指數(shù)型（ET）智慧學(xué)習(xí)環(huán)境多模態(tài)構(gòu)建路向探究

李軍　楊濱

[摘? ?要] 4G時(shí)代學(xué)習(xí)環(huán)境的變遷大幅提升了在線教學(xué)的用戶體驗(yàn)，5G時(shí)代人工智能將助力學(xué)習(xí)環(huán)境的大變革，一系列由學(xué)習(xí)環(huán)境引發(fā)的教學(xué)問題將迎刃而解。從科學(xué)技術(shù)、人類社會(huì)和教育發(fā)展三個(gè)維度均可推演出人類必將邁入智能互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)環(huán)境是大勢(shì)所趨。研究分析了新時(shí)代學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)中的困境，提出了指數(shù)思維引領(lǐng)下的解困三策論，創(chuàng)設(shè)了5G網(wǎng)絡(luò)與AI加持下的指數(shù)型（ET）智慧學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建模型，該模型以技術(shù)為作用點(diǎn)，發(fā)揮技術(shù)的指數(shù)級(jí)倍增效應(yīng)，進(jìn)而衍生出多模態(tài)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。研究基于模型，根據(jù)教學(xué)需求，設(shè)計(jì)出五種智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，分析了不同環(huán)境的教學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景和適宜的學(xué)習(xí)方式，既探索了5G時(shí)代學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)，又為智慧教育發(fā)展提供了新的研究路向。

[關(guān)鍵詞] 5G; 人工智能; 指數(shù)型（ET）智慧學(xué)習(xí)環(huán)境

[中圖分類號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 李軍（1978—），男，甘肅慶陽人。副教授，碩士，主要從事信息技術(shù)與教育應(yīng)用研究。E-mail：48978056 @qq.com。楊濱為通訊作者，E-mail：yangtt@sina.com。

一、引? ?言

《荀子·勸學(xué)》有云“蓬生麻中，不扶自直;白沙在涅，與之俱黑”，兩千多年前，荀子已經(jīng)意識(shí)到“學(xué)習(xí)環(huán)境”的重要性。弗雷澤（Fraser）和沃爾伯格（Walberg）認(rèn)為“學(xué)習(xí)環(huán)境”是具有社會(huì)心理背景的學(xué)習(xí)發(fā)生的場(chǎng)所，在正式教育中學(xué)習(xí)環(huán)境可以用學(xué)?；蛘呓淌业幕{(diào)、文化、氛圍或者氣氛來描述[1]。本研究所指的學(xué)習(xí)環(huán)境是影響學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的外部環(huán)境，是促進(jìn)學(xué)習(xí)者主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)意義和促進(jìn)能力生成的外部條件[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類不斷的更替、重組與優(yōu)化學(xué)習(xí)環(huán)境。當(dāng)5G時(shí)代來臨，人工智能賦能教育時(shí)，學(xué)習(xí)環(huán)境將呈現(xiàn)出怎樣的變化？如何引領(lǐng)學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)才能滿足新時(shí)代教學(xué)需求？需要未雨綢繆深入思考，而針對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建路向的探究將是研究5G時(shí)代人工智能與教育發(fā)展的邏輯起點(diǎn)。

二、人類學(xué)習(xí)環(huán)境的演變

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)環(huán)境是一個(gè)支持和促進(jìn)學(xué)習(xí)的場(chǎng)所，學(xué)習(xí)者可以在其中進(jìn)行自由探索和自主學(xué)習(xí)，在此環(huán)境中學(xué)生可以利用各種工具和信息資源來達(dá)到自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)[3]。因此，可以橫向分析，將家庭、學(xué)校、班級(jí)學(xué)習(xí)環(huán)境乃至社會(huì)學(xué)習(xí)環(huán)境分而論之，剖析學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)成要素，在硬件、參與者、功能等要素中找到共性。但不同的學(xué)習(xí)環(huán)境究竟是如何發(fā)展形成的，卻需要縱向分析，在厘清學(xué)習(xí)環(huán)境與人類社會(huì)、科學(xué)技術(shù)、教育發(fā)展的千絲萬縷的聯(lián)系中把握學(xué)習(xí)環(huán)境的發(fā)展脈絡(luò)。

（一）人類科技發(fā)展推動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境的變遷

從人類科技發(fā)展的維度可以清晰地看到學(xué)習(xí)環(huán)境的演變過程（如圖1所示）。隨著技術(shù)的更替，人類歷經(jīng)了多輪信息革命，第一輪信息革命，語言成為人們學(xué)習(xí)和掌握的交流技能。此時(shí)，團(tuán)隊(duì)生存環(huán)境是人類的主要學(xué)習(xí)環(huán)境，一切出自本能的學(xué)習(xí)活動(dòng)均服務(wù)于生存需要。文字的創(chuàng)造與應(yīng)用催生了第二輪信息革命，人類的學(xué)習(xí)有了“專屬”的時(shí)空環(huán)境，文字編寫，生成了團(tuán)隊(duì)交流環(huán)境，抽象與創(chuàng)生在不斷的交流中促進(jìn)了學(xué)習(xí)。第三輪信息革命在造紙術(shù)、印刷術(shù)的支持下，深刻地影響著人們的生產(chǎn)、生活與學(xué)習(xí)方式，書籍的產(chǎn)生使得全社會(huì)生活環(huán)境衍生為人類的社會(huì)學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)習(xí)的時(shí)空得到了極大的拓展。1901年，隨著馬可尼橫跨大西洋無線電通訊的成功，人類進(jìn)入了第四輪信息革命。無線電技術(shù)創(chuàng)生了大眾傳播的學(xué)習(xí)環(huán)境，尤其是廣播實(shí)現(xiàn)了語音的遠(yuǎn)程傳播，解決了信息傳輸距離和延時(shí)的問題，遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)初見端倪。影像傳播技術(shù)的迅速崛起將人類帶入第五輪信息革命，電視在滿足人們視聽享受的同時(shí)構(gòu)建了遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)環(huán)境。1995年互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入人們的生活，第六輪信息革命席卷全球，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境逐步形成。2014年初，隨著第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的全面開通，“互聯(lián)網(wǎng)+智能手機(jī)”成為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境的有效終端之一。遵循前六輪信息革命的技術(shù)路線，可以推測(cè)智能互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代必將掀起第七輪信息革命。第五代移動(dòng)通信技術(shù)，即5G是新一輪信息革命的基礎(chǔ)，是智能互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)保障，5G+人工智能將創(chuàng)建安全、管理、高效、方便的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，這既是智能互聯(lián)網(wǎng)的核心價(jià)值[4]，也是智慧學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的基本準(zhǔn)則。

（二）社會(huì)形態(tài)變遷與學(xué)習(xí)環(huán)境的演變

從社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的角度，按照人類社會(huì)每個(gè)階段的時(shí)代特征來劃分人類社會(huì)的變遷，每個(gè)時(shí)代都產(chǎn)生了與之相適應(yīng)的大學(xué)習(xí)環(huán)境（如圖2所示）。原始社會(huì)有成均之教，所依托的環(huán)境是原始部落居住環(huán)境中的學(xué)習(xí)與交流環(huán)境，可以是一小塊空地，或是一些簡(jiǎn)單設(shè)施場(chǎng)所，用來舉行集會(huì)、召開會(huì)議，采取某項(xiàng)行動(dòng)前的動(dòng)員、誓師等，具有顯著的教育作用[5]。農(nóng)業(yè)時(shí)代早期，家庭與社群聚居環(huán)境成為主要的學(xué)習(xí)環(huán)境，農(nóng)業(yè)時(shí)代中后期，造紙術(shù)、印刷術(shù)、書籍的普及，使得這種家庭、社群學(xué)習(xí)環(huán)境在時(shí)間和空間上得到了拓展，成為主要的學(xué)習(xí)環(huán)境形態(tài)。期間學(xué)校作為獨(dú)立的學(xué)習(xí)環(huán)境逐漸形成，但只能為少數(shù)人提供服務(wù)。工業(yè)時(shí)代，學(xué)校成為社會(huì)學(xué)習(xí)環(huán)境的主要形態(tài)，此時(shí)，家庭學(xué)習(xí)環(huán)境和社會(huì)學(xué)習(xí)環(huán)境依然存在，但只是對(duì)遵循工業(yè)化發(fā)展的學(xué)校環(huán)境的有益補(bǔ)充。進(jìn)入信息時(shí)代，通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各種數(shù)字化終端設(shè)備為人們構(gòu)建了學(xué)習(xí)的數(shù)字化環(huán)境?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)通訊帶給人們生活、學(xué)習(xí)等方方面面巨大的變革，地球聯(lián)通為地球村?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”成為催動(dòng)各行各業(yè)變革的新引擎?；ヂ?lián)網(wǎng)的發(fā)展從傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)（智能手機(jī)為終端）必將迎來智能互聯(lián)時(shí)代，移動(dòng)互聯(lián)、智能學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、智能感應(yīng)將共建虛實(shí)結(jié)合、人機(jī)協(xié)作的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。

（三）人類教育形態(tài)的變遷與學(xué)習(xí)環(huán)境的演變

人類的教育有三種基本形態(tài)，即家庭教育、社會(huì)教育和學(xué)校教育。三種教育形態(tài)既獨(dú)立存在，又互相交融，都可構(gòu)建不同的學(xué)習(xí)環(huán)境，從人類教育形態(tài)的變遷來看學(xué)習(xí)環(huán)境的演變，可以深切感悟?qū)W習(xí)環(huán)境的時(shí)空擴(kuò)展與功能迭代（如圖3所示）。

人類最早的教育是傳帶教育，屬于家庭教育，教育信息以經(jīng)驗(yàn)為主、口耳相傳，言傳身教，形成了族群學(xué)習(xí)環(huán)境。私塾是我國古代私人設(shè)立的教學(xué)場(chǎng)所，教書先生會(huì)根據(jù)每個(gè)學(xué)生的年齡、資質(zhì)調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度，因材施教;書院教育性質(zhì)與私塾相似，均能為每個(gè)學(xué)生構(gòu)建個(gè)體授業(yè)的私學(xué)環(huán)境。隨著學(xué)校教育的出現(xiàn)，集體授業(yè)學(xué)習(xí)環(huán)境逐步形成，統(tǒng)一、規(guī)范的學(xué)習(xí)環(huán)境呈規(guī)?；l(fā)展。然而，學(xué)校教育所暴露出的一些問題，如時(shí)空限制、集體學(xué)習(xí)中缺乏個(gè)性化學(xué)習(xí)等，可以通過網(wǎng)絡(luò)開放教育所依托的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)環(huán)境予以補(bǔ)充，廣播、電視等媒體成為遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)環(huán)境中的主要信息載體。在移動(dòng)通訊領(lǐng)域人們經(jīng)歷了1G模擬移動(dòng)、2G數(shù)字通訊、3G數(shù)據(jù)通訊、4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)互通，并迎來5G智能互聯(lián)[6]。4G為“互聯(lián)網(wǎng)+”奠定了基礎(chǔ)，互聯(lián)網(wǎng)+教育為師生創(chuàng)設(shè)了教與學(xué)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，構(gòu)建了泛在學(xué)習(xí)環(huán)境。5G為智慧教育插上了翅膀，智慧學(xué)習(xí)環(huán)境逐步形成，家庭教育、社會(huì)教育、學(xué)校教育將深度融合。

從科學(xué)技術(shù)、人類社會(huì)和教育發(fā)展三個(gè)維度推演人類學(xué)習(xí)環(huán)境的變化，均可發(fā)現(xiàn)人類必將邁入智能互聯(lián)時(shí)代，這正是科技、社會(huì)、教育三方發(fā)展對(duì)重構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境的內(nèi)在訴求。最終，必將在5G+AI支持下構(gòu)建起智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，并在真正意義上實(shí)現(xiàn)融合家庭教育、社會(huì)教育和學(xué)校教育的智慧教育。

三、新時(shí)代學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)之困境

教學(xué)總是發(fā)生于一定學(xué)習(xí)環(huán)境之中，而學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)也往往為滿足某種教學(xué)而服務(wù)。每一次教學(xué)改革都伴隨著學(xué)習(xí)環(huán)境的改良，似乎只要有良好的學(xué)習(xí)環(huán)境就一定能夠促進(jìn)教學(xué)。但事與愿違，現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境在滿足教學(xué)需求時(shí)總顯得力不從心。因?yàn)樾枨笫莿?dòng)態(tài)的，而學(xué)習(xí)環(huán)境具有穩(wěn)定性，二者之間存在供需矛盾。目前常見的家庭學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)校學(xué)習(xí)環(huán)境和社會(huì)學(xué)習(xí)環(huán)境等都無法滿足新教改的動(dòng)態(tài)需求。究其原因主要存在以下四個(gè)方面的問題：

（一）學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)中的線性思維

目前，學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的基本思路為：首先進(jìn)行學(xué)習(xí)環(huán)境用途分析、其次選擇場(chǎng)地、然后配備設(shè)備、最后投入教學(xué)。這種線性建設(shè)思路過多地寄希望于設(shè)備的使用和技術(shù)功能的發(fā)揮，一旦投入教學(xué)，環(huán)境設(shè)施就很難改變。同時(shí)，忽視了教育者與學(xué)習(xí)者在環(huán)境建設(shè)中的作用，因而呈現(xiàn)出諸多弊端。例如：一些學(xué)校建設(shè)的智慧教室與普通計(jì)算機(jī)教室（計(jì)算機(jī)機(jī)房）發(fā)揮著同樣的教學(xué)功能，因?yàn)樗鼈兪窃谙嗤悸废陆ㄔO(shè)而成，其使用者（教師等）以同樣的方法，用著同樣的功能。因此，需要跳出線性思維，探尋購、建、管三位一體的學(xué)習(xí)環(huán)境非線性建設(shè)路徑，設(shè)計(jì)靈活多樣的學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)途徑與方法，讓學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)優(yōu)先于教與學(xué)的需求，為教學(xué)改革提供更加便利和寬廣的空間。

（二）學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)的單一模式

目前，學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)基本依靠政府、企事業(yè)單位、教育部門等機(jī)構(gòu)的投入與實(shí)施，而具體的學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)用者（教師、學(xué)生）等卻很少有機(jī)會(huì)參與其中。然而，學(xué)習(xí)環(huán)境一旦形成，應(yīng)用者們就只能適應(yīng)環(huán)境和改良環(huán)境。因此，更新學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)模式，給予學(xué)習(xí)環(huán)境使用者充足的建設(shè)權(quán)限，創(chuàng)設(shè)參與式多元學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)模式，為師生共同構(gòu)建多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境提供條件。

（三）固化的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)

目前的學(xué)習(xí)環(huán)境，無論線上還是線下都是一種固化的學(xué)習(xí)環(huán)境，所謂固化就是使用者只能竭盡全力地適應(yīng)環(huán)境，基于環(huán)境變換教與學(xué)的方法，而無法根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境。如果一種學(xué)習(xí)環(huán)境只適宜某種教與學(xué)，而環(huán)境本身卻無法靈活變動(dòng)，這種固化的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)，不利于教學(xué)創(chuàng)新，也不利于學(xué)習(xí)環(huán)境的更新升級(jí)。因此，需要充分利用AR、VR、XR等技術(shù)，創(chuàng)設(shè)虛擬與真實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境相融合的虛實(shí)環(huán)境，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的幫助下構(gòu)建可設(shè)計(jì)、可變的學(xué)習(xí)環(huán)境。如此，1人、1筆記本，外加1套虛擬設(shè)備，就能構(gòu)筑起一個(gè)個(gè)可靈活使用的多模態(tài)移動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境。

（四）學(xué)習(xí)環(huán)境孤島窘境

現(xiàn)有的學(xué)習(xí)環(huán)境之間，常因硬件環(huán)境而孤立，無法聯(lián)通和信息共享，學(xué)習(xí)環(huán)境與師生之間無法聯(lián)通與交互。各種學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)筑了一座座信息孤島。例如，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間人人通建設(shè)已基本實(shí)現(xiàn)“一生一空間”，教師們也擁有不止一個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間，但空間之間信息不連通、互相不關(guān)聯(lián)。這些環(huán)境帶給師生的不是便利，而是負(fù)擔(dān)和壓力。因此，可以引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，促進(jìn)教育教學(xué)信息共享，構(gòu)筑5G時(shí)代公開、安全、防篡改的全新教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫，助力聯(lián)通學(xué)習(xí)環(huán)境，打破信息孤島，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)環(huán)境的互聯(lián)互通。

四、5G賦能AI重構(gòu)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境

（一）5G助力人工智能+教育

2020年7月27日，華為輪值董事長(zhǎng)郭平在2020共贏未來全球線上峰會(huì)開幕致辭中指出，截至7月份，全球5G用戶已經(jīng)超過了9000萬，全球5G部署已告一段落，下一階段的重點(diǎn)是發(fā)展行業(yè)應(yīng)用，釋放5G網(wǎng)絡(luò)紅利[6]。每當(dāng)新技術(shù)、新媒體引發(fā)醫(yī)療、家居、交通、金融等各個(gè)領(lǐng)域巨大變革之時(shí)，教育領(lǐng)域的變化似乎并沒有人們預(yù)想的那樣深刻，細(xì)思原因主要在于網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)帶寬、終端能耗供給等一系列技術(shù)瓶頸制約了技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，但5G網(wǎng)絡(luò)紅利在行業(yè)的釋放將會(huì)徹底突破上述瓶頸。

1. 人工智能教育應(yīng)用

人工智能教育應(yīng)用是人工智能與教育深度融合的產(chǎn)物，并且以人工智能在教育領(lǐng)域的場(chǎng)景化應(yīng)用為特征，其目標(biāo)是提高教育績(jī)效，實(shí)現(xiàn)教育的最優(yōu)化[7]。一方面人工智能的發(fā)展需要教育系統(tǒng)為其輸送人才、提供新的思想、理論與技術(shù);另一方面，人工智能為教育的發(fā)展帶來足以改變其業(yè)態(tài)、形態(tài)的新技術(shù)、新應(yīng)用，隨著人工智能對(duì)社會(huì)的影響日益加深，也對(duì)人的發(fā)展，繼而對(duì)教育的發(fā)展提出了全新要求[8]。因此，AI時(shí)代的教育需注重三個(gè)問題，即（1）如何設(shè)計(jì)與實(shí)施能夠滿足學(xué)生需要的個(gè)性化、定制教育;（2）面臨就業(yè)壓力、失業(yè)危機(jī)，如何發(fā)展可持續(xù)化教育;（3）如何建設(shè)兼顧全社會(huì)公平性的教育體系[9]。

2. 5G+AI助力教育發(fā)展

5G能夠促進(jìn)人工智能與教育的深度融合，例如，涵蓋了虛擬現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的XR技術(shù)（擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)）將會(huì)與人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高度融合，數(shù)字內(nèi)容將以更為直觀可感的形式出現(xiàn)在真實(shí)空間中[10]。這種集視、聽、觸、嗅覺于一體的擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠創(chuàng)設(shè)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)習(xí)者感受虛實(shí)無縫鏈接的沉浸式教育體驗(yàn)。

總體而言，5G時(shí)代的人工智能將在五個(gè)方面影響教育。第一，學(xué)習(xí)環(huán)境將呈現(xiàn)多模態(tài)發(fā)展、泛在分布的趨勢(shì)。不同類型的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境將為不同的學(xué)習(xí)需求提供全方位的支持與服務(wù)。第二，強(qiáng)大的學(xué)習(xí)分析體系逐步形成，會(huì)更加精準(zhǔn)而持續(xù)地變革教和學(xué)，支持優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，最終服務(wù)學(xué)習(xí)績(jī)效的提升。第三，教與學(xué)的方式將更加靈活多樣，以滿足師生創(chuàng)新性需求。第四，教學(xué)評(píng)價(jià)方式更加多元。學(xué)生評(píng)價(jià)不僅僅來源于學(xué)校，還有社區(qū)、家庭，甚至是學(xué)生消費(fèi)過的超市和書店。第五，學(xué)習(xí)路徑呈非線性發(fā)展。在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中AI助理、AI學(xué)伴等多種形式的人工智能終端將改變學(xué)生學(xué)習(xí)過程，使其不再是傳統(tǒng)的線性發(fā)展，而是充分滿足學(xué)生個(gè)性化和定制化學(xué)習(xí)的非線性發(fā)展過程。

（二）解困之策

針對(duì)新時(shí)代學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)之困境，研究引入指數(shù)思維，利用5G賦能AI構(gòu)建指數(shù)型多模態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境，通過三種策略解決上述問題。

策略一：重構(gòu)指數(shù)型學(xué)習(xí)環(huán)境要素。指數(shù)思維，既不是線性思維，也不是零和思維，指數(shù)型思維是指以次方的方式思考問題，使用指數(shù)技術(shù)從多元多變的情境數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)規(guī)律，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)模式并用于預(yù)測(cè)，其本質(zhì)特征是多點(diǎn)發(fā)散。指數(shù)增長(zhǎng)是常數(shù)的重復(fù)乘法，即指數(shù)級(jí)飛速增長(zhǎng)。重構(gòu)指數(shù)型學(xué)習(xí)環(huán)境要素，需要突破已有束縛，以需求為導(dǎo)向設(shè)計(jì)環(huán)境要素，每個(gè)要素又能生發(fā)新的要素，進(jìn)而激發(fā)指數(shù)效益。例如：助教（人工、AI）、助理（實(shí)驗(yàn)、AI）、學(xué)伴、智能終端（手機(jī)、平板、班牌）、云平臺(tái)、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等。每種要素下均可激發(fā)出多個(gè)要素，進(jìn)而組合形成多元學(xué)習(xí)環(huán)境，滿足多樣需求。

策略二：5G+AI全場(chǎng)域智能化學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)。5G助力人工智能，可有效突破學(xué)習(xí)環(huán)境孤島，構(gòu)建全場(chǎng)域智能化學(xué)習(xí)環(huán)境，借助人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及各種感應(yīng)終端，山川河流亦可傳遞大量數(shù)據(jù)，全場(chǎng)域聯(lián)通將極大地提升學(xué)習(xí)環(huán)境的智能化水平。

策略三：5G+AI助力學(xué)習(xí)環(huán)境多模態(tài)建設(shè)。5G+AI賦予教師和學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境多點(diǎn)建設(shè)權(quán)限，全息投影技術(shù)、可穿戴設(shè)備、智能終端與智能應(yīng)用、教育機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)將大顯神通，以指數(shù)級(jí)的速度創(chuàng)建浸入式學(xué)習(xí)環(huán)境、深度交互學(xué)習(xí)環(huán)境、全場(chǎng)域互聯(lián)互通學(xué)習(xí)環(huán)境以及小私域智能學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)環(huán)境的多模態(tài)建設(shè)。

五、5G時(shí)代人工智能多模態(tài)

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建

學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)是以每一個(gè)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)得以形成為目的，通過明晰當(dāng)下學(xué)習(xí)者體驗(yàn)的學(xué)習(xí)環(huán)境，來協(xié)調(diào)整個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)的一種創(chuàng)造性實(shí)踐[11]?！?015智慧學(xué)習(xí)環(huán)境白皮書》[12]分析了智慧學(xué)習(xí)環(huán)境框架，指出一個(gè)完整的智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)以學(xué)習(xí)者為核心，從內(nèi)到外包含學(xué)習(xí)者體驗(yàn)、數(shù)字學(xué)習(xí)支持技術(shù)、學(xué)習(xí)情境要素、教與學(xué)邏輯關(guān)系四個(gè)層次[13]。在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中，人們能夠進(jìn)行4A&3E學(xué)習(xí)[14]。智慧學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)過程密不可分，也包括物質(zhì)和非物質(zhì)兩個(gè)方面，研究將綜合考慮學(xué)習(xí)情境、AI時(shí)代的教育問題、教與學(xué)的需求、教與學(xué)方式變革及師生體驗(yàn)、5G時(shí)代的人工智能技術(shù)等多方因素，應(yīng)用指數(shù)思維來創(chuàng)設(shè)AI支持下的學(xué)習(xí)環(huán)境，利用多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)成要素通過開展多點(diǎn)發(fā)散的學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)，為不同條件、不同需求的學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)建提供路向。

（一）構(gòu)建指數(shù)型（ET）智慧學(xué)習(xí)環(huán)境模型

構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境可從物理構(gòu)成及其構(gòu)成要素關(guān)系兩個(gè)維度展開，物理構(gòu)成方面已有研究指出智慧學(xué)習(xí)環(huán)境基本結(jié)構(gòu)包括：數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、計(jì)算模型或者代理模塊、用戶數(shù)據(jù)采集模塊、課程內(nèi)容模塊、智能決策模塊以及用戶交互模塊等[15]。目前，學(xué)習(xí)環(huán)境的物理構(gòu)成隨著5G+AI的加持，使得智慧學(xué)習(xí)環(huán)境更加適宜自主、合作、個(gè)性化學(xué)習(xí)的開展。指數(shù)思維強(qiáng)調(diào)多點(diǎn)發(fā)散，無形中催生了學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)成要素的指數(shù)型嬗變，因此，基于現(xiàn)有的物理基礎(chǔ)設(shè)計(jì)指數(shù)型智慧學(xué)習(xí)環(huán)境（以下簡(jiǎn)稱ET智慧學(xué)習(xí)環(huán)境）的構(gòu)建模型，有利于按需創(chuàng)設(shè)多模態(tài)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，克服傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境的弊端。如圖4所示，指數(shù)型（ET）智慧學(xué)習(xí)環(huán)境包含五個(gè)模塊，可通過五個(gè)步驟來構(gòu)建，即首先要以學(xué)習(xí)者為中心建設(shè)教學(xué)需求分析模塊，使得學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)以需求為導(dǎo)向;其次，需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)基礎(chǔ)信息輸入模塊，包括教與學(xué)的各種信息及過程性學(xué)習(xí)資料等;第三步建設(shè)指數(shù)型設(shè)計(jì)模塊，該模塊包含信息化環(huán)境基礎(chǔ)分析、信息技術(shù)應(yīng)用分析、學(xué)習(xí)環(huán)境要素結(jié)構(gòu)分析等，其中學(xué)習(xí)環(huán)境要素結(jié)構(gòu)隨著技術(shù)的變化，會(huì)不斷地更迭，發(fā)散性衍射出多種多樣的學(xué)習(xí)環(huán)境結(jié)構(gòu)。第四步，建設(shè)用戶體驗(yàn)分析模塊，詳細(xì)獲取學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的應(yīng)用體驗(yàn)，并收集相關(guān)數(shù)據(jù)，以備智能分析應(yīng)用。第五模塊需要其他模塊的過程性數(shù)據(jù)，借助AI技術(shù)進(jìn)行智能分析，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋至其他模塊，同時(shí)為教學(xué)提供教學(xué)評(píng)價(jià)。該模型有利于以技術(shù)為作用點(diǎn)，發(fā)揮技術(shù)的指數(shù)級(jí)倍增效應(yīng)，建構(gòu)多模態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境。ET智慧學(xué)習(xí)環(huán)境=ILE（Intangible Learning Environment）+PLE（Physical Learning Environment）即非物質(zhì)學(xué)習(xí)環(huán)境+物理學(xué)習(xí)環(huán)境。模塊一、四、五構(gòu)建ILE;模塊二、三構(gòu)建PLE。

（二）多模態(tài)指數(shù)型智慧學(xué)習(xí)環(huán)境

基于ET智慧學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建模型（如圖4所示），通過變換學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)成要素，根據(jù)用戶需求，可動(dòng)態(tài)衍生建構(gòu)多模態(tài)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。圖5為五種衍生而成的學(xué)習(xí)環(huán)境案例。表1則闡明了衍生學(xué)習(xí)環(huán)境的要素。

1. 5G時(shí)代的AI全息學(xué)習(xí)環(huán)境

20世紀(jì)40年代全息投影技術(shù)就已經(jīng)進(jìn)入人們的視野，時(shí)至今日，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于博物館、紀(jì)念館、展覽館、專賣店等場(chǎng)館的場(chǎng)景再現(xiàn)[16]。5G時(shí)代技術(shù)成本呈指數(shù)級(jí)下降，科幻影視作品中常見的全息影像技術(shù)（HD）將大放異彩，這種立體成像技術(shù)可使觀看者從不同角度觀察甚至進(jìn)入影像內(nèi)部。2014年5月19日，HD技術(shù)再現(xiàn)了已逝歌星邁克爾·杰克遜熱舞場(chǎng)景，技驚四座[17]。

應(yīng)用場(chǎng)景：全息影像技術(shù)基于5G網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合人工智能終端、設(shè)備等能夠增強(qiáng)教學(xué)實(shí)景應(yīng)用，即AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)）。利用智能終端、AI學(xué)伴便可為學(xué)生在家構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)環(huán)境，AI家教既可以是智能機(jī)器，也可以是真人全息影像。AI助教、AI助理、實(shí)驗(yàn)助理、學(xué)習(xí)空間、實(shí)驗(yàn)耗材都可以通過全息影像技術(shù)與現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境相融合，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)建虛實(shí)混合的學(xué)習(xí)環(huán)境。AI全息學(xué)習(xí)環(huán)境中教師可以分身，資源可以共享，學(xué)習(xí)環(huán)境在虛實(shí)之間可靈活變化，使得教育多類型主體（學(xué)生、教師、家長(zhǎng)、管理者、教育企業(yè)人員）相互配合，為教與學(xué)提供全方位服務(wù)與支持。該學(xué)習(xí)環(huán)境中每一個(gè)個(gè)體既是學(xué)習(xí)者，也是創(chuàng)作者。同時(shí)，教與學(xué)的資源、教學(xué)效果等都將呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

適宜學(xué)習(xí)：遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)等。

2. 5G時(shí)代的AI沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境

浸入式學(xué)習(xí)環(huán)境為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)語言環(huán)境，幫助學(xué)習(xí)者感知學(xué)習(xí)情境，體驗(yàn)學(xué)習(xí)過程。

應(yīng)用場(chǎng)景：基于5G云平臺(tái)的AR、VR、XR等智能技術(shù)能夠創(chuàng)設(shè)更多的浸入式學(xué)習(xí)環(huán)境，結(jié)合可穿戴設(shè)備如智能手環(huán)、智能鞋、谷歌眼鏡、智能手表、第六感系統(tǒng)等為地理、生物、科學(xué)等多學(xué)科教學(xué)提供便利。同時(shí)，通過邊緣云服務(wù)器，可以極大地降低時(shí)延，使得虛擬環(huán)境與真實(shí)的教學(xué)場(chǎng)景無縫銜接，場(chǎng)景物聯(lián)為學(xué)習(xí)者提供真實(shí)的臨場(chǎng)感體驗(yàn)。

適宜學(xué)習(xí)：自主學(xué)習(xí)、語言類學(xué)習(xí)等。

3. 5G時(shí)代AI深度交互學(xué)習(xí)環(huán)境

基于5G云平臺(tái)可創(chuàng)建課堂內(nèi)外深度交互學(xué)習(xí)環(huán)境。人工智能環(huán)境下的人—機(jī)、人—人及人—機(jī)—物等多模態(tài)交互，能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)與能力的深度學(xué)習(xí)與理解，在對(duì)深層知識(shí)的挖掘、傳輸、學(xué)習(xí)與吸收中，知識(shí)背景的深層挖掘?qū)τ谥R(shí)的理解意義深遠(yuǎn)，并將由此引發(fā)深度學(xué)習(xí)[18]。

應(yīng)用場(chǎng)景：班牌終端、移動(dòng)展示終端、互動(dòng)教學(xué)終端、錄播設(shè)備和反饋終端等多應(yīng)用于課內(nèi)交互學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建，而智能平板、智慧學(xué)習(xí)筆、邊緣分布云平臺(tái)、智能手機(jī)、教育機(jī)器人等既可用于課內(nèi)，也可用于課外的交互學(xué)習(xí)環(huán)境中。

適宜學(xué)習(xí)：合作學(xué)習(xí)、研討學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)等。

4. 5G時(shí)代AI全場(chǎng)域聯(lián)通學(xué)習(xí)環(huán)境

勒溫的社會(huì)學(xué)場(chǎng)域理論認(rèn)為人的行為主要受到個(gè)體和環(huán)境兩個(gè)變量的影響，所以，學(xué)習(xí)行為必須建立在學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)環(huán)境之上，5G為人工智能插上翅膀的同時(shí)，也為學(xué)習(xí)者構(gòu)建全場(chǎng)域互聯(lián)互通學(xué)習(xí)環(huán)境提供了條件。所謂全場(chǎng)域聯(lián)通，是指包括社會(huì)、家庭、學(xué)校、企業(yè)、場(chǎng)館、研究機(jī)構(gòu)，甚至城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村以及自然界的萬物互聯(lián)。

應(yīng)用場(chǎng)景：5G是基礎(chǔ)，AI是動(dòng)力，即基于5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，借助人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及各種感應(yīng)終端，山川河流亦可傳遞大量數(shù)據(jù)，全場(chǎng)域聯(lián)通將極大地提升學(xué)習(xí)環(huán)境的智能化水平。例如：5G時(shí)代場(chǎng)館建設(shè)將從硬件建設(shè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向轉(zhuǎn)變，為場(chǎng)館智慧學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件，“永不閉館”的博物館、科技館成為現(xiàn)實(shí)。通過語音或視頻平臺(tái)、智能手機(jī)打造“流動(dòng)博物館、科技館”。場(chǎng)館智慧學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)將更加個(gè)性化，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)體驗(yàn)[19]。并利用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳播。在信息安全的前提下保證了全場(chǎng)域的互聯(lián)互通。

適宜學(xué)習(xí)：研究性學(xué)習(xí)、實(shí)踐體驗(yàn)性學(xué)習(xí)、專業(yè)技能學(xué)習(xí)等。

5. 5G時(shí)代AI小私域智能學(xué)習(xí)環(huán)境

5G時(shí)代的萬物互聯(lián)為學(xué)生構(gòu)建極富個(gè)性化的小私域智能學(xué)習(xí)環(huán)境。智能桌椅、智能文具、智能書包、智能校服、智能護(hù)眼燈、智能筆等生活與學(xué)習(xí)用品互相聯(lián)通，不再是簡(jiǎn)單的工具，而成為具有特定思維、能計(jì)算、能服務(wù)的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)資料，與助學(xué)機(jī)器人相結(jié)合，更能將諸多學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)及時(shí)分析與推送，為學(xué)習(xí)者提供小范圍的助學(xué)服務(wù)[14]。

應(yīng)用場(chǎng)景：智能監(jiān)控與家長(zhǎng)的智能手機(jī)互聯(lián)互通，是小私域智能學(xué)習(xí)環(huán)境對(duì)外聯(lián)通的一個(gè)接口，其功能將遠(yuǎn)超監(jiān)視，更多在于智能監(jiān)控。小私域智能學(xué)習(xí)環(huán)境能夠很好地解決智能學(xué)習(xí)環(huán)境的安全問題，重要的私屬信息可以在該學(xué)習(xí)環(huán)境下安全流通與存儲(chǔ)。利用5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，為小私域智能學(xué)習(xí)環(huán)境專設(shè)服務(wù)云，能夠保證該學(xué)習(xí)環(huán)境內(nèi)外信息的高速傳輸與安全交互。

適宜學(xué)習(xí)：自主學(xué)習(xí)、專業(yè)化學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)等。

六、結(jié)? ?語

可以預(yù)測(cè)以人工智能為代表的新時(shí)期學(xué)習(xí)環(huán)境必將成為融合學(xué)校、家庭、社區(qū)、企業(yè)等多方要素的綜合環(huán)境，成為5G時(shí)代人工智能支持下的新型教育生態(tài)的重要組成部分。但如何構(gòu)建滿足多種教學(xué)需求、具備不同功能和特長(zhǎng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，仍然是困擾教育者的一大難題，指數(shù)思維為技術(shù)支持的學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)探尋了突破口，5G+AI助力下的學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)呈現(xiàn)出指數(shù)型發(fā)展趨勢(shì)。因此，研究ET智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)與應(yīng)用既是指數(shù)思維指導(dǎo)教育變革的實(shí)踐探索，又為研究智慧教育提供了新路向。

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