智慧环境下的学习资源建设研究

澄怀观道 2015-09-24

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本文由《现代教育技术》杂志授权发布

作者：郑旭东、杨现民【通讯作者】、岳婷燕

摘要

智慧环境下的学习资源建设是实现智慧教育和推动教育现代化发展的关键。传统数字资源存在诸多缺陷，不能满足学习者的智慧化需求，难以促进教学方式和学习方式的转变。文章提出智慧资源应满足学习者智慧化发展需求，深入分析其具有的泛在、进化、联通、自适应、个性推送、多维交互性等特征，并构建了智慧资源建设的体系框架，最后对智慧资源的建设理念、模式、技术与机制进行深入阐述，以期为数字资源的智慧化升级改造提供一定指导。

关键词：智慧教育；智慧环境；学习资源；智慧资源；建设策略

引言

第三次工业革命带来了个性化、智慧化、远程化、定制化、差异化、分散合作、扁平式组织结构等新的教育理念[1]，推动了物联网、云计算、大数据、3D数字制造技术、新型交互媒体等新一代信息技术在教育中的应用，加速了智慧教育发展的进程。智慧教育是复杂的系统，其包括智慧教学、智慧学习、智慧评价、智慧管理、智慧服务等核心业务[2]，每个业务的有效开展都需要大量的智慧资源或数据的支持。传统的数字资源尽管形态多样、数据海量化，却难以无缝地支持具有泛在性的智慧学习活动、深度互动与智能开放的智慧教学活动、基于学习分析的智慧评价过程、可视化的智慧管理和服务，不利于智慧学习者的培养。传统数字学习资源的缺陷主要表现在缺乏情境感知性；难以在多种终端设备上自适应呈现；有限的开放共享，缺乏深层整合；进化缺乏控制，散乱生长；杂乱、冗余，难以动态联通。因此，智慧教育的发展应改变目前传统数字资源的状况，实现资源的智慧化升级改造，创新智慧资源的使用方式，以满足教学方式和学习方式智慧化转变的需求，服务于智慧创造者的培养。

一、智慧资源内涵与特征

智慧资源是指以培养具有21世纪生存技能的智慧创造者为目的，支持智慧学习和智慧教学活动的有效开展，具有泛在性、情境感知性、联通性、进化性、多维交互性和个性化智能推送等核心特征的新型数字化学习资源。

智慧资源应为智慧化的教学和学习提供必需的支撑，弥合正式学习和非正式学习，满足学习者智慧化的发展需求。学习者可以不受时空的限制，获得符合个性需求的学习资源，走出封闭、僵化的教室，自由徜徉在情境化和社会化的真实环境中，实现个性化学习、共同体学习、探究式学习、基于问题的学习和工作场所中的学习。智慧资源具有如下七大核心特征：

1、语义聚合与联通性

与Web2.0理念下传统数字资源的协同建设及机械化地导入导出的管理方式不同，智慧资源所采用的语义网技术和本体技术能实现资源的智能化组织、汇聚、联通和管理。如北京师范大学现代教育技术研究所研发的学习元平台引入了语义技术，建立起各类资源之间动态的语义关联，实现资源、知识和学习者之间的动态连接，形成开放、动态、联通、进化的资源网络、社会认知网络和人际关系网络[3]，实现了资源的初级“智慧”。

2、深层开放与共享性

以发展学习者智慧为根本目的的智慧教育需要全方位开放共享资源的支持。智慧资源的深层开放和共享性表现在五个方面：①资源（库）的建设和开发遵循统一的建设标准，实现最大规模的开放和共享；②资源的建设和共享达到跨地区、跨省市、跨国甚至是全球领域的规模，实现资源的深层整合与共享应用；③资源的使用者由单纯的“消费者”转变为“产消者”其产品是可供开放和共享的优良资源；④在保留资源原作者版权的基础上，任何具有权限的人能够获取、使用、修改和共享资源，促进资源的持续进化。

3、进化与再生性

智慧教育环境是一个复杂的、开放的和动态的生态系统，而智慧资源是该生态系统的关键物种之一，具有“有机体”的核心特质，即生存、发展、繁衍、进化[4]，遵循优胜劣汰的自然法则。智慧资源能够智能地添加语义描述和标注，以用户的需求为根本动力，以外部资源、用户消费资源过程中的生成信息和根据语义相关度自动汇聚而成的主题资源圈为养料，实现进化和再生。

4、多终端自适应性

智慧资源可以从以下四方面“智慧”地自动识别各种终端设备，并做出相应调整[5]：①自动识别智能终端性能并相应地调整内容；②根据终端的运算能力与操作的便捷性，适应性地呈现学习活动，实现交互学习的自适应；③根据网络状况，自动连接服务器获得反馈，或在本地数据库中获取满足需求的资源信息；④对地理位置的自适应，发现周边学习者，满足实时交流互动的需求。

5、海量与泛在性

随着云计算、物联网、情境感知、大数据等新一代信息技术飞速发展及在教育中的广泛应用，智慧资源呈现出海量化、泛在化的特性。人们在生活、学习和工作的过程中会产生大量的信息，并且被各种传感器和物联网便捷地获取，通过网络将这些信息上传到云端进行分析处理、语义关联和存储。资源需求者可以在任何时间与地点通过智能手机、平板电脑等智能终端获取所需资源。

6、个性化智能推送

在智慧教育环境中，正式学习和非正式学习的界限逐渐模糊。无论是发生在教室、博物馆、海洋馆等室内场所的学习，还是发生车站、交通工具及田野等室外场所的学习，都可以利用GPS、 RFID等情境感知技术和传感技术，智慧感知学习者的个性化学习偏好、认知特征、学习风格及所处的物理位置、周围环境，智能分析学习者潜在需要的信息和资源，并进行个性化推送[6]。智慧资源的个性化推送特征能够满足学习者的个性化需求，实现多样化、差异化的学习方式。

7、多维交互与人机合一性

随着可穿戴设备的智能化、微型化发展，人与资源之间不再是通过简单的听觉、视觉和触觉通道进行交互，而是通过语音、动作、神态与媒体、系统和资源进行更加自然、轻松、健康地交互。交互不再局限于工具有限的功能，而是由人完全能动地主导工具，交互自然而然地发生，实现人机合一。资源之间的交互突破了以往发生在简单、静态的独立系统之内的局限，改变了资源和知识之间的简单树形上下位关系，形成了语义关联和网络联通的动态交互关系。

二、智慧资源建设体系框架

基于教育云平台的智慧资源建设体系是一个结构复杂、动态变化的系统，由“三库+六系统”构成（如图1所示）。“三库”指处于教育云端的学习资源库、开放课程库和管理信息库，是构成智慧资源体系的基石。学习资源库和开放课程库中的内容，如文本、图像、动画、视频教程等都将通过智能化的处理（如自动添加语义描述信息、智能分类和转换、智能汇聚和进化)，实现智慧性转变；管理信息库不仅存储完备的教育基础信息，而且能以智能化和可视化的方式实现信息的智慧管控。“六系统”用于实现资源内容从数字化向智慧化转变，是智慧资源体系的核心部件。

此外，智慧资源的建设和运行还需要以多元的资源建设与共享机制（自主建设、共建共享、公建众享、购买商业资源）和创新的资源保障与推进机制（管理机制、知识产权机制、质量监控机制和需求动力机制）为保障，协同资源建设中的各个部门和环节，保障智慧资源的高效、可持续建设。智慧资源体系的资源系统是实现数字资源向智慧资源转化的必备条件，包括以下六部分：

1、智慧资源门户系统

智慧资源门户系统可以高效汇聚和存储海量的优质数字资源和用户信息，为用户提供多元化、人性化的服务：①建立安全可靠的用户数据中心，提供终身教育身份权限认证和资源需求服务；② 门户下所汇集的资源如同现实世界中柜台上的商品一样，排放有序、门类齐全、便于检索[7]；③智慧资源门户系统支持多终端的自适应与同步登陆；④动态记忆和更新用户的生成数据，支持教育资源的在线制作、编辑和共享；⑤面向各年龄段、学科、学历的学生、教师、科研人员、家长以及社会公众提供统一的服务入口和资源子门户，并支持残障人士通过手势、语音等动作神态获取服务。

2、智慧检索导航系统

资源需求者面对海量的数字资源时，资源检索和导航服务系统功能是否精确、便捷和智能决定了能否为需求者检索到最合适的资源，满足其个性化的需求。智慧检索导航系统的智慧功能主要体现在以下三方面：①提供多种检索导航模式：如快捷检索导航、语义检索导航、语音与手势检索导航、个性化定制导航等；②人性化设计：支持多种语言的检索与导航，语义相关的英文和中文资源能被同时识别和检索，为不同文化背景的资源需求者提供便利；为残障人士提供语音和手势检索功能；通过图形图像检索信息；智能记忆个性化检索，通过语义关联推荐资源等提升检索导航的体验性；③高精度检索：智能保存通过身份认证用户的所有历史检索信息，通过历次检索记录，进行数据挖掘、动态语义聚合形成个性化的资源网络，提升检索精度。

3、情境感知与个性化智能推送系统

智慧资源库的情境感知与个性化推送系统，主要依据资源需求者的个性化认知风格、学习偏好、认知特征，通过物联网中的传感器、智能芯片对学习者的位置信息、活动信息、环境信息进行收集。经过数据挖掘，分析匹配出符合用户需求的多种形态、语义关联的资源，然后通过智能推送平台向用户推送正在需要或潜在需求的个性化资源。该系统还能够根据用户最近一段时间所处的环境、活动信息和推送的资源，构建出短期内用户的个性化需求资源库。通过资源推荐、订阅、分享、关注和快速检索的方式，精准、迅速地实现资源获取和有相似个性需求的群体间共享。

4、资源动态语义汇聚与进化系统

智慧资源在数量上必须呈现海量化，在质量上必须能持续地语义关联和进化，在共享上必须进行更大规模的开放，以保证为广大用户提供和共享高质量的资源。资源动态语义汇聚与进化系统是实现数字资源向智慧资源转变的基础和关键。通过该系统能够实现以下功能：①自动采集和汇聚数字资源：包括将用户对资源的操作进行分析和采集，动态汇聚有用的资源和信息；②智能添加语义描述：引入资源的语义建模技术，构建开放的学习资源本体，对资源进行语义描述和标注；③动态语义聚合：在对资源进行语义描述和语义建模的基础上，运用动态语义聚合技术，对语义相关资源进行自动聚合，构建联通的主题资源网络；④可持续聚合进化[8]：为避免资源的散乱増长和进化，引入学习元平台所采用的资源有序进化控制技术，实现资源的可持续聚合进化。

5、资源智能转换与分类系统

目前，数字资源建设遵循多元化的规范和标准，这不仅造成海量资源大范围共享困难的局面，而且导致用户在不同地域或使用不同终端获取、使用资源存在障碍。智慧资源的智能转换与分类系统从以下三方面可以解决现有问题：①对教育资源进行异构存储和数据转换，能够根据用户智能终端的硬件配置、操作系统、浏览器、文图声像播放软件等配置信息，对资源格式、大小的智能转换，实现资源多终端的自适应，减少资源重复建设，扩大开放共享；②根据先进、完整、统一的数据标准库，采用KNN算法等技术[9]，对各种形态的资源进行智能分类和存储；③智能地对转换和分类好的资源内容进行编目，不仅减轻资源管理者的负担，而且用户可以通过智慧检索导航系统精准、快速、高效地获得和管理所需的不同资源形态内容。

6、资源信息可视化管理系统

智慧时代下的资源处理、显示和管理是完全可视化的过程，直接体现了资源的智慧性。通过智慧资源信息可视化管理系统，可以对资源进行以下的管理：①通过各种传感器、智能芯片、物联网等感知和传送的数据，能够以可视化的、实时的、动态的方式监测各种情境中的学习活动、人员信息、环境信息等；②通过可视化检索技术，以图形界面的方式，清晰、直观、全面地向用户呈现各类所需的资源和服务；③通过Flex等资源进化的可视化系统技术，直观地呈现资源进化过程、路径，以及成长过程中不同用户对资源的贡献；④通过资讯可视化技术，使学习分析、数据挖掘的结果通过图表、仪表盘和可视化面板等直观的形式呈现[10]；⑤用户终身使用信息的网络可视化呈现等。

三、智慧资源的建设策略

智慧资源的建设需要以科学谋划、顶层设计为指导，以人本化的建设理念、多元化的建设方式、智能化的建设技术、创新化的建设机制为策略，共同为智慧资源的建设保驾护航。

1、人本化的建设理念

智慧资源的建设要求改变以往以“技术为中心”的资源建设取向，转向“以人为本”、“以用户为中心”的建设理念，更加关注人的体验性，发挥人的主观能动性，实现人的教育平等，满足人的自由发展。这体现的不仅是资源建设形式上的智慧转变，更是人类价值理性的回归。

2、多元化的建设模式

目前，我国广泛采用的数字资源共建共享建设模式，在一定程度上避免了资源的重复建设，扩大了优质数字资源的共享。然而，从根本上而言，资源的共建共享建设理念所尊重的仍然是协同建设者的利益，优质资源难以突破利益的围墙实现更大范围的共享。由此，陈琳教授[11][12]提出了政府为投资主体、全民享用资源的“公建众享”建设模式，从根本上实现人人享有优质资源的权利。但该模式需要投入巨大的财力和物力，从我国目前的国力及教育财政支出来看，有较大难度。企业不仅拥有大量的资源建设人才、先进的建设理念和管理运营模式，而且商业资本能够促进资源的结构重组和优化。因此，智慧资源的建设应该采取多元化的建设模式，即以“共建共享为主，商业建设和公建众享为辅”的资源建设模式。保证需求大和基础性强的优质资源实现公建众享，满足绝大多数人的需求；推进具有地方文化特色和特殊需求资源的共建共享，满足区域差异的需要；鼓励商业化建设和运作，丰富资源形态、激活资源建设活力、提高社会资源建设的质量。

3、智能化的建设技术

先进的智能化技术是实现数字资源向智慧资源转变和发展的直接动力。智慧资源的建设应遵循统一的建设标准和规范，以实现智慧资源的规范化建设和更大规模的开放和共享。智慧资源的进化需要数据挖掘、语义描述、本体技术、资源的动态语义聚合技术、有序进化控制技术、基于规则的推理技术、资源语义基因提取技术等[13]。智慧资源的个性化推送和智能检索可为不同的用户智能提供个性化的需求服务，需要的技术有情境感知技术、学习分析技术、协同过滤技术、人工智能、机器学习、知识推理搜索、知识发现等技术，实现将“智能信息推送”和“智能信息拉取”相结合。此外，智慧资源的分类管理还需要智能分类和智能转换等技术。

4、创新化的建设机制

智慧资源的建设是庞大而复杂的系统工程，既需要先进的建设理念、智能化的技术，还需要创新和完善的建设机制，关乎于所建资源的智慧性、对智慧教学活动的支持以及资源的可持续发展。因此，智慧资源的建设需要建立完善的质量监控机制、管理机制和知识产权机制等。

质量监控上应从两方面实现对资源建设的评价和监控。一方面，针对不同的建设模式制定相应的评价体系和评价指标，将专家评审、用户评审和建设者自评三者结合，实现对资源的人为评价。另一方面，为了避免人的主观因素影响评价的客观性，要采用数据挖掘技术、学习分析、机器学习等技术，对资源共享程度、被检索量、生命特征等各个方面进行智能量化，并以可视化的形式呈现评价结果。资源管理上，应通过建立区域内语义资源网络管理系统和区域间语义资源网络管理系统，对资源索引目录进行分布式存储管理，对资源数据进行语义关联汇集和云存储，实现资源及其应用的动态化管理[14]。在知识产权上，我国需要吸取国际上普遍认可的知识共享协议的成功之处，将其本土化，建立智慧资源的知识产权体系；建立健全智慧资源知识产权的法律和制度，保障各方权益；开发和使用先进的监测和控制技术，维护知识产权等[15]。

四、总结与展望

云计算、物联网、数据挖掘、语义网等技术的飞速发展及其在教育领域的逐步应用，为传统数字资源的智慧化升级建设提供了基本的技术条件。智慧资源的建设需以满足智慧学习和智慧教学的需求为目的，采用多元的建设模式、智能的建设技术和创新化的建设机制构建智慧资源的平台系统。未来在智慧资源的建设与应用中应着重开展以下几个方面的研究：①解决智能化技术的实现与创新应用问题，奠定资源建设的技术基础。②智慧资源内容库和系统平台的协同建设研究，实现资源的智慧化升级和可视化管理。③智慧资源建设各方动力机制和利益均衡机制的研究，确保资源质量和持续性建设。