泛在学习综述-计算机网络论文

泛在学习环境研究综述

未来教育 08研究生 焦丽珍 学号：2008020699

【摘要】文章对泛在学习的相关概念进行综述，并在此基础上，综述了国内外泛在学习环境的模型并分析了泛在学习环境的交互原理。

【关键词】泛在学习环境；适应性学习；个别化学习

在数字化时代，由于信息的存储和传输方式有了重要转变，因此教育经历了许多变化，诸如不同能力层次的学习者都能按照自己的爱好和能力进行有选择的学习。计算机在教育领域的广泛应用和计算机技术的飞速发展，使得数字化学习和移动学习应运而生。如今，普适计算在教育中有了新的发展，由此产生了泛在学习的概念。泛在学习就是利用信息技术提供学生一个可以在任何地方、随时、使用手边可以取得的科技工具来进行学习活动的3A ①( Anywhere， Anytime， Anydevice)学习。在未来的学校里，泛在计算将无处不在。从而，教师和学生的注意力不再是单纯关注计算机本身，而是转移到知识本身的价值上。泛在学习正是提供一种学习和环境的无缝整合技术，它对传统教学中的种种限制有了新的突破。进而，泛在计算环境中的适应性学习与泛在学习的整合在教育传输中有了革命性的意义，更大程度上促进个别化学习。

一、相关概念

（一）普适计算

普适计算②(Pervasive Computing，UbiquitousComputing)，也叫泛在计算，这一概念最早源自Xerox PARC ( PaloAlto Research Center)计算机科学实验室首席科学家Mark Weiser③在1988年提出的“Ubiquitous Computing(缩写为Ubicomp或UC)”的思想。其基本思想是为用户提供服务的普适计算技术将从用户意识中彻底消失，即用户和周围环境(无数大大小小的计算设备)在潜意识上进行交互，用户不会有意识地弄清楚服务来自周围何处④。

在PC机时代，人们的目光聚焦在计算机屏幕上。然而，在泛在计算时代，人们却把目光转移到教学活动中。其中，泛在计算设备主要包括微处理器、移动电话、数字照相机以及其他设备。 Weiser的第三代泛在计算指的是设备与学习者的一种多对一关系(Weiser 1993)，该关系在泛在计算时代很普遍并与目前出现的泛在学习概念相适应。 在这种关系中，学习者可以与多个设备进行交互。在泛在教室里，学生与泛在空间的多个设备进行交互。

（二）适应性学习

适应性学习系统主要由“知识媒体”组成，它可以为远距离学习提供更为优越的前提条件，可以以不同于传统的方法，使远距离学习更为简单、更为高效、更具有个性化。在这种适应性学习系统的支持下的学习，我们称之为适应性的学习。在这种学习方式下，学习是通过自身原有知识经验与适应性学习系统进行交互活动来获取知识，获得能力的过程，在这个过程中，学生能够自我组织、制订并执行学习计划，自主选择学习策略，并能控制整个学习过程，对学习进行自我评估， 它充分地考虑到教学行为的个人化与学习行为的个人化特征，打破了传统学习群体的结构，把学生作为一刘婷，丘丰，论未来终身教育新模式一泛在学习[J]，广播电视大学学报第16卷总第63期

Ubiquitous Computing [EB/OL]，

③ Weiser M The Computer for the 21st Century [DB/OL]，http:// / hypertext/ weir/ SciAmDraft3.htm1. ①②⑤付道明，徐福荫，普适计算环境中的泛在学习[J]，总第246期中国电化教育，2007.7.

Gregory Abowd, Chris Atkeson, Irfan Essa， Ubiquitous Smart Spaces [EB/OL].

.gatech.edu/fce/pubsrdarpauss98.pdf. ④⑤

个个体，置于一个更为个人化的情景之中。这种学习具备如下主要特征⑥：

1.是一种基于资源的学习，教学资源（包括文本、图像、声音、视频、CAI软件等）可以适应各种学习者的需要和背景进行不同的组合，也就是教学内容的组织和呈现与个别特征相适应；整个学习的过程是在网上探索及与他人协同学习的过程。

2.学生采用主动的学习方式，他们能够自我组织、制订并执行学习计划，并能控制整个学习过程，对学习进行自我评估，学习过程受本人支配，对他自己的学习全部负责。教师只是学习的指导者，建议者，而不是学习过程的主宰者。教师的主要工作是规划教学目标，学习的辅导和咨询，教学资源组织和编译，学习环境的创设与维护。

3.建构知识：学生通过在适应性学习环境中的探索和交互来建构自己的知识，从而进行有效的学习，而不是主要通过教师的讲授或操练与练习来进行学习。学生在学习环境中的探索和交互时，不仅要掌握所学的知识，更重要的是要掌握学习的方法，也就是要进行元认知技能的训练。同时也强调知识的运用能力以及与他人合作的能力。

4.以个别化、人性化为核心特征，对个别学生来说，他的学习过程完全是个性化的，包括学习的进程，探索知识空间的路径，学习过程中所得到的反馈信息等等。适应性学习中，学生是一个具有自己独特个性的个体，其个性在其学习过程中的选择得以充分的体现（学习过程中，学生对学习环境中的提示和反馈进行自主评价和自主选择，而不是由学习环境来控制），而不是一个完全同步的群体中没有个性中的一分子，我们可以通俗的说，学生所学得的知识和能力是自己定做的产品，而不是教学工业生产线印制众多相同的产品。

5.学习必须得到快速的反馈，包括从指导教师和学习同伴之间的反馈。适应性学习是一种自主的、个性化的学习，但它不是一种完全独立的学习，它需要学习环境中有组织良好的反馈系统，以帮助学生作出自主决策。学习者之间的交流与讨论也是必不可少的，这可以让学习者从不同角度去认识所学的知识，丰富自己的认知结构，而且相互之间的协作，对情感、态度等方面也有良好的促进作用。

6.需要高级的数字化技术及智能技术的支持。适应性学习对学习环境的要求可归纳为：丰富的媒体表现形式、良好的适应性、敏感的反馈系统、便捷快速的通信，这必然要求在学习环境广泛应用多媒体、人工智能、网络通信等高新技术。

（三）CBE、移动学习、泛在学习

信息和计算机技术的飞猛发展，使得教育家开始将目光聚集在计算机上。 基于计算机的教育(CBE)是该学习的初级阶段，它推进了20世纪90年代的在线学习和数字化学习。

移动学习也常常被看作数字化学习的一种形式，但Georgiev et. Al⑦ (2004)认为它应该更加准确地将它看作是数字化学习的一部分。他认为移动学习是数字化学习的新阶段并且它属于泛在学习的范畴。移动学习是随时随地利用各种设备进行学习，是将移动计算技术和数字化学习结合起来的一种学习方式。相比数字化学习，移动学习的优势主要体现在它的便捷性，经济性，易用性和交互的及时性。它的应用设备包括：PDA，移动手机，便捷性计算机等。

与移动学习比较，泛在学习主要具备两个优势:

一个优势是具有泛在性。学习者可以在任何地方，任何时间，接入他们所需要的文档、数据和视频等等各种学习信息。这些信息的提供是基于学习者自身的需求的，因此，学习是一种自我导向的过程。不管学习者在哪里，都可以即时地获取信息。学习者可以迅速地解决问题，或者他们可以记录问题，并在事后寻找答案。因此，泛在学习将可能成为一种主要以问题为学习导向的成人终身教育新模式。

另一个优势是计算设备便携先进。尽管当前的移动学习具有方便快捷的学习特点，但是信息传余胜泉，适应性学习——远程教育发展的趋势[J]，开放教育研究

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] ⑥⑦

输速率还是非常低，以及计算设备的输入方式和显示设备方面都存在着较大的局限。在很多情况下，移动学习设备成为干扰或者影响学习的工具。学习者必须花费大量的时间和精力首先来学习如何使用移动学习设备，以及面对移动设备随时可能遇到的计算问题、存储问题或者显示和输入问题等。在泛在网络里，学习可以融入学习者的日常生活中。学习者所遇到的问题或所需的知识可以以自然有效的方式被呈现出来。泛在计算代表着高速运算、高速传输交互和高级智能系统等未来先进技术的集合，泛在计算提供的学习条件正是解决了当前移动学习遇到的这些问题。

二、泛在学习环境概述

一个泛在学习环境（Ubiquitous Learning Enviroment，即ULE）是一种整合的学习环境，它整合了物理的、社会的、信息的和技术的多个层次和维度。在一个泛在学习环境中，各种教育机构、工作坊、社区和家庭将会被整合在一起。不管是对学习者还是教育者，社区和家庭将会被有机地整合到一起。

李卢一（2006）提出，泛在学习环境的学习设备应该具备四个基本特征：分散性、多样性、连通性和简单性。

张洁⑨（2010）在研究中指出：泛在学习环境包括泛在学习资源、泛在学习服务和泛在的支持技术三个部分。其中泛在学习资源又包括泛在的学习内容、学习活动、学习伙伴以及学习者与环境的交互；泛在学习环境最显著的特征是利用境脉感知技术为学习者提供个性化与适应性的学习服务；所使用的技术包括宽带网络技术、微处理技术以及服务器模块和无线技术。提出的模型如图1所示。

⑧

图1 泛在学习环境模型

在本文笔者研究的是关于在泛在学习环境中进行适应性学习，其中 ，ULE是潜入到物理环境中的，微处理器潜入到对象或者设备中。无线和移动技术的使用使得它们的交互更容易发生，并有助于教育。ULE在没有要求学生积极参与的情况下，能够提供必要的刺激很容易地鼓励学生参与。泛在环境中，每一个学生都是这种多对一环境的一部分。

图2表明四个学生置于具有5个泛在设备的泛在环境中。每名学生都可以与多台设备进行交互。学生在图1中所进行互动的特殊设备是无形的，因为所有设备都是联网的，并且是泛在空间的一部分-看虚线连接对象。所以，如果学生1要与对象1交互，网络中其他所有设备都能感知到这种交互作用。但是，对每名学生来说，他们又是独立的，并且他们的交互与其他设备的交互是不间断的。这也允许每名学生通过学习经验进行适应自己的学习。 ⑧

⑨李卢一，郑燕林，泛在学习环境的概念模型[J]，中国电化教育，2006(12):9-12 张洁,王以宁,张晶.普适计算支持下的泛在学习环境设计[J].现代远距离教育,2009.5.

图2：泛在学习环境

在设计泛在学习环境时，学习理论的应用很重要。Jacobs (1999)指出：学习理论在教学设计中的应用，有助于信息，学习者和环境三者的交互。

Gersten和Baker⑩(1998)解释到，在这个关系中，学生能够保留自己原有的知识水平并在此基础上进行建构。例如，如果学生能自发的了解某事物为什么发生的时候，他就会知道该事物是怎么发生的。例如：种子为什么在土壤发芽而不是在岩石中，而非直接告诉他们这个事实是真实的；这样进行学习会更加有意义。简单的说，脱离了对知识本身的了解而独立的判断是非，这样的学习只会起到负面影响。Jacobs(1999)解释：如果学习者学习时，与上下文的情景相隔离，他们的理解经常是机械的并且是无意义的。只有了解了相关背景，在已有经验基础上进行建构的学习才是有意义的学习。ULE模型应用到了建构主义的理论，因此，在过去的很多年来提出了大量的学习理论。

ULE的组成部分包括：

1.微处理器：有记忆功能的微处理器被嵌置在每个对象或设备上。每个微处理器处理的是关于对象信息。当学习者有问题时，传感器对学习者进行定位，然后将相关信息传递到PDA。

2.ULE服务器模块包括：服务器、教学策略单元和数据库。ULE服务器管理网络资源；教学策略单元通过学习者交互和反馈来提供一种加强和协助学生了解的应用策略，它通过短问题来分析学生反应并且进行不同程度的测试；数据库则是存储学习者和设备发生交互的所有数据。

3.无线技术主要有蓝牙和无线传输技术两种形式，蓝牙信号比较微弱，必须在相对短的距离内才能使用并且强度不够。但是使用手持设备时，它却有极大优势，它消耗功率低并且能与多设备进行交互。WiFi（根据IEEE 802.11标准）在范围和速度上，它超过蓝牙，能与更大型设备发生交互。

4.传感器用来检测环境中可能发生的任何变化。这些传感器被安置在对象或设备附近，用于监视学习者是否存在。

三、泛在学习环境模型及应用

（一）泛在学习环境的概念模型

在上述泛在学习环境中，抽象出一个模型，模型的两个主要方面是“做什么”和“怎么做”。 “做什么”是一个类似交互式学习的学习中心，它是一个以蓝牙和无线传输技术为支持的网络模型。“怎么做”是基于建构主义学习理论的教学法，允许学生从他们所见所闻所感知到的事物中建构知识，⑩11 Gersten, R. and Baker, S. (1998). Real world use of scientific concepts: Integrating situated cognition with explicit instruction. Exceptional Children, 65(1), 23-36.

11 Jacobs, M. (1999). Situated cognition: Learning and knowledge relates to situated cognition. [verified 31 Oct 2004] http://www.gsu.edu/~mstswh/courses/it7000/papers/situated.htm

该环境中的学生能直接理解他们周围的环境从而构建属于自己的知识。

ULE类似于当前正在被运行和实施的具有交互式指南功能的大博物馆12。电子博物馆指南提供信息服务，该服务用来介绍博物馆文化，它相当于一个虚拟人；不同的是，设计ULE这个模型是用于学习社区而非娱乐场所。另外，信源适应性强并且很灵活，允许通过网络数据库和校正系统进行更新。有了这种方式，课程改革不再是难事。

（二）泛在学习环境之应用案例

在泛在学习环境中心，每名学习者附带一个无线设备(PDA或移动电话)以和他的耳机相配套。ULE服务器模块通过监视器能跟踪和定位泛在空间中的每一个学习者。当学生提出问题时，传感器无线访问内部网和ULE服务器模块，并传送关于对象的信息。这样数据就会从泛在空间中一个对象传到学生的手持设备上。

1.学生和设备之间的无缝交互

图3表明一名学习者和系统之间的无缝的交互。学习者靠近对象并与对象交互时，邻近传感器检测出学习者的位置并且发送关于对象的数据到学生的PDA(a1)。该传输主要以图象、文本、声音或者其他格式(a2)的形式。同时，对象将访问ULE服务器模块(b1)并且对有关学生的信息发出请求。然而，为了能在网络中单独运行，对象要单独作用并传送数据。例如：学生是否先前访问过数据，什么形式的数据比较适合他，ULE服务模块都会传递给对象。如果学习者对视觉和听觉符号敏感，他就会接受到相关的信息。

以比赛或其他有趣的方法进行的一次谨慎测验也许被送到学生的手持的设备然后传送到学习者(b2和b3)。学生的反应被传达给ULE服务器组件(c1和c2)同时教学策略单元分析学生的结果。如果学生在了解题目时需要一些额外的帮助，这也会传送到学习者通过手持设备(c3和c4)。关于所有学生的信息在ULE服务器模块进行，而关于对象的信息由对象管理。

图3：学生和对象的交互

2.对象或设备之间的交互

图4说明设备之间的通信。同样学习者是学生1，接近并且观察对象1。与对象1有关的信息被传递，以文本、图象或者声音的形式被提供到学生的手持的设备。当系统从学生1收到答复，它可能回顾信息，并且细致地“测试”学生的理解。在分析过程中，对象1传递这信息对其他对象，即：泛在空间之内的对象2和对象3。这允许ULE服务器模块和对象下载相关学生信息序列是作为如下：

（1）学生1接近对象1。

（2）信息传递给学生1。 12 Satyanarayanan M. Pervasive Computing: Vision and Challenges . http://www.cscmu.edu/}aura/docdir/pcs0l.pd#

（3）对象1分析学生的反应并且对题目的理解(在ULE服务器模块帮助下)。

（4）信息被传送到泛在空间的其他设备上。例如，学生1理解该题目的6/10。

当学生接近下个对象时，对象感知到学生以有的知识水平并在此基础上对剩余问题进行解释。这样，ULE服务器模块据对象要求进行访问。学生与对象的交互在此期间被服务器记录下来。当学生在下次访问时，ULE系统感知到学生的知识积累情况，并且可能通过构建来协助学生构建这些新知识。这样学生的学习经验可以丰富，并且更加深刻的理解也许被获得。

ULE中，适当的内容包括：基于知识的学科（诸如历史和地理等）要求知识传输、反射和活动(物理或精神)参与。这也许也被称为知识博物馆或者画廊，个性化学习迎合了最初的视听觉学习。当他们在泛在空间中与各种各样的对象和设备进行交互时，他们能够从环境中建构自己的知识。建构主义学习理论主要就是要求学生从所见所闻以及他们感知到的东西中进行新知识的学习。

图4：对象之间的交互

四、泛在学习环境下的其他应用

关于泛在学习环境的相关研究目前依然较少，国内相关研究主要包括泛在学习环境下的学习资源研究，以及不同视角下的泛在学习环境研究。

陈卫东13（2008）从哲学的视角透视和思考了泛在学习，主要从学习、技术、环境、人的发展以及自由等角度对泛在学习进行了哲学思考。

余胜泉14（2009）提出了适合泛在学习环境与非正式学习的一种新型学习资源组织方式—学习元。该学习元具有生成性、开放性、联通性、可进化发展、智能型、内聚性、自跟踪、微型化等特征。如图5所示。

李晓会（2009）在介绍计算机支持的泛在学习系统及社会交互概念的基础上，提出了社会交互支持模型的构建，并运用该模型设计和分析了社会交互场景及使能技术。

杨现民16（2010）在比较分析当前国际主流学习技术标准的资源信息模型的基础上，提出了一种泛在学习环境下的资源信息模型—学习元信息模型，并对其结构要素进行了详细的说明。他认为语义网、云计算、普适计算等新技术不断涌现和快速发展，将使人类生活、工作、学习的方方面面产生前所未有的变革。

五、结束语

关于泛在学习环境的研究论文日渐增多，但是，目前关于泛在学习环境的研究还处于概念模型阶段。对于泛在学习的研究，首先是理念和概念模型的研究，在理论的基础上，需要开发模型和支持环境。目前关于泛在学习环境的研究还需要在理念上继续深化。 13

1415 陈卫东.泛在学习的哲学思考[J].现代教育技术,2008(12). 余胜泉,杨现民.泛在学习环境中的学习资源设计与共享[J].开发教育研究,2009(15):1.

15 李晓会,刘洪沛.泛在学习中社会交互支持模型的构建[J].现代教育技术,2009.10.

16 杨现民,余胜泉.泛在学习环境下学习资源信息模型构建[J].中国电化教育,2010.9。

图5 学习元的资源信息模型

参考文献：

[1] 刘婷，丘丰，论未来终身教育新模式一泛在学习[J]，广播电视大学学报第16卷总第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，徐福荫，普适计算环境中的泛在学习[J]，总第246期中国电化教育，2007.7.

[5] Gregory Abowd, Chris Atkeson, Irfan Essa， Ubiquitous Smart Spaces [EB/OL].

.gatech.edu/fce/pubsrdarpauss98.pdf.

[6] 余胜泉，适应性学习——远程教育发展的趋势[J]，开放教育研究

[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] http://ecet.ecs.ru.acad.bg/cst04/Docs/sIV/428.pdf

[8] 李卢一，郑燕林，泛在学习环境的概念模型[J]，中国电化教育，2006(12):9-12

[9] 张洁,王以宁,张晶.普适计算支持下的泛在学习环境设计[J].现代远距离教育,2009.5.

[10] Gersten, R. and Baker, S. (1998). Real world use of scientific concepts: Integrating situated cognition with explicit instruction. Exceptional Children, 65(1), 23-36.

[11] Jacobs, M. (1999). Situated cognition: Learning and knowledge relates to situated cognition. [verified 31 Oct 2004] http://www.gsu.edu/~mstswh/courses/it7000/papers/situated.htm

[12] Satyanarayanan M. Pervasive Computing: Vision and Challenges .

http://www.cscmu.edu/}aura/docdir/pcs0l.pd#

[13] 陈卫东.泛在学习的哲学思考[J].现代教育技术,2008(12).

[14] 余胜泉,杨现民.泛在学习环境中的学习资源设计与共享[J].开发教育研究,2009(15):1.

[15] 李晓会,刘洪沛.泛在学习中社会交互支持模型的构建[J].现代教育技术,2009.10.

[16] 杨现民,余胜泉.泛在学习环境下学习资源信息模型构建[J].中国电化教育,2010.9。

[17] Biström, J. (2005). Peer-to-Peer Networks as Collaborative Learning Environments. Paper presented at HUT T-110.551 Seminar on Internetworking, retrieved October 25, 2005 from http://www.sit.fi/~johnny/collp2p.pdf.

[18] Lyytinen, K. and Yoo, Y.: Issues and Challenges in Ubiquitous Computing,

Communications of ACM, Vol.45, No.12, pp.63­65, 2002.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ftr1.html