网络学习空间建设应用新范式：知识生成视角

谢幼如 邱艺 罗胜涛 倪妙珊 李世杰 柏晶 杨晓彤

摘要：新时代我国教育信息化发展从1.0迈向2.0，网络学习空间“人人通”的建设应用是助推教育信息化2.0落地，实现教育强国建设的重要抓手。该文从知识生成视角出发，按照“理论演绎一实践验证一效果评价”的研究过程，综合运用文献研究、行动研究和准实验研究等方法，在理论层面提出了新时代网络学习空间知识生成研究的主要内容，分析了网络学习空间知识生成研究的可行性；在实践层面依托小学科学探究实践验证了知识生成视角下网络学习空间创新应用的有效性，形成了网络学习空间建设应用的新范式。

关键词：网络学习空间；知识生成；可视化；新范式

中图分类号：G434

文献标识码：A

一、新时代呼唤重塑网络学习空间的建设应用范式

网络学习空间“人人通”是新时代教育供给模式的核心思想，是推进教育现代化和教育强国建设的关键抓手，是实现“人人皆学，处处能学，时时可学”的基础设施，同时也是开展数据支持下个性化教与学的重要入口。知识经济与“互联网+”的冲击改变了人类基于传统教育视角下对知识一成不变的理解，将知识与学生个体生命脱离开来的预设性教学无法满足学生的个性需求。生成主义哲学观下的生成性教学应运而生，并逐步成为培养创新人才的重要策略。它重过程而非本质，重创造而反预定，重个性差异而反中心同一。生成性教学是在弹性预设基础上，师生充分交互，不断调整教学活动和行为，共同建构并形成新的信息、资源的动态过程，以实现教学目标和创生附加价值[1]。现有的网络学习空间中并不缺乏信息、知识和资源，但其本应具备的协作互动特征却被弱化，网络学习空间成为了存储知识的仓库，而不是实现知识生成创造的空间。由此可见，新时代人类学习的内涵与方式的转变对网络学习空间的建设应用提出了新要求，而现有的网络学习空间无法有效促进互动协作和知识生成，迫切呼唤重塑网络学习空间的建设应用范式。

二、国内外相关研究现状与发展述评

（一）网络学习空间构建与应用研究

网络学习空间的构建与应用是教育信息化的“晴雨表”，同时也是落地教育信息化2.0进程的行动指南。目前关于网络学习空间的研究主要分为技术构建开发与教学实践应用两大类别。对于网络学习空间的系统架构、综合设计、关键技术等方面，朱珂在远程学习教学交互模型的基础上构建了网络学习空间中学习者交互分析模型[2]；Rapuano将传统学习管理系统（Learning Management System，LMS）与虚拟实验设备相结合，开发了专为电器及电子测绘课程教学的网络学习空间[3]；C.Mcloughlin从丰富网络学习环境文化体验出发，提出了基于学习者区域性文化的网络学习空间设计思路[4]。针对网络学习空间教学实践应用方面，谢幼如等提出了提升大学生网络学习自我效能感的具体效果与主要影响因素[5]；Tenorio T等探索了提升学生网络学习绩效的网络学习空间同伴互评（Peer Assessment，PA）策略[6]；Biasutti对比了网络学习空间中维基（Wiki）及论坛两个工具对于支持学习者合作学习的作用[。杨滨等基于网络学习空间，探究教学应用新模式[8]。与此同时，张进良[9]、陈庆祥[10]、陆永春[11]等从宏观视角探讨了网络学习空间变革学校发展，实现基础教育跨越式发展和全面推进县域教育信息化发展的作用。综合现有研究发现，目前关于网络学习空间的研究已全面铺开，无论是技术开发还是实践应用领域都取了一定的研究成果，但对于网络学习空间中师生、生生互动本质的探寻仍不够深入，尚未出现清晰可视的网络学习空间互动行为路径，以互动奠基生成，以生成促进创造将成为网络学习空间建设应用的重要导向之一。

（二）知识生成研究

信息技术的发展推动时代的变迁，当今知识的内涵不再是数据和信息的简单累积，而是可用于指导实践的信息，是人们在改造世界的实践中所获得的认识和经验的总和。用生命和动态生成的观点看待每个学生个体而非将其与知识分割出来，有利于促进学生个体知识的内化与生成，实现创新人才的培养。目前关于知识生成的研究主要包括机理探寻、实践应用与可视化表征等几方面，如钟启泉认为知识创生是一种知识的分享和互动[12]；野中郁次郎将知识生成理解为人类隐性知识与显性知识之间的社会化相互转换的循环过程，并构建出知识创生螺旋[13]；谢幼如等提出“弹性预设” “交往一反馈”“应对一建构”“生成一创造”和“评价一反思”的生成性教学主要环节，并基于智慧学习环境构建了促进小学生阅读生成的可视化教学路径[14]；Mayer构建了“选择一组织一整合”生成性学习模型（Select-Organize-Integrate，SOI），并与Fiorella提出包括总结、绘制地图等8条具体的生成性学习策略[15]；Martin J.Eppler认为知识可视化能够促进人际间的知识传播和创新[16]。综合已有研究发现，现有关于知识生成机理和应用的研究已较为丰富，但对于不同分类知识的生成的研究仍需要进一步明晰，利用可视化技术表征不同分类的生成知识，实现知识创新是实现有效生成的重要路径之一。

三、基于网络学习空间知识生成研究的主要内容

现有网络学习空间中缺乏目的明确、指向清晰和效果可视的互动行为，新时代对创新人才的需求为网络学习空间的研究提供了新的思路，促进知识生成，培养创新人才成为网络学习空间建设与应用的重要导向。互动是生成的出发点，路径是生成的指南针，可视化是生成的着力点，实践应用是生成的核心力，这就需要理论化阐释网络学习空间中知识生成的始末与生命周期，模型化显示网络学习空间中的互动行为，路径化明晰网络学习空间中知识生成过程，可视化表征网络学习空间知识生成产物，实践应用检验网络学习空间知识生成效果，实现网络学习空间中知识生成的有效激发、动态引导与可视化表征，同时为网络学习空间的设计与开发提供理论依据。基于网络学习空间知识生成研究的主要內容如图1所示。

（一）网络学习空间知识生成理论探究知识的生成可以等价地理解为知识的创造与建构[17]。本研究团队结合多年一线信息化教研实践经验，认为知识建构是知识生成的手段之一，也是知识生成过程的重要组成部分。知识建构为知识生成提供“生成元”，知识生成即“生成元”在各个层级上反复迭代并产生事物的过程。知识是认识论范畴的概念，是关于事物运动的状态和状态变化的规律[18]，用生成的观点看待知识，可以将其理解为事物在复杂内在联系中的过程产物。网络学习空间所具备的交互性为知识生成提供了基础平台，但目前网络学习空间建设应用存在资源堆砌但不流动，交互存在但不持续，共创隐喻但不可视等问题，通过探究网络学习空间知识生成的条件、动力和产物，能够明确网络学习空间中知识生成过程的始末与生命周期，能够针对性收集网络学习空间中知识生成的产物，能够持续性激活网络学习空间中知识生成的活动。这就需要结合动机理论、建模方法、可视化理论、复杂系统理论和传播理论等探究网络学习空间知识生成的理论框架，为网络学习空间中的知识生成提供理论支撑。

（二）网络学习空间互动行为模型构建

网络学习空间丰富和拓展了学生在原有学习空间中的学习体验，营造出在线协作学习的环境，从而促进互动和协作的发生。网络学习空间中的互动行为多元复杂，为揭示其中知识生成的前置条件、生成路径及生成结果，首先需要明晰网络学习空间中的互动行为并构建模型，以便于数据化学生学习行为。构建网络学习空间互动行为模型分为明晰概念、厘清关系、构建模型、模型校检等几个步骤；主要内容包括界定网络学习空间互动行为概念，厘清网络学习空间互动行为中的对象、要素以及他们的属性、行为和关系，构建网络学习空间互动行为层次分类模型、概念模型与数据模型并校检完善，最终构建出真实有效的基于网络学习空间的互动行为模型集合。

（三）网络学习空间知识生成机制与生成路径

知识生成是一种动态特殊的知识建构过程，网络学习空间中蕴含丰富的互动行为，利用网络学习空间激发知识生成过程，示踪知识生成路径有助于精准干预学习进程，提供适应性学习支持服务，以期提高学习效果。这就需要首先明晰基于网络学习空间实现知识生成的先决条件，梳理网络学习空间中知识生成的内部机理与外部动力，探索支持知识生成的网络学习空间应用工具与关键技术，最终描绘出网络学习空间中知识生成的一般路径。

（四）网络学习空间生成知识可视化表征方法及关键技术

知识可视化更强调人际之间的互动，网络学习空间中生成知识的可视化能够促进个体和群体的知识再创造与传播。视觉传播与视觉认知是可视化的理论基础，基于网络学习空间的知识可视化既需要解决可视化何种生成知识的问题，也需要应用契合的技术进行可视化表征。表征什么类别的知识，如何表征知识是实现网络学习空间知识生成的核心，这就需要首先明确网络学习空间中生成知识的收集、捕捉与分类方式，给出网络学习空间中不同类别生成知识的具体表征方法，构建基于网络学习空间知识生成路径的可视化知识有序集合，最终通过不同的技术可视化表征网络学习空间中不同类别生成知识，促进知识的再生成，实现提升学生的创造力。

四、基于网络学习空间知识生成研究的可行性分析

我国将网络学习空间作为教育信息化的重要抓手，大量学者从系统架构、综合设计、关键技术、教学应用等角度开展了深入探讨。同时，不同学科领域提出了知识的分类，如哲学领域将知识分为显性知识、隐性知识；认知心理学领域将知识分为陈述性知识、程序性知识；教育学领域将知识分为事实性知识、概念性知识、程序性知识、元认知知识；且提供了跨学科思维和多学科参考，为应用技术手段表征不同分类的知识提供了理论依据。在知识表征对象、主体、手段、表征物等领域，国内外学者给出了系列方案：概念图、思维导图、认知地图、语义网络、思维地图、启发式草图、概念图、动画、示意图等。知识视觉表征是实现知识可视化的有效途径和研究内容，这为知识生成可视化提供了一种战术层面的实践方法和策略；Hadoop等大數据框架在各行业的应用日趋成熟，深度学习中的神经网络和聚类算法为结构化和非结构的文本、数字、图像等数据的加工存储提供了便利和可能性。基于网络学习空间的数据结构建模变得相对简单化，使学习互动中的知识生成、知识可视化等数据加T并形成信息，从而为传播知识、促进知识创造提供了有效的关键技术保障。

五、网络学习空间建设应用个案：小学科学探究过程可视化研究

科学教育的改革与发展对科学技术人才的培养和公民科学素养的提升起着重要作用，以科学探究培养科学素养不仅是教育部课程标准的要求，同时也是时代发展的需要。网络学习空间不仅为小学科学课提供探究空间与工具，同时能可视化表征探究过程，促进小学生科学知识的掌握，提升小学生科学探究能力，培养小学生科学情感态度价值观。本研究梳理出小学科学探究的一般过程及类型，并在理论层面构建科学探究的可视化过程，在技术层面实现网络学习空间对科学探究过程可视化的相关支持，在实践层面验证基于网络学习空间的科学探究过程可视化促进知识生成的效果。

（一）支持探究过程可视化的网络学习空间构建

科学探究过程是从事科学探活动必须经历的过程。根据不同研究者对科学探究过程的认识，本研究认为小学科学探究过程可以分为假设阶段、探索阶段和形成结论阶段三个阶段七个步骤，包括提出问题、猜想假设、设计方案、检验假设、分析证据、得出结论、表达交流，具体阶段步骤如图2所示。

网络学习空间中存在的可视化、建模、仿真等技术为科学探究教学改革提供了新的思路。现有研究普遍认为，可视化对象能有效地解释、展示和学习科学技术领域的理论、概念和方法[19]。结合可视化技术的分类与特点，我们认为网络学习空间对可视化科学探究过程有以下支持作用，如图3所示。

针对科学探究过程的假设阶段，网络学习空间可以支持情境的可视化创设与思维的可视化表征。在小学科学教学中，利用图形、动画、视频等可视化资源展示或模拟现实，再现生活中的真实情境，促进学生进入身临其境的问题环境，发现情境中的信息与原有认知结构的不和谐，产生认知冲突。为了解决认知冲突，学生展开讨论，利用思维导图、标签云等绘图工具支持分析过程，可视化学生的思维，以促进学生思维的发展。

针对科学探究过程的探索阶段，网络学习空间可以支持方案的可视化规划、事物的可视化模拟及数据的可视化分析。在设计方案环节，学生在教师的引导下提出探究思路，制定研究计划，并利用流程图、思维导图等思维可视化工具记录实验步骤。在检验假设环节，学生观察现象，记录数据，利用知识可视化工具中模拟呈现功能，帮助学生在可视化的环境中获取信息，可视化探究结果。在分析证据环节，学生可利用数据可视化工具将变量间的关系进行量化，形定量关系，呈现实验结果图表。

针对科学探究过程的形成结论阶段，网络学习空间可以支持成果的可视化共享及观点的可视化交流。在形成结论阶段，充分利用思维导图、PPT等形式进行成果的展示，并通过平台与大家共享探究成果。交流讨论环节实际上贯穿探究的全过程，以形成结论阶段最为重要。学习者可以利用各种概念建模的软件，将概念从抽象理解转化为可视化的图形图解，并通过学习平台进行交流。通过可视化的交流，促进学习者在交互过程中不断修正完善自己的科学概念，在交流中达成共识，形成结论。

（二）基于网络学习空间的探究过程可视化实践

1.设计

本研究选择教育科学出版社小学四年级上册义务教育课程标准试验教科书中《食物在体内旅行》一课，以广州市L小学四（1）班和四（4）班学生为研究对象开展教学实践。《食物在体内旅行》是一节观察型科学探究课，我们按照观察型科学探究“提出问题一猜想假设一观察记录一交流讨论一得出结论”的一般过程，综合运用网络学习空间中的可视化工具开展教学实践，具体思路如下页图4所示。

2.过程

在研究假设阶段，教师引导学生使用网络学习空间中的云标签功能，实现探究思维可视化（如下页图5所示）；在研究探索阶段，教师引导学生使用网络学习空间中的人体探秘功能，直观模拟人体的消化器官（如下页图6所示），实现交互式探究；在形成结论阶段，教师引导学生使用网络学习空间中的iebooks功能，展示拓展科学知识，实现科学知识可视化，同时使用网络学习空间中的iClass功能，实现评价数据可视化（如图7所示）。

3.效果

可视化是手段，知识生成是目的，网络学习空间对科学探究过程的可视化支持能够促进学生科学知识、科学观察能力和科学情感态度价值观的生成。本研究根据小学科学标准，结合知识生成的相关文献，制定了小学科学观察素养评价量表（如表1所示）。以四（1）班和四（4）班学生为对象，从小学生科学知识、科学观察能力与科学情感态度价值观三个方面进行前测，确定无显著性差异后对四（1）班实施基于网络学习空间的科学探究过程可视化教学，后测数据分析如下。

科学知识后测数据中四（1）班均值为4.600大于四（4）班均值3.440。独立样本t检验结果如表2所示，Sig.为0.035，因此两个班级的方差差异显著。即Sig.（2-tailed）=.000<0.05，两个班级学生的科学知识掌握情况具有显著性差异。

科学观察能力后测数据中四（1）班均值20.786大于四（4）班均值18.414。独立样本t检验结果如表3所示，Sig.为0.570，因此两个班级的方差差异不显著，即Sig.（2-tailed）=.004<0.05，两个班级学生的科学探究能力具有显著性差异。

科学情感态度与价值观后测数据中，四（1）班均值18.964大于四（4）班均值16.517。在独立样本t检验的结果如表4所示，Sig.为0.001，因此两班级的方差差异显著，即Sig.（2-tailed）=.000<0.05，两个班级学生的科学情感态度与价值观具有显著性差异。

通过以上数据的处理和分析，实验结果表明与传统教学的学生相比，采用网络学习空间开展可视化科学探究教学能够有效提升小学生的科学学习成绩，有效锻炼小学生的科学观察能力，有效培养小学生的科学情感态度与价值观，从而实现小学生科学知识、科学观察能力和科学情感态度价值观的生成。

六、结语

本研究以助推教育信息化2.0落地应用为切入点，融入知识生成理念创新网络学习空间建设与应用范式，按照“理论演绎一实践验证一效果评价”的研究思路，综合运用文献研究、行动研究和准实验研究等方法，在理论层面提出了新时代网络学习空间知识生成研究的主要内容，分析了网络学习空间知识生成研究的可行性；在实践层面依托小学科学探究实践验证了知识生成视角下网络学习空间创新应用的有效性，形成了网络学习空间建设应用新范式。我们希望，知识生成视角下的网络学习空间建设应用新范式将有效助力国家创新人才的培养。

参考文献：

[1]谢幼如，杨阳等面向生成的智慧学习环境构建与应用——以电子书包为例[J]华南师范大學学报（自然科学版），2016，48（1）：126-132

[2]朱珂网络学习空间中学习者交互分析模型及应用研究[J]电化教育研究，2017，（5）：43-48

[3] Rapuano S，Zoino F.A Learning Management SVstem IncludingLahoratory Experiments on Measuremenc Inslrumentation[J]. IEEETransactions on Instrumentation&Measurement，2006， 55（5）：1757-1766.

[4] Mcloughlin C，Oliver R.Designing Learning EnvironmentsforCultural Inclusivity：A Case Study of Indigenous OnlineLearning at Tertiarv Level[J]. Australian Journal of EducationalTechnology，2000，16（1）：58-72.

[5]谢幼如，盛创新等.网络学习空间提升自我效能感的效果研究[J]中国电化教育，2016，（1）：34-40

[6] Tenorio T，Bittencourt I I.Isotani S，et al.Does peer assessment inon-line learning environments work？A systematic review of thelilerature[J].Computers in Human Behavior，2016， 64（11）：94-107.

[7] Biasulli M.A comparative analysis of forums and wikis as Loolsfor online collahorative learning[M]. Amsterdam： Elsevier Science Ltd，2017.

[8]杨滨，汗基德.网络学习空间DPSC教学应用模式构建研究——网络学习空间人人通促进教与学深度变革实践反思之一[J]中国电化教育，2018，（5）：44-52.

[9]张进良，贺相春等.交互与知识生成学习空间（学习空间V2.0）与学校教育变革——网络学习空间内涵与学校教育发展研究之四[J]电化教育研究，2017，（6）：59-64.

[l0]陈庆祥.依托网“络学习空间人人通”实现基础教育跨越式发展[J].中国教育信息化，2013，（14）：60-61.

[11]陆永春.以“网络学习空间人人通”全面推进县域教育信息化发展[J]中国教育信息化，2015，（2）：71-72.

[12]钟启泉.从SECl理论看教师专业发展的特质[J]全球教育展望，2008，37（2）：7-13.

[13]竹内弘高，野中郁次郎等.知识创造的螺旋：知识管理理论与案例研究[M].北京：知识产权…版社，2006.

[14]谢幼如，吴利红等.智慧学习环境下小学语文阅读课生成性教学路径的探究[J]中国电化教育，2016？（6）：36-42.

[15] Mayer R E.Learrung Strategies for Making Sense out of Expository Text：The SOI Model for Cuiding ThreeCognitive Processes in KnowledgeConstruction[J]. Eciucational Psychology Review，1996，8（4）：357-371.

[16] Fiorella L. Mayer R E Eight ways to promote generative learning[J].Educational Psychology Review，2016，28（4）：717-741.

[17]金吾倫.知识生成论[J].中围社会科学院研究生院学报2003，（2）：48-54.

[18]钟义信.知识论框架——通向信息一知识一智能统一的理论[J]中国工程科学，2000，2（9）：50-64.

[19] Eilam B.Visualization jn Mathematics， Reading and ScienceEducation[M]. London，UK： Springer Netherlands，2010.