李葆萍 寧方京 李晟 董艷

摘 要：本研究利用Citespace軟件對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)智慧教室的1386篇中文論文和739篇英文論文進(jìn)行了關(guān)鍵詞分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)智慧/智能教室、智慧/智能學(xué)習(xí)環(huán)境、智慧學(xué)習(xí)/教育、數(shù)字化學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂、大數(shù)據(jù)以及電子書包等是近年來的研究重點(diǎn);有關(guān)智慧教室研究熱點(diǎn)經(jīng)歷了從硬件裝備到學(xué)習(xí)方式再到認(rèn)知過程這三個(gè)階段?；谏鲜鼋Y(jié)果，本研究認(rèn)為我國(guó)智慧教室建設(shè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，重視學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的采集和分析技術(shù)以及學(xué)習(xí)方式的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智慧教室;未來學(xué)校;數(shù)字校園

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-0069（2019）03-0010-05

一、研究背景

眾多研究表明學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)生獲得技能之間存在密切的關(guān)聯(lián)，因此在“21世紀(jì)技能彩虹橋”中，學(xué)習(xí)環(huán)境就被視為關(guān)鍵的支持體系。當(dāng)今，技術(shù)已經(jīng)充分地融入學(xué)習(xí)環(huán)境之中，研究表明，技術(shù)增強(qiáng)的學(xué)習(xí)環(huán)境獨(dú)立于其他因素（課程材料、作業(yè)、時(shí)間表和考試），對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有顯著和積極的影響。[1]這種學(xué)習(xí)環(huán)境更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)[2]，有利于學(xué)生知識(shí)的獲取[3][4]，幫助取得更好的學(xué)術(shù)成就[5]，特別是有助于提高各方面的技能[6][7]。鑒于此，利用現(xiàn)代技術(shù)建設(shè)新型的學(xué)?；蛘呓淌页蔀閯?chuàng)新學(xué)校教育系統(tǒng)的趨勢(shì)，如北京師范大學(xué)的未來教室體驗(yàn)中心、華中師范大學(xué)的混合現(xiàn)實(shí)智能教室、北京十一學(xué)校龍樾實(shí)驗(yàn)中學(xué)、北京中關(guān)村第三小學(xué)、成都七中等，均從不同角度探索未來學(xué)校教室的發(fā)展方向和路徑。

伴隨著對(duì)智慧教室的探索，也出現(xiàn)了一些問題和疑惑，比如，和現(xiàn)有的數(shù)字教室相比，智慧教室有哪些核心特征？智慧教室中又應(yīng)該如何推進(jìn)相關(guān)方面技術(shù)的教育應(yīng)用？當(dāng)前我國(guó)已有的智慧教室雖然特色鮮明，然而建設(shè)規(guī)模較小，應(yīng)用還不夠多樣化，尚不足以對(duì)上述問題提供系統(tǒng)化的解決方案。因此，本研究試圖從已有關(guān)于智慧教室研究中尋找?guī)в幸?guī)律性的發(fā)現(xiàn)，為我國(guó)當(dāng)前智慧教室建設(shè)提供借鑒和指導(dǎo)。

研究分別使用“智能/智慧/未來教室”“技術(shù)增強(qiáng)/豐富的教室”“智慧/智能學(xué)習(xí)環(huán)境”“智慧/智能學(xué)習(xí)空間”“smart /intelligent /future classroom”“technology enhanced/rich classroom”“smart /intelligent learning environment”“smart/intelligent learning space”等關(guān)鍵詞收集了2000—2018年未來學(xué)校相關(guān)的中英文論文，并使用Citespace進(jìn)行分析。中文論文來自CNKI期刊數(shù)據(jù)庫，英文文獻(xiàn)來自Web of Science核心數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過檢索和篩除，最終得到1386篇中文論文和739篇英文論文。研究重點(diǎn)對(duì)論文的關(guān)鍵詞進(jìn)行了分析，主要結(jié)果如下。

二、智慧教室國(guó)內(nèi)外研究分析

（一）國(guó)內(nèi)外研究概要

檢索智慧教室方面中英文論文的發(fā)表情況，得知2000—2018年間，關(guān)于智慧教室方面的論文國(guó)際發(fā)表年均50篇，沒有顯著的波動(dòng);國(guó)內(nèi)有關(guān)未來學(xué)校研究則經(jīng)歷了顯著的變化，可以分為三個(gè)階段，2000—2009年發(fā)文量較低，2010—2014年間發(fā)文量開始提升，2015年開始發(fā)文量顯著增長(zhǎng)，表明智慧教室和智慧校園等受到廣泛的關(guān)注。

在Citespace中，通過計(jì)算關(guān)鍵詞的中心度和共現(xiàn)頻次表示一段時(shí)間內(nèi)研究者共同關(guān)注的問題，即研究熱點(diǎn)。中心性超過0.1則表明該研究具有較強(qiáng)的影響力，關(guān)鍵詞的共現(xiàn)頻次越高，中心性越高，說明其在該領(lǐng)域越重要。研究將時(shí)間切片設(shè)定為1年，每一個(gè)時(shí)間切片都由引文分析的前50篇論文代表，繪制2000—2018年的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜，研究選取了排序前十的關(guān)鍵詞，其頻次和中心性如表1所示。由表1得知，智慧/智能教室、智慧/智能學(xué)習(xí)環(huán)境、智慧學(xué)習(xí)/教育等是國(guó)內(nèi)和國(guó)際上共同的研究熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)對(duì)智慧校園、翻轉(zhuǎn)課堂、大數(shù)據(jù)以及電子書包等關(guān)注度較高，國(guó)際上對(duì)環(huán)境感知、數(shù)字化學(xué)習(xí)等關(guān)注較多。

Citespace使用突現(xiàn)詞（burst terms）表示一個(gè)時(shí)期內(nèi)研究關(guān)注的主要問題和研究專題，從中可以看到領(lǐng)域內(nèi)研究熱點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，本研究篩選出突現(xiàn)率較高的關(guān)鍵詞如表2所示。

在2011年以前，國(guó)內(nèi)研究主要是在多元智能理論和智能教室兩方面，研究比較單一。從英文論文來看，同一時(shí)間段內(nèi)國(guó)際研究熱點(diǎn)轉(zhuǎn)換比較多，不過其共性在于關(guān)注了計(jì)算機(jī)技術(shù)在教育環(huán)境中應(yīng)用場(chǎng)景的探索，如傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能感知、普適計(jì)算、移動(dòng)機(jī)器人等。

在2013—2018年這一段時(shí)間，國(guó)內(nèi)研究多元化趨勢(shì)比較明顯，而且從關(guān)鍵詞來看，電子書包、翻轉(zhuǎn)課堂、個(gè)性化學(xué)習(xí)等關(guān)于智慧教室應(yīng)用模式的探索非常明顯。國(guó)際研究也有類似的趨勢(shì)，而且國(guó)內(nèi)外均把學(xué)習(xí)分析作為近年來的研究熱點(diǎn)。

（二）國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)分析

1.智慧學(xué)習(xí)環(huán)境與環(huán)境感知

盡管分析顯示中英文論文中出現(xiàn)了“智慧學(xué)習(xí)環(huán)境”“智慧教室”“智慧校園”“智能空間”等多個(gè)不同的關(guān)鍵詞，然而其含義基本是一致的，都是對(duì)未來學(xué)習(xí)發(fā)生場(chǎng)所的定義和描述，本研究認(rèn)為智慧學(xué)習(xí)環(huán)境最具概括性。

黃榮懷等將智慧學(xué)習(xí)環(huán)境定義為數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境的高端形態(tài)，其具備感知學(xué)習(xí)情景、識(shí)別學(xué)習(xí)者特征、提供合適的學(xué)習(xí)資源與便利的互動(dòng)工具、自動(dòng)記錄學(xué)習(xí)過程和評(píng)測(cè)學(xué)習(xí)成果等功能，可以促進(jìn)學(xué)習(xí)者輕松地、投入地、有效地學(xué)習(xí)。[8]金舒克（Kinshuk）等也將情境感知作為智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的重要特征。[9]

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境具體表現(xiàn)形式便是智慧校園或智慧教室。閻堅(jiān)等結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了具有可操作性的智慧教室系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括感知層（如溫濕度傳感器、PM2.5傳感器、亮度傳感器等），傳輸層和應(yīng)用層（如服務(wù)器、一卡通、智能終端等）。[10]這種系統(tǒng)架構(gòu)與現(xiàn)有的數(shù)字教室相比最大的特色就在于環(huán)境感知功能。對(duì)照研究突現(xiàn)詞分析可見，2006—2011年期間，“傳感器網(wǎng)絡(luò)”“智能感知”“普適計(jì)算”等與環(huán)境感知密切關(guān)聯(lián)的技術(shù)也是國(guó)際上相關(guān)研究追逐的熱點(diǎn)。

結(jié)合上述分析結(jié)果，本研究認(rèn)為利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)具有環(huán)境感知的學(xué)習(xí)環(huán)境是智慧教室的重要特征和趨勢(shì)之一。

2. 智慧教育（學(xué)習(xí)）與電子書包

“智慧教育”“智慧學(xué)習(xí)”等是關(guān)于未來學(xué)校中教與學(xué)形態(tài)的概括，而“未來課堂”“翻轉(zhuǎn)課堂”“個(gè)性化學(xué)習(xí)”等則反映了未來教與學(xué)形態(tài)的具體的實(shí)現(xiàn)方式和價(jià)值取向，而以“電子書包”為代表的各種智能終端則是智慧教室配備的重要學(xué)習(xí)工具。

從當(dāng)前研究中看到，電子書包具有便攜性、交互性、無線接入互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)特性，使其可以支持各種教學(xué)活動(dòng)的開展。鄭曉丹等就對(duì)利用手機(jī)、平板電腦、電子書包等多種智能終端開展翻轉(zhuǎn)課堂的策略進(jìn)行了研究。[11]利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與各種智能終端，可以將課前的微課學(xué)習(xí)和檢測(cè)、課中的答疑和問題解決，以及課后的回顧與拓展等多種學(xué)習(xí)活動(dòng)有機(jī)地融合在一起。借助于智能終端可以部分地替代教師知識(shí)傳授的角色，可以重新調(diào)整傳統(tǒng)課堂中知識(shí)獲取、知識(shí)應(yīng)用、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)等重要學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的順序和組合方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)的量化評(píng)估和資源的精準(zhǔn)推薦，為落實(shí)和貫徹以學(xué)生為中心的教學(xué)理念提供了技術(shù)基礎(chǔ)。電子書包的環(huán)境感知技術(shù)等也方便支持合作化和探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，如：可以根據(jù)學(xué)生的位置信息推薦合作學(xué)習(xí)伙伴;可以根據(jù)其采集樣品的溫度、濕度信息開展科學(xué)探究活動(dòng);等等。

3. 大數(shù)據(jù)與學(xué)習(xí)分析

“大數(shù)據(jù)”與“學(xué)習(xí)分析”是近年來的研究熱點(diǎn)，分析結(jié)果顯示在近5年國(guó)內(nèi)外的研究都將“學(xué)習(xí)分析”作為智慧教室研究領(lǐng)域的重要議題。正如上文所分析的，教育的對(duì)象是具有鮮明特征的個(gè)體，以往受限于師資和教育技術(shù)水平，對(duì)學(xué)生的個(gè)性的發(fā)現(xiàn)主要依靠教師的觀察和經(jīng)驗(yàn)，缺少客觀性和科學(xué)性。同時(shí)，由于班級(jí)授課的組織形態(tài)，因材施教的教育目標(biāo)只能停留在理念層面而無法落實(shí)。

終端技術(shù)和學(xué)習(xí)過程的結(jié)合，使得學(xué)習(xí)過程中的大量數(shù)據(jù)能夠被捕捉和記錄，這樣就產(chǎn)生了教育大數(shù)據(jù)，通過學(xué)習(xí)分析技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)的挖掘和解釋，能夠精準(zhǔn)地刻畫出學(xué)生的特征，從而可以預(yù)測(cè)個(gè)體的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，并提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)干預(yù)。由此，因材施教的個(gè)性化學(xué)習(xí)得以在智慧教室中實(shí)現(xiàn)。

（三）智慧教育研究的發(fā)展路徑分析

基于對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于智慧教室研究熱點(diǎn)問題的分析，本文認(rèn)為學(xué)界對(duì)于智慧教室建設(shè)和應(yīng)用經(jīng)歷了三個(gè)緊密聯(lián)系、相互支持的階段。

第一是從技術(shù)裝備升級(jí)的途徑來建設(shè)不同于多媒體數(shù)字教室的智能化教室。其中最具特色的便是環(huán)境感知技術(shù)和個(gè)人終端技術(shù)的配備。環(huán)境感知技術(shù)使得學(xué)習(xí)空間本身成為未來學(xué)習(xí)的資源和教學(xué)管理的手段。例如：通過感應(yīng)教室的亮度可以調(diào)整教室的光照水平，保證學(xué)習(xí)者處于舒適的學(xué)習(xí)狀態(tài);通過教室二氧化碳濃度的探測(cè)，了解學(xué)生的注意力水平;等等。[12]個(gè)人終端技術(shù)則讓學(xué)習(xí)者在知識(shí)獲取的環(huán)節(jié)擺脫對(duì)教師的依賴，從而有可能改變長(zhǎng)期以來講授式的教學(xué)模式，產(chǎn)生各種新型的教學(xué)方式，并能夠從中獲取各類學(xué)生的行為。

第二是在技術(shù)裝備支持下的學(xué)習(xí)方式的創(chuàng)新。如前所述，個(gè)人終端部分替代了教師傳遞知識(shí)的功能，教師和學(xué)生便可以有更多的時(shí)間和機(jī)會(huì)開展如翻轉(zhuǎn)課堂、個(gè)性化學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)、基于問題的學(xué)習(xí)等各類學(xué)習(xí)活動(dòng)，不斷產(chǎn)生新型的學(xué)習(xí)方式。這依然是目前各國(guó)智慧教室探索的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

第三則是對(duì)學(xué)習(xí)過程的重視。各類學(xué)習(xí)過程可以被數(shù)字化表達(dá)和記錄，基于大數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)分析技術(shù)，認(rèn)知過程不斷被揭示并有意識(shí)地應(yīng)用到學(xué)習(xí)策略的設(shè)計(jì)中，以提升學(xué)習(xí)的效率和效果。這個(gè)階段將在未來得到越來越多的關(guān)注和探索。

三、我國(guó)智慧教室建設(shè)的啟示

（一）清晰地定位智慧教室的建設(shè)目標(biāo)

當(dāng)前一些學(xué)校的智慧教室建設(shè)往往以技術(shù)為導(dǎo)向，很多配備了活動(dòng)桌椅和平板電腦的教室便被稱為智慧教室，還有一些教室建成后很少使用，處于“展示”狀態(tài)。顯然，這對(duì)于教育資源配置來說是極大的浪費(fèi)。從現(xiàn)有研究可見，未來教室、智慧教室等新型的教室形態(tài)是在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的背景下產(chǎn)生和建設(shè)的，其形態(tài)沒有固定的模式。智慧教室的建設(shè)，首要任務(wù)應(yīng)當(dāng)是結(jié)合學(xué)校的教育理念和學(xué)科特色，定位學(xué)校智慧教室的建設(shè)目標(biāo)和方案。例如，語言類學(xué)科中學(xué)生需要更多能力展示和對(duì)話交流的機(jī)會(huì)，對(duì)設(shè)備的移動(dòng)性和便攜性要求較高，因此可以設(shè)計(jì)平板電腦教室支持這類學(xué)習(xí)，同時(shí)發(fā)展學(xué)生的協(xié)作交流能力。[13]在科學(xué)類學(xué)科中，學(xué)生需要更多觀察、動(dòng)手的機(jī)會(huì)，對(duì)教室的空間設(shè)計(jì)、儀器設(shè)備的可獲取性、信息呈現(xiàn)的真實(shí)性和交互性等要求較高，因此可以借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、大屏幕渲染等技術(shù)設(shè)計(jì)沉浸式智慧教室。

（二）多模態(tài)、長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)采集和分析

在信息化社會(huì)，數(shù)據(jù)是重要的生產(chǎn)資料，在智能化教育時(shí)代，數(shù)據(jù)也是學(xué)校最核心的教育資產(chǎn)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析可以幫助我們?cè)\斷、預(yù)測(cè)學(xué)生的各類學(xué)習(xí)行為。然而目前我國(guó)大部分智慧教室往往基于較為單一的數(shù)據(jù)類型，如學(xué)生課堂中的練習(xí)結(jié)果等來進(jìn)行分析，這類分析所能提供的教育信息是有限的。相比單一數(shù)據(jù)，多模態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)則可以在更復(fù)雜和開放的學(xué)習(xí)環(huán)境中掌握學(xué)生學(xué)習(xí)軌跡。

因此，學(xué)校在設(shè)計(jì)智慧教室時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)搜集工作進(jìn)行專門規(guī)劃，內(nèi)容不僅包括學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)行為，還應(yīng)當(dāng)包括學(xué)習(xí)情感和學(xué)習(xí)環(huán)境數(shù)據(jù)，綜合利用這些多模態(tài)數(shù)據(jù)來定義學(xué)生的行為，以促進(jìn)教學(xué)。[14]目前文本分析、語音分析、筆跡分析、草圖分析、動(dòng)作與手勢(shì)分析、情感狀態(tài)分析、神經(jīng)生理分析、眼睛注視分析等在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中具有很大的應(yīng)用潛力，有利于更好地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，分析學(xué)生需要，制定學(xué)習(xí)規(guī)劃，精準(zhǔn)提供學(xué)習(xí)者需要的內(nèi)容。此外，中小學(xué)生正處于認(rèn)知發(fā)展最為迅猛的階段，掌握學(xué)習(xí)發(fā)生和發(fā)展的關(guān)鍵期及典型行為至關(guān)重要，智慧教育應(yīng)當(dāng)提供適合于長(zhǎng)周期如采集一學(xué)期、一學(xué)年以上數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析技術(shù)，提供更為穩(wěn)定的、深入的教育指導(dǎo)。

（三）探索多種形態(tài)的創(chuàng)新學(xué)習(xí)方式

相對(duì)被動(dòng)的學(xué)習(xí)方式如聽課、練習(xí)等是難以有效培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)的，因而智慧教室之中應(yīng)當(dāng)通過學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)來促進(jìn)學(xué)習(xí)真正發(fā)生。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)關(guān)于智慧教室下的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)——翻轉(zhuǎn)課堂占據(jù)主要形式;而國(guó)外智慧教室下學(xué)習(xí)活動(dòng)比較多元化，基于真實(shí)項(xiàng)目的探究性學(xué)習(xí)、基于智能導(dǎo)師系統(tǒng)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)、基于虛擬代理協(xié)作學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)模式層出不窮，這類學(xué)習(xí)活動(dòng)一方面聯(lián)系起了學(xué)校學(xué)習(xí)和真實(shí)世界，另一方面不斷引發(fā)學(xué)生和學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)同伴之間的交互和反饋行為，以此提供合適的學(xué)習(xí)干預(yù)。

因而本研究認(rèn)為我國(guó)智慧教室教學(xué)應(yīng)用可從以下幾方面設(shè)計(jì)：第一，基于真實(shí)情境的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，通過網(wǎng)絡(luò)接入和傳感器等方式，將課堂的學(xué)習(xí)和外部世界產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生理解世界、處理真實(shí)問題的能力;第二，技術(shù)豐富環(huán)境下的學(xué)習(xí)，借助于各類技術(shù)裝備中介作用設(shè)計(jì)更加豐富的交互學(xué)習(xí)活動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度和促進(jìn)學(xué)習(xí)的社會(huì)化;第三，基于證據(jù)的學(xué)習(xí)管理和干預(yù)，通過提供給教師各種可視化的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，方便教師將其作為自己教學(xué)決策的依據(jù)。

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（責(zé)任編輯 孫志莉）