可穿戴技术对高等教育改革的应用探究

☆董丽

（西华师范大学教育学院，四川南充637002）

可穿戴技术对高等教育改革的应用探究

☆董丽

（西华师范大学教育学院，四川南充637002）

随着高校的扩张，高等教育提高升学率的同时也带来一些矛盾和冲突。可穿戴技术作为信息技术的一种，应用于高等教育中，通过深度挖掘学习和教学过程中的大数据、促进学生知识的意义建构、为学生定制个性化教学方式、辅助教学评估等推动了高等教育信息化的发展，为高等教育改革提供新的路径。

高等教育；可穿戴技术；教育信息化；大数据；知识构建

一、可穿戴技术

可穿戴技术［1］（wearable computer）是指一种个人移动计算系统，可以穿戴在身上与使用者紧密结合，与外界密切交互，具有传统计算机所不具备的属性和交互方式与功能。

第一代可穿戴设备是数学家Edward O于1960年制造的，索普和克劳德·香农组成电脑计时器并藏在香烟包装或在鞋上。［2］1980年以来，随着技术的发展，个人电脑的大小和重量都不断减少，从而不断使“穿”这些设备成为可能。近年来，随着高性能的传感器和微处理器的不断发展，可穿戴设备具有更小的空间需求和低耗电，并且能够自动捕获数据，同时与环境进行交互。［3］用户可以随身佩戴可穿戴设备，如：结合了科技元素的手表、眼镜、头盔、背包，等等。可穿戴设备是一个向用户提供信息，时时与环境进行交互的电子设备。可穿戴计算机的好处在于其便捷性、即时性和整合性。可穿戴设备通过追踪个人的行为模式，采集数据，进行分析，并给出个性化的建议。目前的可穿戴设备主要有智能眼镜和智能手表手环等。

智能眼镜［4］的代表产品主要是谷歌智能眼镜（Google Glass），基于Android操作系统运行的，可以用语音操作，也可以视觉控制。在佩戴者视线上会有一个光标，向上看能与光标互动，查看天气，发信息，做智能手机能做的事，除了智能手机功能，它还能与环境互动，增强现实。与此同时，索尼在2014年推出一款智能眼镜（Smart Eyeglass），与谷歌眼镜类似，也可以实时显示信息，不同的是，它的镜片是透明的，更像传统的眼镜。

智能手表，是将手表内置智能化系统、装载智能手机系统并连接网络以实现类似智能手机的多功能手表，能同步手机中的电话、短信、邮件、照片、音乐等。苹果、三星、谷歌等科技巨头都已在2013年年底发布智能手表。目前，市面上的智能手表［5］可大致分为两种：一种是不带通话功能的：依托连接智能手机而实现多功能，能同步操作手机中的电话、短信、邮件、照片、音乐等；另一种是带通话功能的：支持插入SIM卡，本质上是手表形态的智能手机。市面上大部分的智能手表使用Android系统。

智能手环是一种穿戴式智能设备。通过这款手环，用户可以记录日常生活中的锻炼、睡眠、还有饮食等实时数据，并将这些数据与手机、平板、iPod Touch同步，起到通过数据指导健康生活的作用［6］。智能手环内置低功耗蓝牙4.0模块，可以与手机、平板、PC客户端进行连接，可以随时随地设置身高、体重、步幅等信息和上传运动数据。另外，智能手环还具备社交网络分享功能，比如：用户可以将睡眠质量、饮食情况和锻炼情况以及心情记录等通过绑定微博等社交网络进行分享［7］。

二、高等教育与技术

高等教育［8］是在完成中等教育的基础上，由大专及以上院校等教育机构进行的专业教育，是培养高级专门人才的社会活动。我国的高等教育分为普通高等教育、成人教育和在职教育，我们研究的主要是普通高等教育。近年来，随着高校的扩招，提高了高中升学率，实现了大多数人的大学梦，提升了整体国民素质，推迟初就业时间，为国家缓解了就业压力，实现了教育阶段性的飞跃，与此同时，也带来了不少冲突和矛盾。伴随高等教育大众化和精英教育的冲突，出现的数量和质量的矛盾：高等教育功能偏离而出现的过分重视其社会服务功能，反而弱化了原本的教学与科学研究功能；追求效率优先与如何兼顾公平之间的矛盾。［9］为了解决出现的矛盾和冲突，必须进行教育改革。

教育信息化［10］是指在教育领域（教育管理、教育教学和教育科研）全面深入地运用现代信息技术来促进教育改革与发展的过程。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中对教育信息化进行了全面部署，指出高等教育信息化需要破解的难题是实现信息技术与高等教育的深度融合，通过课程与专业数字化、科研与教学结合、网络环境下的项目学习等方法，促进高校人才培养模式的创新和科研组织模式的创新。［11］技术融合于教育教学，促进学生全面发展，助力破解各级各类教育改革和发展的难点问题，促进教育公平、提高教育质量和建设学习型社会战略目标的实现，是技术对教育产生革命性影响的重要体现。

可穿戴技术作为新兴技术的一种，虽然在教育应用中只是初露锋芒，但它对高等教育教学改革的影响不可小觑。2013年谷歌眼镜被用于医学院学生在不同场景中探索心血管的练习，以此来促进他们的学习并取得了很好的成绩。［12］阿肯色州的医学科学领域专家在大学开展的可行性研究，通过智能眼镜记录教学过程，通过无线和蓝牙传输到教室，通过流媒体直播教学视频。其他使用智能手机、平板电脑或个人电脑的学生也可以接收视频进行学习。［13］由此可见，它对于解决高等教育中质量与数量、教学与服务、效率与公平等矛盾的解决开辟了一条独特的路径。

三、可穿戴技术在高等教育教学改革中的探究

1.大数据的获取，提供学习分析的依据

大数据是指需要经过先进的处理算法进行处理的结构化和非结构化的数据。教师或学生佩戴可穿戴计算机进行上课，通过智能眼镜或智能手表获取课堂实时数据，以供学生和教师查看并以此来分析学习过程中出现的问题以及疑难点等。获取的数据主要分为概念数据、视频数据和音频数据。

概念数据：通过可穿戴计算机可以监控教师上课幻灯片展示的知识点，并捕获每个知识点讲授和展示的时间及日期，上课学生的人数以及回答课堂问题的时间和次数。这些数据可以以文档的形式存储。授课人员可以随时通过查看文档确切了解当时授课情况。

视频数据：教师佩戴智能眼镜捕获上课视频，包括学生回答问题等整个教学活动，数据可以经过其他设备进行加工处理。如运用心率监视器来检测学生心率情况，以此来评估学生的学习压力以及疑难知识点等。

音频数据：可穿戴计算机可以记录课堂音频数据，音频记录不仅对于在线学习的学生很适用，而且可以通过记录过程中学习讨论等杂音察觉到学生对所学知识的反映，这些杂音的持续时间对教师具有较大价值。

瓦伦西亚理工大学运用可穿戴设备来获取学生课堂学习过程中的大数据，他们使用智能手机来投影并记录幻灯片放映进度并且准确获取每张幻灯片放映时间，教授通过佩戴智能眼镜来获取学生的视频信息，记录上课过程中提出的问题及回答情况；通过智能手表来获取学生在考试过程中每道题思考的时间以及答题的速度及准确率，并且随时通过获取的信息来更新学生学习成果。

2.深度挖掘并分析数据，提供个性化学习

随着物联网、人工智能、电路集成等技术发展，可穿戴计算机可以获取更多的数据，通过深度挖掘数据并分析数据，可以对学生个体进行检测，分析学习过程中的情感状态如焦虑等，以及概念掌握情况，知识建构框架，并有针对性地解决出现的问题，教师也可以根据每位学生的数据分析结果定制一套适合学生个人的个性化学习方式，极大地提高了学习效率，拓宽了学生的知识面，而且学生对知识的掌握程度也是传统教学无法比拟的。目前，高等教育主要采用了以下几种设备来收集用户情绪状态的数据：摄像头、集成麦克风、Kinect的面部特征提取、传感器、心电图、GSR和呼吸速率传感器。［14］在不同的活动中都有学生的情感反应，如：小组讨论、回答问题、组织活动以及考试等这些过程都可以用来监测数据。［15］瓦伦西亚理工大学开发了一个监控面板系统，应用定制的深度数据挖掘工具来跟踪工程专业学生施工过程中所需的知识。［16］

3.创新知识互动模式，完成知识意义建构

大学课堂上，教师和学生佩戴可穿戴计算机，可以控制幻灯片的演示，前进或后退，自动获取每页幻灯片停留的时间，由于可穿戴计算机的便携性，教师和学生可以在教学环境中自由移动，完成多种教学活动，小组讨论、小组实验过程、问题解决等互动方式，都可以被可穿戴设备智能获取。通过专门技术处理获取数据，最后反馈给教师，教师可以根据反馈信息，了解学生学习过程中的疑难点，最后给学生提供个性化的指导，进而促使学生对知识进行意义建构。

对学生而言，学生可以通过佩戴智能手表或智能眼镜记录教学过程，获取学生对问题的理解以及教师所布置的作业等信息数据，可以在课后通过计算机设备自由观看，更进一步查漏补缺，促进学习。同时，也适应于生物专业学生野外实地考察，佩戴智能眼镜，对于不认识生物，智能眼镜会自动在屏幕上显示关于生物的介绍。从而拓宽学生的知识面，有效完成知识建构。这类似于医院医生为病人看病时，可以查看病人的医疗档案。这一点在医学教学中已经得到应用，上海交通大学医学院附属瑞金医院骨科梁裕教授用Google眼镜成功完成颈椎前路手术的术中摄录和转播。40分钟的手术全程都通过Google眼镜以主刀医生的视角（又称“第一视角”）清晰地传输到各类数字终端，方便年轻医生和实习医生实时了解手术细节、学习手术技巧和操作，并及时与手术者互动，瑞金医院每年承担大量实习带教、住院医师规范化培训以及进修生带教等教学任务，可穿戴数码装置因体积小、易穿戴，优点明显，“第一视角”的转播更有手术场景的代入感，获得良好的交互教学效果［17］。

4.辅助教学评估，提供及时反馈

教师在授课开始的前几分钟，可以通过智能眼镜的人脸识别技术查看教室学生出勤率，新开发的智能眼镜增加拍照功能，除此之外，数据库中存有学生的信息，智能眼镜获取教师上课数据，通过无线网络传输至数据库进行比配，并在短时间内得到反馈，教师便可对学生上课情况一目了然，尤其适用于上课人数较多的公共课程。

佩戴可穿戴计算机设备，可以记录学生在课堂互动、课下交流、实时考试情况等信息。根据这些数据，教师可以对学生的学习进行评估，这类似于档案袋评价方式，但却节省了整理学生学习资料档案的时间，并且真实有效地记录当时的情况，使评价结果更准确。根据评价结果，教师将会对学生是否正确理解主题知识以及哪些主题知识需要重新复习有更准确的判断，并能给予学生有效的反馈。

在我们平时的考试中，主要的形式就是闭卷笔试形式，由于受到各方因素影响，这种方式测得的结果不尽准确并且耗时耗力，运用可穿戴设备进行在线练习并且回答问题，每人都是通过系统智能分配问题，在可穿戴设备对所测学生进行数据获取后，就可以对学生进行评估，这种方式不仅准确率极高，而且所用时间较短。此外，对可穿戴设备数据挖掘技术可以应用于评估给定概念的知识构建。如果学生长时间观察一个问题和改变选项的反应次数，就表明该学生对该知识还没有完全把握。当佩戴智能眼镜的教师看一个学生时，监控小组会将挖掘到的数据分析结果呈现给教师，教师可以立即意识到部分学生在完成任务过程中遇到的困难。［18］

四、总结

我们现在处于信息发展时代，信息技术已经渗透到我们生活的方方面面，对我们的生活方式、学习方式形成很大的影响。高等教育作为教育的重要组成部分势必会受到信息化发展的影响，以教育信息化推动教育现代化进程打破制约我国高等教育发展的瓶颈，促进教育的创新与变革势在必行。教育信息化的发展给高等教育带来的将是革命性的变革。

教育信息化主要目标就是积极应用信息技术，深入开发、广泛利用信息资源，培养适应信息社会要求的创新人才。可穿戴技术作为信息技术的一种，将它与教育相结合，获取学生学习过程中的大数据，通过大数据的分析为学生定制个性化的教学方式，完成知识的意义建构，对于创新教学互动模式，推动教育信息化的发展，加速高等教育改革具有重要意义。然而，它在教育领域的应用才刚刚开始，还没有成熟，诸多功能还有待实现，包括分析数据得出学生的心理动态、情感状况等都仍处于开发阶段，还有待验证，但只要我们大胆设想，合理运用技术，将可能极大程度提高教学效率，有效推动高等教育改革的最优化。

［1］冯小坤，杨光，王晓峰.对可穿戴计算机的发展现状和存在问题研究［J］.科技信息，2011，（29）：90.

［2］Negulescu M，Li Y.Open Project：a lightweight framework for remote sharing of mobile Applications［J］.Proceedings of the 26th annual ACM symposium on user interface software and technology UIST，2013，（10）：281-290.

［3］Martin T，Siewiorek DP.Wearable computers［J］.IEEE Potentials，1994，13（3）：36-38.

［4］百科.智能眼镜［DB/OL］. http：//baike.haosou.com/doc/5876480-6089347.html，2013，06.

［5］百科.智能手表［DB/OL］. http：//baike.haosou.com/doc/5390912-5627581.html，2013，05.

［6］百科.智能手环［DB/OL］.http：//baike.baidu.com/view/10572648. htm#reference-［1］-10763565-wrap，2015，06.

［7］中金在线.戴上智能手环去旅游［DB/OL］.http：//sc.stock.cnfol. com/131218/123，1764，16669227，00.shtml，2013，12.

［8］邹晓平.精英高等教育与大众高等教育：两个体系的解读［J］.高等教育研究.2005，26（7）：11-16.

［9］陆伟.当前我国高等教育的问题、原因及对策——批判单向度的教育制度［D］.淮北：淮北师范大学，2011.

［10］百科.教育信息化［DB/OL］. http：//baike.haosou.com/doc/5552299.html，2015，5.

［11］余胜泉.推进技术与教育的双向融合——《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》解读［J］.中国电化教育，2012，（5）：5-14.

［12］［13］VallurupalliS，PaydakH，AgarwalSK，AgrawalM，Assad-Kottner C.Wearable technology to improve education and patient outcomes in a cardiology fellowship program—a feasibility Study［J］.Health Technology.2013，3（4）：267-270.

［14］NakasugiH，YamauchiY.Pastviewer：developmentof wearable learning system for history Education［J］.International conference on computers in education，2002，（2）：1311-1312.

［15］Osawa N，Asai K.A wearable learning support system with a head-mounted display and a foot-mounted RFID reader［J］.International conference on information technology based higher education and training.2006，（7）：523-530.

［16］Llorente R，Morant M.Data mining in higher education［M］. New fundamental technologies in data mining.Croatia：Intech，2011，201-221.

［17］文汇报.谷歌眼镜首用于脊柱手术“第一视角”转播革新临床教学模式［DB/OL］.http：//finance.eastday.com/m/20140917/u1a83 44495.html，2014，09.

［18］Rackspace.The human cloud：wearable technology from novelty to production.A social study into the impact of wearable technology［DB/OL］. http：//www.rackspace.co.uk/humancloud，2013，10.

［编辑：郑方林］

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