泛在學習綜述-計算機網絡論文

1、泛在學習環(huán)境研究綜述未來教育 08研究生 焦麗珍 學號：【摘要】文章對泛在學習的相關概念進行綜述，并在此基礎上，綜述了國內外泛在學習環(huán)境的模型并分析了泛在學習環(huán)境的交互原理?！娟P鍵詞】泛在學習環(huán)境；適應性學習；個別化學習在數字化時代，由于信息的存儲和傳輸方式有了重要轉變，因此教育經歷了許多變化，諸如不同能力層次的學習者都能按照自己的愛好和能力進行有選擇的學習。計算機在教育領域的廣泛應用和計算機技術的飛速發(fā)展，使得數字化學習和移動學習應運而生。如今，普適計算在教育中有了新的發(fā)展，由此產生了泛在學習的概念。泛在學習就是利用信息技術提供學生一個可以在任何地方、隨時、使用手邊可以取得的科技工具來進行學

2、習活動的3A 劉婷，丘豐，論未來終身教育新模式一泛在學習J，廣播電視大學學報第16卷總第63期( Anywhere， Anytime， Anydevice)學習。在未來的學校里，泛在計算將無處不在。從而，教師和學生的注意力不再是單純關注計算機本身，而是轉移到知識本身的價值上。泛在學習正是提供一種學習和環(huán)境的無縫整合技術，它對傳統(tǒng)教學中的種種限制有了新的突破。進而，泛在計算環(huán)境中的適應性學習與泛在學習的整合在教育傳輸中有了革命性的意義，更大程度上促進個別化學習。一、相關概念（一）普適計算普適計算 Ubiquitous Computing EB/OL， (Pervasive Computing，U

3、biquitousComputing)，也叫泛在計算，這一概念最早源自Xerox PARC ( PaloAlto Research Center)計算機科學實驗室首席科學家Mark Weiser Weiser M The Computer for the 21st Century DB/OL，http:/ hypertext/ weir/ SciAmDraft3.htm1.在1988年提出的“Ubiquitous Computing(縮寫為Ubicomp或UC)”的思想。其基本思想是為用戶提供服務的普適計算技術將從用戶意識中徹底消失，即用戶和周圍環(huán)境(無數大大小小的計算設備)在潛意識上進行交互

4、，用戶不會有意識地弄清楚服務來自周圍何處付道明，徐福蔭，普適計算環(huán)境中的泛在學習J，總第246期中國電化教育，2007.7.。在PC Gregory Abowd, Chris Atkeson, Irfan Essa， Ubiquitous Smart Spaces EB/OL. 機時代，人們的目光聚焦在計算機屏幕上。然而，在泛在計算時代，人們卻把目光轉移到教學活動中。其中，泛在計算設備主要包括微處理器、移動電話、數字照相機以及其他設備。Weiser的第三代泛在計算指的是設備與學習者的一種多對一關系(Weiser 1993)，該關系在泛在計算時代很普遍并與目前出現的泛在學習概念相適應。 在這種關

5、系中，學習者可以與多個設備進行交互。在泛在教室里，學生與泛在空間的多個設備進行交互。（二）適應性學習適應性學習系統(tǒng)主要由“知識媒體”組成，它可以為遠距離學習提供更為優(yōu)越的前提條件，可以以不同于傳統(tǒng)的方法，使遠距離學習更為簡單、更為高效、更具有個性化。在這種適應性學習系統(tǒng)的支持下的學習，我們稱之為適應性的學習。在這種學習方式下，學習是通過自身原有知識經驗與適應性學習系統(tǒng)進行交互活動來獲取知識，獲得能力的過程，在這個過程中，學生能夠自我組織、制訂并執(zhí)行學習計劃，自主選擇學習策略，并能控制整個學習過程，對學習進行自我評估， 它充分地考慮到教學行為的個人化與學習行為的個人化特征，打破了傳統(tǒng)學習群體的結

6、構，把學生作為一個個體，置于一個更為個人化的情景之中。這種學習具備如下主要特征余勝泉，適應性學習遠程教育發(fā)展的趨勢J，開放教育研究： 1.是一種基于資源的學習，教學資源（包括文本、圖像、聲音、視頻、CAI軟件等）可以適應各種學習者的需要和背景進行不同的組合，也就是教學內容的組織和呈現與個別特征相適應；整個學習的過程是在網上探索及與他人協(xié)同學習的過程。 2.學生采用主動的學習方式，他們能夠自我組織、制訂并執(zhí)行學習計劃，并能控制整個學習過程，對學習進行自我評估，學習過程受本人支配，對他自己的學習全部負責。教師只是學習的指導者，建議者，而不是學習過程的主宰者。教師的主要工作是規(guī)劃教學目標，學習的輔導

7、和咨詢，教學資源組織和編譯，學習環(huán)境的創(chuàng)設與維護。 3.建構知識：學生通過在適應性學習環(huán)境中的探索和交互來建構自己的知識，從而進行有效的學習，而不是主要通過教師的講授或操練與練習來進行學習。學生在學習環(huán)境中的探索和交互時，不僅要掌握所學的知識，更重要的是要掌握學習的方法，也就是要進行元認知技能的訓練。同時也強調知識的運用能力以及與他人合作的能力。 4.以個別化、人性化為核心特征，對個別學生來說，他的學習過程完全是個性化的，包括學習的進程，探索知識空間的路徑，學習過程中所得到的反饋信息等等。適應性學習中，學生是一個具有自己獨特個性的個體，其個性在其學習過程中的選擇得以充分的體現（學習過程中，學生

8、對學習環(huán)境中的提示和反饋進行自主評價和自主選擇，而不是由學習環(huán)境來控制），而不是一個完全同步的群體中沒有個性中的一分子，我們可以通俗的說，學生所學得的知識和能力是自己定做的產品，而不是教學工業(yè)生產線印制眾多相同的產品。 5.學習必須得到快速的反饋，包括從指導教師和學習同伴之間的反饋。適應性學習是一種自主的、個性化的學習，但它不是一種完全獨立的學習，它需要學習環(huán)境中有組織良好的反饋系統(tǒng)，以幫助學生作出自主決策。學習者之間的交流與討論也是必不可少的，這可以讓學習者從不同角度去認識所學的知識，豐富自己的認知結構，而且相互之間的協(xié)作，對情感、態(tài)度等方面也有良好的促進作用。 6.需要高級的數字化技術及智

9、能技術的支持。適應性學習對學習環(huán)境的要求可歸納為：豐富的媒體表現形式、良好的適應性、敏感的反饋系統(tǒng)、便捷快速的通信，這必然要求在學習環(huán)境廣泛應用多媒體、人工智能、網絡通信等高新技術。（三）CBE、移動學習、泛在學習信息和計算機技術的飛猛發(fā)展，使得教育家開始將目光聚集在計算機上。 基于計算機的教育(CBE)是該學習的初級階段，它推進了20世紀90年代的在線學習和數字化學習。移動學習也常常被看作數字化學習的一種形式，但Georgiev et. Al Georgiev, T., Georgieva, E. and Smrikarov, A. (2004). M-Learning - a New St

10、age of e-Learning, International Conference on Computer Systems and Technologies - CompSysTech'2004, Rousse, Bulgaria, 17-18 June 2004. verified 31 Oct 2004 (2004)認為它應該更加準確地將它看作是數字化學習的一部分。他認為移動學習是數字化學習的新階段并且它屬于泛在學習的范疇。移動學習是隨時隨地利用各種設備進行學習，是將移動計算技術和數字化學習結合起來的一種學習方式。相比數字化學習，移動學習的優(yōu)勢主要體現在它的便捷性，經濟性，易用

11、性和交互的及時性。它的應用設備包括：PDA，移動手機，便捷性計算機等。與移動學習比較，泛在學習主要具備兩個優(yōu)勢:一個優(yōu)勢是具有泛在性。學習者可以在任何地方，任何時間，接入他們所需要的文檔、數據和視頻等等各種學習信息。這些信息的提供是基于學習者自身的需求的，因此，學習是一種自我導向的過程。不管學習者在哪里，都可以即時地獲取信息。學習者可以迅速地解決問題，或者他們可以記錄問題，并在事后尋找答案。因此，泛在學習將可能成為一種主要以問題為學習導向的成人終身教育新模式。另一個優(yōu)勢是計算設備便攜先進。盡管當前的移動學習具有方便快捷的學習特點，但是信息傳輸速率還是非常低，以及計算設備的輸入方式和顯示設備方面

12、都存在著較大的局限。在很多情況下，移動學習設備成為干擾或者影響學習的工具。學習者必須花費大量的時間和精力首先來學習如何使用移動學習設備，以及面對移動設備隨時可能遇到的計算問題、存儲問題或者顯示和輸入問題等。在泛在網絡里，學習可以融入學習者的日常生活中。學習者所遇到的問題或所需的知識可以以自然有效的方式被呈現出來。泛在計算代表著高速運算、高速傳輸交互和高級智能系統(tǒng)等未來先進技術的集合，泛在計算提供的學習條件正是解決了當前移動學習遇到的這些問題。二、泛在學習環(huán)境概述一個泛在學習環(huán)境（Ubiquitous Learning Enviroment，即ULE）是一種整合的學習環(huán)境，它整合了物理的、社會的

13、、信息的和技術的多個層次和維度。在一個泛在學習環(huán)境中，各種教育機構、工作坊、社區(qū)和家庭將會被整合在一起。不管是對學習者還是教育者，社區(qū)和家庭將會被有機地整合到一起。李盧一李盧一，鄭燕林，泛在學習環(huán)境的概念模型J，中國電化教育，2006(12):9-12（2006）提出，泛在學習環(huán)境的學習設備應該具備四個基本特征：分散性、多樣性、連通性和簡單性。張潔 張潔,王以寧,張晶.普適計算支持下的泛在學習環(huán)境設計J.現代遠距離教育,2009.5.（2010）在研究中指出：泛在學習環(huán)境包括泛在學習資源、泛在學習服務和泛在的支持技術三個部分。其中泛在學習資源又包括泛在的學習內容、學習活動、學習伙伴以及學習者與

14、環(huán)境的交互；泛在學習環(huán)境最顯著的特征是利用境脈感知技術為學習者提供個性化與適應性的學習服務；所使用的技術包括寬帶網絡技術、微處理技術以及服務器模塊和無線技術。提出的模型如圖1所示。圖1 泛在學習環(huán)境模型在本文筆者研究的是關于在泛在學習環(huán)境中進行適應性學習，其中 ，ULE是潛入到物理環(huán)境中的，微處理器潛入到對象或者設備中。無線和移動技術的使用使得它們的交互更容易發(fā)生，并有助于教育。ULE在沒有要求學生積極參與的情況下，能夠提供必要的刺激很容易地鼓勵學生參與。泛在環(huán)境中，每一個學生都是這種多對一環(huán)境的一部分。圖2表明四個學生置于具有5個泛在設備的泛在環(huán)境中。每名學生都可以與多臺設備進行交互。學生在

15、圖1中所進行互動的特殊設備是無形的，因為所有設備都是聯(lián)網的，并且是泛在空間的一部分-看虛線連接對象。所以，如果學生1要與對象1交互，網絡中其他所有設備都能感知到這種交互作用。但是，對每名學生來說，他們又是獨立的，并且他們的交互與其他設備的交互是不間斷的。這也允許每名學生通過學習經驗進行適應自己的學習。圖2：泛在學習環(huán)境在設計泛在學習環(huán)境時，學習理論的應用很重要。Jacobs (1999)指出：學習理論在教學設計中的應用，有助于信息，學習者和環(huán)境三者的交互。Gersten和Baker Gersten, R. and Baker, S. (1998). Real world use of scie

16、ntific concepts: Integrating situated cognition with explicit instruction. Exceptional Children, 65(1), 23-36. (1998)解釋到，在這個關系中，學生能夠保留自己原有的知識水平并在此基礎上進行建構。例如，如果學生能自發(fā)的了解某事物為什么發(fā)生的時候，他就會知道該事物是怎么發(fā)生的。例如：種子為什么在土壤發(fā)芽而不是在巖石中，而非直接告訴他們這個事實是真實的；這樣進行學習會更加有意義。簡單的說，脫離了對知識本身的了解而獨立的判斷是非，這樣的學習只會起到負面影響。Jacobs Jacobs, M

17、. (1999). Situated cognition: Learning and knowledge relates to situated cognition. verified 31 Oct 2004 mstswh/courses/it7000/papers/situated.htm (1999)解釋：如果學習者學習時，與上下文的情景相隔離，他們的理解經常是機械的并且是無意義的。只有了解了相關背景，在已有經驗基礎上進行建構的學習才是有意義的學習。ULE模型應用到了建構主義的理論，因此，在過去的很多年來提出了大量的學習理論。ULE的組成部分包括：1.微處理器：有記憶功能的微處理器被嵌置在

18、每個對象或設備上。每個微處理器處理的是關于對象信息。當學習者有問題時，傳感器對學習者進行定位，然后將相關信息傳遞到PDA。2.ULE服務器模塊包括：服務器、教學策略單元和數據庫。ULE服務器管理網絡資源；教學策略單元通過學習者交互和反饋來提供一種加強和協(xié)助學生了解的應用策略，它通過短問題來分析學生反應并且進行不同程度的測試；數據庫則是存儲學習者和設備發(fā)生交互的所有數據。3.無線技術主要有藍牙和無線傳輸技術兩種形式，藍牙信號比較微弱，必須在相對短的距離內才能使用并且強度不夠。但是使用手持設備時，它卻有極大優(yōu)勢，它消耗功率低并且能與多設備進行交互。WiFi（根據IEEE 802.11標準）在范圍和

19、速度上，它超過藍牙，能與更大型設備發(fā)生交互。4.傳感器用來檢測環(huán)境中可能發(fā)生的任何變化。這些傳感器被安置在對象或設備附近，用于監(jiān)視學習者是否存在。三、泛在學習環(huán)境模型及應用（一）泛在學習環(huán)境的概念模型在上述泛在學習環(huán)境中，抽象出一個模型，模型的兩個主要方面是“做什么”和“怎么做”。 “做什么”是一個類似交互式學習的學習中心，它是一個以藍牙和無線傳輸技術為支持的網絡模型?！霸趺醋觥笔腔诮嬛髁x學習理論的教學法，允許學生從他們所見所聞所感知到的事物中建構知識，該環(huán)境中的學生能直接理解他們周圍的環(huán)境從而構建屬于自己的知識。ULE類似于當前正在被運行和實施的具有交互式指南功能的大博物館 Satyan

20、arayanan M. Pervasive Computing: Vision and Challenges . aura/docdir/pcs0l.pd#。電子博物館指南提供信息服務，該服務用來介紹博物館文化，它相當于一個虛擬人；不同的是，設計ULE這個模型是用于學習社區(qū)而非娛樂場所。另外，信源適應性強并且很靈活，允許通過網絡數據庫和校正系統(tǒng)進行更新。有了這種方式，課程改革不再是難事。（二）泛在學習環(huán)境之應用案例在泛在學習環(huán)境中心，每名學習者附帶一個無線設備(PDA或移動電話)以和他的耳機相配套。ULE服務器模塊通過監(jiān)視器能跟蹤和定位泛在空間中的每一個學習者。當學生提出問題時，傳感器無線訪問

21、內部網和ULE服務器模塊，并傳送關于對象的信息。這樣數據就會從泛在空間中一個對象傳到學生的手持設備上。1.學生和設備之間的無縫交互圖3表明一名學習者和系統(tǒng)之間的無縫的交互。學習者靠近對象并與對象交互時，鄰近傳感器檢測出學習者的位置并且發(fā)送關于對象的數據到學生的PDA(a1)。該傳輸主要以圖象、文本、聲音或者其他格式(a2)的形式。同時，對象將訪問ULE服務器模塊(b1)并且對有關學生的信息發(fā)出請求。然而，為了能在網絡中單獨運行，對象要單獨作用并傳送數據。例如：學生是否先前訪問過數據，什么形式的數據比較適合他，ULE服務模塊都會傳遞給對象。如果學習者對視覺和聽覺符號敏感，他就會接受到相關的信息。

22、以比賽或其他有趣的方法進行的一次謹慎測驗也許被送到學生的手持的設備然后傳送到學習者(b2和b3)。學生的反應被傳達給ULE服務器組件(c1和c2)同時教學策略單元分析學生的結果。如果學生在了解題目時需要一些額外的幫助，這也會傳送到學習者通過手持設備(c3和c4)。關于所有學生的信息在ULE服務器模塊進行，而關于對象的信息由對象管理。圖3：學生和對象的交互2.對象或設備之間的交互圖4說明設備之間的通信。同樣學習者是學生1，接近并且觀察對象1。與對象1有關的信息被傳遞，以文本、圖象或者聲音的形式被提供到學生的手持的設備。當系統(tǒng)從學生1收到答復，它可能回顧信息，并且細致地“測試”學生的理解。在分析過

23、程中，對象1傳遞這信息對其他對象，即：泛在空間之內的對象2和對象3。這允許ULE服務器模塊和對象下載相關學生信息序列是作為如下：（1）學生1接近對象1。（2）信息傳遞給學生1。（3）對象1分析學生的反應并且對題目的理解(在ULE服務器模塊幫助下)。（4）信息被傳送到泛在空間的其他設備上。例如，學生1理解該題目的6/10。當學生接近下個對象時，對象感知到學生以有的知識水平并在此基礎上對剩余問題進行解釋。這樣，ULE服務器模塊據對象要求進行訪問。學生與對象的交互在此期間被服務器記錄下來。當學生在下次訪問時，ULE系統(tǒng)感知到學生的知識積累情況，并且可能通過構建來協(xié)助學生構建這些新知識。這樣學生的學習

24、經驗可以豐富，并且更加深刻的理解也許被獲得。ULE中，適當的內容包括：基于知識的學科（諸如歷史和地理等）要求知識傳輸、反射和活動(物理或精神)參與。這也許也被稱為知識博物館或者畫廊，個性化學習迎合了最初的視聽覺學習。當他們在泛在空間中與各種各樣的對象和設備進行交互時，他們能夠從環(huán)境中建構自己的知識。建構主義學習理論主要就是要求學生從所見所聞以及他們感知到的東西中進行新知識的學習。圖4：對象之間的交互四、泛在學習環(huán)境下的其他應用關于泛在學習環(huán)境的相關研究目前依然較少，國內相關研究主要包括泛在學習環(huán)境下的學習資源研究，以及不同視角下的泛在學習環(huán)境研究。陳衛(wèi)東 陳衛(wèi)東.泛在學習的哲學思考J.現代教育

25、技術,2008(12).（2008）從哲學的視角透視和思考了泛在學習，主要從學習、技術、環(huán)境、人的發(fā)展以及自由等角度對泛在學習進行了哲學思考。余勝泉 余勝泉,楊現民.泛在學習環(huán)境中的學習資源設計與共享J.開發(fā)教育研究,2009(15):1.（2009）提出了適合泛在學習環(huán)境與非正式學習的一種新型學習資源組織方式學習元。該學習元具有生成性、開放性、聯(lián)通性、可進化發(fā)展、智能型、內聚性、自跟蹤、微型化等特征。如圖5所示。李曉會 李曉會,劉洪沛.泛在學習中社會交互支持模型的構建J.現代教育技術,2009.10.（2009）在介紹計算機支持的泛在學習系統(tǒng)及社會交互概念的基礎上，提出了社會交互支持模型的構

26、建，并運用該模型設計和分析了社會交互場景及使能技術。楊現民 楊現民,余勝泉.泛在學習環(huán)境下學習資源信息模型構建J.中國電化教育,2010.9。（2010）在比較分析當前國際主流學習技術標準的資源信息模型的基礎上，提出了一種泛在學習環(huán)境下的資源信息模型學習元信息模型，并對其結構要素進行了詳細的說明。他認為語義網、云計算、普適計算等新技術不斷涌現和快速發(fā)展，將使人類生活、工作、學習的方方面面產生前所未有的變革。五、結束語關于泛在學習環(huán)境的研究論文日漸增多，但是，目前關于泛在學習環(huán)境的研究還處于概念模型階段。對于泛在學習的研究，首先是理念和概念模型的研究，在理論的基礎上，需要開發(fā)模型和支持環(huán)境。目前

27、關于泛在學習環(huán)境的研究還需要在理念上繼續(xù)深化。圖5 學習元的資源信息模型參考文獻：1 劉婷，丘豐，論未來終身教育新模式一泛在學習J，廣播電視大學學報第16卷總第63期2 Ubiquitous Computing EB/OL， 3 Weiser M The Computer for the 21st Century DB/OL，http:/ hypertext/ weir/ SciAmDraft3.htm1.4 付道明，徐福蔭，普適計算環(huán)境中的泛在學習J，總第246期中國電化教育，2007.7.5 Gregory Abowd, Chris Atkeson, Irfan Essa， Ubiquit

28、ous Smart Spaces EB/OL. 6 余勝泉，適應性學習遠程教育發(fā)展的趨勢J，開放教育研究7 Georgiev, T., Georgieva, E. and Smrikarov, A. (2004). M-Learning - a New Stage of e-Learning, International Conference on Computer Systems and Technologies - CompSysTech'2004, Rousse, Bulgaria, 17-18 June 2004. verified 31 Oct 2004 8 李盧一，鄭燕林，泛在學習環(huán)境的概念模型J，中國電化教育，2006(12):9-129 張潔,王以寧,張晶.普適計算支持下的泛在學習環(huán)境設計J.現代遠距離教育,2009.5.10 Gersten, R. and Baker, S. (1998). Real world use of scientific co