數(shù)字孿生技術(shù)賦能智慧學(xué)習(xí)的模型建構(gòu)及實踐應(yīng)用

高速發(fā)展的社會將呈現(xiàn)出更加復(fù)雜、多變的形態(tài)，面向未來的學(xué)習(xí)不再是“知識本位”，而是轉(zhuǎn)向以“智慧本位”為目標(biāo)的復(fù)雜學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)。在基礎(chǔ)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景下，探索如何創(chuàng)新學(xué)習(xí)模式，滿足學(xué)習(xí)者按需、即時、個性化、多元的學(xué)習(xí)需求，培養(yǎng)智慧型人才，是自前教育領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)。智慧學(xué)習(xí)離不開技術(shù)的力量。數(shù)字孿生（DigitalTwin，DT）技術(shù)作為一種驅(qū)動教與學(xué)變革的技術(shù)工具，近幾年已逐漸成為教育學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。目前，已有研究利用數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體、數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者等學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)和孿生智慧學(xué)習(xí)空間數(shù)字孿生講臺等數(shù)字孿生學(xué)習(xí)環(huán)境7，探究數(shù)字孿生技術(shù)如何變革教育，但鮮有對基于數(shù)字孿生技術(shù)的學(xué)習(xí)范式理論和實踐進行研究?；诖?，本文將在分析數(shù)字孿生技術(shù)帶來的知識生產(chǎn)與傳播、學(xué)習(xí)變革的基礎(chǔ)上，構(gòu)建數(shù)字孿生技術(shù)支持的智慧學(xué)習(xí)模式，并探索其在基礎(chǔ)教育實踐中的可能應(yīng)用，以推動數(shù)字孿生技術(shù)賦能基礎(chǔ)教育階段學(xué)習(xí)理論和實踐研究進程。

一、數(shù)字孿生技術(shù)賦能智慧學(xué)習(xí)的可行性分析

取知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹R擁有者利用智慧來解決問題，這一轉(zhuǎn)變引領(lǐng)我們進入共生共享教育（symbioticsharededucation）[8，9]的時代。智慧是一種能力和品質(zhì)，它不是簡單的知識、技能積累，而是對知識、技能的理解和應(yīng)用。學(xué)習(xí)則是將知識、技能直接作用于人本身，將知識與技能轉(zhuǎn)化成智慧以靈活解決問題的過程。智慧學(xué)習(xí)的本質(zhì)在于通過知識學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的問題解決能力、智慧學(xué)習(xí)力和創(chuàng)新能力，促進智慧發(fā)展。

隨著社會對人才需求的變化，知識的網(wǎng)絡(luò)泛在化及其獲取方式的日益便捷，未來的學(xué)習(xí)從傳統(tǒng)獲

智能技術(shù)支持的智慧學(xué)習(xí)模型應(yīng)包含兩部分內(nèi)容：學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)[12.13和智慧學(xué)習(xí)過程。學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)提供學(xué)習(xí)資源管理、準(zhǔn)確識別學(xué)習(xí)需求，為學(xué)習(xí)者精準(zhǔn)匹配學(xué)習(xí)資源、規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑、預(yù)測學(xué)習(xí)效果等全方位智能化學(xué)習(xí)服務(wù)，幫助學(xué)生和教師高效管理學(xué)習(xí)活動。學(xué)習(xí)者可便捷、高效、精準(zhǔn)地獲取優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源，并在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境支持下，享受泛在的、個性化、定制化的學(xué)習(xí)服務(wù)?；诖?，智能技術(shù)支持的智慧學(xué)習(xí)過程應(yīng)包括：精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)需求識別、豐富優(yōu)質(zhì)的資源供給、定制化學(xué)習(xí)服務(wù)、智慧化學(xué)習(xí)環(huán)境、智能化學(xué)習(xí)成效預(yù)測及反饋等五大核心要素，達到最終通過智慧學(xué)習(xí)，服務(wù)于學(xué)習(xí)者智慧可持續(xù)發(fā)展的目的。

1.智慧學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

2.數(shù)字孿生技術(shù)及其特征

（1）數(shù)字孿生技術(shù)數(shù)字孿生技術(shù)是指將物理實體的結(jié)構(gòu)、行為和狀態(tài)在虛擬空間中進行等同復(fù)制和模擬，生成其對應(yīng)的數(shù)字孿生體，從而實現(xiàn)對物理實體的實時監(jiān)測、預(yù)測和優(yōu)化，同時進化自身，以提供更加實時、高效、智能化的服務(wù)[4，I5的技術(shù)。數(shù)字孿生技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，2023年，數(shù)字孿生技術(shù)被納入《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標(biāo)綱要》，為數(shù)字孿生城市建設(shè)提供了國家戰(zhàn)略指引[。在教育領(lǐng)域，數(shù)字孿生技術(shù)作為一種新興的教育手段，具有極大的潛力和優(yōu)勢?；跀?shù)字孿生技術(shù)的知識孿生能夠在數(shù)字時空中再現(xiàn)物理時空的知識原態(tài)，從而革新知識管理與傳播方式。這一技術(shù)打破了時空限制，為學(xué)習(xí)者構(gòu)建虛實融合的學(xué)習(xí)場域，支持場景化學(xué)習(xí)。此外，數(shù)字孿生的虛實交互特性亦拓寬了其應(yīng)用空間，為教育和知識共享等領(lǐng)域提供了新的可能性。

（2）數(shù)字孚生技術(shù)的主要特征

① 虛實映射與互動。虛實映射是數(shù)字孿生技術(shù)的基本特征，是指對物理世界的等同復(fù)制和模擬生成孿生世界，并在數(shù)字空間中進行數(shù)據(jù)的計算、預(yù)測和演練，提出決策建議，以用于指導(dǎo)或直接反作用于物理世界，同時更新孿生世界，實現(xiàn)虛實雙向閉環(huán)互動。利用該特性，教育者們可為學(xué)生構(gòu)建虛實融合的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，將物理世界的知識結(jié)構(gòu)孿生至數(shù)字空間，再現(xiàn)物理時空的知識原態(tài)，形成數(shù)據(jù)驅(qū)動的、知識與實踐互聯(lián)的共享動態(tài)系統(tǒng)，即知識孿生。知識孿生革新了知識管理模式，為創(chuàng)新學(xué)習(xí)范式提供新的實踐進路。

② 智能化仿真推演。智能化仿真推演是指基于數(shù)據(jù)驅(qū)動，對現(xiàn)實世界中的系統(tǒng)、過程或事件進行虛擬的多維度、多層次、多學(xué)科、多物理量、多場景、多概率的模擬和演練，從而得出可能的結(jié)果和結(jié)論。利用該特性，學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)可預(yù)測學(xué)習(xí)效果，進行學(xué)習(xí)評價；同時也大大拓展深度學(xué)習(xí)資源的呈現(xiàn)、學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)方式等；這有助于塑造真實的臨場體驗感，高效開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)、情境化學(xué)習(xí)。例如，資源開發(fā)者可以借助數(shù)字孿生技術(shù)，仿真推演來源于生活的真實問題情境、知識建構(gòu)過程等動態(tài)情境，由此學(xué)習(xí)者可獲得知識生產(chǎn)的在場體驗和直接經(jīng)驗[18，服務(wù)于數(shù)據(jù)科學(xué)指向的知識發(fā)現(xiàn)、知識創(chuàng)造[19]。

③ 動態(tài)可視。動態(tài)可視是指借助三維可視化技術(shù)，數(shù)字孿生體模擬感知的信息，可使仿真系統(tǒng)具有較強的模擬空間與時間特性，即可實現(xiàn)全空間信息和物理實體運行態(tài)勢、知識的生產(chǎn)過程、真實問題情境的變化等的動態(tài)展示，也可實現(xiàn)數(shù)字孿生模型與三維孿生仿真系統(tǒng)的無縫集成。在學(xué)習(xí)領(lǐng)域，利用數(shù)字孿生技術(shù)的動態(tài)可視性，我們能夠精準(zhǔn)地再現(xiàn)知識原態(tài)、構(gòu)造出適合特定知識內(nèi)容的動態(tài)學(xué)習(xí)情境2，讓學(xué)習(xí)者在情境中形成感知、建立體驗，解決時空分離條件下學(xué)習(xí)脫離真實情境的難題。

④ 可擴展性。數(shù)字孿生技術(shù)具備集成、添加和替換數(shù)字模型的能力，能夠針對多尺度、多物理、多層級的模型內(nèi)容進行擴展。在學(xué)習(xí)目標(biāo)的驅(qū)動下，融合數(shù)據(jù)編織技術(shù)，數(shù)字孿生體通過整合相關(guān)動態(tài)數(shù)據(jù)，可以完成學(xué)習(xí)場景的個性化配置，即可“拿來即用、按需裁剪、彈性資源、自主設(shè)計”，服務(wù)于學(xué)習(xí)場景的按需搭建、課程資源的定制化。

3.數(shù)字孿生技術(shù)變革知識的生產(chǎn)與傳播

融合生成式人工智能等技術(shù)的數(shù)字孿生技術(shù)變革了知識的生產(chǎn)、管理及傳遞方式，為學(xué)習(xí)者開展開放的、互動的、個性化的智慧學(xué)習(xí)提供了新的平臺與可能。基于數(shù)字孿生體的知識的生成與傳播由三部分構(gòu)成（如圖1）：知識創(chuàng)生、知識運營與管理、知識服務(wù)與傳遞[21，22]。

知識創(chuàng)生是指將現(xiàn)實世界中由學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、人、機等創(chuàng)生的知識孿生至虛擬空間的知識筒倉，便于知識的運營與管理。

知識的運營與管理主要有兩部分功能：知識的運營和知識的管理。第一，知識運營。知識運營是對知識從消費、轉(zhuǎn)化到沉淀的閉環(huán)管理。知識運營系統(tǒng)能夠自下而上地收集用戶的知識反饋，對所有用戶產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄埋點，并挖掘分析隱性知識點。

并將缺失的知識點進行檢點審核，納入知識庫中，實現(xiàn)知識的閉環(huán)。數(shù)字孿生體作為智能化運營工具，大大提升知識系統(tǒng)的運營水平。第二，知識的管理。知識筒倉中的知識一部分來源于現(xiàn)實語境中的知識孿生，經(jīng)機器學(xué)習(xí)分類存儲；一部分來源于數(shù)字空間中數(shù)字孿生體間的交互自主生成。數(shù)字孿生體具有知識獲得、知識分類、知識存儲、知識挖掘、知識組織、知識傳遞等知識的全生命周期的管理功能，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效、智能的知識管理，并為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)服務(wù)。

知識服務(wù)與傳遞由兩個功能組成：知識服務(wù)和知識傳遞。第一，知識服務(wù)?；跁T、專家、企業(yè)等智慧，數(shù)字孿生體可以識別學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)需求，支持知識查詢，智能匹配學(xué)習(xí)資源，為學(xué)習(xí)者量身定制所需課程，服務(wù)于個性化、定制化學(xué)習(xí)。第二，知識傳遞。選擇適切的途徑及工具，為學(xué)習(xí)者提供精準(zhǔn)的知識服務(wù)。

二、應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)的智慧學(xué)習(xí)建模

數(shù)字孿生技術(shù)帶來的學(xué)習(xí)變革，需要我們以嶄新的視角來創(chuàng)新學(xué)習(xí)模式，助力適應(yīng)社會需求的智慧型人才的培養(yǎng)。為促進數(shù)字孿生技術(shù)的多領(lǐng)域應(yīng)用，北航數(shù)字孿生研究團隊創(chuàng)新性提出數(shù)字孿生五維模型，包含物理實體、虛擬實體、孿生數(shù)據(jù)、服務(wù)和連接五個維度，滿足數(shù)字孿生應(yīng)用的新需求[23]。在該模型的基礎(chǔ)上，本研究結(jié)合基于數(shù)字孿生技術(shù)的知識的生成與傳播方式、學(xué)習(xí)服務(wù)設(shè)計理念、智慧學(xué)習(xí)的核心要素，構(gòu)建了智慧學(xué)習(xí)模型，該模型為學(xué)習(xí)者提供按需、即時、高效獲取知識、技能、智慧，施展個性化的學(xué)習(xí)方法等的學(xué)習(xí)服務(wù)，最終發(fā)展學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)智慧，培養(yǎng)智慧學(xué)習(xí)力。該模型主要包含兩部分：智慧學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)模型和智慧學(xué)習(xí)過程模型。

1.智慧學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)模型構(gòu)建

學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)（LearningServicesManage-mentSystem）是泛在學(xué)習(xí)環(huán)境下支持泛在學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)，將學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)活動和學(xué)習(xí)實踐封裝成服務(wù)的形式提供給學(xué)習(xí)者24?；跀?shù)字孿生技體2引發(fā)的知識生成與傳播方式、學(xué)習(xí)服務(wù)設(shè)計理念，本研究構(gòu)建了智慧學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)模型2，該模型由現(xiàn)實世界模塊、孿生世界模塊、孿生數(shù)據(jù)模塊、連接模塊和知識服務(wù)與傳遞模塊五部分組成（如圖2）。

現(xiàn)實世界模塊是真實性學(xué)習(xí)發(fā)生的空間。它既是知識原態(tài)的發(fā)生場景，又是知識演變與應(yīng)用的重要土壤。該模塊將現(xiàn)實世界中由學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、人、機等創(chuàng)生的知識孿生至孿生空間的知識筒倉，便于知識的運營與管理。

孿生世界模塊是將現(xiàn)實世界輸入的知識在虛擬空間中分類存儲，并進行知識的生成、維護和更新等知識的運營與管理，確保知識的準(zhǔn)確性和可用性、知識資源的系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)化，為知識服務(wù)與傳遞奠定堅實的基礎(chǔ)。

知識服務(wù)與傳遞模塊通過構(gòu)建綜合的知識庫，實現(xiàn)信息的高效搜索與檢索，確保用戶能夠迅速獲得所需知識。同時，該模塊采用智能推薦算法，根據(jù)用戶的個性化需求提供定制化的知識資源，且通過多渠道傳播機制，知識得以在不同媒介間流動，提升其可及性與可見性。此外，該模塊集成互動與反饋功能，促使用戶在人機協(xié)同學(xué)習(xí)[27，28過程和知識使用過程中進行實時評價與反思，進一步推動知識的動態(tài)更新與優(yōu)化。在知識查詢、傳遞與應(yīng)用過程中，構(gòu)建一個高效、靈活且互動的知識生態(tài)系統(tǒng)。

孿生數(shù)據(jù)模塊是學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)的核心，用于存儲整個學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)生命周期數(shù)據(jù)并向各模塊反饋信息指令，提供響應(yīng)服務(wù)。

連接模塊使系統(tǒng)中現(xiàn)實世界、李生世界、知識服務(wù)與傳遞各模塊之間在運行中保持交互、同步以及連接，使各模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實時存入孿生數(shù)據(jù)模塊，并使孿生數(shù)據(jù)能夠驅(qū)動三者運行。

五大模塊相互連接、迭代優(yōu)化，形成知識創(chuàng)生、知識運營與管理、知識服務(wù)與傳遞、智能評價與反饋的閉環(huán)智慧學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)，并重塑人與學(xué)習(xí)場域的交互關(guān)系[29，服務(wù)于智能化、多元化、泛在化的學(xué)習(xí)實踐服務(wù)[30，推動學(xué)習(xí)范式轉(zhuǎn)型。

2.智慧學(xué)習(xí)過程

智慧學(xué)習(xí)的過程首先是由學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)感知學(xué)習(xí)者需求，由學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體尋找知識缺口，并提出填補知識缺口的建議；綜合考慮學(xué)習(xí)的有效性和成本，學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體評估如何，怎樣才能將知識、技能、智慧與“我\"分享，并生成智能化學(xué)習(xí)路徑，由學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)在學(xué)習(xí)者需要時根據(jù)學(xué)習(xí)路徑匹配、推送定制化的學(xué)習(xí)資源一一知識膠囊，以達成向?qū)W習(xí)者本體完成有效的知識遷移，“教育\"學(xué)習(xí)者、反哺現(xiàn)實世界的目的；同時，學(xué)習(xí)結(jié)果反饋至系統(tǒng)，學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)同步自我更新，完成閉環(huán)學(xué)習(xí)（如圖3）。

三、模型核心要素分析

智慧學(xué)習(xí)模型的運行依賴于自主共生的學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)提供智能化的學(xué)習(xí)服務(wù)，賦能學(xué)習(xí)者的智慧學(xué)習(xí)過程。在該模型中，認知數(shù)字孿生體提供知識運營與管理、知識服務(wù)與傳遞等核心功能，是模型運行的核心要素。

1.認知數(shù)字孿生體及其作用

數(shù)字孿生體（DigitalTwin，DT）是現(xiàn)實世界各物理實體在數(shù)字空間的孿生虛體。隨著數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展，形成了不同的維度，并以不同的形式、不同角色參與交互，賦能學(xué)習(xí)3。在智慧學(xué)習(xí)服務(wù)管理系統(tǒng)中，認知數(shù)字孿生體（Cognitive Digital Twins，CDT）通過知識圖譜和語義等技術(shù)增強數(shù)字孿生體的認知能力[32，是數(shù)字孿生體的一種擴展形式。在智慧學(xué)習(xí)模型中，CDT不僅具有數(shù)字孿生體的基本特性[33]，還具備如記憶、檢索、反思、推理、知識孿生、知識映射和知識管理等功能，使數(shù)字孿生體的概念得以延伸并應(yīng)用于教育領(lǐng)域34，其核心思想是利用先進的數(shù)據(jù)分析、機器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，使模型具備自我學(xué)習(xí)、推理和決策能力。一個完整的認知孿生，依賴于云端存儲、數(shù)據(jù)分析、知識圖譜、仿真優(yōu)化等技術(shù)驅(qū)動，具備感知、記憶、學(xué)習(xí)、注意力、推理以及最終問題求解能力。CDT拓展了在知識交互行為數(shù)據(jù)中孿生可執(zhí)行知識的實踐路徑，大大彌合知識與實踐之間的鴻溝。

2.學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體構(gòu)建方式及其作用

（1）學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體的構(gòu)建方式

為給學(xué)習(xí)者提供個性化的學(xué)習(xí)服務(wù)，需要構(gòu)建學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體[35.36。當(dāng)下，網(wǎng)絡(luò)是個體社會交往和生活的重要的工具，學(xué)習(xí)領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體構(gòu)建的數(shù)據(jù)除一部分來源于可穿戴性傳感器外，大部分數(shù)據(jù)來源于學(xué)習(xí)者及其認知數(shù)字孿生體在網(wǎng)絡(luò)空間的交互活動。學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體的構(gòu)建途徑主要有以下幾種： ① 學(xué)習(xí)者的教育過程等信息； ② 在網(wǎng)絡(luò)時代，學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)空間中存在大量交互，如數(shù)字孿生體間的交互、人機交互等，交互中的分布式認知被系統(tǒng)驗證并建立關(guān)聯(lián)，形成共生的知識，反饋并更新至學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體； ③ 學(xué)習(xí)者參加各類學(xué)習(xí)培訓(xùn)的過程及成績信息等也是構(gòu)建學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體的主要信息來源； ④ 學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)空間持續(xù)進行的各類活動，其大量的交互行為和認知數(shù)據(jù)就可以用來繪制形成個人的知識地圖、個體活動的軌跡及活動內(nèi)容，有助于學(xué)習(xí)服務(wù)系統(tǒng)提供適合其背景的“學(xué)習(xí)膠囊”； ⑤ 個體與個體間在現(xiàn)實語境中的知識交互行為映射到網(wǎng)絡(luò)空間。

學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體與現(xiàn)實世界中學(xué)習(xí)者實體建立起來的各種學(xué)習(xí)行為雙向映射，從而形成實體與虛體身份的協(xié)調(diào)互動3，革新了知識建構(gòu)、知識創(chuàng)生、知識管理模式。數(shù)字空間已成為家庭、學(xué)校、社會等現(xiàn)實世界的延展，未來虛擬世界與現(xiàn)實世界連接日趨緊密。隨著互聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)的發(fā)展，個人在網(wǎng)絡(luò)空間的活動將會越來越豐富，越來越多的數(shù)據(jù)可以被收集以打造更“豐富”的學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體。

（2）學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體的作用

學(xué)習(xí)者的知識、技能、經(jīng)驗都是其認知數(shù)字孿生體的組成部分，學(xué)習(xí)者的獨一無二使其認知數(shù)字孿生體具有獨特性。在智慧學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者的認知數(shù)字孿生體起著重要的統(tǒng)籌作用。它通過感知學(xué)習(xí)者物理實體所在的語境，如學(xué)習(xí)者工作或?qū)W習(xí)地點、需達成的學(xué)習(xí)目的、正在進行的任務(wù)、將要完成的任務(wù)等，并根據(jù)要達成的目標(biāo)，評估知識缺口，智能化定制學(xué)習(xí)策略，主要包括如何利用現(xiàn)有的知識，如何更新和補足知識的策略，并把外部知識轉(zhuǎn)化為物理本體所需的可執(zhí)行知識等，達到提高學(xué)習(xí)的效率和質(zhì)量的目的。為提高學(xué)習(xí)績效，認知數(shù)字孿生體需要提前預(yù)測遷移什么樣的知識才能更好地解決面對的問題?；诖?，認知數(shù)字孿生體自由漫游網(wǎng)絡(luò)空間獲取物理實體所需或可能所需的知識，并對知識的可靠性進行評估和認證，實現(xiàn)知識再生及自身知識空間的更新。此外，認知數(shù)字孿生體擔(dān)任學(xué)習(xí)者的代理，代表學(xué)習(xí)者進行一些認知活動，使用學(xué)習(xí)者的部分知識去完成某一認知任務(wù)，比如學(xué)習(xí)者獲取的數(shù)據(jù)，認知數(shù)字孿生體可完成數(shù)據(jù)分析、計算、數(shù)據(jù)可視化等。

四、智慧學(xué)習(xí)模式的實踐應(yīng)用

智慧學(xué)習(xí)是更好地運用技術(shù)來改造學(xué)習(xí)過程，是面向?qū)嵺`的自主學(xué)習(xí)。本文構(gòu)建的智慧學(xué)習(xí)模型旨在探索數(shù)字孿生體技術(shù)賦能學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)滿足社會需求的智慧型人才，助力構(gòu)建終身學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)型社會，探索數(shù)字李生技術(shù)賦能學(xué)習(xí)的實踐路徑。

1.高效開展跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確要求，各門課程原則上要用不少于 10% 的課時設(shè)計跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)[38。跨學(xué)科學(xué)習(xí)關(guān)注的是學(xué)生理解學(xué)科知識背后的意義、不同學(xué)科知識的整合，強調(diào)學(xué)科知識整合的方式，以解決真實世界的問題。跨學(xué)科已成為義務(wù)教育新課程方案倡導(dǎo)的一種重要學(xué)習(xí)方式?；诳鐚W(xué)科學(xué)習(xí)的發(fā)生機制，高階思維技能的發(fā)展、真實情境問題解決的過程、學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計[39，是促進跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的三個要素。

智慧學(xué)習(xí)模式下，數(shù)字孿生體能夠為學(xué)習(xí)者按需創(chuàng)建復(fù)雜的問題解決環(huán)境，提供可驗證的智慧功能，創(chuàng)設(shè)信念形成的反思語境。數(shù)字孿生體技術(shù)支持的智慧學(xué)習(xí)模式具有培養(yǎng)高階思維能力的獨特優(yōu)勢[40]。

數(shù)字孿生體技術(shù)具有的可擴展性、數(shù)據(jù)驅(qū)動性特征，使得數(shù)字孿生體實例得以獨立于數(shù)字孿生體和物理實體存在?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動，實例化的數(shù)字孿生體可被編輯，這種可編輯性也拓寬了真實情境建構(gòu)的實踐進路。此外，智慧學(xué)習(xí)模式提供的虛實融合的情境，拓展了跨學(xué)科學(xué)習(xí)的時間和空間，有利于“理論 + 實踐\"融合，從而增強學(xué)習(xí)體驗和提升學(xué)習(xí)效果。

2.賦能沉浸式情境化學(xué)習(xí)

人類學(xué)取向的情境學(xué)習(xí)理論（SituatedLearningTheory）認為學(xué)習(xí)是一種情境性活動，認為學(xué)習(xí)的發(fā)生離不開情境，不能把學(xué)習(xí)從情境中抽離出來進行研究，而是要將其鑲嵌在它所在的情境之中。情境是交互作用的產(chǎn)物，情境化學(xué)習(xí)是指學(xué)習(xí)者圍繞學(xué)習(xí)主題充分與情境互動而引發(fā)經(jīng)驗生長的過程[41]。

數(shù)字孿生技術(shù)具有的實時交互、虛實映射、可拓展性等特征，能為情境化學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)豐富的媒介環(huán)境，將認知性、實踐性、價值性信息或概念資源融合為一個意義建構(gòu)的空間。在此空間，學(xué)習(xí)者通過視覺、聽覺、觸覺等感官通道，與人、機、物、環(huán)境發(fā)生深度而廣泛互動，其感知逐漸由感官沉浸發(fā)展到意識沉浸。意識沉浸感生成深度學(xué)習(xí)的臨場感體驗，與情境充分互動，引發(fā)經(jīng)驗生長，推動素養(yǎng)生成。最終實現(xiàn)與學(xué)習(xí)者原有的知識、經(jīng)驗和價值觀的匯通，獲得真切的學(xué)習(xí)體驗，完成經(jīng)驗重組，達成有意義的情境化學(xué)習(xí)。

3.助力培養(yǎng)面向未來的終身學(xué)習(xí)者

隨著技術(shù)革命和全球化進程的加速，每一位學(xué)習(xí)者需要不斷學(xué)習(xí)以迭代自己的知識體系。構(gòu)建終身學(xué)習(xí)文化，培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)者對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、促進個人全面發(fā)展和建設(shè)學(xué)習(xí)型社會至關(guān)重要。

終身學(xué)習(xí)是一種持續(xù)學(xué)習(xí)的過程，同時也是一個不斷創(chuàng)新實踐、解決問題的過程。智慧學(xué)習(xí)模式為培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)者提供高效的平臺與工具，有效提升學(xué)生在終身學(xué)習(xí)中的自主性與靈活性，從而有效提升學(xué)習(xí)成果和應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境的能力。智慧學(xué)習(xí)模式中，學(xué)生已有的知識被映射到認知數(shù)字孿生體中。學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體能利用已有的知識和技能，將已有的知識重塑，以幫助學(xué)習(xí)者解決可能面對的復(fù)雜問題。知識重塑的過程也是向新領(lǐng)域的知識遷移的過程。此外智慧學(xué)習(xí)模式根據(jù)學(xué)習(xí)者的反饋和進度調(diào)整內(nèi)容，鼓勵主動學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供自適應(yīng)學(xué)習(xí)環(huán)境，鼓勵學(xué)習(xí)者持續(xù)探索和適應(yīng)新知識，形成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

4.實現(xiàn)個性化定制學(xué)習(xí)

在智慧學(xué)習(xí)中，個性化定制學(xué)習(xí)是根據(jù)每個學(xué)習(xí)者需求和能力的不同，利用數(shù)字孿生技術(shù)可再現(xiàn)知識和技能的特性，為學(xué)習(xí)者量身定制學(xué)習(xí)內(nèi)容，被視為未來的一種重要學(xué)習(xí)形式?；跀?shù)字孿生技術(shù)，未來的教育可定制化，學(xué)習(xí)的效率會大幅度提升。數(shù)字孿生技術(shù)在基礎(chǔ)教育中的應(yīng)用為培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)者提供了新的路徑。通過創(chuàng)建虛擬副本，數(shù)字孿生技術(shù)能為學(xué)習(xí)者提供個性化的學(xué)習(xí)體驗，并實時反饋學(xué)習(xí)進度和需求，從而調(diào)整學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)內(nèi)容和節(jié)奏，促進學(xué)習(xí)者自我調(diào)節(jié)能力的發(fā)展。同時，數(shù)字孿生技術(shù)支持復(fù)雜場景的模擬，為學(xué)習(xí)者提供無風(fēng)險的實踐和反思環(huán)境，提升學(xué)習(xí)者的問題解決和批判性思維能力。此外，數(shù)字孿生技術(shù)能整合跨學(xué)科知識，推動跨領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，增強綜合分析能力。通過持續(xù)的數(shù)據(jù)更新，學(xué)生能夠與時俱進，適應(yīng)新知識和社會需求，激發(fā)終身學(xué)習(xí)的動力。

在智慧學(xué)習(xí)模式中，學(xué)習(xí)者的歷史學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，在學(xué)習(xí)過程中由于個人性格等因素表現(xiàn)出的不同學(xué)習(xí)風(fēng)格、興趣、習(xí)慣等學(xué)習(xí)者偏好，在網(wǎng)絡(luò)空間的交互中通過驗證都會被反饋更新至認知數(shù)字孿生體。學(xué)習(xí)者認知數(shù)字孿生體通過感知不斷變化的學(xué)習(xí)者偏好、定制和體驗并對學(xué)習(xí)者偏好數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，構(gòu)建適合學(xué)習(xí)者個性化需求的學(xué)習(xí)場域，推薦個性化學(xué)習(xí)資源。學(xué)習(xí)者自主地掌握學(xué)習(xí)過程，并在需要時尋求認知數(shù)字孿生體的“指導(dǎo)”，從而培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力、提升參與感、激發(fā)潛力。

5.面向未來的可執(zhí)行知識的學(xué)習(xí)

2018年，國防大學(xué)終身教授金一南在第十屆《今日經(jīng)濟》大會曾提出知識不是力量，只有能執(zhí)行的知識才是力量。他認為再優(yōu)秀的知識如果不具備可執(zhí)行的操作方法，終究也只是空中樓閣。面向未來的可執(zhí)行的知識不僅僅關(guān)注理論知識的掌握，更強調(diào)將所學(xué)的理論知識轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的技能，以解決實際的問題，以高效應(yīng)對面臨的各種挑戰(zhàn)。此外，面向未來的可執(zhí)行知識需融合跨學(xué)科領(lǐng)域的知識，具備動態(tài)學(xué)習(xí)和適應(yīng)性，既能根據(jù)社會、科技和市場變化不斷優(yōu)化更新，又能有效融合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)實現(xiàn)實時分析和預(yù)測，為學(xué)習(xí)者提供個性化解決方案，推動理論知識向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化?？蓤?zhí)行知識是新的教育方式，面向未來的學(xué)習(xí)應(yīng)重視可執(zhí)行的知識，以便應(yīng)對未來可能面臨的復(fù)雜問題。

數(shù)字孿生技術(shù)是實現(xiàn)“可執(zhí)行知識”的一種有效工具。數(shù)字孿生通過建立現(xiàn)實世界中的物理實體、過程或系統(tǒng)的數(shù)字化副本，以實時監(jiān)控、模擬和預(yù)測系統(tǒng)的狀態(tài)，從而為決策提供依據(jù)。通過這種方式，抽象的知識或理論模型可以變得更加直觀和可操作，有助于將知識轉(zhuǎn)化為實際可執(zhí)行的方案。

在智慧學(xué)習(xí)模式中，認知數(shù)字孿生體不僅能夠再現(xiàn)抽象的知識，還可以基于高度模擬的虛擬環(huán)境，將知識從靜態(tài)的集合轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€可執(zhí)行的智能體。這種轉(zhuǎn)變下，知識不僅能夠被存儲和傳遞，而且被賦予“執(zhí)行力”，即通過融合人工智能、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)使其能夠在模擬或?qū)嶋H環(huán)境中進行操作和反饋，從而達到動態(tài)學(xué)習(xí)和適應(yīng)的目標(biāo)。這種“智能體\"不僅能夠執(zhí)行預(yù)設(shè)任務(wù)，還能夠在一定條件下自主調(diào)整行為，提供智能決策或相應(yīng)服務(wù)。該類可執(zhí)行的知識不僅有效增強知識的動態(tài)性和可操作性，還使學(xué)習(xí)過程變得更為直觀和互動。這種轉(zhuǎn)變有助于提升知識的應(yīng)用價值和實際效益。

基于數(shù)字孿生技術(shù)，學(xué)習(xí)者能夠在虛擬環(huán)境中實時進行知識的應(yīng)用和驗證，促進學(xué)習(xí)的個性化與實踐性。此外，認知數(shù)字孿生體能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的反饋與需求實時調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容和節(jié)奏，增強學(xué)習(xí)的針對性和有效性。這種基于可執(zhí)行知識的學(xué)習(xí)模式，使學(xué)習(xí)者能夠在更貼近實際的情境中提高問題解決能力和決策能力，拓展其技能范圍。同時，也為培養(yǎng)具備創(chuàng)新思維和跨學(xué)科能力的終身學(xué)習(xí)者提供了新的路徑。

智慧學(xué)習(xí)作為技術(shù)賦能的未來學(xué)習(xí)范式，其創(chuàng)新發(fā)展及實踐應(yīng)用是數(shù)字孿生時代基礎(chǔ)教育信息化實施的重要行動之一。本研究構(gòu)建了面向基礎(chǔ)教育的基于數(shù)字孿生體的智慧學(xué)習(xí)模型，分析其在個性化學(xué)習(xí)、情境化學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)中的潛力。然而，本研究也存在一定的局限性，如本研究提出的模型在基礎(chǔ)教育的不同學(xué)科教育環(huán)境中存在適應(yīng)問題。未來的研究將進一步探討數(shù)字孿生技術(shù)在基礎(chǔ)教育中的推廣應(yīng)用，尤其在資源有限的教育環(huán)境中探究其價值增值路徑。此外，還需關(guān)注技術(shù)與教育政策的結(jié)合，以促進數(shù)字孿生體技術(shù)的廣泛應(yīng)用和持續(xù)優(yōu)化。

綜上所述，數(shù)字孿生技術(shù)為智慧學(xué)習(xí)建模提供了新的視角和工具，具有廣闊的應(yīng)用前景。本研究為未來的教育技術(shù)發(fā)展提供參考，并激發(fā)更多關(guān)于智慧教育的創(chuàng)新探索。

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