智能技術(shù)支持的小學(xué)新型學(xué)習(xí)空間創(chuàng)設(shè)與實(shí)踐

楊帆 朱敬東

摘要：近年來，在智能技術(shù)的推動下，傳統(tǒng)學(xué)習(xí)空間功能過于單一，難以滿足學(xué)生個性化需求等問題逐漸凸顯。因此，人們開始思考學(xué)習(xí)空間的設(shè)計與重構(gòu)。本文首先對學(xué)習(xí)空間的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了梳理，并結(jié)合案例，以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)為支撐，從物理、虛擬、社會、個人四個維度構(gòu)建了智能技術(shù)支持的小學(xué)新型學(xué)習(xí)空間模型，旨在為新型學(xué)習(xí)空間的研究提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：智能技術(shù);學(xué)習(xí)空間;新型空間

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）08-0086-04

● 引言

學(xué)習(xí)空間是一種支持學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)與開展學(xué)習(xí)活動的環(huán)境載體，它主要包括各類學(xué)習(xí)場所和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，對教師的教與學(xué)生的學(xué)都有極其重要的作用。隨著信息化的發(fā)展，我國日益重視學(xué)習(xí)環(huán)境的變革，努力推動學(xué)習(xí)空間的發(fā)展?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》明確指出，“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”[1]，“教育信息化‘十三五規(guī)劃”也多次提及了“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間”。[2]

據(jù)此，本研究提出以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)為支撐，以學(xué)生為中心，以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，構(gòu)建新型學(xué)習(xí)空間，使學(xué)生在新型學(xué)習(xí)空間中開展真實(shí)的體驗(yàn)與學(xué)習(xí)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生問題解決、創(chuàng)新創(chuàng)造等高階思維能力。

● 智能技術(shù)支持的新型學(xué)習(xí)空間的理論基礎(chǔ)

1.情境認(rèn)知理論

情境認(rèn)知理論強(qiáng)調(diào)學(xué)生與社會情境的互動，認(rèn)為學(xué)生只有在豐富的社會情境中進(jìn)行學(xué)習(xí)，才能真正地體驗(yàn)到知識的生成過程，真正地理解知識并能夠靈活運(yùn)用知識。[3]在傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)空間，教學(xué)方式依舊是教師講學(xué)生聽，而新型學(xué)習(xí)空間則可以為學(xué)生提供真實(shí)的學(xué)習(xí)場景，讓學(xué)生參與真實(shí)環(huán)境互動，在真實(shí)場景中進(jìn)行體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生利用信息技術(shù)高效解決問題的能力。

2.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)理論

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)注重以學(xué)生為中心，學(xué)生借助小組的力量進(jìn)行作品的設(shè)計、制作與展示，以解決真實(shí)世界中的問題，獲得知識技能與核心素養(yǎng)的提升。[4]新型學(xué)習(xí)空間正是改變以往以教師為中心的教學(xué)方式，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，更加關(guān)注學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生在真實(shí)場景中學(xué)習(xí)知識與技能，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。可以看出，新型學(xué)習(xí)空間的建設(shè)理念與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容相吻合。

● 智能技術(shù)支持的新型學(xué)習(xí)空間的模型構(gòu)建

本研究在楊現(xiàn)民[5]等人的學(xué)習(xí)空間多形態(tài)融合模型的基礎(chǔ)上，以智能技術(shù)為支撐，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)方式，構(gòu)建了智能技術(shù)支持的新型學(xué)習(xí)空間模型（如下圖）。該模型改變了傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)方式，采用以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，著重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，即文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會參與。模型在縱向和橫向維度上構(gòu)建了四維新型學(xué)習(xí)空間，分別是物理空間、虛擬空間、社會空間和個人空間，最大程度地實(shí)現(xiàn)了線上與線下、個人與群體、正式與非正式等不同場景下的自由切換，使學(xué)生能夠在真實(shí)場景中進(jìn)行體驗(yàn)與學(xué)習(xí)。

1.以學(xué)習(xí)者為中心

傳統(tǒng)學(xué)習(xí)空間采用的是“以教師為中心”的教學(xué)方式，而在互聯(lián)網(wǎng)等智能技術(shù)的推動下，新型學(xué)習(xí)空間將從“以教師為中心”的教學(xué)方式向“以學(xué)生為中心”的教學(xué)方式轉(zhuǎn)型，教師與學(xué)生的角色也發(fā)生了截然不同的改變。教師不再是課堂的主宰者，也不再采用“填鴨式”“灌輸式”的教學(xué)，而更多的是承擔(dān)起引導(dǎo)者、幫助者的角色，成為學(xué)生學(xué)習(xí)路上的引路人。

2.關(guān)注核心素養(yǎng)

在新型學(xué)習(xí)空間里，課堂是學(xué)生學(xué)習(xí)的新天地，學(xué)生可以更加積極主動地參與到學(xué)習(xí)中，在真實(shí)的場景中親自動手去實(shí)踐、探索、體驗(yàn)，這不僅有利于學(xué)生對知識的深刻理解，還有利于學(xué)生科學(xué)精神、實(shí)踐創(chuàng)新能力等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。通過這樣的方式，能夠更好地促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升，真正達(dá)到育人的目的，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)和生活的真正主人。

3.空間融合發(fā)展

新型學(xué)習(xí)空間體現(xiàn)了不同空間的融合，即物理空間、虛擬空間、社會空間和個人空間的相互融合、相互促進(jìn)。從空間的物質(zhì)屬性來看，可以將空間劃分為物理空間和虛擬空間。物理空間擁有多種形態(tài)，如教室、圖書館、實(shí)驗(yàn)室、文化長廊等，物理空間可以支持學(xué)生進(jìn)行正式學(xué)習(xí)與非正式學(xué)習(xí);虛擬空間主要是指網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間或網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺等，虛擬空間可以支持學(xué)生進(jìn)行線上的、非正式的學(xué)習(xí)。虛擬空間和物理空間相互配合，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)場景，使學(xué)生進(jìn)行線上與線下相結(jié)合、正式學(xué)習(xí)與非正式學(xué)習(xí)相結(jié)合的學(xué)習(xí)。

從空間的社會屬性來看，可以將空間劃分為社會空間和個人空間。社會空間是指學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所依賴的社會環(huán)境，學(xué)生可以在社會空間中與同伴、教師進(jìn)行互動交流、合作探究。個人空間充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)范式，學(xué)生可以在個人空間里自主學(xué)習(xí)，進(jìn)而滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求。將社會空間與個人空間相融合，能夠更好地促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)。

4.強(qiáng)調(diào)技術(shù)賦能

在時間上，學(xué)生不再局限于課堂上的學(xué)習(xí)，可以借助云平臺隨時進(jìn)入學(xué)習(xí)空間中進(jìn)行即時學(xué)習(xí)，將學(xué)習(xí)內(nèi)容延伸至課外，使得學(xué)習(xí)方式更加靈活、開放，也提升了學(xué)習(xí)的主動性與積極性。在空間上，智能技術(shù)可以支持學(xué)生進(jìn)行線上與線下相結(jié)合的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)處處可學(xué)。

● 智能技術(shù)支持的新型學(xué)習(xí)空間建設(shè)案例

杭州市D小學(xué)是一所年輕的學(xué)校，結(jié)合學(xué)校自身?xiàng)l件與現(xiàn)實(shí)需求，杭州市D小學(xué)以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為理論基礎(chǔ)，以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)支撐，借助智能技術(shù)支持的新型學(xué)習(xí)空間模型，建設(shè)了以科學(xué)、農(nóng)業(yè)、人工智能為主要學(xué)習(xí)內(nèi)容的新型學(xué)習(xí)空間，即“科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室”“人工智能耕讀實(shí)驗(yàn)室”“智慧農(nóng)場”“能量轉(zhuǎn)換站”“傳統(tǒng)農(nóng)耕文化展示中心”等，并配套相關(guān)的課程資源包與學(xué)習(xí)云平臺讓學(xué)生能夠在新型學(xué)習(xí)空間里進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、合作探究，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)能力的提升。

1.杭州市D小學(xué)新型學(xué)習(xí)空間建設(shè)

（1）注重學(xué)習(xí)體驗(yàn)，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

杭州市D小學(xué)將操場后面的部分空間充分利用起來，建設(shè)了獨(dú)具學(xué)校特色的新型學(xué)習(xí)空間。在智慧農(nóng)場中，學(xué)生可以種植蔬菜，體驗(yàn)作物種植與果實(shí)收獲帶來的快樂。在科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可以在課堂上進(jìn)行科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，真實(shí)感知實(shí)驗(yàn)的全過程。在人工智能耕讀實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生通過動手實(shí)踐操作感知AI的無限魅力。

（2）空間融合發(fā)展

杭州市D小學(xué)新型學(xué)習(xí)空間中的各個部分是有機(jī)互動、緊密聯(lián)系的，能夠支撐學(xué)生開展常態(tài)化的學(xué)習(xí)、實(shí)踐、探究。物理空間主要包括“科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室”“人工智能耕讀實(shí)驗(yàn)室”“智慧農(nóng)場”“能量轉(zhuǎn)換站”“傳統(tǒng)農(nóng)耕文化展示中心”。

其一，傳統(tǒng)農(nóng)耕文化展示中心由操場看臺閑置空間改造而來。學(xué)生可以在這里進(jìn)行非正式的學(xué)習(xí)，以圖文和實(shí)物的形式了解鄉(xiāng)土代表性農(nóng)耕文化。

其二，能量轉(zhuǎn)換站配備有太陽能收集轉(zhuǎn)換器和風(fēng)能收集轉(zhuǎn)化器，學(xué)生可以利用這些設(shè)備探究能量轉(zhuǎn)化的方式、路徑、應(yīng)用以及影響條件。

其三，科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)問題探究的地方，實(shí)驗(yàn)區(qū)部署無土栽培種植箱、氣霧種植器、育苗架、肥水一體化系統(tǒng)、植物生長情況采集器，支持學(xué)生進(jìn)行植物的觀察、對比、探究實(shí)驗(yàn)。

其四，人工智能耕讀實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生進(jìn)行人工智能知識學(xué)習(xí)的主要場所，實(shí)驗(yàn)室部署機(jī)械臂、計算機(jī)、教學(xué)一體機(jī)等。通過機(jī)械臂和計算機(jī)，學(xué)生可以學(xué)習(xí)人工智能的相關(guān)知識，激發(fā)編程興趣，培養(yǎng)計算思維。

其五，智慧農(nóng)場是學(xué)生走出教室，親密接觸大自然的場所。學(xué)生可以在智慧農(nóng)場中進(jìn)行真實(shí)的種植勞作，也可以將科學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室中的植物移栽、定植到室外智慧農(nóng)場中，體驗(yàn)植物生長的過程。虛擬空間主要是指項(xiàng)目式學(xué)習(xí)平臺。對教師而言，教師可以在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)平臺上進(jìn)行任務(wù)的發(fā)布、資源的上傳、活動的組織、評價的記錄。對學(xué)生而言，學(xué)生可以進(jìn)行在線學(xué)習(xí)、作品展示、同伴互評、過程記錄。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)平臺給予了每位學(xué)生一個獨(dú)一無二的身份，一個專屬于自己的ID，學(xué)生可以在自己的個人空間中進(jìn)行記錄、學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)整個課程全周期學(xué)習(xí)過程的記錄。社會空間與個人空間是融合在物理空間與虛擬空間之中的，無論是物理空間還是虛擬空間，學(xué)生賴以進(jìn)行交流討論、合作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境都屬于社會空間，而個人空間是學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立自主學(xué)習(xí)的場所，最為典型的便是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)平臺。學(xué)生可以根據(jù)自己的需求、自己的進(jìn)度，選擇自己想要的內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而滿足其個性化的發(fā)展?？梢?，在杭州市D小學(xué)創(chuàng)設(shè)的新型學(xué)習(xí)空間中，物理空間、虛擬空間、社會空間、個人空間進(jìn)行了有機(jī)融合，從而能夠支持線上與線下、正式與非正式、群體與個人的學(xué)習(xí)。

（3）智能技術(shù)賦能

首先，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)平臺不僅可以方便教師和學(xué)生，實(shí)現(xiàn)線上與線下相結(jié)合的學(xué)習(xí)，而且可以實(shí)現(xiàn)對植物與環(huán)境的實(shí)時、遠(yuǎn)程監(jiān)控。學(xué)習(xí)空間里部署了植物生長觀測儀、傳感裝置等設(shè)備。植物生長觀測儀能夠?qū)崿F(xiàn)微環(huán)境、植物生長情境的實(shí)時、遠(yuǎn)程觀測。通過傳感裝置，可以收集智慧農(nóng)場中的相關(guān)數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、降雨量、氧氣濃度等，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯總、分析，實(shí)時了解植物的生長變化情況。在人工智能實(shí)驗(yàn)室還配備有人工智能環(huán)控學(xué)習(xí)臺，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境的自動調(diào)節(jié)控制。其次，人工智能技術(shù)的加入可以創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)場景。學(xué)生可以借助人工智能技術(shù)解決真實(shí)場景中的實(shí)際問題，進(jìn)一步提高解決實(shí)際問題的能力與創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

2.杭州市D小學(xué)新型學(xué)習(xí)空間應(yīng)用

在新型學(xué)習(xí)空間里開設(shè)了相關(guān)的拓展性課程，并于每周五下午開課。課程的形式有科學(xué)課程、勞動教育課程，也有人工智能課程，旨在使學(xué)生在新型學(xué)習(xí)空間里進(jìn)行知識的學(xué)習(xí)、實(shí)踐的探索與思維的提升。

“人工智能+科學(xué)課程”不僅能讓學(xué)生通過真實(shí)的觀察記錄，了解現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的相關(guān)知識，增加對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的認(rèn)識與尊重，還能讓學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的知識與技術(shù)，利用人工智能技術(shù)解決真實(shí)的科學(xué)問題，提升學(xué)生問題解決能力與創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

目前，課程正在實(shí)踐中，通過三次的授課筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對新型學(xué)習(xí)空間持肯定的態(tài)度，對課程也持有濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

● 總結(jié)

本研究立足于小學(xué)新型學(xué)習(xí)空間的創(chuàng)設(shè)與實(shí)踐，構(gòu)建了新型學(xué)習(xí)空間模型，并對杭州市D小學(xué)的新型學(xué)習(xí)空間及應(yīng)用進(jìn)行介紹。但本研究目前只是對新型學(xué)習(xí)空間進(jìn)行簡單介紹，并沒有相關(guān)案例的實(shí)證研究，這也是接下來需要著手研究的地方。同時，希望更多的研究者能夠在新型學(xué)習(xí)空間領(lǐng)域扎實(shí)研究，努力促進(jìn)新型學(xué)習(xí)空間的進(jìn)步與發(fā)展。

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