王一巖 鄭永和

[摘? ?要] 面向智慧課堂的教育情境感知旨在利用情境感知技術打開課堂教學研究的“黑箱”，對智慧課堂生態(tài)系統(tǒng)進行解構，挖掘深層次的教育規(guī)律。通過對“智慧課堂”和“情境感知”概念的闡釋，提出面向智慧課堂的教育情境感知需要從數(shù)據(jù)感知層面對教育情境要素進行建模分析，實現(xiàn)基于活動流的教學過程解構，探究“人—機—物—環(huán)境”的交互作用機制，挖掘復雜情境下學習發(fā)生的內(nèi)在機理。在此基礎上構建了基于“人—機—物—環(huán)境—活動”的智慧課堂情境感知特征模型，對智慧課堂的學生和教師情境、設備和服務情境、內(nèi)容和資源情境、時空和社會情境、活動和交互情境進行精準刻畫。最后，從“智能感知層、智能分析層、智能服務層”三個層面構建了智慧課堂情境感知的實踐框架，指出智慧課堂情境感知研究的開展需要通過對教育情境的智能感知和融合計算，探究智慧課堂的教育規(guī)律，構建基于情境感知的智能教育服務模式，以此對智慧課堂情境感知的研究愿景和實踐路徑進行了系統(tǒng)梳理。

[關鍵詞] 智慧課堂; 教育情境感知; 價值定位; 特征模型; 實踐框架

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 王一巖（1993—），男，河南洛陽人。博士研究生，主要從事智能教育、學習分析研究。E-mail：wangyiyan @mail.bnu.edu.cn。鄭永和為通訊作者，E-mail：zhengyonghe@bnu.edu.cn。

一、引? ?言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興智能技術的快速發(fā)展，智能技術逐漸作為一種內(nèi)生變量嵌入課堂教學的各個環(huán)節(jié)，未來的課堂教學生態(tài)將逐漸呈現(xiàn)出一種“泛在智能、虛實融合、群智感知、人機協(xié)同”的發(fā)展趨勢，這在為教師的“教”和學生的“學”帶來極大便利的同時，也增加了課堂教學情境的復雜性，為教育現(xiàn)象的解釋和教育規(guī)律的挖掘帶來了極大困難。因此在智能技術快速發(fā)展的時代背景下，如何利用先進的教育理論和智能技術實現(xiàn)對課堂教學生態(tài)的挖掘分析，打開課堂教學研究的“黑箱”，明確泛在智能背景下課堂教學的發(fā)生機理，將成為未來一段時間內(nèi)智能教育相關研究需要解決的關鍵問題。在此背景下，教育情境感知相關研究的開展為此問題的解決提供了良好的技術方案，利用智能感知技術實現(xiàn)對智慧學習空間中實體要素存在狀態(tài)和交互作用模式的系統(tǒng)化建模分析，對課堂教學生態(tài)系統(tǒng)進行解構，在更深層次上實現(xiàn)“學習情境可計算、學習主體可理解、學習規(guī)律可解釋、學習服務可定制”，以此實現(xiàn)對智能時代課堂教學生態(tài)的重構。

本研究主要關注面向智慧課堂的教育情境感知，一方面從“情境感知”的視角對泛在智能背景下智慧課堂教學生態(tài)的復雜性進行深入研究，利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)技術實現(xiàn)對智慧課堂教學生態(tài)構成要素的數(shù)據(jù)化表征，探究智慧課堂教育情境各構成要素之間的交互作用模式，進而實現(xiàn)對智慧課堂教學生態(tài)的完整解構;另一方面，探究“情境感知”研究對于智慧課堂教學生態(tài)發(fā)展的核心價值，明確教育情境的特征要素和學習者的特征屬性對于學習過程和學習結果的影響機理，挖掘智能時代學習者的認知發(fā)展規(guī)律、智慧課堂教學生態(tài)的演化規(guī)律，并以此重構智能時代的學習、教學和管理模式。本文基于對現(xiàn)有研究的綜合分析，對智慧課堂情境感知的價值定位進行了系統(tǒng)詮釋，構建了智慧課堂情境感知的特征模型和實踐框架，以期為后續(xù)相關研究的開展提供借鑒。

二、相關概念闡釋

（一）智慧課堂

智慧課堂是智能技術與教育教學深度融合的產(chǎn)物，其核心特征在于強調(diào)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等智能技術在課堂教學中的廣泛應用，將智能技術作為一種“內(nèi)生變量”嵌入課堂教學的各個環(huán)節(jié)，構建“泛在智能、群智感知、人機協(xié)同”的智慧課堂教學新樣態(tài)。智能技術驅動課堂教學生態(tài)的重構主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）智慧學習環(huán)境的創(chuàng)設。通過VR、AR、自適應學習平臺、智能導學系統(tǒng)、教育機器人等新興技術和智能教育產(chǎn)品的應用創(chuàng)設虛實融合、智能增強、人機協(xié)同的智慧學習環(huán)境，為學習者提供更加適切、精準的學習支持服務，促進學習者積極主動的知識建構。（2）智能分析方法的重構。利用智能感知設備實現(xiàn)對智慧課堂教學生態(tài)的智能感知與精準測評，對與課堂教學相關的學生、教師、教學內(nèi)容、教學資源、教學媒體、教學活動要素等進行系統(tǒng)化的建模分析，利用數(shù)據(jù)挖掘的方法探究智慧課堂的教育發(fā)展規(guī)律，從而實現(xiàn)對智慧課堂教學生態(tài)的有效還原。（3）智能服務模式的升級。發(fā)揮機器智能在智慧課堂教學中的核心作用，通過對學習者和學習情境的智能分析和精準測評，探究深層次的教育規(guī)律，以此為學生提供個性化的學習支持服務，為教師提供精準化的教學改進服務，以“人機協(xié)同”的方式促進智慧課堂教學模式和學習方式的系統(tǒng)變革。

（二）教育情境感知

“情境”，是指任何可以被用于標識人、物體、環(huán)境、計算機程序等實體狀態(tài)的信息[1]，用于對特定場景下的實體要素及其相互之間的關聯(lián)關系進行精準刻畫。常見的情境劃分方法有：環(huán)境情境、用戶情境、任務情境、社會情境、時空情境、設備情境、服務情境、網(wǎng)絡連接情境等?！扒榫掣兄钡母拍钭钤鐏碓从谄者m計算，是通過智能傳感設備對特定物理和時空環(huán)境中的人、機、物等實體要素的存在狀態(tài)進行智能感知，獲取對用戶有用的反饋信息，并通過對數(shù)據(jù)的分析處理，為用戶提供適切性的支持服務，借助感知和計算設備實現(xiàn)用戶和環(huán)境之間的交互融合[2]。

隨著現(xiàn)代學習理論的發(fā)展，相關研究人員越發(fā)重視教育情境的創(chuàng)設對于教學活動的發(fā)生和學生認知發(fā)展的影響機制，并進行了一系列嘗試。代表性的研究有：張屹等人認為教育情境主要包括學習者情境（個人信息、日歷、關系和偏好檔案等）和教學服務情境（服務請求信息、服務質量、環(huán)境和設備檔案等），并基于此構建了面向泛在學習的學習資源檢索模型，通過對教育情境的精準感知實現(xiàn)對教學資源的深度聚合和動態(tài)推送[3];陳敏等人構建了基于情境感知的學習資源推薦系統(tǒng)，將教育情境要素劃分為學習目標、學習者特征、學習設備、學習環(huán)境等方面，通過對泛在學習環(huán)境下的教育情境的精準感知和融合分析，實現(xiàn)適切性的學習資源推薦[4];李青等人構建了面向智慧學習環(huán)境的教育情境感知模型，將教育情境劃分為學習者、學習環(huán)境、學習活動、教學設備等方面，旨在利用情境感知技術實現(xiàn)對智慧學習空間的動態(tài)優(yōu)化[5];王冬青等人將教育情境劃分為用戶、任務、位置、時間、設備、基礎設施等方面，并基于此構建了基于情境感知的智慧課堂動態(tài)生成性數(shù)據(jù)采集模型，以此實現(xiàn)對智慧課堂教學生態(tài)的有效還原[6]。從整體來看，教育情境感知是當前階段智能教育領域關注的熱點話題，眾多學者從不同的研究需求出發(fā)對教育情境感知的理論和方法進行了諸多嘗試，相關研究內(nèi)容主要集中在基于情境感知的智慧學習環(huán)境構建[7]、基于情境感知的自適應學習支持服務[8]、基于情境感知的學習者建模[9]等方面，對于智能教育相關研究的開展具有深遠的影響意義。

三、智慧課堂情境感知的價值定位

面向智慧課堂的教育情境感知是智能時代教育科學研究需要解決的關鍵問題，旨在以還原論的思想為指導，研究智慧課堂教育情境的構成要素及其相互之間的交互作用機制，以數(shù)據(jù)科學的理論和方法為支撐，實現(xiàn)對智慧課堂構成要素的數(shù)據(jù)化表征，在此基礎上實現(xiàn)對智慧課堂教育情境的精準刻畫，還原教學過程的全貌，挖掘深層次的教育發(fā)展規(guī)律。

（一）實現(xiàn)對智慧課堂教育情境構成要素的精準建模

智能感知技術的發(fā)展為面向智慧課堂的教育情境感知研究提供了底層的技術支持，有助于以智能感知技術為依托，實現(xiàn)對智慧課堂各構成要素的多元感知與融合分析，進而構建面向智慧課堂教學生態(tài)發(fā)展的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型，在最大程度上還原智慧課堂教學生態(tài)的全貌。智慧課堂情境感知研究的開展需要利用智能感知技術實現(xiàn)對復雜教育場景下的學生、教師、教學內(nèi)容、教學資源、教學設備、教學服務、教學環(huán)境、教學活動等要素進行精準分析，對其表征形態(tài)和潛在特征進行多層次、細粒度的精準刻畫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅動的學習者建模、教學環(huán)境建模、教學活動建模，進而實現(xiàn)對智慧課堂教學情境要素的數(shù)據(jù)化表征。

（二）實現(xiàn)基于活動流的智慧課堂教學過程解構

關于課堂教學活動序列的挖掘分析是課堂教學分析的重要研究內(nèi)容，具有代表性的研究有S-T教學分析法、弗蘭德斯互動分析系統(tǒng)（FIAS）、基于信息技術的互動分析編碼系統(tǒng)（ITIAS）等[10]，我國學者穆肅等人以活動理論為指導設計了基于教學活動的課堂教學行為分析系統(tǒng)[11];孫眾等人綜合運用教學事件識別和基于時間取樣的言語和行為交互分析等方法構建了人工智能支持的課堂教學分析框架[12]。基于活動流的智慧課堂教學過程解構是智慧課堂教育情境感知的重要組成部分，旨在利用人工智能技術實現(xiàn)對智慧課堂教學活動和教學事件的精準監(jiān)測，對特定教學活動驅動下的學生、教師、教學內(nèi)容、教學資源的表征形態(tài)和演化模式進行序列化的建模分析，構建基于時間序列分析的智慧課堂教學活動分析模型，對特定活動情境下學習者的行為、認知、情感變化情況以及學習者與教師、教學資源、教學媒體、教學環(huán)境之間的交互作用模式進行數(shù)據(jù)化表征，進而實現(xiàn)基于活動流的智慧課堂教學過程解構。

（三）揭示“人—機—物—環(huán)境”的交互作用機理

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術在教育領域的應用使得物理學習空間逐漸向人與資源、環(huán)境深度融合、協(xié)調(diào)發(fā)展的方向邁進，推動人、機、物、環(huán)境等要素的智能互聯(lián)、多元交互、精準感知與智能計算，促進多元學習時空的交匯融合，并逐步構建起人機物群智融合的智能教育新生態(tài)[13]。因此，智慧課堂情境感知研究的開展需要以“人—機—物—環(huán)境”的多元交互機制為核心，以智慧課堂教學活動的事件流為基礎，探究學生與教師、教學資源、教學媒體、教學環(huán)境之間的多元交互機制，利用社會網(wǎng)絡分析的方法構建面向智慧課堂的復雜交互網(wǎng)絡，探究智慧課堂各構成要素之間的協(xié)同作用模式對智慧課堂教學生態(tài)發(fā)展的影響機理，進而從更深層次上梳理智慧課堂教學生態(tài)系統(tǒng)的演化規(guī)律。

（四）探究復雜教育情境下學習發(fā)生的內(nèi)在機理

人工智能技術的引入在極大程度上變革了傳統(tǒng)課堂的教與學關系，智能技術逐漸作為一種“中介”參與到課堂教學和學習交互的各個層面[14]，傳統(tǒng)的“師生”二元關系逐漸被打破，逐步建立起基于“學生—機器—教師”的多元交互模型，在極大程度上增加了教育情境的復雜性。因此，智慧課堂教育情境感知研究的開展需要從更深層次上剖析教學內(nèi)容、教學資源、教學活動、教學媒體等要素的潛在特征，梳理學習者與教師、教學資源、教學環(huán)境以及智能技術之間的交互作用機理，以學習者的知識建構、認知發(fā)展和情緒態(tài)度為參照，實現(xiàn)對智慧教學生態(tài)的精準化建模分析，在更深層次上剖析智慧課堂的教育情境要素對學習發(fā)生機制的影響機理，進而優(yōu)化智慧課堂的教學情境，助力于智慧教學活動的有效開展。

四、智慧課堂情境感知的特征模型

（一）要素篩選：面向多元應用場景的教育情境特征模型分析

本文通過對2010年以來CSSCI期刊中關于教育情境感知相關論文的綜合分析，對多元應用場景下教育情境的特征模型進行了系統(tǒng)梳理（見表1）。從整體來看，關于教育情境構成要素的測評，主要集中在學習者、學習資源、學習內(nèi)容、時間、空間、設備、活動、任務、服務、物理環(huán)境、社會環(huán)境等諸多方面，根據(jù)研究需求和應用場景的不同，教育情境的構成要素也呈現(xiàn)出復雜多樣的特點。因此，如何從理論和實踐層面對智慧課堂環(huán)境下的復雜教育情境進行系統(tǒng)測評，對其構成要素進行系統(tǒng)梳理，明確各要素的潛在特征以及不同要素之間的相互作用關系，是智能時代教育情境感知研究需要解決的關鍵問題。

（二）設計原則：基于數(shù)據(jù)科學的智慧課堂教學生態(tài)解構

面向智慧課堂的教育情境感知模型的構建旨在利用數(shù)據(jù)科學的思想對智慧課堂的學習者、學習資源、學習內(nèi)容、時間、設備、活動、任務、服務、物理環(huán)境、社會環(huán)境等要素進行數(shù)據(jù)化表征，以此實現(xiàn)對完整教育情境的有機還原。其一，結合智能時代人機物三元融合的發(fā)展趨勢，強化對智慧課堂生態(tài)系統(tǒng)中的“人”（學生和教師）、“機（技）”（智能設備和智能服務）、“物”（教學內(nèi)容和教學資源）三要素的關注，探究教育主體、教育客體、機器智能的核心特征及其交互作用機制;其二，強化教學環(huán)境的創(chuàng)設對教學過程和教學結果影響機理的研究，探究在特定的教學場景中“人—機—物”與“環(huán)境”（物理環(huán)境和社會環(huán)境）的交互作用機制，明確智慧課堂的物理環(huán)境和社會環(huán)境如何對教學活動的發(fā)生和學習者的知識建構產(chǎn)生影響;其三，強調(diào)教學活動的發(fā)生對于智慧課堂教育情境發(fā)展和演化的影響機制，借由智慧教學活動的發(fā)生實現(xiàn)各構成要素之間關聯(lián)關系的建立，通過對智慧課堂活動情境的創(chuàng)設實現(xiàn)“人—機—物—環(huán)境”之間的多元交互和協(xié)調(diào)共生，探究在特定教學活動過程中教育情境各構成要素的表征形態(tài)和演化模式，構建時序化、動態(tài)化的分析模型，從而實現(xiàn)對智慧課堂教育情境的精準測評。

（三）模型構建：基于“人—機—物—環(huán)境—活動”的智慧課堂情境感知特征模型

本文通過對教育情境構成要素的系統(tǒng)梳理，構建了智慧課堂情境感知的特征模型，將智慧課堂教育情境的構成要素分解為“人”（學生和教師情境）、“機”（設備和服務情境）、“物”（內(nèi)容和資源情境）、“環(huán)境”（時空和社會情境）、“活動”（活動和交互情境）五個方面，利用情境感知技術實現(xiàn)對智慧課堂教育情境的有機分解，在此基礎上實現(xiàn)對教育過程的有效還原和對教育現(xiàn)象的科學解釋。

圖1? ?智慧課堂情境感知的特征模型

1. 人：學生和教師情境

學生和教師情境是對智慧課堂教學情境中關于“人”的要素的精準刻畫，通過對學習者和教師相關特征的數(shù)據(jù)化表征實現(xiàn)對學習者和教師的精準建模，以此為相關研究的開展提供保障。

智慧課堂中的學生情境，又可以歸結為學習者模型，主要利用人工智能技術實現(xiàn)對學習者外在行為和內(nèi)在生理信息的全時空、多維度數(shù)據(jù)采集，利用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的方法實現(xiàn)對學習者“知識、認知、情感”的精準測評，以此實現(xiàn)對學習者知識建構模式、認知發(fā)展規(guī)律以及情感發(fā)生機制的深層解析[20]。智慧課堂的學生情境主要包括：（1）學習者的背景信息。包括學習者的性別、年齡、學習歷史、家庭背景等。（2）學習者的行為信息。包括學習者在線上和線下學習環(huán)境中的話語、表情、身體姿態(tài)、手勢、人機交互、課堂應答等外在行為信息以及呼吸、心跳、腦電、眼動、皮膚電等內(nèi)在生理信息。（3）學習者的潛在特征信息。包括學習者的學習興趣、學習偏好、學習動機、認知風格等深層次特征。

智慧課堂中的教師情境主要通過對教師專業(yè)背景、教學行為和潛在特征的刻畫實現(xiàn)對教師全方位的建模分析，主要包括：（1）教師的背景信息。包括教師的學歷、專業(yè)、職稱、教育背景等信息。（2）教師的行為信息。包括教師的話語、表情、身體姿態(tài)、設備操作、教學交互等信息。（3）教師的潛在特征信息。包括教師的專業(yè)素養(yǎng)、教學技能、職業(yè)認同感以及面向智能時代教育發(fā)展的信息素養(yǎng)、數(shù)據(jù)素養(yǎng)、信息化教學能力等。

2. 機（技）：設備和服務情境

設備和服務情境是對智慧課堂環(huán)境下智能感知設備、智能教育產(chǎn)品和智能教育服務的全方位表征，主要利用智能感知設備實現(xiàn)對智慧課堂環(huán)境下學習者、教師、教學資源、教學媒體、教學活動的智能感知，實現(xiàn)對教育情境各構成要素的數(shù)據(jù)化表征，以此為學生、教師和管理者提供智能化的教育服務。

智慧課堂的設備情境主要包括：（1）智能感知設備。包括：溫感、光感等環(huán)境感知設備，攝像機、錄音機等行為感知設備，眼動、腦電、皮膚電等生理信息感知設備。（2）人機交互設備。主要包括：智能桌椅、智能終端、交互式電子白板等硬件設備和智能導學系統(tǒng)、自適應學習平臺、教育機器人等智能教育產(chǎn)品。

智能課堂的服務情境主要包括基于教育情境數(shù)據(jù)為學習者、教師和管理者提供的智能教育服務，通過對智慧課堂智能教育服務的類型、質量、推送時機以及用戶接受度的精準測評，實現(xiàn)對智慧課堂服務情境的精準刻畫。主要包括：（1）面向學習者的個性化學習支持服務，包括智能化的學業(yè)診斷、資源推薦和學習路徑規(guī)劃服務。（2）面向教師的精準化教學改進服務，包括教學媒體的選用方式、教學資源的呈現(xiàn)方式、教學活動的組織策略等。（3）面向管理者的智慧化教育管理服務，包括教師教學成效評價、信息化教學能力評價、學習者的信息素養(yǎng)評價、教育信息化設備應用成效評價等。

3. 物：內(nèi)容和資源情境

內(nèi)容和資源情境主要是對智慧課堂教學過程中的教學內(nèi)容和教學資源進行細粒度的精準刻畫，以此為教學情境的精準分析提供全方位支持。（1）內(nèi)容情境。教學內(nèi)容是智慧課堂教學的關鍵要素，決定了教師應該教什么的問題。關于教學內(nèi)容的描述主要涉及所講授教學內(nèi)容的知識點、科目、學段、章節(jié)等信息，通過學科知識圖譜的構建，對知識點之間的上下位關系、蘊含關系、前后關系進行準確表征[21]。（2）資源情境。主要包括書籍、試卷、電子課件、視音頻、動畫、虛擬現(xiàn)實等多媒體化的教學資源呈現(xiàn)方式。

4. 環(huán)境：時空和社會情境

時空和社會情境是關于智慧課堂教學情境中關于“環(huán)境”要素的描述，主要通過對智慧課堂的物理環(huán)境、社會環(huán)境和虛擬環(huán)境的精準分析，對智慧課堂的環(huán)境要素進行全方位、多層次、細粒度的精準刻畫，以此為相關研究的開展提供支持。

智慧課堂的時空情境是對智慧課堂時空環(huán)境的精準分析，主要包括：（1）時間情境。包括學習時間、學習時長等。（2）空間情境。包括溫度、濕度、亮度、教室的空間結構、學生的座位分布等。智慧課堂的社會情境是對智慧課堂社會構成關系的精準測評，主要包括教學共同體中“學生與學生”“學生與教師”“學生與機器”“教師與機器”之間的協(xié)作關系，通過構建面向智慧課堂的復雜社會網(wǎng)絡，對智慧課堂的社會情境進行準確表征。

5. 活動：活動和交互情境

活動和交互情境是從活動流的視角對智慧課堂的教學過程進行建模分析，是智慧課堂教學生態(tài)演化的重要因素。教學活動的開展是課堂關系存在的主要載體，智慧課堂物質、信息和能量的流動與轉換也主要依托于師生共同參與的智慧教學活動[22]。因此智慧課堂情境感知研究的開展必須對智慧課堂的活動要素加以重視，通過對活動要素的建模分析實現(xiàn)智慧課堂“人—機—物—環(huán)境”交互機制的多元分解，在最大程度上還原智慧課堂教學生態(tài)的全貌。智慧課堂的活動情境主要包括：活動類型、活動主體、活動客體、活動時間、活動開展的方式等信息。

智慧課堂的交互情境主要是通過對“人與人”“人與機”“人與物”“人與環(huán)境”之間交互機制的有機分解，對學習者與教師、教學環(huán)境、教學資源、教學服務以及其他學習者之間的交互模式進行準確表征，進而實現(xiàn)對智慧課堂教學生態(tài)演化模式的深入測評。對于智慧課堂交互情境的測評主要包括：交互主體、交互時間、交互類型、交互模式等，根據(jù)交互主體的差異性表現(xiàn)出多樣化的特征。

五、智慧課堂情境感知的實踐框架

智慧課堂情境感知的實踐框架旨在以上文提出的基于“人—機—物—環(huán)境—活動”的教育情境感知模型為基礎，對智慧課堂教育情境感知的研究體系進行系統(tǒng)建構，探究教育情境的創(chuàng)設如何作用于學生個體的認知發(fā)展，以此挖掘深層次的教育發(fā)展規(guī)律，構建基于情境感知的智能教育服務模式。本文從智能感知層、智能分析層、智能服務層三個層次構建了智慧課堂情境感知的實踐框架（如圖2所示），從更深層次上探討情境感知技術的引入如何作用于智慧課堂教學生態(tài)的優(yōu)化。

圖2? ?智慧課堂情境感知的實踐框架

（一）智能感知層：基于智能感知技術的智慧課堂情境感知與融合計算

智能感知層主要是利用智能感知設備實現(xiàn)對智慧課堂教育情境的全方位感知和融合分析。通過對智慧課堂環(huán)境下完整教學過程中“人—機—物—環(huán)境—活動”等要素的全時空、多維度數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)對學生和教師情境、設備和服務情境、內(nèi)容和資源情境、時空和社會情境、活動和交互情境的精準監(jiān)測。如：（1）學習者層面：利用攝像頭、眼動儀、腦電、皮電、功能性磁共振、功能性近紅外成像等設備對學習者的外在行為和內(nèi)在生理信息數(shù)據(jù)進行采集。（2）物理環(huán)境層面：利用溫感、光感、濕度傳感器等智能傳感設備對智慧學習空間的物理環(huán)境信息進行實時采集。（3）社會環(huán)境層面：利用社會網(wǎng)絡分析的方法對“人—機—物”之間的關聯(lián)關系進行建模分析，實現(xiàn)對智慧課堂多元交互機制的有機分解。（4）教學內(nèi)容層面：利用知識圖譜的方法對教學內(nèi)容的相關信息進行標記，對教學內(nèi)容與學生先驗知識之間的潛在關系進行精準刻畫等等。

（二）智能分析層：基于智慧課堂情境感知的教育規(guī)律研究

智能分析層主要通過對智慧課堂環(huán)境下教育情境特征和學習者特征的關聯(lián)分析，構建教育情境與學習者特征之間的雙向匹配機制，構建基于情境感知的學習者模型，探究教育情境要素對學習者知識建構、認知發(fā)展和情緒狀態(tài)的影響機理，以此對智慧課堂的教育發(fā)展規(guī)律進行深入分析。

1. 基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的學習者和教育情境特征挖掘

教育情境的復雜性為教育情境感知研究的開展帶來了極大挑戰(zhàn)，如何利用多種智能感知設備實現(xiàn)對學生、教師、教學媒體、教學資源、教學設備、教學活動的智能感知與融合分析，是當前階段急需解決的關鍵問題。需要利用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的方法對多元研究主體進行準確表征，實現(xiàn)對智慧課堂教育情境的準確還原。（1）面向學習者層面的多元特征挖掘。利用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的方法對學習者的學業(yè)測評數(shù)據(jù)、心理測評數(shù)據(jù)、外在行為數(shù)據(jù)、生理信息數(shù)據(jù)進行精準采集和融合分析，對學習者的知識、認知、情感等要素進行精準刻畫。（2）面向多元情境要素的精準監(jiān)測。利用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的方法對多元時空條件下學生和教師情境、設備和服務情境、內(nèi)容和資源情境、時空和社會情境、活動和交互情境進行精準分析，從中提取關于教師的教學行為和教學風格、教學內(nèi)容和教學資源、教學設備和教育服務、教學活動和學習交互、物理環(huán)境和社會環(huán)境等方面的關鍵特征指標，實現(xiàn)對教育情境要素的精準刻畫。

2. 基于情境感知的學習者建模

基于教育情境感知的學習者建模是智能教育領域關注的熱點話題。傳統(tǒng)的學習者建模研究主要關注學習者的知識、認知、情感等要素的發(fā)展狀況，并利用人工智能技術實現(xiàn)對某一方面特征的精準刻畫。基于教育情境感知的學習者建模則重點關注教育情境的創(chuàng)設對學習者知識建構、認知發(fā)展和情緒狀態(tài)的影響機制，研究教育情境要素與學習者特征模型之間的映射關系，探究教育情境的創(chuàng)設如何對學生的學習過程和學習結果產(chǎn)生影響，對學習者的學習興趣、學習動機、學習偏好、學習風格等深層次特征進行深入的挖掘分析，構建更加完善的學習者模型，以此實現(xiàn)對學習者知識建構模式、認知發(fā)展規(guī)律和情感發(fā)生機制的深層解析，為學習者提供更加適切的學習支持服務。

3. 基于情境感知的學習者認知發(fā)展規(guī)律研究

學習科學研究的重要目標是探索教師、媒體、資源、環(huán)境等要素對學習過程和學習效果的影響機制，以此揭示學習者深層次的認知發(fā)展規(guī)律，并為教學策略的改進和教學成效的提升提供科學指導。面向智慧課堂的教育情境感知旨在利用情境感知技術實現(xiàn)對教學全過程的精準監(jiān)測，探究教育情境要素對學習者認知發(fā)展的影響機理，以此為學習者、教師和管理者提供智能化的支持服務。主要包括：（1）教師的教學行為和教學風格對學生認知發(fā)展的影響機理。（2）教學資源的呈現(xiàn)方式對學習者認知和情感投入的影響機理。（3）教學交互活動的設計對學習者學習投入、學習動機、學習成效和自我效能感的影響機理。

4. 智慧課堂教學生態(tài)的演化機理研究

教育情境的復雜性為教育科學研究的開展帶來了極大挑戰(zhàn)，如何利用科學有效的研究方法對智慧課堂的教育情境進行精準分析，探究其中潛在的教育發(fā)展規(guī)律，是當前階段需要解決的關鍵問題。其一，利用數(shù)據(jù)密集型科學的理論和方法對智慧課堂教學生態(tài)進行解構，研究教育情境創(chuàng)設與學習者認知發(fā)展之間的潛在作用關系，從中發(fā)現(xiàn)與教育教學相關的各種現(xiàn)象、規(guī)律和機理，為教育實踐研究的開展提供多元支持;其二，利用復雜性科學的思想和方法對智慧課堂“人—機—物—環(huán)境”的交互機理和演化模式進行系統(tǒng)分析，探究系統(tǒng)內(nèi)部的漲落對學生學習成效的影響機理，以此實現(xiàn)對智慧課堂教學生態(tài)的宏觀調(diào)控。

（三）智能服務層：基于智慧課堂情境感知的智能教育服務

1. 基于智慧課堂情境感知的個性化學習支持服務

智慧課堂教育情境感知研究的開展為面向學習者的個性化學習支持服務的有效發(fā)生提供了多元支持。通過多模態(tài)數(shù)據(jù)的采集分析實現(xiàn)對學習者行為、認知、情感的精準測評，對學習者進行智能化的學情分析，構建學習者和教育情境之間的雙向匹配模型，明確教育情境的建構如何作用于學習者的認知發(fā)展，以此實現(xiàn)教育情境的適性調(diào)整，并為學習者提供基于情境感知的個性化資源推薦和學習路徑規(guī)劃服務，激發(fā)學習者主動的知識建構。

2. 基于智慧課堂情境感知的精準化教學改進服務

面向教師的精準化教學改進服務是智慧課堂教育情境感知研究要解決的關鍵問題之一。通過對完整教育情境的建模分析實現(xiàn)對教學全過程的精準監(jiān)測，幫助教師了解學生整體的認知風格和學習偏好，進而選用最適宜的教學內(nèi)容呈現(xiàn)方式，優(yōu)化教學活動的設計策略，提升課堂教學的成效;通過對教師教學過程數(shù)據(jù)和教學成效數(shù)據(jù)的診斷分析，幫助教師了解自身在專業(yè)知識、教學風格、教學策略、教學交互設計、教學活動組織等方面的潛在問題，并為其提供及時有效的教學改進策略。

3. 基于智慧課堂情境感知的智慧化教育管理服務

智慧課堂情境感知研究的開展為智慧化教育管理服務的發(fā)生提供了多元支持，通過對教育情境各構成要素的精準刻畫探究智慧課堂教學生態(tài)演化中的潛在問題，并為管理者提供精準化的教育管理服務。其一，通過對教師教學行為和教學互動的精準分析，研究教師的專業(yè)水平、教學風格、教學策略、信息化教學能力以及對學生的情感關懷等特征，構建精準化的教師崗位勝任力模型;其二，通過對學生關于智能教育服務反饋信息的精準測評，分析智慧課堂的各類智能教學設備對個性化學習的支持程度，幫助管理者及時對智能教育設備進行升級，滿足智慧教學活動開展的實際需要;其三，通過對學生知識、技能、情感、態(tài)度、價值觀的全方位測評，幫助管理者及時了解學生的學業(yè)發(fā)展水平，并制定精準化的教育決策，促進教學質量的整體提升。

六、結? ?語

面向智慧課堂的教育情境感知是智能教育領域研究的重點問題，有助于利用情境感知技術實現(xiàn)對智慧課堂教學生態(tài)的系統(tǒng)分析，實現(xiàn)對智慧課堂教育情境的精準建模，挖掘深層次的教育發(fā)展規(guī)律。本文從學生和教師情境、設備和服務情境、內(nèi)容和資源情境、時空和社會情境、活動和交互情境五個方面構建了智慧課堂教育情境感知的特征模型，從智能感知層、智能分析層、智能服務層三個層面構建了智慧課堂教育情境感知的實踐框架，旨在利用情境感知技術實現(xiàn)對智慧課堂的深層次解構，探究潛在的教育發(fā)展規(guī)律，重構智慧課堂的智能教育服務模式。

未來智慧課堂情境感知研究的開展，一方面需要對相關情境要素的描述指標進行精準刻畫，另一方面需要推動智能技術與真實教育情境的有機融合，實現(xiàn)對教育情境的智能感知與精準計算，以此實現(xiàn)對智慧課堂教學生態(tài)的有效還原。后期將在此基礎上探究相關教育情境要素與學習者認知發(fā)展之間的深層次規(guī)律，構建基于教育情境感知的學習者模型，從教育情境感知的視角出發(fā)對教育發(fā)展規(guī)律進行全方位解構。

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