基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的具身學(xué)習(xí)環(huán)境研究

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.22.001

摘 要 與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)行為相比，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)活動(dòng)更為復(fù)雜，學(xué)習(xí)者的行為和交互數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多個(gè)相關(guān)維度。如何通過人工智能、情感計(jì)算等技術(shù)手段構(gòu)建個(gè)性化自主學(xué)習(xí)場(chǎng)景，將是基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的具身學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)的關(guān)鍵。通過對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的特征以及學(xué)習(xí)者的屬性等方面的研究，設(shè)計(jì)一種面向多模態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的具身化增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)策略。首先，針對(duì)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)交互的多模態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合目前情感計(jì)算和人工智能等方法，引入一種基于多模態(tài)協(xié)同學(xué)習(xí)分析和學(xué)習(xí)反饋機(jī)制。其次，在多模態(tài)學(xué)習(xí)分析和學(xué)習(xí)反饋的基礎(chǔ)上，應(yīng)用智能用戶畫像以及領(lǐng)域知識(shí)模型提出一種面向增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身學(xué)習(xí)的智能教育決策。最后，結(jié)合基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的高校安全教育系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，闡述在智能教育決策指導(dǎo)下的智能學(xué)習(xí)支撐、教學(xué)組織設(shè)計(jì)以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)等三個(gè)方面的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；具身學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)環(huán)境；教育智能體；智能教育決策；安全教育

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2024）22-0001-07

0 引言

《教育部2022年工作要點(diǎn)》強(qiáng)調(diào)“強(qiáng)化需求牽引，深化融合、創(chuàng)新賦能、應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，積極發(fā)展‘互聯(lián)網(wǎng)+教育’”，并提出“創(chuàng)新數(shù)字資源供給模式，豐富數(shù)字教育資源和服務(wù)供給”。在新技術(shù)的推動(dòng)下，學(xué)習(xí)組織者更加注重學(xué)習(xí)者在技術(shù)和資源支持下的實(shí)踐性學(xué)習(xí)活動(dòng)，并通過創(chuàng)新的學(xué)習(xí)場(chǎng)景為學(xué)習(xí)者提供更豐富的學(xué)習(xí)內(nèi)容和交互體驗(yàn)。具身學(xué)習(xí)將學(xué)習(xí)者置于認(rèn)知學(xué)習(xí)實(shí)踐的核心，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者通過自身的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)活動(dòng)來認(rèn)知學(xué)習(xí)對(duì)象。具身學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性和活動(dòng)性，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)中通過多種感官的體驗(yàn)、探索、感悟和知識(shí)遷移來實(shí)現(xiàn)獨(dú)立性、選擇性、多變性和差異性的成長(zhǎng)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR，Augmented Reality）通過將虛擬信息環(huán)境與真實(shí)環(huán)境融合，為學(xué)習(xí)者提供更真實(shí)的視覺、聽覺和感官融合的學(xué)習(xí)體驗(yàn)與交互。借助豐富的多媒體資源和深入的交互設(shè)計(jì)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)可以有效整合具身學(xué)習(xí)中的身體行為和感知經(jīng)驗(yàn)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境在具身學(xué)習(xí)中被視為突破當(dāng)前教育教學(xué)難題、促進(jìn)高效學(xué)習(xí)的關(guān)鍵點(diǎn)[1]。因此，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)為具身學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建提供了良好的契機(jī)。

然而，在基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建具身學(xué)習(xí)環(huán)境時(shí)會(huì)面臨以下幾個(gè)問題。

1）社會(huì)化學(xué)習(xí)背景下的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身學(xué)習(xí)活動(dòng)組織問題。與虛擬現(xiàn)實(shí)不同，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)依賴于自然學(xué)習(xí)對(duì)象進(jìn)行學(xué)習(xí)體驗(yàn)，這導(dǎo)致移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中存在大量學(xué)習(xí)者聚集的現(xiàn)象，但具身學(xué)習(xí)更加強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的行為和通過實(shí)踐活動(dòng)獲取知識(shí)。在聚集的學(xué)習(xí)場(chǎng)景中，學(xué)習(xí)者的行為和活動(dòng)會(huì)對(duì)其他學(xué)習(xí)者產(chǎn)生積極或消極的影響。因此，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身學(xué)習(xí)環(huán)境中，協(xié)同組織多個(gè)學(xué)習(xí)者進(jìn)行有效學(xué)習(xí)是關(guān)鍵。

2）學(xué)習(xí)過程中個(gè)性化學(xué)習(xí)需求的適配性問題。學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)是具身學(xué)習(xí)環(huán)境的重要組成部分。在個(gè)性化學(xué)習(xí)需求下，不同學(xué)習(xí)者對(duì)相同學(xué)習(xí)對(duì)象具有不同的學(xué)習(xí)目標(biāo)和需求。因此，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中，為滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求，需要通過學(xué)習(xí)者畫像和智能計(jì)算等方法創(chuàng)造針對(duì)不同學(xué)習(xí)者的個(gè)性化的學(xué)習(xí)情境。這對(duì)于具身學(xué)習(xí)非常重要。

3）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)分析和反饋問題。學(xué)習(xí)分析在預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)行為風(fēng)險(xiǎn)、為教師和學(xué)生提供教學(xué)支持與導(dǎo)引方面起著重要作用。在具身學(xué)習(xí)環(huán)境下，特別是在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)過程中，行為數(shù)據(jù)、交互數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)者情感數(shù)據(jù)的融合較傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境更加復(fù)雜，這給增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身學(xué)習(xí)環(huán)境的學(xué)習(xí)分析帶來一定困難。因此，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身學(xué)習(xí)應(yīng)用中建立適用于多維度和科學(xué)性的學(xué)習(xí)分析與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)的組織和管理具有重要意義。

綜上所述，目前基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的具身學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建需要強(qiáng)大的技術(shù)支撐，進(jìn)行個(gè)性化、深交互的學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)，高效的學(xué)習(xí)組織管理優(yōu)化，才能充分發(fā)揮具身學(xué)習(xí)過程中實(shí)踐性、活動(dòng)性學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)。在技術(shù)環(huán)境方面，5G技術(shù)兼具增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、海量機(jī)器類通信與超高可靠低時(shí)延通信等特性，在此基礎(chǔ)上將智慧教育與5G技術(shù)結(jié)合，并融合人工智能、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建一種新型的移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身學(xué)習(xí)環(huán)境，可以為實(shí)時(shí)銜接校園現(xiàn)實(shí)空間和數(shù)字空間，優(yōu)化師生與學(xué)校環(huán)境、資源的交互方式等開辟新路徑。

1 相關(guān)研究綜述

具身學(xué)習(xí)注重學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)環(huán)境中與實(shí)際學(xué)習(xí)對(duì)象的互動(dòng)實(shí)踐和學(xué)習(xí)者的主動(dòng)參與性。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與自然對(duì)象的交互性和實(shí)踐性與具身學(xué)習(xí)的要求完美契合[2]。本課題旨在通過多用戶協(xié)作組織、基于教育智能體的交互設(shè)計(jì)和多模態(tài)學(xué)習(xí)分析反饋等方法，研究適應(yīng)具身學(xué)習(xí)需求的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)情境的構(gòu)建方法和技術(shù)手段。以下是與本課題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)的總結(jié)。

1.1 教育智能體與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身學(xué)習(xí)

具身學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中身體與世界的互動(dòng)和感知[3]。教育智能體具有自治性、反應(yīng)性、主動(dòng)性、社會(huì)性和進(jìn)化性等特征，能夠增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的感知，在具身學(xué)習(xí)中不斷發(fā)揮作用[4]。相關(guān)研究表明，教育智能體作為計(jì)算機(jī)生成的虛擬導(dǎo)師，以人、動(dòng)物、植物等形式展現(xiàn)，可以通過文本、語音、動(dòng)作等方式與學(xué)習(xí)者進(jìn)行交流[3]。教育智能體的研究為個(gè)性化學(xué)習(xí)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，通過對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的追蹤和分析，利用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法感知學(xué)習(xí)者的認(rèn)知特點(diǎn)與學(xué)習(xí)風(fēng)格，為學(xué)習(xí)者提供定制化的學(xué)習(xí)服務(wù)[5]。教育智能體還可以在與學(xué)習(xí)者的互動(dòng)中幫助其構(gòu)建知識(shí)，提高學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性和效率[6]。不同的數(shù)字技術(shù)所創(chuàng)造的具身環(huán)境會(huì)給學(xué)習(xí)者帶來不同的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和效果[7]。基于相關(guān)技術(shù)支持的具身學(xué)習(xí)環(huán)境，通過生動(dòng)、沉浸式的視聽界面，滿足個(gè)體學(xué)習(xí)者的需求，激發(fā)其身體活動(dòng)[8]。然而，目前的研究尚未充分整合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和教育智能體，未能發(fā)揮融合學(xué)習(xí)場(chǎng)景的優(yōu)勢(shì)，因此，仍需探索在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身學(xué)習(xí)環(huán)境中構(gòu)建個(gè)性化教育智能體的方法。

1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)對(duì)社會(huì)化學(xué)習(xí)行為的影響

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與自然學(xué)習(xí)對(duì)象的交互形成學(xué)習(xí)者在一定區(qū)域內(nèi)集體學(xué)習(xí)行為的特點(diǎn)，相關(guān)研究探討了學(xué)習(xí)者行為對(duì)其他學(xué)習(xí)者的影響[9]。研究顯示，空間鄰近效應(yīng)會(huì)對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)者產(chǎn)生影響，同時(shí)，學(xué)習(xí)中的社會(huì)參與性和社會(huì)結(jié)構(gòu)性也會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生影響[10]。在虛實(shí)融合的學(xué)習(xí)環(huán)境中，牟智佳等[11]研究了學(xué)習(xí)者之間的行為對(duì)其他參與者的影響，并提出優(yōu)化方案。聯(lián)結(jié)主義理論指導(dǎo)下的研究表明，學(xué)習(xí)內(nèi)容的傳播對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)的影響很大，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲化環(huán)境中，合作和競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)手段構(gòu)建了協(xié)作實(shí)景學(xué)習(xí)情境[12]。因此，在多學(xué)習(xí)者的協(xié)同增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)活動(dòng)中，有效組織這種協(xié)作至關(guān)重要，是具身學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的關(guān)鍵[13]。

1.3 具身學(xué)習(xí)中的多模態(tài)學(xué)習(xí)分析研究

在虛實(shí)融合的學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)是一種多模態(tài)感知學(xué)習(xí)的過程，與具身認(rèn)知理論強(qiáng)調(diào)的“生理諸官能的統(tǒng)一”相吻合[14]。多模態(tài)學(xué)習(xí)是指通過多種方式獲取關(guān)于同一現(xiàn)象、過程或環(huán)境的信息[15]。針對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)情境中學(xué)習(xí)者的行為，多項(xiàng)研究進(jìn)行了分析[16]。一些研究將具身學(xué)習(xí)與沉浸式虛實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境相融合[17]，利用傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺等多模態(tài)數(shù)據(jù)采集與分析，對(duì)學(xué)習(xí)者的行為和反應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[18]。這種多模態(tài)學(xué)習(xí)分析可以幫助研究者了解學(xué)習(xí)者的認(rèn)知過程、情感狀態(tài)和學(xué)習(xí)效果，并提供及時(shí)的個(gè)性化反饋和指導(dǎo)[19]。例如，通過分析學(xué)習(xí)者的眼動(dòng)數(shù)據(jù)、肌電數(shù)據(jù)和心率變異等生理指標(biāo)[20]，可以揭示他們的注意力、情緒和認(rèn)知負(fù)荷情況，從而優(yōu)化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)和教學(xué)策略[21]。此外，還有一些研究采用自然語言處理和情感計(jì)算等技術(shù)，對(duì)學(xué)習(xí)者的語言表達(dá)和情感體驗(yàn)進(jìn)行分析[22]，

以更好地理解他們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中的意義構(gòu)建和情感體驗(yàn)。

綜上所述，基于具身學(xué)習(xí)理論和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究在教育領(lǐng)域呈現(xiàn)出廣闊的前景，未來的研究可以進(jìn)一步探索增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)原則和實(shí)施策略，開發(fā)更加智能化和個(gè)性化的教育智能體，加強(qiáng)多用戶協(xié)作和社會(huì)化學(xué)習(xí)的支持，提升學(xué)習(xí)者的參與度，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果[23]。同時(shí)，應(yīng)該進(jìn)一步深入挖掘多模態(tài)學(xué)習(xí)分析方法在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身學(xué)習(xí)中的應(yīng)用潛力，推動(dòng)教育技術(shù)與人機(jī)交互領(lǐng)域的發(fā)展[24]。

2 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的具身學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建

依托“5G+教育”萬物互聯(lián)的特點(diǎn)，在移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身學(xué)習(xí)環(huán)境中，可采用智能化計(jì)算手段來構(gòu)建協(xié)同組織化的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)組織、基于教育智能體的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)交互以及多模態(tài)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)分析與反饋，為具身學(xué)習(xí)情境提供有效的實(shí)踐活動(dòng)組織與管理。以下以基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)室安全學(xué)習(xí)為例，詳細(xì)闡述基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的具身化學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建。研究?jī)?nèi)容如圖1所示。

2.1 多模態(tài)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)分析和學(xué)習(xí)反饋（圖2）

對(duì)多模態(tài)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)分析和學(xué)習(xí)反饋的研究，旨在通過分析學(xué)習(xí)者在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中的多種感知數(shù)據(jù)，揭示他們的認(rèn)知過程、情感狀態(tài)和學(xué)習(xí)效果，并提供個(gè)性化的反饋和指導(dǎo)。然而，與傳統(tǒng)教育相比，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)者的行為、情感和認(rèn)知過程更為復(fù)雜且具有多樣性，因此需要進(jìn)行多模態(tài)的數(shù)據(jù)采集和分析，以更好地理解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)和個(gè)體差異，進(jìn)而優(yōu)化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)和提供個(gè)性化教學(xué)。

在基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的高校安全教育系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集是多模態(tài)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)分析和學(xué)習(xí)反饋研究的重要一環(huán)，它通過移動(dòng)設(shè)備的多種模態(tài)傳感器采集多種感知通道的數(shù)據(jù)來全面了解學(xué)習(xí)者的行為和反應(yīng)。借助移動(dòng)設(shè)備的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互活動(dòng)數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)可以用戶的交互行為數(shù)據(jù)、圖像采集數(shù)據(jù)以及等待時(shí)延等多模態(tài)的數(shù)據(jù)去建立一種綜合、協(xié)同的學(xué)習(xí)行為表征模型，并通過這個(gè)數(shù)據(jù)表征模型。

基于采集到的多模態(tài)數(shù)據(jù)，多模態(tài)分析成為深入理解學(xué)習(xí)者的認(rèn)知過程和情感狀態(tài)的關(guān)鍵方法。其中，行為分析通過分析學(xué)習(xí)者的身體動(dòng)作數(shù)據(jù)，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互對(duì)象以及交互行為等，識(shí)別并理解他們的意圖和行為特征，進(jìn)而分析其影響因素和學(xué)習(xí)效果。在進(jìn)行學(xué)習(xí)行為分析時(shí)，同時(shí)需要進(jìn)一步考慮學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情感。情感分析則通過分析學(xué)習(xí)者的行為反饋數(shù)據(jù)以及生理指標(biāo)數(shù)據(jù)等信息，推測(cè)學(xué)習(xí)情感指標(biāo)等，這樣能夠幫助研究者更好地理解學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)材料和任務(wù)的情感反應(yīng)，從而調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)策略。而認(rèn)知分析則通過分析學(xué)習(xí)者的知識(shí)反饋（測(cè)試）以及交互行為頻度，推斷他們的注意力分配、信息處理和知識(shí)建構(gòu)的方式，為個(gè)性化學(xué)習(xí)提供依據(jù)。

學(xué)習(xí)反饋是多模態(tài)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)分析和學(xué)習(xí)反饋研究的重要目標(biāo)之一。結(jié)合智能化的分析手段以及方法，通過多模態(tài)分析結(jié)果，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)策略設(shè)計(jì)并提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)反饋。學(xué)習(xí)反饋分為兩個(gè)部分：實(shí)時(shí)反饋和非實(shí)時(shí)反饋。

在實(shí)時(shí)反饋的構(gòu)建過程中，基于用戶移動(dòng)設(shè)備的圖像采集以及實(shí)景交互性行為，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的具身交互過程中，通過圖像識(shí)別技術(shù)和行為分析能力，實(shí)時(shí)對(duì)學(xué)習(xí)者操作行為進(jìn)行具身化行為向?qū)?、交互行為判斷以及?shí)時(shí)行為反饋，在實(shí)際的學(xué)習(xí)場(chǎng)景和學(xué)習(xí)行為過程中為用戶提供更加具體的學(xué)習(xí)指導(dǎo)。

非實(shí)時(shí)反饋是基于多模態(tài)學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的綜合分析構(gòu)建的非實(shí)時(shí)反饋機(jī)制。在具身化的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)采集和多模態(tài)數(shù)據(jù)行為分析的基礎(chǔ)上，以學(xué)習(xí)報(bào)告和知識(shí)測(cè)試的形式面向?qū)W習(xí)者提供一種綜合、持續(xù)性的學(xué)習(xí)反饋過程?；诜菍?shí)時(shí)反饋的構(gòu)建，通過智能化的技術(shù)手段，一方面可以對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)情況建立綜合、全面的評(píng)價(jià)機(jī)制，為學(xué)習(xí)組織者提供科學(xué)、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)依據(jù)；另一方面借助移動(dòng)設(shè)備的便捷性，可以為學(xué)習(xí)者提供一種長(zhǎng)期伴隨性的學(xué)習(xí)環(huán)境。

2.2 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的具身學(xué)習(xí)場(chǎng)景下的智能教育決策

為了滿足學(xué)習(xí)者個(gè)性化的學(xué)習(xí)反饋以及伴隨性的學(xué)習(xí)過程，智能教育決策方法的實(shí)現(xiàn)需要依托數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)。這一技術(shù)框架主要包含領(lǐng)域知識(shí)模型、學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為畫像這兩個(gè)核心部分，它們共同作用以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容反饋服務(wù)。

2.2.1 領(lǐng)域知識(shí)模型是構(gòu)建個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境的基礎(chǔ)

領(lǐng)域知識(shí)模型包含學(xué)習(xí)領(lǐng)域的邏輯體系、基本概念和原理、規(guī)則定義與探究方式等。在預(yù)先的學(xué)習(xí)過程準(zhǔn)備中，基于相關(guān)的安全知識(shí)，對(duì)于文本、圖像等多媒體信息進(jìn)行預(yù)先標(biāo)注，形成初步的領(lǐng)域知識(shí)原始素材。進(jìn)一步的，借助知識(shí)圖譜技術(shù)，對(duì)于領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行模型化構(gòu)建。這一模型通常由語義網(wǎng)、領(lǐng)域本體、層次結(jié)構(gòu)和知識(shí)圖譜等技術(shù)構(gòu)建，其核心作用在于支持知識(shí)的獲取、組織和推理。在領(lǐng)域知識(shí)模型中，教育知識(shí)圖譜被用來引導(dǎo)過程中多個(gè)單元間的先決條件關(guān)系，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)則被用于教育知識(shí)圖譜構(gòu)建過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如實(shí)體識(shí)別、關(guān)系提取和知識(shí)表示等。通過領(lǐng)域知識(shí)模型的構(gòu)建，能夠建立安全知識(shí)單元之間的關(guān)系以及在多種情況下的學(xué)習(xí)路徑，為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身學(xué)習(xí)過程中個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容反饋服務(wù)和學(xué)習(xí)路徑個(gè)性化的規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。

2.2.2 學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為畫像是個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)的核心和基礎(chǔ)

基于個(gè)人學(xué)習(xí)行為特征描述的學(xué)習(xí)者畫像是一個(gè)研究具身化增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)復(fù)雜學(xué)習(xí)行為和交互數(shù)據(jù)的過程?；谟脩粜袨楫嬒竦奶卣鬟M(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)行為反饋是構(gòu)建個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容服務(wù)的有效路徑。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的具身化學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者將會(huì)產(chǎn)生圖像、文本、交互以及生理行為等多種模態(tài)的數(shù)據(jù)形式。同時(shí)，學(xué)習(xí)者的基本信息描述、學(xué)習(xí)歷史以及在社會(huì)化背景下的社會(huì)學(xué)習(xí)關(guān)系的描述等非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也將會(huì)影響學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為特征描述。在學(xué)習(xí)模型（圖3）中，學(xué)習(xí)者的描述、學(xué)習(xí)歷史、學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)關(guān)系等四個(gè)要素相互結(jié)合，為學(xué)習(xí)者在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)性能提供全面的描述。特別是開放性學(xué)習(xí)場(chǎng)景下的基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)行為，將會(huì)對(duì)用戶學(xué)習(xí)行為畫像產(chǎn)生實(shí)時(shí)的影響。

在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為畫像的構(gòu)建中，首先基于一般性學(xué)習(xí)者特征為用戶建立一個(gè)多維度的描述屬性，以描述學(xué)習(xí)者的一般性學(xué)習(xí)行為特征。在確定學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為描述屬性后，對(duì)于學(xué)習(xí)者基本描述、學(xué)習(xí)歷史等主觀性描述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立學(xué)習(xí)者的一般性特征與學(xué)習(xí)者主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的映射關(guān)系。在確定學(xué)習(xí)者一般行為特征后，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具身化學(xué)習(xí)過程中，通過對(duì)學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的采集以及多模態(tài)的協(xié)同分析，結(jié)合目前人機(jī)交互、情感計(jì)算以及人工智能等新技術(shù)手段，對(duì)學(xué)習(xí)者的特征屬性進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，以實(shí)現(xiàn)一種動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為畫像。通過動(dòng)態(tài)地更新和分析這些要素建立的學(xué)習(xí)者畫像，可以更好地理解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求和特點(diǎn)，為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持和決策，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)體驗(yàn)的提升。同時(shí)，社會(huì)化學(xué)習(xí)背景下的學(xué)習(xí)關(guān)系描述也將會(huì)在學(xué)習(xí)者之間產(chǎn)生一定的影響?；谟脩舻膶W(xué)習(xí)一般性特征（學(xué)習(xí)者描述以及學(xué)習(xí)歷史信息）和動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，在大語言模型的群體共識(shí)等技術(shù)的支撐下，對(duì)于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)屬性進(jìn)行聚類化處理，以社會(huì)化學(xué)習(xí)關(guān)系的角度對(duì)學(xué)習(xí)者屬性描述進(jìn)行動(dòng)態(tài)化更新，以達(dá)到對(duì)學(xué)習(xí)者的直觀、準(zhǔn)確的描述。

2.3 基于安全教育的教學(xué)交互設(shè)計(jì)

在多模態(tài)學(xué)習(xí)分析以及智能教育決策兩個(gè)方面的支撐下，針對(duì)具體的應(yīng)用場(chǎng)景，以移動(dòng)設(shè)備作為載體，通過教育智能體的方法為具體的教學(xué)需求提供基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的具身化學(xué)習(xí)場(chǎng)景的創(chuàng)設(shè)，目標(biāo)是構(gòu)建涉及智能學(xué)習(xí)支撐、學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)以及增強(qiáng)學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的安全教育智能體終端。

2.3.1 智能學(xué)習(xí)支撐

智能學(xué)習(xí)支撐依賴人工智能技術(shù)，尤其是決策智能理論與方法。在安全教育領(lǐng)域，這涉及利用大數(shù)據(jù)解析和混合智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)知情決策和用戶初始畫像的構(gòu)建，并采用主動(dòng)和全面的視角進(jìn)行情景推演與態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)。通過貝葉斯知識(shí)追蹤模型和隱馬爾可夫模型，可以將學(xué)習(xí)者的知識(shí)狀態(tài)表示為掌握或未掌握知識(shí)點(diǎn)的二元組，并根據(jù)用戶的學(xué)習(xí)行為參數(shù)設(shè)置二元組的變量系數(shù)以預(yù)測(cè)隱變量的概率分布，從而確定實(shí)時(shí)的學(xué)習(xí)反饋服務(wù)內(nèi)容和學(xué)習(xí)路徑的規(guī)劃。此外，智能學(xué)習(xí)支撐還需要根據(jù)知識(shí)間蘊(yùn)含的前驅(qū)和后繼關(guān)系，綜合考慮學(xué)習(xí)者當(dāng)前知識(shí)狀態(tài)、認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)風(fēng)格與偏好等特征，有針對(duì)性地反饋個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)資源。教學(xué)模型的實(shí)施機(jī)制涉及對(duì)學(xué)習(xí)者特征模型的診斷和分析，作出適應(yīng)性決策，向?qū)W習(xí)者提供個(gè)性化推薦服務(wù)。

2.3.2 教學(xué)組織設(shè)計(jì)

在教學(xué)組織設(shè)計(jì)方面，高校安全教育需要基于核心素養(yǎng)視角進(jìn)行作業(yè)設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)“檢研結(jié)合”的理念，將傳授知識(shí)、訓(xùn)練技能和培養(yǎng)能力有機(jī)結(jié)合。在安全教育系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)對(duì)象甄別作為實(shí)驗(yàn)室安全教育中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過有目的的教學(xué)組織和設(shè)計(jì)，讓學(xué)習(xí)者在一個(gè)相對(duì)較為開放的環(huán)境中，以其主動(dòng)性地甄別學(xué)習(xí)對(duì)象和感知學(xué)習(xí)內(nèi)容作為學(xué)習(xí)內(nèi)容傳遞方式。這種設(shè)計(jì)更加強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者自我探索化的學(xué)習(xí)活動(dòng)方式，通過一定的手段對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象所攜帶的知識(shí)信息進(jìn)行探索性學(xué)習(xí)，構(gòu)建完整的知識(shí)體系。并結(jié)合移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)豐富學(xué)習(xí)交互手段特性，在知識(shí)探索化學(xué)習(xí)活動(dòng)中，改變傳統(tǒng)的單向化學(xué)習(xí)內(nèi)容傳遞方式為主動(dòng)性的、互動(dòng)性的方式，從而增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全教育的效果。

2.3.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)

在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)上，將實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景引入安全教育，以解決實(shí)驗(yàn)室安全教育過程中缺乏實(shí)踐性和針對(duì)性的問題。在設(shè)計(jì)過程中，盡量以真實(shí)環(huán)境下的自然對(duì)象作為學(xué)習(xí)對(duì)象并進(jìn)行學(xué)習(xí)知識(shí)傳遞。通過自然對(duì)象復(fù)合屬性以及與其他對(duì)象之間的關(guān)系，為學(xué)習(xí)者傳遞復(fù)合型的信息內(nèi)容，通過學(xué)習(xí)者對(duì)復(fù)合信息的分析與理解，逐層次建立學(xué)習(xí)者對(duì)于學(xué)習(xí)對(duì)象的信息模型，借助自然場(chǎng)景中真實(shí)的學(xué)習(xí)活動(dòng)并以一定的教學(xué)目的對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象進(jìn)行信息架構(gòu)，將自然環(huán)境與虛擬環(huán)境有機(jī)整合，建立有針對(duì)性的實(shí)踐性安全教育學(xué)習(xí)工具。

3 結(jié)束語

針對(duì)復(fù)雜的用戶聚集場(chǎng)景中社會(huì)化學(xué)習(xí)行為的復(fù)雜性，研究者提出一種融合學(xué)習(xí)者特征、學(xué)習(xí)行為特征和社會(huì)化學(xué)習(xí)關(guān)系特性的多模態(tài)學(xué)習(xí)分析方法，旨在為教育智能體的決策系統(tǒng)提供科學(xué)、全面的數(shù)據(jù)支撐。通過綜合學(xué)習(xí)者的特征、學(xué)習(xí)行為的特征以及社會(huì)化學(xué)習(xí)關(guān)系的特性，研究者能夠較為準(zhǔn)確地描述學(xué)習(xí)者在復(fù)雜的用戶聚集場(chǎng)景中的行為和特征。在學(xué)習(xí)者的特征方面，研究者考慮了學(xué)習(xí)者的個(gè)人特征、背景知識(shí)、認(rèn)知能力和興趣愛好等方面。在學(xué)習(xí)行為的特征方面，研究者關(guān)注學(xué)習(xí)者與應(yīng)用程序的交互行為和學(xué)習(xí)策略。在社會(huì)化學(xué)習(xí)關(guān)系的特性方面，研究者分析學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)行為中產(chǎn)生的相互影響，包括合作、競(jìng)爭(zhēng)和共享等方面。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)情境下，研究者利用教育智能體作為信息交互對(duì)象，通過多模態(tài)學(xué)習(xí)分析，為不同用戶提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)支撐服務(wù)。通過綜合分析學(xué)習(xí)者的特征、學(xué)習(xí)行為和社會(huì)化學(xué)習(xí)關(guān)系的數(shù)據(jù)，教育智能體能夠根據(jù)用戶的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)需求，為其提供適配的學(xué)習(xí)支持，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

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5568062a08aeab77721eaf6c/The-Effect-of-Pedago

gical-Agents-in-Learning-Conditions-and-Their-Possible-Impact-on-Learning-Gains.pdf.

*項(xiàng)目來源：2022年浙江省教育廳一般科研項(xiàng)目“基于教育智能決策的具身學(xué)習(xí)環(huán)境研究”（項(xiàng)目編號(hào)：Y202249168）。

作者簡(jiǎn)介：謝偉旋，講師。