智慧環境下的學習資源建設研究

引言

第三次工業革命帶來了個性化、智慧化、遠程化、定制化、差異化、分散合作、扁平式組織 結構等新的教育理念，推動了物聯網、云計算、大數據、3D數字制造技術、新型交互媒體等新 一代信息技術在教育中的應用，加速了智慧教育發展的進程。智慧教育是復雜的系統，其包括智 慧教學、智慧學習、智慧評價、智慧管理、智慧服務等核心業務，每個業務的有效開展都需要大量的智慧資源或數據的支持。傳統的數字資源盡管形態多樣、數據海量化，卻難以無縫地支持具有泛在性的智慧學習活動、深度互動與智能開放的智慧教學活動、基于學習分析的智慧評價過 程、可視化的智慧管理和服務，不利于智慧學習者的培養。傳統數字學習資源的缺陷主要表現在缺乏情境感知性；難以在多種終端設備上自適應呈現；有限的開放共享，缺乏深層整合；進化缺 乏控制，散亂生長；雜亂、冗余，難以動態聯通。因此，智慧教育的發展應改變目前傳統數字資源的狀況，實現資源的智慧化升級改造，創新智慧資源的使用方式，以滿足教學方式和學習方式 智慧化轉變的需求，服務于智慧創造者的培養。

一、智慧資源內涵與特征

智慧資源是指以培養具有21世紀生存技能的智慧創造者為目的，支持智慧學習和智慧教學活動的有效開展，具有泛在性、情境感知性、聯通性、進化性、多維交互性和個性化智能推送等 核心特征的新型數字化學習資源。

智慧資源應為智慧化的教學和學習提供必需的支撐，彌合正式學習和非正式學習，滿足學習者智慧化的發展需求。學習者可以不受時空的限制，獲得符合個性需求的學習資源，走出封閉、僵化的教室，自由徜徉在情境化和社會化的真實環境中，實現個性化學習、共同體學習、探究式 學習、基于問題的學習和工作場所中的學習。智慧資源具有如下七大核心特征：

1、語義聚合與聯通性

與Web2.0理念下傳統數字資源的協同建設及機械化地導入導出的管理方式不同，智慧資源所采用的語義網技術和本體技術能實現資源的智能化組織、匯聚、聯通和管理。如北京師范大學 現代教育技術研究所研發的學習元平臺引入了語義技術，建立起各類資源之間動態的語義關聯，實現資源、知識和學習者之間的動態連接，形成開放、動態、聯通、進化的資源網絡、社會認知 網絡和人際關系網絡，實現了資源的初級“智慧”。

2、深層開放與共享性

以發展學習者智慧為根本目的的智慧教育需要全方位開放共享資源的支持。智慧資源的深層 開放和共享性表現在五個方面：①資源（庫）的建設和開發遵循統一的建設標準，實現最大規模 的開放和共享；②資源的建設和共享達到跨地區、跨省市、跨國甚至是全球領域的規模，實現資源的深層整合與共享應用；③資源的使用者由單純的“消費者”轉變為“產消者”其產品是可 供開放和共享的優良資源；④在保留資源原作者版權的基礎上，任何具有權限的人能夠獲取、使 用、修改和共享資源，促進資源的持續進化。

3、進化與再生性

智慧教育環境是一個復雜的、開放的和動態的生態系統，而智慧資源是該生態系統的關鍵物種之一，具有“有機體”的核心特質，即生存、發展、繁衍、進化，遵循優勝劣汰的自然法則。 智慧資源能夠智能地添加語義描述和標注，以用戶的需求為根本動力，以外部資源、用戶消費資源過程中的生成信息和根據語義相關度自動匯聚而成的主題資源圈為養料，實現進化和再生。

4、多終端自適應性

智慧資源可以從以下四方面“智慧”地自動識別各種終端設備，并做出相應調整[5]：①自動識別智能終端性能并相應地調整內容；②根據終端的運算能力與操作的便捷性，適應性地呈現學習活動，實現交互學習的自適應；③根據網絡狀況，自動連接服務器獲得反饋，或在本地數據庫中獲取滿足需求的資源信息；④對地理位置的自適應，發現周邊學習者，滿足實時交流互動的需求。

5、海量與泛在性

隨著云計算、物聯網、情境感知、大數據等新一代信息技術飛速發展及在教育中的廣泛應用， 智慧資源呈現出海量化、泛在化的特性。人們在生活、學習和工作的過程中會產生大量的信息， 并且被各種傳感器和物聯網便捷地獲取，通過網絡將這些信息上傳到云端進行分析處理、語義關 聯和存儲。資源需求者可以在任何時間與地點通過智能手機、平板電腦等智能終端獲取所需資源。

6、個性化智能推送

在智慧教育環境中，正式學習和非正式學習的界限逐漸模糊。無論是發生在教室、博物館、 海洋館等室內場所的學習，還是發生車站、交通工具及田野等室外場所的學習，都可以利用GPS、 RFID等情境感知技術和傳感技術，智慧感知學習者的個性化學習偏好、認知特征、學習風格及 所處的物理位置、周圍環境，智能分析學習者潛在需要的信息和資源，并進行個性化推送。智慧資源的個性化推送特征能夠滿足學習者的個性化需求，實現多樣化、差異化的學習方式。

7、多維交互與人機合一性

隨著可穿戴設備的智能化、微型化發展，人與資源之間不再是通過簡單的聽覺、視覺和觸覺 通道進行交互，而是通過語音、動作、神態與媒體、系統和資源進行更加自然、輕松、健康地交 互。交互不再局限于工具有限的功能，而是由人完全能動地主導工具，交互自然而然地發生，實 現人機合一。資源之間的交互突破了以往發生在簡單、靜態的獨立系統之內的局限，改變了資源 和知識之間的簡單樹形上下位關系，形成了語義關聯和網絡聯通的動態交互關系。

二、智慧資源建設體系框架

基于教育云平臺的智慧資源建設體系是一個結構復雜、動態變化的系統，由“三庫+六系統”構成?！叭龓臁敝柑幱诮逃贫说膶W習資源庫、開放課程庫和管理信息庫，是構成 智慧資源體系的基石。學習資源庫和開放課程庫中的內容，如文本、圖像、動畫、視頻教程等都 將通過智能化的處理（如自動添加語義描述信息、智能分類和轉換、智能匯聚和進化)，實現智 慧性轉變；管理信息庫不僅存儲完備的教育基礎信息，而且能以智能化和可視化的方式實現信息 的智慧管控?！傲到y”用于實現資源內容從數字化向智慧化轉變，是智慧資源體系的核心部件。

此外，智慧資源的建設和運行還需要以多元的資源建設與共享機制（自主建設、共建共享、 公建眾享、購買商業資源）和創新的資源保障與推進機制（管理機制、知識產權機制、質量監控 機制和需求動力機制）為保障，協同資源建設中的各個部門和環節，保障智慧資源的高效、可持 續建設。智慧資源體系的資源系統是實現數字資源向智慧資源轉化的必備條件，包括以下六部分：

1、智慧資源門戶系統

智慧資源門戶系統可以高效匯聚和存儲海量的優質數字資源和用戶信息，為用戶提供多元化、 人性化的服務：①建立安全可靠的用戶數據中心，提供終身教育身份權限認證和資源需求服務；② 門戶下所匯集的資源如同現實世界中柜臺上的商品一樣，排放有序、門類齊全、便于檢索；③智慧資源門戶系統支持多終端的自適應與同步登陸；④動態記憶和更新用戶的生成數據，支持教育資 源的在線制作、編輯和共享；⑤面向各年齡段、學科、學歷的學生、教師、科研人員、家長以及社 會公眾提供統一的服務入口和資源子門戶，并支持殘障人士通過手勢、語音等動作神態獲取服務。

2、智慧檢索導航系統

資源需求者面對海量的數字資源時，資源檢索和導航服務系統功能是否精確、便捷和智能決 定了能否為需求者檢索到最合適的資源，滿足其個性化的需求。智慧檢索導航系統的智慧功能主要體現在以下三方面：①提供多種檢索導航模式：如快捷檢索導航、語義檢索導航、語音與手勢 檢索導航、個性化定制導航等；②人性化設計：支持多種語言的檢索與導航，語義相關的英文和 中文資源能被同時識別和檢索，為不同文化背景的資源需求者提供便利；為殘障人士提供語音和 手勢檢索功能；通過圖形圖像檢索信息；智能記憶個性化檢索，通過語義關聯推薦資源等提升檢 索導航的體驗性；③高精度檢索：智能保存通過身份認證用戶的所有歷史檢索信息，通過歷次檢 索記錄，進行數據挖掘、動態語義聚合形成個性化的資源網絡，提升檢索精度。

3、情境感知與個性化智能推送系統

智慧資源庫的情境感知與個性化推送系統，主要依據資源需求者的個性化認知風格、學習偏好、認知特征，通過物聯網中的傳感器、智能芯片對學習者的位置信息、活動信息、環境信息進 行收集。經過數據挖掘，分析匹配出符合用戶需求的多種形態、語義關聯的資源，然后通過智能 推送平臺向用戶推送正在需要或潛在需求的個性化資源。該系統還能夠根據用戶最近一段時間所 處的環境、活動信息和推送的資源，構建出短期內用戶的個性化需求資源庫。通過資源推薦、訂閱、分享、關注和快速檢索的方式，精準、迅速地實現資源獲取和有相似個性需求的群體間共享。

4、資源動態語義匯聚與進化系統

智慧資源在數量上必須呈現海量化，在質量上必須能持續地語義關聯和進化，在共享上必須進行更大規模的開放，以保證為廣大用戶提供和共享高質量的資源。資源動態語義匯聚與進化系 統是實現數字資源向智慧資源轉變的基礎和關鍵。通過該系統能夠實現以下功能：①自動采集和匯聚數字資源：包括將用戶對資源的操作進行分析和采集，動態匯聚有用的資源和信息；②智能添加語義描述：引入資源的語義建模技術，構建開放的學習資源本體，對資源進行語義描述和標 注；③動態語義聚合：在對資源進行語義描述和語義建模的基礎上，運用動態語義聚合技術，對語義相關資源進行自動聚合，構建聯通的主題資源網絡；④可持續聚合進化：為避免資源的散 亂増長和進化，引入學習元平臺所采用的資源有序進化控制技術，實現資源的可持續聚合進化。

5、資源智能轉換與分類系統

目前，數字資源建設遵循多元化的規范和標準，這不僅造成海量資源大范圍共享困難的局面，而且導致用戶在不同地域或使用不同終端獲取、使用資源存在障礙。智慧資源的智能轉換與分類 系統從以下三方面可以解決現有問題：①對教育資源進行異構存儲和數據轉換，能夠根據用戶智能終端的硬件配置、操作系統、瀏覽器、文圖聲像播放軟件等配置信息，對資源格式、大小的智 能轉換，實現資源多終端的自適應，減少資源重復建設，擴大開放共享；②根據先進、完整、統 一的數據標準庫，采用KNN算法等技術，對各種形態的資源進行智能分類和存儲；③智能地對轉換和分類好的資源內容進行編目，不僅減輕資源管理者的負擔，而且用戶可以通過智慧檢索導航系統精準、快速、高效地獲得和管理所需的不同資源形態內容。

6、資源信息可視化管理系統

智慧時代下的資源處理、顯示和管理是完全可視化的過程，直接體現了資源的智慧性。通過智慧資源信息可視化管理系統，可以對資源進行以下的管理：①通過各種傳感器、智能芯片、物聯網 等感知和傳送的數據，能夠以可視化的、實時的、動態的方式監測各種情境中的學習活動、人員信息、環境信息等；②通過可視化檢索技術，以圖形界面的方式，清晰、直觀、全面地向用戶呈現各類所需的資源和服務；③通過Flex等資源進化的可視化系統技術，直觀地呈現資源進化過程、路徑，以及成長過程中不同用戶對資源的貢獻；④通過資訊可視化技術，使學習分析、數據挖掘的結 果通過圖表、儀表盤和可視化面板等直觀的形式呈現；⑤用戶終身使用信息的網絡可視化呈現等。

三、智慧資源的建設策略

智慧資源的建設需要以科學謀劃、頂層設計為指導，以人本化的建設理念、多元化的建設方式、智能化的建設技術、創新化的建設機制為策略，共同為智慧資源的建設保駕護航。

1、人本化的建設理念

智慧資源的建設要求改變以往以“技術為中心”的資源建設取向，轉向“以人為本”、“以用戶為中心”的建設理念，更加關注人的體驗性，發揮人的主觀能動性，實現人的教育平等，滿足 人的自由發展。這體現的不僅是資源建設形式上的智慧轉變，更是人類價值理性的回歸。

2、多元化的建設模式

目前，我國廣泛采用的數字資源共建共享建設模式，在一定程度上避免了資源的重復建設，擴大了優質數字資源的共享。然而，從根本上而言，資源的共建共享建設理念所尊重的仍然是協同建 設者的利益，優質資源難以突破利益的圍墻實現更大范圍的共享。由此，陳琳教授提出了政府為投資主體、全民享用資源的“公建眾享”建設模式，從根本上實現人人享有優質資源的權利。 但該模式需要投入巨大的財力和物力，從我國目前的國力及教育財政支出來看，有較大難度。企業 不僅擁有大量的資源建設人才、先進的建設理念和管理運營模式，而且商業資本能夠促進資源的結 構重組和優化。因此，智慧資源的建設應該采取多元化的建設模式，即以“共建共享為主，商業建設和公建眾享為輔”的資源建設模式。保證需求大和基礎性強的優質資源實現公建眾享，滿足絕大多數人的需求；推進具有地方文化特色和特殊需求資源的共建共享，滿足區域差異的需要；鼓勵商業化建設和運作，豐富資源形態、激活資源建設活力、提高社會資源建設的質量。

3、智能化的建設技術

先進的智能化技術是實現數字資源向智慧資源轉變和發展的直接動力。智慧資源的建設應遵 循統一的建設標準和規范，以實現智慧資源的規范化建設和更大規模的開放和共享。智慧資源的進化需要數據挖掘、語義描述、本體技術、資源的動態語義聚合技術、有序進化控制技術、基于規則的推理技術、資源語義基因提取技術等。智慧資源的個性化推送和智能檢索可為不同的用 戶智能提供個性化的需求服務，需要的技術有情境感知技術、學習分析技術、協同過濾技術、人工智能、機器學習、知識推理搜索、知識發現等技術，實現將“智能信息推送”和“智能信息拉取”相結合。此外，智慧資源的分類管理還需要智能分類和智能轉換等技術。

4、創新化的建設機制

智慧資源的建設是龐大而復雜的系統工程，既需要先進的建設理念、智能化的技術，還需要創新和完善的建設機制，關乎于所建資源的智慧性、對智慧教學活動的支持以及資源的可持續發 展。因此，智慧資源的建設需要建立完善的質量監控機制、管理機制和知識產權機制等。

質量監控上應從兩方面實現對資源建設的評價和監控。一方面，針對不同的建設模式制定相 應的評價體系和評價指標，將專家評審、用戶評審和建設者自評三者結合，實現對資源的人為評價。另一方面，為了避免人的主觀因素影響評價的客觀性，要采用數據挖掘技術、學習分析、機 器學習等技術，對資源共享程度、被檢索量、生命特征等各個方面進行智能量化，并以可視化的 形式呈現評價結果。資源管理上，應通過建立區域內語義資源網絡管理系統和區域間語義資源網 絡管理系統，對資源索引目錄進行分布式存儲管理，對資源數據進行語義關聯匯集和云存儲，實 現資源及其應用的動態化管理。在知識產權上，我國需要吸取國際上普遍認可的知識共享協議 的成功之處，將其本土化，建立智慧資源的知識產權體系；建立健全智慧資源知識產權的法律和制度，保障各方權益；開發和使用先進的監測和控制技術，維護知識產權等。

四、總結與展望

云計算、物聯網、數據挖掘、語義網等技術的飛速發展及其在教育領域的逐步應用，為傳統 數字資源的智慧化升級建設提供了基本的技術條件。智慧資源的建設需以滿足智慧學習和智慧教學的需求為目的，采用多元的建設模式、智能的建設技術和創新化的建設機制構建智慧資源的平 臺系統。未來在智慧資源的建設與應用中應著重開展以下幾個方面的研究：①解決智能化技術的 實現與創新應用問題，奠定資源建設的技術基礎。②智慧資源內容庫和系統平臺的協同建設研究， 實現資源的智慧化升級和可視化管理。③智慧資源建設各方動力機制和利益均衡機制的研究，確 保資源質量和持續性建設。