1.黄荣怀等^[1]认为：智慧学习环境是一种能感知学习情景、识别学习者特征、提供合适的学习资源与便利的互动工具、自动记录学习过程和评测学习成果，以促进学习者有效学习的学习场所或活动空间。

2.马来西亚学者Chin^[2]认为，“智慧学习环境是一个以信息通信技术的应用为基础、以学习者为中心的且具备以下特征的环境：可以适应学习者不同的学习风格和学习能力；可以为学习者终身学习提供支持；为学习者的发展提供支持。”

3.钟国祥^[3]提出智能学习环境是从建构主义学习理论、混合学习理论、现代教学理论出发，以学习者学习为中心，由相匹配的设备、工具、技术、媒体、教材、教师、学生等构成的一个智能性、开放式、集成化的数字虚拟现实学习空间，认为其既支持学习者学习的自主建构，又提供适时的学习指导。

4.张东^[4]认为：“智慧学习环境是数字学习环境的高端形态，是社会信息化背景下学生对学习环境发展的诉求，也是有效促进学习与教学方式变革的支撑条件。”

1.黄荣怀等^[5]认为智慧学习环境有以下特征

（1）智慧学习环境应实现物理环境与虚拟环境的融合。在智慧环境中，对物理环境的感知、监控和调节功能进一步增强，增强现实等技术的应用使虚拟环境与物理环境无缝融合。

（2）智慧学习环境应更好地提供适应学习者个性特征的学习支持和服务。智慧学习环境强调对学习者学习的过程记录、个性评估、效果评价和内容推送; 根据学习者模型，对其自主学习能力的培养起到计划、监控和评价作用。

（3）智慧学习环境既支持校内学习也支持校外学习，既支持正式学习也支持非正式学习。这里的学习者并非只是校内的学习者，也包括在工作中有学习需求的所有人。

2.程玫^[6]等认为智慧学习环境的特征概括为“一个中心，两个基本点”

所谓“一个中心”，就是始终以学习者为中心，一切的出发点都以服务学习者为基准，“两个基本点”则包括各种支持与自我发挥两点。各种支持是指一切支持学习者进行学习活动的外部条件，例如学习资源、学习工具、教学方式等，所有这些外部条件均根据学习者的特点自动提供服务，以期实现知识环绕学习者的目标，这也是其最基本特征。自我发挥是指学习者为达到学习目标进行的自我努力，即学习活动的内部条件，例如学习动机、学习方式、自我管理等，只有学习者积极配合、利用外部条件，智慧学习环境才能运作起来，才能为学习者提供更好的服务。

3. 崔惠萍等^[7]归纳了智慧学习环境的五个特征

（1）情景感知、自然交互、虚实结合（2）智能化服务、个性化学习（3）全方位的无缝学习环境（4）广泛的社会参与性（5）丰富优质的数字化学习资源的整合开放和共享。

1.黄荣怀等^[8]认为智慧学习环境的构成要素包括资源、工具、学习社群、教学社群、学习方式、教学方式六个组成部分，如图1所示。

学习者和教师通过学习方式和教学方式与其他四个要素相互关联、相互作用，共同促进学习者有效学习的发生。离开了学习方式和教学方式，智慧学习环境就不是学习环境了。

有效学习的发生是个体建构和群体建构共同作用的结果。学习社群强调学习者的互动、协作、交流; 教学社群是教师共同学习、协同工作、寻求持续专业发展的统一体。

学习资源和智能工具同时为学习共同体和教学共同体提供支持。学习社群和教学社群的发展离不开资源和工具的共同作用，各类智能工具为学习环境的“智慧”提供了全面支持; 同时，学习社群和教学社群为资源和工具的进化起到了促进作用。

图1 智慧学习环境的构成要素

2.谢幼如等^[9]提出了面向生成的智慧学习环境的构成要素，如图2所示，且具有以下特点:

（1）学习资源方面，更强调对生成性资源的存储和共享等;

（2）智能工具方面，注重促进生成性信息的产生并对其进行捕捉和记录;

（3）学习社群构建方面，强调学生之间进行互动、探究、协作、交流，满足学生课内课外的互动和学习需求，营造更多的生成机会和条件;

（4）教学社群方面，强调教师之间共同学习、教学反思、寻求专业发展的统一体;

（5）教师和学习者通过生成性教与学方式与其他4 个要素相互关联、相互作用，共同促进生成性教学的发生。学习资源和智能工具为学习社群和教学社群提供支持，学习社群与教师社群相互促进，实现教学相长，并对学习资源和智能工具的丰富起到了促进作用。

图2 面向生成的智慧学习环境的构成要素

3.王凤琦等^[10]认为智慧学习环境的构成要素包括个人学习空间、社会化学习平台、课程管理系统、学习资源中心、辅助学习工具五个模块。

（1）个人学习空间。它是具有明显个性特征的个人学习门户。学习者借助ＲＳＳ工具把分散的、有用的资源、资讯、工具和服务等有选择地聚合在一起，就像个 人网上学习桌面一样，为学习者提供“一 站式”服务。

（2）社会化学习平台。它是个人通过社会性网络服务（ＳＮＳ）的使用，在寻找自己感兴趣的主题过程中所构建的一个能够体现自己学习主题的个人学习空间。

（3）课程管理系统。它 是 指 具 有 制 作、组 织、跟踪、评价、推送、呈现、管理学习内容与活动，促进学习者之间交互等一系列功能的信息网络系统。

（4）学习资源中心。它由ＭyＳＱＬ数据库和专家系统（ＩＴＳ）构成。

（5）辅助学习工具。它是为学习者提供的一系列有助于学习与交流的媒介、手段，使学习者增强思维、开阔视野、扩展能力。包括认知工具和沟通工具。

智慧学习环境的支撑技术可从软件技术和硬件技术两个层面理解^[11]。

（一）软件技术层面

硬件技术层面创建了智慧学习环境的物理基础，但要使其真正发挥各自的作用，成为一个智慧学习环境，则需要相应软件技术支持。这些软件技术主要是指各主体间信息的智能传输技术、控制技术及推理技术等，具体包括人工智能技术、上下文感知计算技术、和谐交互技术、计算机视觉识别技术和无缝数据管理技术等。

1.人工智能技术

人工智能技术是当前信息技术教育应用的一个研究热点，基于人工智能技术开发的智能教学系统使得计算机软硬件系统能够更好地服务于学习者的学习过程。在未来课堂中，学习者除了可以和实体课堂内的教学者、学习同伴进行互动外，还可以和学习支持系统中的智能型代理人进行互动，获得个性化的学习支持，智能性代理人中的“教学代理人”可分为“协助教学事物代理人”及“实际进行教学的仿真教学代理人”两种。台湾学者陈鸿裕的研究指出，协助教学事物的教学代理人主要的工作有：（1）自动负责同伴间的联络；（2）自动检视并提示学习进度；（3）自动收集课程的相关信息。而“实际进行教学的仿真教学代理人”则是代替教师实际进行教学的代理人，大部分的系统皆是以一个动态的3D 人像作为沟通接口， 以运用虚拟实境中丰富的沟通形式，与学习者在网络的虚拟实境中互动。

2.上下文感知计算技术

上下文感知是智能空间的重要特征，是提高计算系统交互智能性的核心技术。上下文感知计算是指利用上下文信息自动为用户提供适合当前课堂教与学情景的服务和支持。它主要涉及上下文信息的感知和表述、上下文建模和推理、上下文感知的应用等方面的内容。上下文是指任何可用于表征实体状态的信息，这里的实体可以是个人、位置、物理的或信息空间中的对象。在实际应用中，上下文的种类可归纳为计算上下文、用户上下文及物理上下文等。上下文可分为低层上下文和高层上下文两个层次， 低层上下文是指直接从相应的传感器获得的上下文：高层上下文和低层上下文往往是相互关联的，一般来说是根据低层上下文进行逻辑推理得到的。由于高层上下文更能体现用户主体的意图，因此人们对高层上下文更感兴趣，它成为判断用户主体当前意图，为用户主体提供相应服务和支持的重要依据。

3.和谐交互技术

未来课堂通过开发和集成先进的和谐交互技术，为学习者提供一个高效的信息获取、交流的工作空间，从而促使显著提高学习、讨论和协作效率。在未来课堂中，多种来源的相关信息将集成显示在课堂的三维物理空间中，课堂教与学的主体可以在多个显示表面上以自然便捷的方式直接与信息系统交互，或与远程的专家或学习伙伴进行充分的协作交流，整个互动过程还将被自动存放为可索引的学习记录或参考案例。未来课堂这一智能学习空间是一个典型的多用户和谐人机交互环境，目标是促使学习者在复杂的情况下尽快地理解和掌握当前形势并快速地做出合理地决策，关键是要为开放式信息集成、多用户自然交互提供支撑技术。基于普适计算的智能学习空间技术，能营造全方位信息显示与和谐交互环境，将大大提高教与学过程的快速性和可靠性。

4.计算机视觉技术

在未来课堂这一智慧学习环境中，人的行为识别理解、物品识别与定位，以及场景恢复等问题都需要利用计算机视觉技术作为主要或者辅助手段来解决。计算机视觉是用计算机或机器对生物视觉的仿真，是一门综合性的学科，它包括计算机科学和工程、信号处理、物理学、应用数学和统计学，神经生理学和认知科学等。计算机视觉就是用各种成像系统代替视觉器官作为输入敏感手段， 由计算机来代替大脑完成处理和解释。计算机视觉的最终研究目标就是使计算机能像人那样通过视觉观察和理解世界，具有自主适应环境的能力。在未来课堂中，用到的与计算机视觉相关的技术主要有图像处理、图像识别和图像理解。图像处理技术把输入图像转换成具有期望特性的另一幅图像，图像处理主要利用图像处理技术进行预处理和特征提取；图像识别是指根据从图像抽取的统计特性或结构信息，把图像分成预定的类别，图像识别主要用于对人的动作、物品等的识别与定位等；图像理解不仅描述图像本身， 而且描述和解释图像内容所代表含义，图像理解主要用于对场景的理解和对人的行为和意图的识别等。

5.无缝数据管理技术

从用户的角度来看，进入未来课堂后，不同计算设备上的信息被放置在一个系统中，用户无需关心信息的上传和下载，只需利用多功能交互笔就能在不同显示设备上方便地显示、切换、标注这些信息，使得用户的注意力能主要放在讨论和信息理解的过程中，无需过多理会计算系统的细节。远程用户被允许接入未来课堂后，也能利用无缝数据管理模块来提供和共享信息。在多种显示设备集成的智慧学习环境中，课堂教学主体可以通过物理环境（ 如墙面、桌面）、日常用具（ 如笔、激光笔），新型信息设备（如PDA、麦克风阵列），以及语音命令等自然便捷的方式与信息系统交互， 无需依赖传统的鼠标键盘，以使对计算机不熟练的人员也能够直观地访问、处理信息。原型系统主要通过语音命令和多显示表面上的笔式交互提供直接的支撑技术。

除了以上的硬件技术及软件技术外，未来用在未来课堂这一智慧学习环境中的技术还可能包括增强现实技术（AR）、多模态信息融合、自动记录决策过程、内容增加技术（如把有意义的元数据添加到现有的音频和视频内容中）、新的压缩和表现技术（使音频和视频能实时地产生复合型媒体）和适应技术等，以支持未来课堂用户主体和课堂技术、资源和环境间的自然交互等等。

（二）硬件技术层面

要使得未来课堂成为一个智慧学习环境，需要有硬件技术的支持，这些硬件技术主要包括物联网技术、多功能交互设备技术等。

1.物联网技术

未来课堂是一个泛技术环境， 是一个技术增强型课堂。未来课堂的物理架构是指在泛在网络环境支持下，由多屏显示、活动桌椅、智能环境控制系统、桌面平板电脑、无线反馈系统、视讯会议系统、智能课堂实录系统等部分构成。从未来课堂的物理架构可以看出在课堂中应用了许多新的技术，但这些技术在未来课堂中不应该是单独存在的客体，而都应成为彼此之间信息互通的主体，成为未来课堂的有机组成部分。 目前，实现要实现这些设备之间的无缝链接，主要可以采取物联网技术来完成。

智能课堂实录系统可以对课堂中的学习者的学习过程，包括自我学习和小组协作学习等过程进行记录，储存于云端资源服务平台中， 可供学习者课后进行学习过程的回放，反思支持。

智能环境控制系统主要基于 RFID 等的物联网技术对课堂内的光、电、声、温根据学习者学习的需要进行控制，可以根据课堂外的光照条件调节照明， 季节气候的不同调节温度，根据课堂内的声场环境调节声音系统等。

基于物联网形成的无缝学习环境和泛在网络技术可以让所有学生和教育工作者随时随地使用综合性的学习基础设施。

2.多功能交互设备技术

除了物联网技术以外， 未来课堂的主要特性是其互动性，要实现各主体之间的良好互动，需要有多功能交互设备技术的支持，如多功能交互笔，多触点交互显示技术等。在未来课堂这样一个包括多种显示设备的三维交互空间中，用传统的鼠标键盘进行交互是相当繁琐的，每个显示设备都需要单独配备鼠标或键盘，对于不熟练的计算机用户来说，这种交互方式效率很低 。清华大学研究者设计实现了一种多功能交互笔 uPen ，它是一个具有压力传感器的触摸笔，可以发射激光，笔身上还有激光发射和鼠标左右键共三个功能按键。 结合触摸板和计算机视觉技术， 用户利用一只 uPen 就能够以便捷的方式在课堂中与各种显示设备进行交互。 这种笔势交互的模式摆脱了鼠标键盘，使用户在课堂的各个位置都能与显示设备交互，而且交互方式统一便捷。 每一支 uPen 在使用过程中能向系统发送惟一的 ID 信息，为多支 uPen 同时工作提供了基础。 结合室内定位系统，就能够确定使用人员的当前交互状态，为系统的主动服务和用户相关的过程记录提供了可能。

多点触控技术是一项由电脑使用者透过数只手指达至图像应用控制的输入技术。 它是采用人机交互技术与硬件设备共同实现的技术，能在没有传统输入设备（如鼠标、键盘等）的情况下进行计算机的人机交互操作。

智慧学习环境是通过各类先进智能技术将各种智能服务、智慧学习活动以及学习场所连接在一起的教育生态系统，具备智慧学习、智慧管理、智慧服务和智慧评估四个功能^[12]。

（一）智慧学习

智慧教育环境除具备智慧教学的功能外，还支持学习共同体在该智能化空间下开展各项学习活动。学习者可利用该环境中的各种智能设备和服务轻松访问并获取学习资源、进行学习交互，甚至可以结合自身的学习风格、学习能力和学习需要构建智慧化、个性化的学习环境，开展自我导向的个性化学习以提高智慧能力，促使学习者探寻更具灵活性和适应性的智能学习方式以促进多元智力的生成。

（二）智慧管理

随着教育系统的智能化、物联化、感知化发展，智慧管理已成为教育管理发展的必然趋势。智慧管理通过智慧管理云服务平台，为教育管理提供数据集成、数据挖掘、运行状况实时监控等业务支持，实现教育管理智慧决策、教育管理可视化、实时监控安全预警和远程督导功能，从而提高教育管理的智慧化水平 。智慧管理的主要对象是智慧资源。智慧管理以先进的信息技术手段为支撑，通过对智慧教育环境中各种资源的整合、统计与分析，挖掘潜在的规律，为管理人员或决策者提供科学的决策支持和依据。智慧管理具备自动化管理教育数据和实时监控教育动态的能力。

（三）智慧服务

信息服务和知识服务是智慧服务的基础。以深入广泛的物联网、云计算等为信息化支撑，协同智能化、微型化的电子设备为媒介，为智慧生成、智能决策和智能管控，提供智能、互联、协同、共享的知识服务或信息服务，如智慧图书馆。在智慧教育环境下，智慧服务对智慧教学、智慧学习、智慧管理、智慧评价、智慧科研等智慧活动的开展提供了支持。   

（四）智慧评估

智慧教育环境具备实时监控该系统教育动态的能力。通过构建覆盖各级各类教育行政部门和学校的教育动态监测分析系统，将各种教育装备与互联网连接起来，进行智能化识别、定位以及实时监控管理与对比分析；对教育基础设施、教育信息系统、教学活动管理、资源配置以及一些教育热点和难点问题进行动态监测与分析，对各方面的安全运行状况进行实时监控与预警 。以数据监测与分析的方式，智慧评估系统整体的优劣以及系统中各要素对智慧水平发展的影响与作用，为系统动态调整和重组提供依据。

黄荣怀等^[13]专家指出智慧学习环境是数字学习环境的高端形态，是教育技术发展的必然结果.其目的是促进学习者轻松的、投入的和有效的学习，其功能模型如图3所示。

智慧学习环境应实现物理环境与虚拟环境的融合、应更好地提供适应学习者个性特征的学习支持和服务。智慧学习环境既支持校内学习也支持校外学习，既支持正式学习也支持非正式学习。

图3 TRACE智慧学习环境功能模型

智慧学习环境的技术特征主要体现在记录过程、识别情景、联接社群、感知环境等四个方面，其目的是促进学习者轻松、投入和有效的学习。

（1） 记录学习过程( Tracking learning process) : 智慧学习环境能通过动作捕获、情感计算、眼动跟踪等感知并记录学习者在知识获取、课堂互动、小组协作等方面的情况，追踪学习过程，分析学习结果，建立学习者模型，这为更加全面、准确的评价学习者的学习效果提供了重要依据。

（2）识别学习情景( Recognizing learning scenario) : 智慧学习环境可根据学习者模型和学习情景为学习者提供个性化资源和工具，以促进有效学习的发生; 智慧学习环境能识别学习情景，包括学习时间、学习地点、学习伙伴和学习活动，学习情景的识别为教学活动的开展提供支持。

（3） 感知学习物理环境( Awareness of physical environment): 智慧学习环境能利用传感器技术监控空气、温度、光线、声音、气味等物理环境因素，为学习者提供舒适的物理环境。

（4） 联接学习社群( Connecting learning community) : 智慧学习环境能够为特定学习情景建立学习社群，为学习者有效联接和利用学习社群进行沟通和交流提供支持。

（5）促进轻松的、投入的和有效的学习( Easy，Engaged ＆Effective learning) : 智慧学习环境的目标是为学习创建可过程记录的、可情境识别的、可环境感知的、可社群联接的条件，促进学习者轻松、投入和有效的学习。记录过程、识别情景、感知环境、联接社群，以促进学习者轻松的、投入的和有效的学习既体现了智慧学习环境的技术特征，也是其功能需求，可以简称TRACE3 智慧学习环境功能模型。

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