逯行 沈陽 徐晶晶 曾海軍

摘要：學習環(huán)境承載著學習和學習者需求的表達。學習環(huán)境的設計需要在終端用戶（學生）和社會利益之間、在傳統(tǒng)和創(chuàng)新之間不斷平衡。當前以傳統(tǒng)學校為代表的學習環(huán)境設計忽視終端用戶和個體用戶的主觀需求，過于重視社會效益等客觀需求。未來教育的實現(xiàn)和發(fā)展需要依托創(chuàng)新型學習環(huán)境設計的理論與實踐進步?；谥悄芗夹g(shù)支持，以學習環(huán)境重構(gòu)為引領的學校變革是未來學校發(fā)展的必然方向。通過在學習環(huán)境中融入適切性智能技術(shù)能夠平衡學習環(huán)境中的人類需求沖突。智能學習環(huán)境的需求平衡模型是智能學習環(huán)境設計的重要組成部分，包含兩個部分：（1）智能學習環(huán)境需求平衡解析模型——解析智能技術(shù)與學習環(huán)境內(nèi)需求沖突之間的主體關(guān)系;（2）需求平衡關(guān)注度計算模型——計算學習環(huán)境的需求平衡程度，以及智能技術(shù)干預之后的學習環(huán)境的平衡結(jié)果。雖然該模型尚屬于“概念型公式”，還需要進一步完善，但其提出為智能時代的學習環(huán)境設計，以及學習環(huán)境中需求沖突的測量和解決提供了理論指導。

關(guān)鍵詞：智能學習環(huán)境;智能技術(shù);學習環(huán)境;需求沖突;主體關(guān)系重構(gòu);需求平衡模型

中圖分類號：G434? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1009-5195（2020）01-0051-10? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2020.01.006

作者簡介：逯行，博士研究生，北京師范大學智慧學習研究院（北京 100875）;沈陽，博士后，北京師范大學智慧學習研究院、互聯(lián)網(wǎng)教育智能技術(shù)及應用國家工程實驗室（北京 100875）;徐晶晶，博士研究生，北京師范大學智慧學習研究院（北京 100875）;曾海軍（通訊作者），博士，北京師范大學智慧學習研究院副院長（北京 100875）。

人類需求的不斷滿足是時代進步的內(nèi)驅(qū)動力，技術(shù)服務于人類需求是技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展的重要維度（荀琳等，2010）。技術(shù)的快速發(fā)展是推動學習環(huán)境研究的重要驅(qū)動和支撐（塔衛(wèi)剛等，2018）。技術(shù)融入教育環(huán)境中，通過變革環(huán)境表征更好地滿足環(huán)境用戶的需求是智能技術(shù)在教育場景的重要切入點。另一方面，隨著社會發(fā)展、科技進步，人們對教育賦予了越來越多的使命和任務。人們越來越不再滿足于傳統(tǒng)的學校建筑、教室布局、環(huán)境設計，從形式到內(nèi)容不斷地詬病舊工業(yè)時代誕生的這種以規(guī)?；瘜W校學習環(huán)境為主的主流模式，開始積極探索更適應人類個體需求的個性化學習環(huán)境?，F(xiàn)代教育邁向未來教育之路，要求在教學環(huán)境和學習環(huán)境的設計上有所突破，以承載更具創(chuàng)新意義的教學內(nèi)容和課程活動。當前學習環(huán)境設計者和建設者的服務對象、對話方均是學校管理者，但是學習環(huán)境的最終使用者卻是學生。這種設計與終端用戶的脫節(jié)，直接導致了學習環(huán)境設計理念與實踐進展緩慢。有研究者從生態(tài)學視角對在線學習環(huán)境進行分析，認為環(huán)境的給養(yǎng)與學習者的契合是影響學習效果的關(guān)鍵所在，但當下的學習環(huán)境缺乏與學習者的交互，缺乏適應性和彈性（李彤彤，2019）。未來教育的實現(xiàn)和發(fā)展需要依托創(chuàng)新型學習環(huán)境設計的理論與實踐進步。學校設計需要在終端用戶（學生）和社會利益之間、在傳統(tǒng)和創(chuàng)新之間不斷平衡。有研究者認為，融合了人工智能技術(shù)、傳感器、通信技術(shù)等的智慧學習環(huán)境是數(shù)字學習環(huán)境的高端形態(tài)，能夠較傳統(tǒng)學習環(huán)境更好地提升學習效率（黃榮懷等，2012）。而知識、技術(shù)、策略和學習者是智慧學習環(huán)境中影響學習者認知的重要因素（高媛等，2017），隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，技術(shù)的影響作用越來越明顯。智能學習環(huán)境是智慧學習環(huán)境在人工智能技術(shù)支持下的具體形態(tài)，是融入適切性智能技術(shù)、以實現(xiàn)智慧學習為目標而構(gòu)建的智能時代的學習環(huán)境。研究者和實踐者希望通過在學習環(huán)境中融入更多、更恰當?shù)娜斯ぶ悄芗夹g(shù)，提升學習環(huán)境的支持能力。但目前，將智能技術(shù)融入學習環(huán)境設計大多停留在理念層面的探討，僅關(guān)注學習環(huán)境建設的“應然”問題，鮮有研究從環(huán)境用戶需求的視角切入，并嘗試構(gòu)建理論指導層面的量化模型。本研究關(guān)注智能學習環(huán)境中，智能技術(shù)如何發(fā)揮作用以平衡各項用戶需求之間的沖突，并嘗試構(gòu)建量化模型，以指導智能學習環(huán)境中需求平衡問題的解決。

一、學習環(huán)境設計中的需求問題

1.學習環(huán)境設計的主客觀之爭

實體環(huán)境是周遭環(huán)境與人類需求的表達（李亮聰?shù)龋?013），因此，學習環(huán)境承載著學習和學習者需求的表達。一直以來用戶的個人需求被認為是主觀不宜測量的，而社會需求卻是客觀存在、可以被測量的，因此在學習環(huán)境設計中過多地考慮了社會效益而忽視了學生用戶的主體需求。有研究從建筑學的視角闡述，認為學校學習環(huán)境應當具備可持續(xù)性發(fā)展?jié)撃?、促進學生健康、體現(xiàn)現(xiàn)代技術(shù)、靈活且具有適應性、滿足使用者群體需求與個性化需求等屬性（Clements-Croome，2013）。學習環(huán)境的設計應努力在用戶的主觀需求與社會效益的客觀需求之間尋求平衡。

學習環(huán)境的設計者在前期應當與學生盡可能多地交流，了解學生對學習環(huán)境設計的想法以及他們結(jié)合自身學習支持條件對學習環(huán)境提出的訴求。設計者需要做的最主要的工作之一，就是平衡學生的主觀需求與客觀質(zhì)量等評估指標。需要指出的是，學生的生理需求和心理需求同樣重要，都不可忽視。相關(guān)研究能夠佐證這一觀點，如Oseland等人通過研究設計成功的工作場所，總結(jié)并驗證了對其他環(huán)境設計同樣具有啟示意義的心理學理論，包括人格與動機理論、環(huán)境與進化心理學等，其中重點肯定了主觀心理需求對環(huán)境設計的影響和價值（Oseland et al.，2009）。已經(jīng)有許多國際組織正在為主客觀需求之間的平衡付諸努力。英國政府建筑環(huán)境顧問委員會發(fā)布了《創(chuàng)建優(yōu)秀小學——用戶指南》（CABE，2010a），詳細介紹了小學學習空間和學校環(huán)境應當如何設計，且特別關(guān)注到了學生體驗中的主觀問題，例如學生喜歡什么樣的學校建筑、對環(huán)境的感覺如何等。蘇格蘭政府制定了《優(yōu)秀建筑指南（2007）》，探索了學校課程對學校建筑設計的影響，將教育內(nèi)容與學習環(huán)境設計進行了聯(lián)系（CABE，2010b）。OECD頒布的學習環(huán)境評估計劃（The Learning Environments Evaluation Programme，LEEP）旨在制定工具并提供分析方法，向?qū)W校管理者、研究人員、決策者和其他人普及學習環(huán)境投入（包括物理學習環(huán)境等）如何轉(zhuǎn)化為改善教育、健康、社會福利等的支持條件，從而更加有效地利用教育資源以及相關(guān)信息（OECD，2017）。這些探索旨在提升個人體驗需求、群體需求、管理機構(gòu)需求以及社會效益之間的平衡。

2.智能時代學習環(huán)境的設計、建設與發(fā)展

新一輪科技革命驅(qū)動教育變革，智能技術(shù)賦能教育成為時代命題（張慧等，2019）。技術(shù)對學習環(huán)境的變革從未停止。在理論研究方面，研究者從多個視角探討了智能時代學習環(huán)境的應然和可能性。王竹立認為，智能時代的學校形態(tài)具有開放學習環(huán)境、創(chuàng)新工場與創(chuàng)客空間、網(wǎng)絡學校以及實體學校等多種形式（王竹立，2018），其中開放學習環(huán)境是指在智能技術(shù)的支持下能夠為學習者提供自主學習和自組織學習的學習環(huán)境。智能技術(shù)變革學習環(huán)境的實踐并不落后于理論的發(fā)展。上海市市西中學通過智能手機將學生連接起來，構(gòu)筑起自主學習網(wǎng)絡;通過思維廣場這一創(chuàng)新之舉，在開放與半開放的學習環(huán)境中融入智能技術(shù)、融合豐富的課程資源、保障多樣化學習方式，以此來重構(gòu)學習環(huán)境，形成學習環(huán)境連續(xù)體和學習環(huán)境生態(tài)圈（董君武，2018）?；谥悄芗夹g(shù)支持，以學習環(huán)境重構(gòu)為引領的學校變革是未來學校發(fā)展的必然方向，具有代表性的學校有瑞典的Vittra Telefonplan學校以及歐洲學校網(wǎng)絡（European Schoolnet）的未來教室實驗室（曹培杰，2018），通過打破傳統(tǒng)學?？臻g設計的模式為學生創(chuàng)造了一種沉浸式的學習環(huán)境。關(guān)于智慧學習環(huán)境的研究邊界與內(nèi)容，已有不少研究者給出了自己的定義。有學者從學習體驗的角度對智慧學習環(huán)境進行了分析，認為智慧學習環(huán)境應考量學習空間、信息技術(shù)及教學法三個維度（胡永斌等，2016）;從其所包含的學習場域的角度來看，是由學校、家庭、場館協(xié)同聯(lián)動機制作用下的“泛學習環(huán)境”（徐晶晶等，2018）。本研究所探討的智能學習環(huán)境是以學習者為中心原點、以學習者的學習活動軌跡為空間軸、在學習活動過程中發(fā)生交互的學習環(huán)境，包含了采用智能技術(shù)實施教學的教師等組成的人的環(huán)境、社會場館和學校物理空間等組成的物的環(huán)境、以及人工智能和互聯(lián)網(wǎng)空間等信息技術(shù)組成的信息環(huán)境。其中，智能學習環(huán)境的邊界和范圍各異。例如，當探討某一較為具體的學習環(huán)境如智慧校園、智慧教室時，場景的邊界較為明確：以學習者的學習活動為軸線，學習環(huán)境涉及相對具體的交互場景、物理空間、信息空間等。

二、智能時代學習環(huán)境中的主體需求及其沖突分析

1.智能學習環(huán)境中的主體關(guān)系重構(gòu)

“智能學習環(huán)境”是指將人工智能等智能技術(shù)融入學習環(huán)境設計，通過影響學習環(huán)境功能、表征、可持續(xù)發(fā)展能力等，所形成的一種智能時代的學習環(huán)境，是智能技術(shù)支持下線上學習環(huán)境與線下學習環(huán)境混合的環(huán)境。智能學習環(huán)境中存在學生群體、學生個體、教師以及管理者等多個用戶主體。社會利益與終端用戶（學生）的主客觀利益交織在一起，形成一個統(tǒng)一的連續(xù)體，需要用系統(tǒng)思維方法來區(qū)分不同的個體特征和潛在模式。在進行學習環(huán)境設計前，需要考慮環(huán)境中的主體以及主體之間的關(guān)系，而智能學習環(huán)境設計的目的之一就是平衡這些不同主體的需求，協(xié)調(diào)元素間的復雜關(guān)系。不同主體間的交互關(guān)系構(gòu)成了學習環(huán)境設計中需要考慮的重要關(guān)系圖譜。有研究者從社會建構(gòu)主義的理論視角出發(fā)，將以用戶為中心的環(huán)境理論與環(huán)境決定論區(qū)分開，提出人類行為受到所處的環(huán)境影響，但并不由環(huán)境決定。在一定條件下，用戶行為的構(gòu)建不僅受到所處環(huán)境的影響，還受到他們的感受、意圖、態(tài)度、期望和所參與的社會環(huán)境影響，是一個復雜系統(tǒng)綜合影響的結(jié)果（Vischer，2008）。

學習環(huán)境設計中需要考慮四個主體，包括“學生群體”“學生個體”“社會環(huán)境”以及“教師與管理者”;三類需求，包括控制性需求、異質(zhì)性需求和自主性需求;兩種學習環(huán)境，即實際的學習環(huán)境和需求的學習環(huán)境。如圖1所示，這些主體、需求與學習環(huán)境之間構(gòu)成了不同的交互關(guān)系。第一，社會環(huán)境、教師與管理者與終端用戶的社會交互作用，形成控制性需求與異質(zhì)性需求的交互，這要求學習環(huán)境設計時盡量協(xié)調(diào)不同主體的異質(zhì)需求。第二，學生群體作為終端用戶與“原子化”之后具有自主性的學生個體之間的交互作用，在某種程度上本身具有“沖突-平衡-協(xié)調(diào)”的屬性。第三，學生群體作為終端用戶與學習環(huán)境的交互作用。當前的學習環(huán)境設計實踐中往往踐行“不同群體、異質(zhì)需求、統(tǒng)一標準、一個原則”，忽視了異質(zhì)群體的異質(zhì)需求。第四，學生群體作為終端用戶的實際需求和潛在需求，與實際學習環(huán)境之間在物理環(huán)境層面形成交互作用。

2.學習環(huán)境設計中的人類需求分析

（1）人類需求滿足的三個維度

環(huán)境設計應滿足人的生理需求、心理需求以及整體人的需求，即整合了生理需求與心理需求之后的系統(tǒng)性需求。從社會和終端用戶的利益角度考慮，部分現(xiàn)有學習環(huán)境在設計時不加考慮地使用新技術(shù)，可能與終端用戶的生理需求和心理需求相矛盾。應調(diào)整學習環(huán)境中各個元素，如AI技術(shù)、AR技術(shù)等，以適應學生的生理需求和心理需求，過濾負面因素，如不恰當?shù)墓饩€布置、有化學污染的家具等;同時強化正面因素，如有利于增強學生和環(huán)境交互的技術(shù)、恰當?shù)牟晒庠O計等。終端用戶的感官感受與自然環(huán)境息息相關(guān)，學習環(huán)境中的光線、技術(shù)融入、色彩、溫度、濕度等都會影響學生的生理感受，進而影響其行為、健康、幸福感等，從而影響學習過程與結(jié)果?？梢妭€體與環(huán)境之間的關(guān)系能夠決定環(huán)境中的終端用戶感受、表現(xiàn)以及與他人的互動，感官刺激、快樂體驗以及持續(xù)的幸福感能夠正向強化終端用戶在該環(huán)境中的執(zhí)行力（Frijda，1986）。

心理需求與生理需求相互關(guān)聯(lián)，物理環(huán)境與人的心理和生理之間存在交互作用關(guān)系。有研究認為，人類心理更適應非洲大草原而不是封閉的辦公室環(huán)境，啟發(fā)我們的環(huán)境設計應基于進化心理學，考慮用戶的舒適度、安全體驗、歸屬感及基本心理需求（Oseland，2015）。這對學習環(huán)境的設計具有重要的指導意義，指出學習環(huán)境的設計應當盡量避免封閉單一的機械化環(huán)境，盡可能地趨于人類本能需求的自然環(huán)境。有研究者關(guān)注生理、心理及其兩者之間的相互作用，如Evans等人認為空間場所的隱私性、復雜性、可探索性、可識別性以及安全性等形成對生理、心理及其相互作用的綜合影響因素（Evans et al.，1998）;Barrett等人認為，在環(huán)境設計中不能僅考慮對舒適度的改進，還應將健康、幸福、激發(fā)創(chuàng)造力和生產(chǎn)力等目標一同納入環(huán)境設計中（Barrett et al.，2016）。上述研究綜合起來為我們描述了心理（如認知）、生理（如感知覺）以及整體人之間的交互關(guān)系，如圖2所示。這進一步說明人類的需求與生理、心理和整體人之間是分層關(guān)聯(lián)的，人作為整體是在人的心理、生理各個層次之上的系統(tǒng)性整合，是需求滿足的最高層次。

（2）學習環(huán)境中的人類需求及其動態(tài)關(guān)系

人類內(nèi)外需求的動態(tài)平衡機制是學習環(huán)境設計的重要原則。學習者需求與學習環(huán)境形成交互，環(huán)境通過滿足學習者需求來獲得改變，學習者需求通過影響學習環(huán)境來獲得滿足。以物理學習環(huán)境為例，終端用戶所接觸的學習環(huán)境中的物理材料（如書桌材料、形狀及表面溫度）和社會情境（如師生交互）都有助于滿足學生在特定的物理學習環(huán)境中的一種或多種需求。學生的主觀體驗、物理環(huán)境和社會情境形成連續(xù)統(tǒng)一體，一同作為學習環(huán)境設計的重要指標。有學者提出了一種基于不同人類需求理論的六邊形通用人類需求模型，用以說明人類和空間環(huán)境之間的交互依存關(guān)系（De Vrieze? et al.，2015），如圖3所示。這一以需求為中心的框架提出了6個核心需求，即確定性、多樣性、連接性、意義性、貢獻性、增長性，與學習環(huán)境設計的物理環(huán)境和非物理環(huán)境均有關(guān)，解釋了學習環(huán)境設計的根源問題，并通過分析潛在行為模式，為解決學習環(huán)境設計中的相關(guān)問題提供了新范式。這一設計原則遵循層次化且相互關(guān)聯(lián)的生長路徑，以實現(xiàn)內(nèi)在需求與外在需求的交替滿足。該六邊形需求模型表達了人類需求的動態(tài)關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)機制被稱為社會分形，本身具有自相似特征，從個體到上層組織群體都遵循這一需求框架，例如學生個體、學生群體、教師個體與群體、教育管理者、社群等。這種需求分析框架與學習環(huán)境中的多種因素有關(guān)，如課桌、教室、走廊、游樂場、學校以外的拓展環(huán)境、數(shù)字學習環(huán)境、場館等，其中每一種學習環(huán)境均不同程度地與現(xiàn)代信息技術(shù)進行了結(jié)合。

3.學習環(huán)境設計中的主體需求沖突分析

“學生”作為人的一種主體表征，具備人類需求的基本屬性及問題。學生個體是學生群體的“原子化”分割。以往的學習環(huán)境設計中往往將環(huán)境中的學生群體整體作為環(huán)境用戶或體驗主體，這是整體論指導下的學習環(huán)境設計的勝出，但容易忽視學生個體在學習環(huán)境體驗中的主體性。本研究以“原子化”的學生個體作為關(guān)注對象，以解決學生個體這一主體在環(huán)境體驗中的需求問題。當前已有的研究嘗試從建筑學、人類學等視角揭示自然、個性化和刺激三個層次的因素對學習環(huán)境設計的重要性，但這對于指導智能時代的學習環(huán)境設計還不夠。智能學習環(huán)境需要從環(huán)境心理學、人類需求關(guān)系理論等多個角度出發(fā)，厘清并解決向內(nèi)、向外不同需求機制之間的沖突關(guān)系。同時，解決不同需求之間的沖突也是智能技術(shù)應用于學習環(huán)境、變革學習環(huán)境最重要的價值所在。不同學者在不同研究領域中對“需求沖突”均有界定，如萊斯從人類需求的物質(zhì)性和文化性的角度對人類需求進行分析，提出如果購買行為中，在滿足物質(zhì)性的同時不能滿足文化性，就會產(chǎn)生需求內(nèi)部的沖突，即文化性需求與物質(zhì)性需求的沖突（威廉·萊斯，1993）;教育活動中的利益主體間的需求沖突表現(xiàn)為參與教育活動的學生、政府、家長、雇主、高校等主體不同利益需求之間的沖突（孔凡琴，2010）。本研究中的需求沖突是指，當學習環(huán)境中的學習者需要同時滿足x需求和y需求時，如果滿足x需求會阻礙滿足y需求，則稱為該學習環(huán)境中存在學習者需求沖突。例如，當學習者對學習環(huán)境的個性化支持有較高需求時，環(huán)境就會呈現(xiàn)出排他性，不利于滿足異質(zhì)學習者之間的人際交往需求。從人類需求關(guān)系的理論方法出發(fā)，參照De Vrieze和Moll提出的“學習環(huán)境中人類需求基本要素”，結(jié)合本研究對需求沖突內(nèi)涵的界定，研究提出人類需求在智能學習環(huán)境中存在社會性、發(fā)展性、自然性和個人性四個維度上的沖突，表現(xiàn)為“向上與向下導向”“向內(nèi)與向外導向”的四種需求沖突。

四種需求機制之間的沖突關(guān)系如圖4所示?！鞍l(fā)展需求”（如享受體驗的動機）作為智能技術(shù)的干預因素，具有適當?shù)南蛏吓c向內(nèi)導向的需求水平（如增長的需要），可以貫徹在智能環(huán)境的整體設計中?！吧鐣枨蟆弊鳛橹悄芗夹g(shù)干預的向外與向上需求，可通過輔助環(huán)境用戶建立社交聯(lián)系、表征身份、強化交互體驗等角度切入?！皞€人需求”是個人特征在學習環(huán)境中的具體體現(xiàn)，通常是智能技術(shù)的直接干預因素，體現(xiàn)為向內(nèi)與向下需求因素，可通過滿足個人對意義的需要、提升個性化程度等來顯現(xiàn)智能技術(shù)的干預價值?！白匀恍枨蟆蓖ǔ１憩F(xiàn)為用戶對物理環(huán)境的具體需求，摻雜了對現(xiàn)實物理環(huán)境的需求以及對期望中的環(huán)境的訴求，是向下與向外導向的需求，具有確定性和可見性，是智能技術(shù)干預的重要因素，可通過對確定性需要（如自然材料或結(jié)構(gòu)等）的智能化表達，在最直接的體驗層面變革學習環(huán)境。由上可見，不同需求之間存在向內(nèi)與向外（以“a”表示）、向上與向下（以“a'”表示）的需求沖突，幾乎涵蓋學習環(huán)境中用戶需求表現(xiàn)的各個角度（如表1）。

三、智能學習環(huán)境需求平衡及其模型的建構(gòu)

1.應用智能技術(shù)平衡學習環(huán)境中的需求沖突

智能技術(shù)變革學習環(huán)境最重要的作用之一是平衡內(nèi)外不同需求機制之間的沖突。如圖5所示，通過在學習環(huán)境中融入適切性智能技術(shù)能夠平衡學習環(huán)境中的人類需求沖突。智能學習環(huán)境是學習環(huán)境發(fā)展的未來階段，包含物理學習環(huán)境、虛擬學習環(huán)境、網(wǎng)絡學習環(huán)境等多個形式的組成部分。網(wǎng)絡心理學研究并預測了虛擬現(xiàn)實世界中學習環(huán)境的重要因素，認為環(huán)境用戶的情緒、思維、行為決定與感官體驗等聯(lián)系在一起，共同決定了網(wǎng)絡環(huán)境中的學習效果（Uhls et al.，2014）。有研究者認為，如果學習環(huán)境的設計具備無線傳感網(wǎng)絡、智能計量、物聯(lián)網(wǎng)等智能技術(shù)多點并行的顯著特點，對于傳統(tǒng)學習環(huán)境來說將是一次革命性的變革（Mumovic，2015）。當前的智能技術(shù)使得泛在學習、混合學習等不斷發(fā)展，未來教育和學習環(huán)境的設計從傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向復雜技術(shù)支持的設計已經(jīng)是確定性預測。學習環(huán)境緩慢向技術(shù)驅(qū)動的軸向轉(zhuǎn)變體現(xiàn)在環(huán)境設計的各個方面，如建筑、軟硬件設施、光線管理、濕度管理、數(shù)字學習資源供給等。此外，通過可穿戴設備等智能設備收集個性化數(shù)據(jù)，不斷提高學習環(huán)境的異質(zhì)適應性，是未來智能技術(shù)切入學習環(huán)境設計的重要角度（劉海韜等，2016）。

針對學習環(huán)境的已有研究目前主要聚焦于對傳統(tǒng)學習環(huán)境、線上網(wǎng)絡學習環(huán)境等數(shù)字化學習環(huán)境的關(guān)注。通過將智能技術(shù)應用于傳統(tǒng)物理學習環(huán)境和數(shù)字學習環(huán)境，從而變革原有學習環(huán)境，已成為研究者的共識。同時網(wǎng)絡學習環(huán)境已不再作為物理學習環(huán)境的延伸而存在，甚至在提高學習效果方面的作用已經(jīng)開始優(yōu)于物理學習環(huán)境。智能技術(shù)應用于改進傳統(tǒng)學習環(huán)境設計方面涌現(xiàn)出越來越多的案例，如HEAD項目的“智能教室（Smart教室）”設計能夠提供一些借鑒。該項目定量探討了環(huán)境用戶的主客觀需求關(guān)系，認為學習環(huán)境的首要任務是滿足環(huán)境用戶感受體驗的可互換性，從社會學對個體化因素的關(guān)注（如靈活性、所有權(quán)、聯(lián)系等）、自然因素對環(huán)境用戶的影響（如空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)、光適切性調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)等）等方面規(guī)范了智能技術(shù)改造學習環(huán)境的進路（Barrett et al.，2015）。在理論建構(gòu)方面，不少研究者提出了智能技術(shù)融入學習環(huán)境的構(gòu)想，例如，智能學習環(huán)境的基礎架構(gòu)需要人工智能相關(guān)技術(shù)的支持，有學者在前人研究的基礎上進一步提出了“基于智能技術(shù)整合的學習空間五層架構(gòu)”，包括基礎數(shù)據(jù)層、算法層、感知層、認知層和服務應用層（塔衛(wèi)剛等，2018），為智能技術(shù)融入學習環(huán)境設計路徑、實現(xiàn)“環(huán)境-技術(shù)-人類需求”的連續(xù)統(tǒng)一提供了框架層面的指導。

2.智能學習環(huán)境需求平衡模型構(gòu)建

智能學習環(huán)境的需求平衡模型是智能學習環(huán)境設計的重要組成部分，包含兩個部分：（1）智能學習環(huán)境需求平衡解析模型——解析智能技術(shù)與學習環(huán)境需求沖突之間的主體關(guān)系;（2）需求平衡關(guān)注度計算模型——計算學習環(huán)境的需求平衡程度，以及智能技術(shù)干預之后的學習環(huán)境的平衡結(jié)果，為智能技術(shù)干預程度提供參考。

（1）智能學習環(huán)境需求平衡解析模型

將智能技術(shù)作為環(huán)境因素，以上述人類需求沖突作為智能技術(shù)平衡的任務基礎。參考環(huán)境心理學的相關(guān)研究，Carr等人描述了物理環(huán)境需求向內(nèi)、向外兩個極性之間的緊張關(guān)系（Carr，1967）。Oblinger等人提出了學習空間中的需求沖突解決要素，即認知有效功能、社會支持功能、情感功能、物理情境功能（Oblinger，2006）。黃榮懷團隊提出了智慧學習環(huán)境中，技術(shù)融入學習的幾個維度，如物理環(huán)境等學習空間維度、資源獲取和內(nèi)容呈現(xiàn)等信息技術(shù)維度、人機交互和學習活動等教學法維度（胡永斌等，2016）。從減輕學習者認知負荷角度來看，智能技術(shù)融入學習環(huán)境主要體現(xiàn)在自主學習、移動學習、游戲化學習、沉浸式學習、基于計算機的模擬學習等方面（張慧等，2018）。本研究在上述研究的基礎上，進一步確定智能技術(shù)的支持機制（如圖6所示），提出在7種類型的需求沖突，分別以αi（i=1，2，…，7）表示;形成4種智能技術(shù)需求沖突解決機制，分別是“智能化認知有效功能”“智能化社會支持功能”“智能化情感功能”以及“智能化物理情境功能”。

圖6 智能學習環(huán)境需求平衡解析模型

依據(jù)表1中不同需求的具體實例，需求之間在屬性層面或具體操作層面存在沖突。智能技術(shù)的融入旨在降低屬性之間的沖突水平，或通過提供多元化的操作場景降低需求之間的沖突。例如，貢獻性需求是學習者需要在否定現(xiàn)實經(jīng)驗的基礎上，解決超越真實實踐經(jīng)驗的問題;而增長性需求是學習者需要獲得多元化的真實實踐經(jīng)驗，這兩者之間存在認知需求沖突，可以通過智能化的認知有效功能解決需求沖突。如圖6所示，“智能化認知有效功能”用以平衡環(huán)境用戶“發(fā)展需求”中的增長性與“社會需求”中的貢獻性這一內(nèi)外需求沖突關(guān)系;“智能化社會支持功能”用以平衡“社會需求”中的連接性與“個人需求”中的多樣性這一內(nèi)外需求沖突關(guān)系，以及“社會需求”中的貢獻性與“自然需求”中的確定性這一向上與向下導向的需求沖突關(guān)系;“智能化情感功能”用以平衡“個人需求”和“發(fā)展需求”的向上與向下導向需求沖突，以及“社會需求”中的連接性與“個人需求”中的意義性內(nèi)外需求沖突;“智能化物理情境功能”用以平衡“社會需求”中的確定性和“個人需求”中的多樣性內(nèi)外需求沖突。

目前已有相關(guān)研究開展基于主體需求平衡的智能學習環(huán)境設計，從理念和實踐層面對具體場景中的智能學習環(huán)境設計進行研究。以“新工科”研究生智能學習環(huán)境的設計為例，智能學習環(huán)境需要突破傳統(tǒng)工科研究生學習環(huán)境中對社會效益的過度關(guān)注，轉(zhuǎn)向關(guān)注研究生學習者作為學習環(huán)境用戶主體的個體體驗（逯行等，2019）;強調(diào)學習環(huán)境應當與“新工科”研究生培養(yǎng)需求之間實現(xiàn)動態(tài)平衡，在充分考慮外界環(huán)境與研究生學習者內(nèi)在體驗的基礎上，利用智能技術(shù)協(xié)調(diào)平衡產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求、交叉融合實踐需求、科研發(fā)展需求、個人需求等之間的沖突。如表2所示，以智能技術(shù)作為中介調(diào)節(jié)變量，通過提供智能化的認知有效功能、情感功能、物理情境功能、社會支持功能等，驅(qū)動“新工科”研究生學習和科研環(huán)境變革，包括建筑設計、軟硬件設施、濕度管理等方面。

（2）需求平衡關(guān)注度計算模型

“需求平衡關(guān)注度”存在智能技術(shù)融入學習環(huán)境前、后的兩種狀態(tài)，該學習環(huán)境中需求沖突導致的不平衡需要引起研究者和實踐者多大程度上的關(guān)注，如需求平衡關(guān)注度越高，說明不平衡狀況越嚴重，需要獲得越多的關(guān)注。綜合上述分析，智能技術(shù)融入學習環(huán)境設計主要解決如圖6中所示的7對需求沖突，將系統(tǒng)中各個因素進行量化。本研究主要參考需求量化的相關(guān)研究，如王麗嬌等人的移民社會保險資金需求計算方法（王麗嬌等，2016）、李婷的風電場優(yōu)化目標的需求計算方法（李婷，2018），以及朱同先等人基于市場需求量化的規(guī)劃研究（朱同先等，2017），從理論建構(gòu)的層面，提出如下“需求平衡關(guān)注度計算模型”的“概念型”計算公式（見表3）。

其中，eqian和ehou均表示該智能學習環(huán)境的“需求平衡關(guān)注度”，取值范圍均為（0～1）。其中，eqian表示增加智能技術(shù)干預之前學習環(huán)境中的需求沖突程度，即干預前需求平衡關(guān)注度，eqian值越大表示該系統(tǒng)越需要獲得學習環(huán)境設計者的關(guān)注、越應當增加智能技術(shù)干預功能，以提升整個環(huán)境系統(tǒng)的平衡能力。ehou表示增加智能技術(shù)干預之后學習環(huán)境中的需求沖突程度，即干預后需求平衡關(guān)注度。αi表示該對需求沖突關(guān)系的不平衡系數(shù)，取值為（1～10），值越大表示該需求沖突越嚴重;βi為智能技術(shù)應用于該對需求沖突關(guān)系上的平衡能力系數(shù)，取值為（0～1）;n表示該系統(tǒng)中存在n對αi的需求沖突關(guān)系;wi為αi這一需求沖突關(guān)系對學習環(huán)境平衡度影響的權(quán)重值。因此可知，表示智能技術(shù)融入該系統(tǒng)對整體系統(tǒng)的影響系數(shù);表示該系統(tǒng)中原始沖突需求關(guān)系對整個系統(tǒng)的影響系數(shù)。由于智能學習環(huán)境中主體需求平衡的相關(guān)研究還處于初始階段，還不存在某個完全基于該理念設計的實踐案例，因此，本研究通過舉例說明的方式，嘗試從過程演示的層面厘清上述“概念型公式”的應用。在后續(xù)研究中，需要逐步解決需求沖突值如何評估、某類需求沖突對學習環(huán)境整體影響的權(quán)重等一系列問題，逐步推動“概念公式”發(fā)展成為“實踐指導公式”。

假設當前存在一個X教室，該教室是一間傳統(tǒng)普通教室，學生和教師普遍反映學習和教學體驗不好，需要通過融入智能技術(shù)加以改造。經(jīng)專家評估，X教室中存在2對α1=8的需求沖突、3對α2=7的需求沖突、3對α3=9的需求沖突、6對α4=5的需求沖突、1對α5=6的需求沖突、4對α6=4的需求沖突、以及5對α7=7的需求沖突。其中，α1到α7對X教室學習環(huán)境平衡度影響的權(quán)重分別為w1=0.14、w2=0.16、w3=0.27、w4=0.12、w5=0.13、w6=0.12、w7=0.06。加入智能技術(shù)用以平衡需求之間的沖突，以提升教師和學生的滿意度，對應的智能技術(shù)的平衡能力系數(shù)分別為β1=0.74、β2=0.85、β3=0.66、β4=0.78、β5=0.94、β6=0.55、β7=0.83，則有：

由此可知，X教室的學習環(huán)境在增加智能技術(shù)干預之前，學習環(huán)境中的需求不平衡情況較為嚴重，達到0.9530（度）;針對性地增加智能技術(shù)干預之后，智能學習環(huán)境中的需求不平衡情況有所緩解，可降至0.2642（度），需求沖突得到了一定程度的解決。

3.基于需求平衡的智能學習環(huán)境設計指導原則

考慮到人類的確定性需求與不確定需求都需要通過物理環(huán)境表達，在設計智能技術(shù)支持下的學習環(huán)境時需要考慮因素的復雜性，因素與因素之間的銜接需要參照一定的設計原則進行協(xié)調(diào)。本研究針對上述設計模型提出了5條設計原則：一是明晰智能技術(shù)解決人類需求關(guān)系的適用范圍。任何技術(shù)都有一定的局限性，不能適用于所有的情況?？梢罁?jù)多種因素探查智能技術(shù)的適用性，如外部物理環(huán)境的具體特征、不同年齡和性別的終端用戶的心理和生理特征、滿足用戶向內(nèi)需求和向外需求的動態(tài)平衡比例，以及是否可以解決需求沖突。二是剝離終端用戶需求與社會需求。既需要滿足社會視角對學習環(huán)境賦予的任務和使命，滿足政府人員、區(qū)域管理者、學校領導的需求;同時，又需要滿足用戶視角的需求，考慮終端用戶的體驗需求和潛在訴求。三是個人需求與終端用戶需求分離。終端用戶作為用戶的集合體通常包含多種個人需求，個人需求集合演化為終端用戶需求的過程中通常會發(fā)生求取中間值、強化、弱化、忽視、遺忘等各種操作。四是明晰人類需求及其沖突關(guān)系的范圍，考慮如何應用技術(shù)解決沖突關(guān)系的同時，滿足人類生理、心理及作為整體人的需求。五是審視并保證個人終端用戶與智能學習環(huán)境設計成果之間的銜接，避免設計結(jié)果跳過個人用戶而直接關(guān)注群體用戶。

四、總結(jié)與展望

本研究提出的智能學習環(huán)境需求平衡模型，涉及許多主觀評價的定量轉(zhuǎn)化，如需求沖突關(guān)系對系統(tǒng)平衡的影響因子、智能技術(shù)對某對需求沖突的平衡能力系數(shù)、某一需求沖突關(guān)系對整個學習環(huán)境平衡度影響的權(quán)重等，這些定性因素的定量轉(zhuǎn)化是接下來研究需要重點解決的問題。從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，當今世界的發(fā)展瞬息萬變，在未來學習環(huán)境中運用越來越多的智能技術(shù)將會是未來發(fā)展的趨勢。而且隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于利用智能技術(shù)變革未來學習環(huán)境更有信心。有學者曾經(jīng)就未來學習環(huán)境的確定性進行過發(fā)問：教室可能是學校會保留到最后的學習環(huán)境嗎（Hoare，2014）？可以看出，實體學校作為學習環(huán)境的重要組成部分，是所有研究學習環(huán)境的研究者避不開的內(nèi)容。不可否認的是，學校環(huán)境作為當下最重要的學習環(huán)境的一部分，確實發(fā)揮著無可替代的作用，如教室等學校空間，承載著教師的教學活動和學生的學習活動。但隨著智能技術(shù)的發(fā)展，類似于教室這類較為固定、可轉(zhuǎn)換性較差的實體環(huán)境是否會永存，這是一個可能引起爭議的話題。或許，利用智能技術(shù)取代任何實體的學習環(huán)境可以作為智能時代研究的未來方向。

此外還應當注重協(xié)調(diào)人與技術(shù)協(xié)同中的倫理問題。避免教育由技術(shù)理性所主導，在生發(fā)邏輯、外在表征和價值訴求等層面都充斥著技術(shù)化特征，而忽略“人”化表征。因此，從評價這個角度來看，應當更加注重人文標準與技術(shù)標準的協(xié)同（呂鵬等，2019）。拋開智能技術(shù)，單純考慮未來學習環(huán)境的進化和發(fā)展，除了考慮環(huán)境用戶的體驗和需求，還可以衍生出基于設計者偏好的多種設計模式，如以生物適應性為核心的模式、以高科技應用為核心的模式、以社會體驗為核心的設計模式、以群體需求滿足為核心的需求模式等。這些可以作為學習環(huán)境研究者的下一步關(guān)注方向。

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收稿日期 2019-10-10 責任編輯 汪燕