(tài)度等特征，進(jìn)行更加科學(xué)、精準(zhǔn)的測評分析。

（三）融合教育情境信息的學(xué)習(xí)者模型的形式化表征

基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模，一方面，關(guān)注對學(xué)習(xí)者知識(shí)、認(rèn)知、情感狀態(tài)的時(shí)序化建模分析；另一方面，關(guān)注基于“人—機(jī)—物—環(huán)境—活動(dòng)”的復(fù)雜教育情境對學(xué)習(xí)者知識(shí)、認(rèn)知、情感的影響機(jī)制，進(jìn)而構(gòu)建融合教育情境信息的學(xué)習(xí)者模型，實(shí)現(xiàn)對真實(shí)教育情境中學(xué)習(xí)過程的有機(jī)還原和對學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)理的深層解析。

基于此，本文提出了“基于情境感知的學(xué)習(xí)者建?！毙枰趥鹘y(tǒng)“學(xué)習(xí)者建?！毖芯康幕A(chǔ)之上，加強(qiáng)對教育情境要素的關(guān)注，構(gòu)建教育情境要素與學(xué)習(xí)者特征的二元匹配模型。并在此基礎(chǔ)上，探究教育情境要素與學(xué)習(xí)者特征之間的內(nèi)在聯(lián)系，揭示深層次的學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)制。我們參照了武法提等人（2019）的研究思路，采用粒計(jì)算的方法對學(xué)習(xí)者模型進(jìn)行細(xì)粒度的精準(zhǔn)表征，利用有序偶的形式對模型的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表示，將每一個(gè)子模型看作一個(gè)元組，通過對特定教育情境下學(xué)習(xí)者知識(shí)、認(rèn)知、情感狀態(tài)的監(jiān)測，構(gòu)建融合教育情境信息的細(xì)粒度學(xué)習(xí)者特征模型，以此實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者模型的完整表征。

在這一模型構(gòu)建的過程中，教育情境模型可以簡單表示為CM=（H，M，O，E，A），其中H（Human）表示“人”，M（Machine）表示“機(jī)”，O（Object）表示“物”，E（Environment）表示“環(huán)境”，A（Activity）表示“活動(dòng)”； 學(xué)習(xí)者模型可以簡單表示為LM=（LMK，LMC，LME），其中LMK表示學(xué)習(xí)者的知識(shí)子模型，LMC表示學(xué)習(xí)者的認(rèn)知子模型，LME表示學(xué)習(xí)者的情感子模型。與之對應(yīng)，HK，MK，OK，EK，AK分別表示學(xué)習(xí)者知識(shí)子模型下“人—機(jī)—物—環(huán)境—活動(dòng)” 的表征形態(tài)；HC，MC，OC，EC，AC分別表示學(xué)習(xí)者認(rèn)知子模型下“人—機(jī)—物—環(huán)境—活動(dòng)”的表征形態(tài)；HE，ME，OE，EE，AE分別表示學(xué)習(xí)者情感子模型下“人—機(jī)—物—環(huán)境—活動(dòng)”的表征形態(tài)。因此，基于情境感知的學(xué)習(xí)者模型 （Learner Model based on Context Awareness，CLM）可以表達(dá)為：

此模型主要關(guān)注在特定時(shí)空條件下學(xué)習(xí)者知識(shí)、認(rèn)知、情感的激活狀態(tài)，通過對真實(shí)學(xué)習(xí)場景中“人、機(jī)、物、環(huán)境、活動(dòng)”等要素的精準(zhǔn)刻畫，建立教育情境模型與學(xué)習(xí)者模型之間的關(guān)聯(lián)分析模型；進(jìn)而對教育情境要素和學(xué)習(xí)者特征模型之間的動(dòng)態(tài)映射關(guān)系進(jìn)行挖掘分析，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者全時(shí)空、 多層次、細(xì)粒度的精準(zhǔn)刻畫，以此構(gòu)建融合教育情境信息的學(xué)習(xí)者模型，挖掘深層次的教育規(guī)律。

四、基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模的實(shí)踐框架

基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模，旨在對特定教育情境下學(xué)習(xí)者的“知識(shí)、認(rèn)知、情感”狀況進(jìn)行多元化、時(shí)序性、情境性的建模分析，探究在多樣化的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)活動(dòng)條件下，學(xué)習(xí)者的知識(shí)、認(rèn)知、情感發(fā)展?fàn)顩r，建立教育情境要素和學(xué)習(xí)者特征之間的二元匹配模型，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者特征與教育情境的智能匹配與動(dòng)態(tài)調(diào)整。以此，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)風(fēng)格等特征進(jìn)行深入挖掘分析?；诖?，本文構(gòu)建了基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模的實(shí)踐框架 （如圖1所示），以便對基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模的核心要點(diǎn)和關(guān)鍵路徑，進(jìn)行系統(tǒng)論述。

圖1 基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模的實(shí)踐框架

（一）基于智能感知技術(shù)的教育情境感知與融合計(jì)算

基于智能感知技術(shù)的教育情境感知與融合計(jì)算，旨在利用智能感知設(shè)備，對完整教育情境中“人—機(jī)—物—環(huán)境—活動(dòng)”等要素存在狀態(tài)和演化模式，進(jìn)行智能感知和精準(zhǔn)表征。實(shí)現(xiàn)全時(shí)空、多維度、細(xì)粒度的數(shù)據(jù)建模，對相關(guān)要素的潛在特征進(jìn)行深入挖掘分析，以實(shí)現(xiàn)對完整教育情境的精準(zhǔn)刻畫，并從情境感知的視角，挖掘深層次的教育規(guī)律。

其一，實(shí)現(xiàn)對“人—機(jī)—物—環(huán)境—活動(dòng)”要素的有機(jī)分解。教育問題與情境的復(fù)雜性，為智能教育相關(guān)研究的開展帶來了極大的挑戰(zhàn)。因此，我們需要利用數(shù)據(jù)科學(xué)的思想，對與教育情境相關(guān)的人、機(jī)、物、環(huán)境、活動(dòng)等要素進(jìn)行拆解，將其分解為教學(xué)行為和學(xué)習(xí)行為、教學(xué)設(shè)備和教學(xué)服務(wù)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源、物理環(huán)境和社會(huì)環(huán)境、教學(xué)活動(dòng)和學(xué)習(xí)交互等要素，構(gòu)建起細(xì)粒度的指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)對教育情境要素的潛在特征進(jìn)行精準(zhǔn)挖掘。

其二，利用智能感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)要素表征形態(tài)的智能監(jiān)測和精準(zhǔn)分析，從不同側(cè)面對教育情境進(jìn)行刻畫。智能感知設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為教育情境感知相關(guān)研究的開展，帶來了極大的便利。利用多種感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對教育情境構(gòu)成要素的全方位、多維度精準(zhǔn)監(jiān)測，可實(shí)現(xiàn)對人、機(jī)、物、環(huán)境等要素的精準(zhǔn)表征。如，利用溫度、濕度、光線傳感器對學(xué)習(xí)場景的物理環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測； 利用攝像機(jī)、 眼動(dòng)儀、腦電儀、功能性近紅外腦成像等設(shè)備，對學(xué)生和教師的行為和生理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集； 利用接近傳感器、加速度傳感器、GPS 傳感器等，對學(xué)生的相對位置、 運(yùn)動(dòng)狀況和地理位置等數(shù)據(jù)，進(jìn)行采集等等（Tortorella & Graf，2017）。

其三，利用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合方式，實(shí)現(xiàn)對教育情境潛在特征的智能化挖掘分析。利用多模態(tài)數(shù)據(jù)之間的信息互補(bǔ)機(jī)制，對教育情境要素的潛在特征進(jìn)行準(zhǔn)確表征，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的教育現(xiàn)象的解釋和教育過程的還原。在此基礎(chǔ)上，實(shí)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(shí)空和社會(huì)情境、活動(dòng)和交互情境”的精準(zhǔn)刻畫。

圖2 基于智能感知技術(shù)的教育情境感知與融合計(jì)算模型

（二）基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)者特征挖掘

基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的學(xué)習(xí)者特征挖掘，旨在利用智能感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對完整學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)者學(xué)業(yè)、心理、行為、生理等數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和精準(zhǔn)分析，從不同層面對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)表征和有效還原。在此基礎(chǔ)上，通過對不同模態(tài)數(shù)據(jù)的融合分析，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者知識(shí)掌握、認(rèn)知發(fā)展和情緒狀態(tài)的多維度、精準(zhǔn)化表征，從而構(gòu)建起精準(zhǔn)、完善的學(xué)習(xí)者模型。

其一，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者多元學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集。利用學(xué)業(yè)測評、問卷、量表等方式，對學(xué)習(xí)者的學(xué)業(yè)表現(xiàn)數(shù)據(jù)和心理測評數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，利用攝像機(jī)、眼動(dòng)儀、腦電儀、功能性近紅外成像等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者行為數(shù)據(jù)和生理信息數(shù)據(jù)的智能化采集分析，構(gòu)建面向完整學(xué)習(xí)過程的多模態(tài)數(shù)據(jù)集，以數(shù)據(jù)建模的方式，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者特征的動(dòng)態(tài)表征。

其二，利用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者特征的深入挖掘分析。智能教育領(lǐng)域多模態(tài)數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用，旨在利用多模態(tài)數(shù)據(jù)之間的信息互補(bǔ)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者和教育情境的精準(zhǔn)刻畫，并在最大程度上揭示教學(xué)過程的全貌，實(shí)現(xiàn)對教育現(xiàn)象有效還原。主要利用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合方式，對學(xué)習(xí)者學(xué)業(yè)表現(xiàn)數(shù)據(jù)、心理測評數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)、生理信息數(shù)據(jù)等進(jìn)行挖掘分析，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者知識(shí)、認(rèn)知、情感狀況的精準(zhǔn)測評，提升數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，以此為后續(xù)相關(guān)研究的開展，提供有力支持。

其三，利用行為分析、知識(shí)圖譜、認(rèn)知診斷、知識(shí)追蹤、情感計(jì)算等技術(shù)，對多元教育情境中學(xué)習(xí)者的知識(shí)、認(rèn)知、情感狀況，進(jìn)行智能化的精準(zhǔn)測評，并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建時(shí)空融合的分析模型，對學(xué)習(xí)者的知識(shí)掌握水平、認(rèn)知發(fā)展?fàn)顩r和情緒變化規(guī)律，進(jìn)行精準(zhǔn)表征。從而，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者知識(shí)建構(gòu)模式、認(rèn)知發(fā)展規(guī)律和情感發(fā)生機(jī)制的有效還原（黃濤，等，2020）。

圖3 基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的學(xué)習(xí)者特征挖掘模型

（三）學(xué)習(xí)者特征與教育情境的智能匹配與動(dòng)態(tài)調(diào)整

學(xué)習(xí)者特征與教育情境的智能匹配，是“基于情境感知的學(xué)習(xí)者建?！毖芯康暮诵?，旨在建立教育情境要素和學(xué)習(xí)者特征之間的二元匹配模型，探究教育情境要素對于學(xué)習(xí)者知識(shí)、認(rèn)知、情感狀態(tài)的影響機(jī)制。以此實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者特征與教育情境的智能匹配與動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對真實(shí)學(xué)習(xí)場景中學(xué)習(xí)者特征的科學(xué)化、立體化、綜合化建模分析。

其一，實(shí)現(xiàn)對教育情境要素和學(xué)習(xí)者特征的全時(shí)空、多場景、動(dòng)態(tài)化建模。通過對多元學(xué)習(xí)場景中教育情境和學(xué)習(xí)者特征的精準(zhǔn)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者特征與教育情境的智能匹配，構(gòu)建面向時(shí)空融合的“知識(shí)、認(rèn)知、情感”模型，為學(xué)習(xí)者建模研究的開展，提供多元的證據(jù)支持。

其二，利用數(shù)據(jù)挖掘算法，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者特征與教育情境的智能匹配和動(dòng)態(tài)調(diào)整。如，利用頻繁模式挖掘的方法，探究教育情境相關(guān)要素對于學(xué)習(xí)者認(rèn)知和情感發(fā)展的作用機(jī)制，利用時(shí)間序列分析的方法，探究教育情境和學(xué)習(xí)者特征之間的動(dòng)態(tài)映射關(guān)系等。

（四）學(xué)習(xí)者深層次特征的智能化挖掘分析

相比于學(xué)習(xí)者的知識(shí)結(jié)構(gòu)、 認(rèn)識(shí)水平和情緒狀態(tài)等內(nèi)在特征屬性，對于其學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)偏好等潛在特征的挖掘分析，具有更強(qiáng)的研究價(jià)值。它們的區(qū)別在于：前者主要關(guān)注學(xué)習(xí)者在特定時(shí)空條件下的知識(shí)、認(rèn)知和情感的激活狀態(tài)，只能表征學(xué)習(xí)者瞬時(shí)的認(rèn)知行為和情緒體驗(yàn)； 而后者是對學(xué)習(xí)者整體學(xué)習(xí)素養(yǎng)的綜合測評，反映了學(xué)習(xí)者內(nèi)在的學(xué)習(xí)需求、學(xué)習(xí)期待、學(xué)習(xí)價(jià)值觀、思維習(xí)慣、認(rèn)知水平、媒體偏好、認(rèn)知風(fēng)格等情況，是學(xué)習(xí)者在長期的學(xué)習(xí)過程中形成的穩(wěn)定的心理結(jié)構(gòu)，能夠?qū)W(xué)習(xí)者的內(nèi)在特征屬性進(jìn)行更加深層次、 綜合化的精準(zhǔn)表征。

由此可見，通過教育情境要素和學(xué)習(xí)者特征的智能匹配和動(dòng)態(tài)調(diào)整，探究在多元教育情境中學(xué)習(xí)者知識(shí)、認(rèn)知、情感的動(dòng)態(tài)變化情況。在此基礎(chǔ)上，探究教師、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)服務(wù)等要素，對于學(xué)習(xí)者知識(shí)、認(rèn)知、情感狀態(tài)的影響機(jī)制，進(jìn)而對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)興趣等深層次特征，進(jìn)行更為深入地挖掘分析。

五、基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模的研究進(jìn)路

基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模，能夠融合情境感知和學(xué)習(xí)者建模領(lǐng)域的前沿技術(shù)，打破智能教育研究領(lǐng)域的“孤島”，形成面向復(fù)雜問題的有效解決方案。從長遠(yuǎn)看，我們需要從“基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模”實(shí)踐研究開展的現(xiàn)實(shí)需要出發(fā)，從理論、技術(shù)、應(yīng)用、倫理四個(gè)層面，對基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模的研究趨勢進(jìn)行展望，以此為后續(xù)相關(guān)研究的開展厘清方向。

（一）理論層面:人工智能支持的細(xì)粒度學(xué)習(xí)者建模和教育情境建模

基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模的核心，在于利用智能感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者和教育情境數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集，對其潛在特征進(jìn)行精準(zhǔn)挖掘，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)過程的數(shù)據(jù)化建模分析，幫助研究人員進(jìn)一步了解學(xué)習(xí)發(fā)生的內(nèi)在機(jī)制。未來相關(guān)研究的開展，需要進(jìn)一步明確研究需要關(guān)注學(xué)習(xí)者和教育情境的哪些特征，構(gòu)建更為精準(zhǔn)完善的指標(biāo)體系，能夠?qū)W(xué)習(xí)者和教育情境的相關(guān)要素進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人工智能支持的細(xì)粒度學(xué)習(xí)者建模和教育情境建模，為今后相關(guān)研究的開展提供借鑒。

（二）技術(shù)層面:多模態(tài)數(shù)據(jù)感知與融合關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

隨著智能教育研究的逐步深入，多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的相關(guān)研究，逐漸受到領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)學(xué)者的重視。多模態(tài)融合旨在將不同模態(tài)數(shù)據(jù)中提取的信息集成到一個(gè)緊湊的多模態(tài)表示中，利用多模態(tài)數(shù)據(jù)的信息互補(bǔ)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對事物存在狀態(tài)的完整表征（王一巖，等，2021b）。目前，智能教育領(lǐng)域關(guān)于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的相關(guān)研究，主要集中在學(xué)習(xí)者情緒感知、學(xué)習(xí)投入分析、人機(jī)交互分析、學(xué)業(yè)表現(xiàn)預(yù)測和教育情境感知等方面，在一定程度上推動(dòng)了智能教育研究的實(shí)踐進(jìn)程。未來，應(yīng)該更加重視利用物聯(lián)網(wǎng)和智能感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對完整教育情境的智能感知與精準(zhǔn)表征，對真實(shí)教學(xué)場景中的教育情境要素進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫，利用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合（前期融合、中期融合、后期融合），實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)潛在價(jià)值的有效挖掘（王一巖，等，2021b），以此提升數(shù)據(jù)分析的有效性，推動(dòng)教育情境感知和學(xué)習(xí)者建模研究的實(shí)踐進(jìn)程。

（三）應(yīng)用層面:基于情境感知的個(gè)性化學(xué)習(xí)支持服務(wù)理論和技術(shù)研究

基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模研究的最終目標(biāo)，在于通過對教育情境的感知，解釋教育現(xiàn)象、挖掘教育規(guī)律、 優(yōu)化教育服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對教育系統(tǒng)的整體優(yōu)化。因此，未來相關(guān)研究的開展，需要進(jìn)一步強(qiáng)化基于情境感知的個(gè)性化學(xué)習(xí)支持服務(wù)理論和技術(shù)研究。應(yīng)從情境認(rèn)知理論、活動(dòng)理論、多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論等基礎(chǔ)理論出發(fā)，結(jié)合面向?qū)W習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)支持服務(wù)的現(xiàn)實(shí)需求，對情境感知研究的要點(diǎn)、趨勢和實(shí)踐進(jìn)路進(jìn)行重新梳理，構(gòu)建基于情境感知的個(gè)性化學(xué)習(xí)支持服務(wù)的邏輯框架； 并對情境感知研究在智能化教育服務(wù)變革中的核心作用進(jìn)行系統(tǒng)梳理，以此為后續(xù)相關(guān)研究的開展提供思路。

（四）倫理層面:基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模的技術(shù)倫理問題詮釋

基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模研究的核心，在于通過對學(xué)習(xí)者知識(shí)、認(rèn)知、情感數(shù)據(jù)的采集，對學(xué)習(xí)者的潛在特征進(jìn)行精準(zhǔn)刻畫，揭示學(xué)習(xí)發(fā)生的內(nèi)在機(jī)理，并為學(xué)習(xí)者提供自適應(yīng)的學(xué)習(xí)支持服務(wù)，而這在一定程度上，會(huì)帶來學(xué)生隱私泄露等的風(fēng)險(xiǎn)。從智能教育研究的核心特征來講，越是要為學(xué)生提供精準(zhǔn)、個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持服務(wù)，就越需要實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的全方位數(shù)據(jù)采集和多元化測評分析，這是智能教育研究中無法回避的問題。而基于情境感知的學(xué)習(xí)者建模，需要對學(xué)習(xí)者和教育情境的潛在特征進(jìn)行更加多元、 立體的綜合分析，若不對數(shù)據(jù)的采集、獲取和使用方式加以約束，將在極大程度上造成學(xué)生隱私泄露的風(fēng)險(xiǎn)。因此，我們需要對技術(shù)應(yīng)用的場景和邊界進(jìn)行清晰界定，明確智能技術(shù)的應(yīng)用規(guī)范，強(qiáng)化對學(xué)生隱私的保護(hù)意識(shí)，以保證相關(guān)研究的開展，能夠真正助力于促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性能力的發(fā)展。