智能技术支持的小学新型学习空间创设与实践

杨帆 朱敬东

摘要：近年来，在智能技术的推动下，传统学习空间功能过于单一，难以满足学生个性化需求等问题逐渐凸显。因此，人们开始思考学习空间的设计与重构。本文首先对学习空间的理论基础进行了梳理，并结合案例，以人工智能、物联网、大数据等智能技术为支撑，从物理、虚拟、社会、个人四个维度构建了智能技术支持的小学新型学习空间模型，旨在为新型学习空间的研究提供借鉴与参考。

关键词：智能技术;学习空间;新型空间

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）08-0086-04

● 引言

学习空间是一种支持学生进行学习与开展学习活动的环境载体，它主要包括各类学习场所和网络学习空间，对教师的教与学生的学都有极其重要的作用。随着信息化的发展，我国日益重视学习环境的变革，努力推动学习空间的发展。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》明确指出，“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”[1]，“教育信息化‘十三五规划”也多次提及了“网络学习空间”。[2]

据此，本研究提出以人工智能、物联网、大数据等智能技术为支撑，以学生为中心，以核心素养为导向，构建新型学习空间，使学生在新型学习空间中开展真实的体验與学习，进而培养学生问题解决、创新创造等高阶思维能力。

● 智能技术支持的新型学习空间的理论基础

1.情境认知理论

情境认知理论强调学生与社会情境的互动，认为学生只有在丰富的社会情境中进行学习，才能真正地体验到知识的生成过程，真正地理解知识并能够灵活运用知识。[3]在传统的学习空间，教学方式依旧是教师讲学生听，而新型学习空间则可以为学生提供真实的学习场景，让学生参与真实环境互动，在真实场景中进行体验式学习，从而提高学生利用信息技术高效解决问题的能力。

2.项目式学习理论

项目式学习注重以学生为中心，学生借助小组的力量进行作品的设计、制作与展示，以解决真实世界中的问题，获得知识技能与核心素养的提升。[4]新型学习空间正是改变以往以教师为中心的教学方式，强调以学生为中心，更加关注学生的主观能动性，让学生在真实场景中学习知识与技能，培养学生核心素养。可以看出，新型学习空间的建设理念与项目式学习强调的内容相吻合。

● 智能技术支持的新型学习空间的模型构建

本研究在杨现民[5]等人的学习空间多形态融合模型的基础上，以智能技术为支撑，以项目式学习为主要学习方式，构建了智能技术支持的新型学习空间模型（如下图）。该模型改变了传统的以教师为中心的教学方式，采用以学生为中心的教学方式，着重培养学生的核心素养，即文化基础、自主发展、社会参与。模型在纵向和横向维度上构建了四维新型学习空间，分别是物理空间、虚拟空间、社会空间和个人空间，最大程度地实现了线上与线下、个人与群体、正式与非正式等不同场景下的自由切换，使学生能够在真实场景中进行体验与学习。

1.以学习者为中心

传统学习空间采用的是“以教师为中心”的教学方式，而在互联网等智能技术的推动下，新型学习空间将从“以教师为中心”的教学方式向“以学生为中心”的教学方式转型，教师与学生的角色也发生了截然不同的改变。教师不再是课堂的主宰者，也不再采用“填鸭式”“灌输式”的教学，而更多的是承担起引导者、帮助者的角色，成为学生学习路上的引路人。

2.关注核心素养

在新型学习空间里，课堂是学生学习的新天地，学生可以更加积极主动地参与到学习中，在真实的场景中亲自动手去实践、探索、体验，这不仅有利于学生对知识的深刻理解，还有利于学生科学精神、实践创新能力等核心素养的培养。通过这样的方式，能够更好地促进学生核心素养的提升，真正达到育人的目的，让学生成为学习和生活的真正主人。

3.空间融合发展

新型学习空间体现了不同空间的融合，即物理空间、虚拟空间、社会空间和个人空间的相互融合、相互促进。从空间的物质属性来看，可以将空间划分为物理空间和虚拟空间。物理空间拥有多种形态，如教室、图书馆、实验室、文化长廊等，物理空间可以支持学生进行正式学习与非正式学习;虚拟空间主要是指网络学习空间或网络学习平台等，虚拟空间可以支持学生进行线上的、非正式的学习。虚拟空间和物理空间相互配合，为学生创设真实的学习场景，使学生进行线上与线下相结合、正式学习与非正式学习相结合的学习。

从空间的社会属性来看，可以将空间划分为社会空间和个人空间。社会空间是指学生学习过程中所依赖的社会环境，学生可以在社会空间中与同伴、教师进行互动交流、合作探究。个人空间充分体现了以学生为中心的学习范式，学生可以在个人空间里自主学习，进而满足学生的个性化学习需求。将社会空间与个人空间相融合，能够更好地促进学生进行自主学习与合作学习。

4.强调技术赋能

在时间上，学生不再局限于课堂上的学习，可以借助云平台随时进入学习空间中进行即时学习，将学习内容延伸至课外，使得学习方式更加灵活、开放，也提升了学习的主动性与积极性。在空间上，智能技术可以支持学生进行线上与线下相结合的学习，学生可以实现处处可学。

● 智能技术支持的新型学习空间建设案例

杭州市D小学是一所年轻的学校，结合学校自身条件与现实需求，杭州市D小学以项目式学习为理论基础，以人工智能、物联网、互联网为技术支撑，借助智能技术支持的新型学习空间模型，建设了以科学、农业、人工智能为主要学习内容的新型学习空间，即“科学探究实验室”“人工智能耕读实验室”“智慧农场”“能量转换站”“传统农耕文化展示中心”等，并配套相关的课程资源包与学习云平台让学生能够在新型学习空间里进行自主学习、合作探究，进而促进学生核心素养能力的提升。

1.杭州市D小学新型学习空间建设

（1）注重学习体验，培养核心素养

杭州市D小学将操场后面的部分空间充分利用起来，建设了独具学校特色的新型学习空间。在智慧农场中，学生可以种植蔬菜，体验作物种植与果实收获带来的快乐。在科学探究实验室中，学生可以在课堂上进行科学探究实验，真实感知实验的全过程。在人工智能耕读实验室，学生通过动手实践操作感知AI的无限魅力。

（2）空间融合发展

杭州市D小学新型学习空间中的各个部分是有机互动、紧密联系的，能够支撑学生开展常态化的学习、实践、探究。物理空间主要包括“科学探究实验室”“人工智能耕读实验室”“智慧农场”“能量转换站”“传统农耕文化展示中心”。

其一，传统农耕文化展示中心由操场看台闲置空间改造而来。学生可以在这里进行非正式的学习，以图文和实物的形式了解乡土代表性农耕文化。

其二，能量转换站配备有太阳能收集转换器和风能收集转化器，学生可以利用这些设备探究能量转化的方式、路径、应用以及影响条件。

其三，科学探究实验室是学生进行科学问题探究的地方，实验区部署无土栽培种植箱、气雾种植器、育苗架、肥水一体化系统、植物生长情况采集器，支持学生进行植物的觀察、对比、探究实验。

其四，人工智能耕读实验室是学生进行人工智能知识学习的主要场所，实验室部署机械臂、计算机、教学一体机等。通过机械臂和计算机，学生可以学习人工智能的相关知识，激发编程兴趣，培养计算思维。

其五，智慧农场是学生走出教室，亲密接触大自然的场所。学生可以在智慧农场中进行真实的种植劳作，也可以将科学创新实验室中的植物移栽、定植到室外智慧农场中，体验植物生长的过程。虚拟空间主要是指项目式学习平台。对教师而言，教师可以在项目式学习平台上进行任务的发布、资源的上传、活动的组织、评价的记录。对学生而言，学生可以进行在线学习、作品展示、同伴互评、过程记录。项目式学习平台给予了每位学生一个独一无二的身份，一个专属于自己的ID，学生可以在自己的个人空间中进行记录、学习，从而实现整个课程全周期学习过程的记录。社会空间与个人空间是融合在物理空间与虚拟空间之中的，无论是物理空间还是虚拟空间，学生赖以进行交流讨论、合作学习的学习环境都属于社会空间，而个人空间是学生进行独立自主学习的场所，最为典型的便是项目式学习平台。学生可以根据自己的需求、自己的进度，选择自己想要的内容进行学习，从而满足其个性化的发展。可见，在杭州市D小学创设的新型学习空间中，物理空间、虚拟空间、社会空间、个人空间进行了有机融合，从而能够支持线上与线下、正式与非正式、群体与个人的学习。

（3）智能技术赋能

首先，项目式学习平台不仅可以方便教师和学生，实现线上与线下相结合的学习，而且可以实现对植物与环境的实时、远程监控。学习空间里部署了植物生长观测仪、传感装置等设备。植物生长观测仪能够实现微环境、植物生长情境的实时、远程观测。通过传感装置，可以收集智慧农场中的相关数据，如温度、湿度、降雨量、氧气浓度等，并进行数据的汇总、分析，实时了解植物的生长变化情况。在人工智能实验室还配备有人工智能环控学习台，可以实现环境的自动调节控制。其次，人工智能技术的加入可以创设真实的学习场景。学生可以借助人工智能技术解决真实场景中的实际问题，进一步提高解决实际问题的能力与创新创造能力。

2.杭州市D小学新型学习空间应用

在新型学习空间里开设了相关的拓展性课程，并于每周五下午开课。课程的形式有科学课程、劳动教育课程，也有人工智能课程，旨在使学生在新型学习空间里进行知识的学习、实践的探索与思维的提升。

“人工智能+科学课程”不仅能让学生通过真实的观察记录，了解现代农业的相关知识，增加对现代农业的认识与尊重，还能让学生学习人工智能的知识与技术，利用人工智能技术解决真实的科学问题，提升学生问题解决能力与创新创造能力。

目前，课程正在实践中，通过三次的授课笔者发现，学生对新型学习空间持肯定的态度，对课程也持有浓厚的学习兴趣。

● 总结

本研究立足于小学新型学习空间的创设与实践，构建了新型学习空间模型，并对杭州市D小学的新型学习空间及应用进行介绍。但本研究目前只是对新型学习空间进行简单介绍，并没有相关案例的实证研究，这也是接下来需要着手研究的地方。同时，希望更多的研究者能够在新型学习空间领域扎实研究，努力促进新型学习空间的进步与发展。

参考文献：

[1]中共中央国务院.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）[EB/OL].http：//www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/content_1667143.htm.

[2]中华人民共和国教育部.教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

[3]刘亚龙.基于情境认知理论的大学英语多媒体网络教学研究[J].电化教育研究，2009（07）：113-120.

[4]美国巴克教育研究所.项目学习教师指南——21世纪的中学教学法（第2版）[M].任伟，译.北京：教育科学出版社，2008.

[5]杨现民，李怡斐，王东丽，等.智能时代学习空间的融合样态与融合路径[J].中国远程教育，2020（01-02）：46-53+72.