移動互聯網絡下泛在學習空間構建研究*

王 英，王 藝

（西南大學 計算機與信息科學學院，重慶400715）

一、研究背景

泛在學習（U-learning）使各學習主體能隨時溝通，能在任何地方、任何時刻獲取所需的任何學習信息，使學習行為不再受環境、時間、資源等因素的制約，充分體現了“無處不在”的學習理念。移動互聯技術的發展使無線網絡延伸到了人們日常的生活和學習空間中，使學習交流方式更為便捷。無線設備和智能終端的興起更是在移動互聯技術網絡的支持下徹底打破了桌面計算的束縛，實現了云、端、網的融合，為學習參與各方提供了一個分布式的、多維度的學習計算網絡。

學習空間的研究最早出現在2003年。2011年北卡羅來納大學《學習空間雜志》期刊的創建帶動了學習空間研究的發展。英國信息系統委員會發布的 《21世紀學習空間設計指南》特別指出學習空間的動態性，即根據學習需求隨時調整空間布局以適應不同的教學模式。祝智庭教授率先在國內引入了個人學習空間的概念，并將個人學習空間與個人學習環境進行了區分。

有文章談到，以“人人通”為應用背景構建泛在學習中個人學習空間的概念模型。也有文章提出了泛在學習中基于情境感知的個人學習空間構建方法，將物理環境與虛擬環境有效融合。楊玉寶等人重點研究了泛在學習中翻轉課堂、個性化學習、創客教育、家校協同和專業發展五種模式下學習空間的創建與應用。肖君等以學習成效為導向，嘗試將學習者特征、場所、技術進行整合，建立無縫融合的泛在學習空間模型。張婷等探索了在高校圖書館環境下學習共享空間與泛在學習環境的融合實現方式。余鵬彥等人也嘗試通過構建四層模型實現高校圖書館向虛擬網絡空間的延伸。有文章提出了泛在學習共享空間（U-LC）的創新服務模式，將高校圖書館服務無限嵌入到學習空間之中，通過建設學習資源的知識元庫、基于情境感知的個性化信息服務、虛擬學習共同體、虛擬現實技術支持下的情境式虛擬學習環境來實現學習共享空間的構建。余飛等研究者提出了在云計算下的云端正式課程學習空間、無縫對接的非正式學習空間、寬泛的主題式學習空間中實施混合學習的技術方案。

移動互聯網絡時代的到來為泛在學習空間的構建帶來重要影響：移動互聯網絡不僅讓泛在學習的網絡接入方式無線化和便捷化，讓學習終端更加多樣化；也使學習資源的設計與組織朝著更貼合移動性的方向發展；而且導致泛在學習空間的構成更加多元化，空間的變化與切換呈現更加動態性的特征。因此，本文針對移動互聯網下泛在學習空間研究方面的缺失問題，深入地探討移動泛在學習空間的組成、變化以及構建方法。

二、移動互聯網絡環境下泛在學習共享空間的構成

在移動互聯網絡下泛在學習系統主要包括泛在學習主體、泛在學習客體、移動接入網絡、學習終端設備與場所四大部分。其中，泛在學習主體是泛在學習體系中最重要的組成部分，體現了學習者的差異性，通常將學生、教師、專家、從業經驗者統稱為泛在學習者，并將其確立為泛在學習生態系統中的參與主體。教師具有傳道、授業、解惑的職責，還可能參與研討、評價等學習活動，是學生學習的引導者；各個領域專家為學習提供權威指導；經驗工作者可提供相關實踐的經驗和技能，可強化學習者的應用實踐能力。因此，泛在主體之間存在取長補短、互相依存的關系。由于教與學的界限并非固定，故而在不同的知識背景下，學生、教師、專家、從業經驗者的角色可能發生逆轉。在某些學習內容上，教師有可能成為學習者，而原有的學習者也會成為指導者。圖1呈現了主體的六類角色互換關系。

圖1 主體之間相互轉化關系圖

資源和服務是泛在學習的客體，兩者均被包含在泛在學習平臺中。泛在學習的主體通過移動互聯網絡訪問泛在學習平臺中的客體，通過客體獲取知識、學到技能。因此客體是主體的學習內容。同時，客體由主體創造、組織與調度，是為泛在學習的實施提供服務的載體。從總體來看，主客體之間是相互依存、緊密聯系的關系。兩者的交互形成了一個持續過程，任何一方出現問題都會造成學習的終止，泛在學習主客體的關系如圖2所示。

圖2 泛在學習主客體的關系

本文認為移動泛在學習共享空間是一個整合了泛在學習主體知識空間、主體學習狀態空間、客體資源空間、客體學習服務空間、移動互聯網絡空間、學習設備空間以及學習場地空間七個子空間的綜合空間，是一個融合了物理與虛擬時空的共享空間，移動泛在共享學習空間構成如圖3所示。①泛在學習知識空間的構建是整個泛在學習的核心和目標，刻畫了學習者已經具有的知識體系，且反映出正在學習的內容。②學習狀態空間保存了學習者的學習情況，記錄了學習偏好、學習風格、學習時間等信息。③資源空間存儲了數字學習資源的類型、質量與評估等級、訪問次數、學習成本等情況。④服務空間是泛在學習平臺提供給用戶的學習應用，例如在線課堂、在線討論、游戲學習等等，不同的應用在教學模式、媒體呈現、資源組織策略等要素上表現不同。⑤網絡空間提供了多種可接入的移動互聯網絡相關參數模型。⑥設備空間由泛在學習終端設備和泛在學習平臺設備構成，例如移動手機、平板電腦、筆記本、智能眼鏡等終端學習設備，以及云服務器、立體影像系統等平臺設備等。⑦場地空間既包括教室、圖書館、會議室這樣的物理場地，也包括在線討論區、游戲區這樣的虛擬學習場所。

圖3 移動泛在共享學習空間構成

與傳統的泛在學習空間相比，移動互聯網背景下的泛在學習共享空間，具有以下顯著特性：①拓展性：移動互聯網環境下的泛在學習服務類型更多、協作性更強、資源更豐富，這些因素都大大拓展了原有的傳統學習空間；②復雜性：移動互聯網下的泛在學習更加重視學習的自適應性，產生的數據量、數據類型、數據結構更多，學習空間構成比傳統空間更加復雜；③變化快速性：移動互聯網帶來了便捷的學習訪問途徑，使“學習-評估-反饋”過程的完成速度加快，使學習共享空間的時變特性更為突出。

三、服務空間的構成

泛在學習方案是泛在學習時間和泛在學習內容的安排，具體來說就是學習資源的組織和學習路徑的建立——這是學習服務的主要任務。首先，由于學習者之間的差異，教學模式的選擇和學習服務的挑選必須要適合學習者的當前狀態（空間）和目前要學習的內容。例如，翻轉學習模式對學習者的自學能力要求較高，自學能力不夠者不適宜采用該模式。又如，當學習者的知識水平高時，可組織難度大一些的學習資源，增加學習深度；反之，組織簡單些的學習資源，降低學習難度。再者，學習者的狀態空間影響學習資源的選擇。當學習者偏好文字呈現方式時，可多采用文本類學習資源；當喜歡多媒體素材時，則可多組織視頻等媒體形式的資源。

此外，學習方案的產生也受網絡、終端與設備情況的影響。首先，移動互聯網絡的狀況影響泛在學習服務采用的教學模式。學習資源的類型包括文本、圖片、動畫、視頻和音頻等類型。不同類型、不同長度的學習資源將占用不同的傳輸帶寬。當網絡條件不穩定、帶寬不足情況下，適合采用占用較少移動互聯網帶寬的資源。例如，微課堂所需要的小尺寸資源正符合此類網絡情況的需求。反之，3D游戲學習由于要支持實時視頻交流，對移動互聯網的聯網帶寬提出了高要求，從而不適合在網絡帶寬缺乏的條件下采用。其次，移動終端設備的不同將限制選擇的資源類型。例如，手機類的終端設備由于屏幕有限，沒有必要選擇太高分辨率的資源。

總的來說，服務空間以教學模式、狀態空間、資源空間、知識空間、網絡空間、終端設備空間為輸入信息，計算出具體的學習方案，確定資源的組織調度順序、平臺的硬軟件設備配置、場所的調配安排等，服務空間的構建如圖4所示。

圖4 服務空間的構建

四、知識空間的構成

知識空間表征了學習者知識狀態與水平，是某一領域的知識所有可能狀態的集合。知識空間的核心概念就是知識結構與知識關系。本文進一步將學習空間分成已建立的知識地圖和正在學習的臨時知識空間兩個組件。前者是已經建立好的、穩固的知識結構索引，力爭提供高效的知識定位查詢功能。而后者是目前正在學習、尚待與知識地圖建立聯系的知識點表征。

如前所述，泛在學習主體存在角色轉變的可能。因此，當學習主體在多種學習角色之間轉換時，兩種知識子空間發生相應改變：①切換：學習主體擔任學習者時，通過在建臨時知識空間來吸納新知識，學習者努力將在建知識與已有的知識地圖建立關聯；當學習主體扮演教師、專家或者從業經驗者時，需要從自己已有的知識地圖中提取知識點、組織教學活動。②交集和并集：針對相同或相似內容，學習者可以采用多種學習服務強化知識內容的掌握，比如可以通過在線課堂、在線練習、在線討論等方式學習一個知識元。每個學習服務中形成的在建臨時知識空間的并集就是最終獲得的知識集合。其中，在建臨時知識空間的交集是掌握最牢固的部分子集。③差-交集：泛在學習積極倡導協作學習的應用——意味著教師、專家或者從業經驗者需要指導多人開展學習活動。此時的學習組織和安排必須要考慮到協作團體的需要，考慮到群體的知識水平。通過將多個學習者的在建臨時知識空間與已建的知識地圖分別求取差集，學習平臺能夠發現個體的知識學習情況差異，再從差集的交集中確定下一步的學習目標。下面將詳細地介紹知識空間的變動引發的空間連鎖變化、多學習服務、協作學習對知識空間的影響。知識空間的變化與操作如圖5所示。

圖5 知識空間的變化與操作

五、知識空間的改變

學習是一個相對的過程。因此，泛在學習主體的角色并非固定，可以自由切換。在第四部分中已經提到過，當主體角色變動時，會引發學習空間的一系列變化。

首先，當學習者轉變為教師時，其知識空間發生切換（見圖5），即從學生的在建臨時知識空間切換為已建知識地圖，并從知識地圖中提取相關知識子圖進行教學活動。其次，知識空間的變化引發主體狀態空間的改變——從學習者的狀態調整到教學者的狀態，例如從學習偏好轉為教學偏好，從學習風格切換為教學風格等。再次，知識空間的變化造成資源空間的改變——從資源獲取者轉為資源調度組織者，甚至資源貢獻者。權限的提升意味著資源角色的變動。另外，知識空間的變化也會導致設備空間的改變——從學習設備轉變為教學設備，例如需要配置電子教鞭、教學控制器等專業教學硬軟件設備。最后，知識空間的變化也可能影響學習場地的選擇——知識水平、教學狀態等因素的差異都會導致學習場地的選擇不同，例如講授式學習需要課堂式的場地，而互動式學習則更適合（虛擬）U型會議室類場所。根據學習子空間的相關關系，上述這些改變必將連帶服務空間發生變動——根據不同的知識水平、教學偏好、資源設備情況，重新調整學習服務。一旦服務空間變化，所需要的網絡帶寬也隨之調整。

角色變化是空間連鎖變化的最重要的一類激發點。一旦發生角色切換會引發以知識空間為起始點的系列空間變化，其變化層次和變化情況如圖6所示。為了保障系統一致性，建議泛在平臺學習在支持多角色體制的同時，確保每個主體在同一時刻只保持一種活躍角色，即某個時刻的學習者不能夠擔任另一些學習活動的教輔人員。

圖6 角色切換導致的空間變化情況

另一方面。學習者在學習過程中隨著所學知識的不同，知識空間也會不斷演化調整，引發其他6個子空間的連鎖變化。如圖7所示，知識學習情況的變動首先反映在知識空間上。它的變動引發狀態空間的改變（例如學習者當前的知識水平改變），從而使服務空間進行重新計算，得出新的資源組織和調度方案，給出不同的場地、平臺設備和網絡配置。

圖7 知識演變引起的空間變化

六、多學習服務的知識空間影響

如上文第四部分所述，與某個“知識元”相關的多個學習服務的開展會改變學習者的學習空間，如同執行“并集”與“交集”運算的空間結果。移動互聯網絡背景下，學習服務的種類不斷豐富，涌現出如游戲學習、互動學習、在線答疑、在線測試、情境學習等多類別的學習服務。這也為學習者通過多種服務強化知識概念、提高知識水平提供了可能性。在這種情況下，得到強化的知識內容是多個學習服務各自在建臨時知識空間的交集，獲得的整個知識面則是多個臨時知識空間的并集。例如在圖8中，多個學習空間中被“最大程度地強化”的知識內容是綜合的臨時在建知識空間中心區域——顏色最深的交集部分（圖中8標識為①）。除此之外，還有三個集合的交集（圖8中標識為②，強化程度弱于①區），以及兩個集合的交集（圖8中標識為③，強化程度弱于②區）。因此，在多學習服務的過程中，知識強化程度存在差異，從交集的核心區向外擴展，知識強化程度不斷減弱。

圖8 多學習服務的知識空間變化

七、協作學習的知識空間變化

在第四部分中我們注意到泛在協作學習服務過程中，學習平臺需要求取“知識差”來有效保證團隊學習的開展。通過比較“目標知識元”在已建知識地圖中的對應知識子圖與各協作學習者的臨時在建知識空間，求取兩者之間的差集；再從各個差集中找出相交的部分作為最亟需補充學習的對象，確定下一步學習的方案。如圖9所示，三個學習者參與協作泛在學習。它們各自的臨時在建知識空間與當前學習“知識元”對應知識子圖進行比較，執行差集操作，獲取各自尚未掌握的知識部分：學習者1的未掌握集合包括1、3、6；學習者2未掌握部分為 5、6、7；學習者 3 還需要學習 4、5、6、7。之后，對三個協作成員的尚未掌握知識集求取交集，得出的共同未掌握內容“6”作為下一步協作學習的對象。當學習者已通過多個學習服務學習過某個“知識元”時，其“綜合的臨時在建知識空間”會替代臨時在建知識空間，之后仍可執行圖9所示的差集與交集操作?？梢?，知識空間在移動互聯網絡環境下可以通過集合操作符（并、交、差集）的操作組合構建完成。

八、結論

本文研究了移動互聯網絡下的泛在學習中“學習空間”構建問題，提出了“移動泛在共享學習空間”及其7個子空間的設計，分析出了7個子空間相互影響關系。重點對其中的服務空間和知識空間構成進行了仔細研究。針對知識空間，我們發現了角色轉換和知識演化對其帶來的影響，揭示了知識空間變化觸發的一系列子空間變動，提出了知識空間的“并-交-差”邏輯組合的構建方法，從而為多學習服務和協作學習的知識空間構建提供了實施方案。

圖9 協作學習的知識空間變化