人工智能與環境設計精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇人工智能與環境設計，期待它們能激發您的靈感。

篇1

一、不斷完善政策制度體系

山西省政府辦公廳轉發省人社廳《關于加強技師學院建設的意見》、省政府印發《關于貫徹落實的實施意見》以及相配套的《校企合作促進辦法》等五個專項文件，山西省人社廳制定印發了有關技工院校學籍、教學、學生資助資金、專業帶頭人和骨干教師評選、教講課（說課）競賽組織等五個辦法和一體化課程教學改革、畢業生待遇落實等兩個通知。在全省建立了較為完善的技工院校管理政策體系，為推動全省技工院校改革發展提供制度保障。

二、大力加強技工院校辦學基礎能力建設

加強與發改委、財政、教育等部門的溝通協調，大力加強全省技工院校辦學基礎能力建設：一是積極爭取國家中職教育基礎能力建設和示范校建設項目，有8所技工院校獲批承建國家中等職業教育基礎能力建設項目，7所技工院校建成國家中職示范校；二是實施中職教育質量提升計劃項目，完成和在建重點專業建設項目30個、實訓基地建設項目56個；三是加強高技能人才培訓基地和師資隊伍建設，建成和在建高技能人才培訓基地國家級11個、省級20個，培養雙師型教師1146名；四是積極推動課程教學和培養模式改革，有5所技工院校列入國家一體化課程教學改革試點校，有5所技工院校與7家國有大型企業合作，確定1150名學徒開展企業新型學徒制試點；五是經省編委批準，成立了省技能人才教育研究室。

三、充分發揮技工院校服務社會功能

一是確保技工院校學制教育基本穩定，每年學制教育招生穩定在3.5萬人以上，全日制在校生穩定在11萬人左右。二是積極服務就業創業，面向農民工、企業職工轉崗和失業人員、高校畢業生等群體，積極開展就業技能培訓、崗位技能提升培訓和創業培訓。三是服務脫貧攻堅，實施技能脫貧千校行動。實施6萬名“建檔立卡”農村貧困勞動力免費職業培訓，2017年2月21日下午，樓陽生省長到太原市高級技工學校進行調研指導，現場聽取了人社廳對推進實施6萬名“建檔立卡”農村貧困勞動力免費職業培訓和促進技能就業工作匯報。

四、持續優化技工院校辦學環境

篇2

關鍵詞：學科學習網站；人工智能與模式識別；.NET

中圖分類號：TP393.092 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 04-0000-01

.net-based Disciplines Website Design and Development

Ma Manli

(Hainan Normal University,Haikou571158,China)

Abstract:According to the features of campus net,combine to the web construction of our school,to put up the website design process under the internet environment,it specifics to Artificial Intelligence and Pattern Recognition for an example,design a subject website system based on .net for learing,this system build bridges with information technology network construction and subject courses,in a word,it combinned to the information technology and course disciplines together.

Keywords: Disciplines learning website;Artificial Intelligence and Pattern Recognition;.NET

近年來，隨著科學技術日新月異的發展，人工智能與模式識別技術已逐漸上升為計算機學科的重要分支。與此同時，也衍生出很多和人工智能與模式識別有關的重要學科，如《人工智能原理與方法》、《現代模式識別》、《人工智能與專家系統》、《人工智能及其應用》等等。然而，這一內容可以說在計算機方面還是一個年輕、稚嫩的領域。如何讓學生了解并快速掌握這些技術，以及如何實現教師與學生的互動的問題迫在眉睫。而學科網站開發技術的應用正好可以實現這個目的，學科網站的本質是一個基于網絡資源的學科研究、協作式學習系統，它通過網絡學習環境，向學習者提供大量的學科學習資源和協作學習交流工具，從而讓學習者體驗和了解科學探索過程，提高學習者獲取信息、分析信息、加工信息的實踐能力和培養良好的創新意識與信息素養。

一、網站系統的需求分析

需求分析實質上是一個建模過程。是用戶向開發者提出需求，開發者滿足用戶需求的過程。是為最終用戶所看到的系統建立一個概念模型，是對需求的抽象描述；它主要包括系統功能需求和基本業務模塊2部分內容；

（一）系統功能需求

1.系統管理員可以對網站進行維護和批準用戶的注冊申請，以及對用戶所上傳的資料進行審核工作；2.普通注冊用戶可以瀏覽網頁、下載相關資料、進行在線學習等操作；3.游客只能瀏覽網頁，也可以進行用戶注冊，但是無權限上傳或者下載題庫資料。

滿足上述需求的系統主要包括下面幾個模塊：

（1）數據庫管理模塊：提供使用者錄入、修改并維護數據的途徑。

（2）基本業務模塊：注冊用戶可以瀏覽網頁、上傳或者下載題庫資料、進行在線學習，其中管理員還可以對網站進行維護和批準用戶的注冊申請；

（二）基本業務模塊

1.瀏覽網頁：注冊用戶（包括管理員和普通用戶）可以瀏覽網頁；2.上傳題庫資料：普通用戶注冊登錄之后可以通過鏈接等方式上傳關于人工智能與模式識別的學科資料；3.下載題庫資料：普通用戶注冊登錄之后有權限下載關于人工智能與模式識別的學科資料；4.在線學習：普通用戶登錄之后可以進行在線學習操作；5.頁面維護：管理員可以使用此模塊對網站的頁面進行更新或者維護；6.用戶注冊批準：管理員可以使用此模塊批準用戶注冊。

二、網站系統的概要設計

這個環節是對網站中每個模塊要實現的功能進行規劃，重點完成網站的框架設計、數據庫設計、網絡環境設計等；

（一）網站的框架設計

（二）網絡運行環境設計

該網站主要用于教輔教學工作，所以可以確定其采用ACCESS2003作為數據庫服務器，IIS作為測試服務器，另外采用基于WEB技術的B/S框架結構，以為開發語言，采用SQLSERVER數據庫，運行于服務器端，結合軟件項目管理，系統分析與技術、數據庫設計等有關理論設計實現專題。

（三）數據庫設計

該網站的數據庫包含很多信息，可以將這些信息抽象為下列系統所需要的數據項和數據結構；

1.用戶USER（用戶姓名，身份，密碼，性別，專業，年齡，QQ）；2.學科內容（學科標題，資料上傳時間，學科課程資料來源）；3.學科內容表（用來保存學科信息）

三、結束語

利用網站開發技術提供和展現教學資源很有必要，它使信息技術對人類學習方式的變革具有深刻的影響，換言之，進行學科教學與信息技術的無縫結合，是未來學校教學的趨勢之一，對當前學校教育教學改革具有一定意義。相信今后學科學習網站的建設會有更為廣闊的發展空間。

參考文獻：

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篇3

論文摘要:學習環境設計是教學理論領域的兩大主題之一。隨著知識媒體概念的提出及不斷發展，它對學習環境的影響也越來越明顯。主要表現在呈現教學信息、構造仿真情境、創建虛擬學習空間、豐富的信息資源和學生評估等幾個方面。

學習環境設計是教學理論領域的兩大主題之一。環境因素與人類學習之間存在著密切的相互作用的關系，良好的學習環境能促進人的學習，不良的學習環境會抵消教育、教學的作用和影響。將環境因素納入人的學習過程來考慮，體現了整體的思想觀念，是進行教育、教學改革觀念上的轉化。

21世紀以來隨著計算機、網絡、通信、超文本與超媒體，數字電視等數字技術的飛速發展，整個社會即形成一種數字化生存的環境，傳統的教育模式、教育方法，越來越不能滿足素質教育、創新教育、全民教育、終身教育的需求，它的局限性越來越明顯。這種數字化生存環境，對我們的教育目標、教育內容、教育方法和教育手段等提出了全新的挑戰和要求。

雖然“知識媒體”對教育系統的滲透還處在初級階段，但它的介入，使現代教育在很多領域都顯示出了不可逆轉的發展趨勢。

一、知識媒體

1.什么是知識媒體

“知識媒體”由Mark Stefik在1986年首次提出來的，他的出發點是認為只有將人工智能技術和因特網結合起來才能發揮更大的作用。這個術語本身強調的是在遠程教育中，要優先考慮學習規律和認知科學，然后才是技術。

目前知識媒體是個倍受關注的焦點，很多國家都成立了知識媒體研究所。經過各種研究發現，各種技術與媒體都有各自的優勢和局限性，不存在一個萬能的媒體或技術，最有效的媒體與技術是各種媒體與技術的有機融合。因此，我們把以多媒體、遠程通信、虛擬現實及認知科學有機融合后的媒體集合稱之為“知識媒體”。它的內涵是指由計算機、遠程通信及科學相結合而成的作為輔助人類高級認知、擴展人類學習技能與知識領域的技術與媒體。

從定義可以看出，知識媒體可以認為是一種整合環境、平臺。它并沒有擴展傳統媒體的范圍，知識媒體擴展的只是人們對傳統媒體應用的思想，即“為了更好地促進人類的學習，傳統媒體應該如何恰當地組合應用?”對于回答這個問題的思想。

如果泛義地理解，我們可以將知識媒體理解為以學習者為中心的新技術，只要能促進人類的學習，增強創造力，促進知識的建構，有助于知識的共享、獲取和理解的方法，都可以認為是知識媒體。

2.知識媒體的特點

知識媒體有以下5個顯著特點:

(1)知識媒體同時涉及數據和過程:可以通過自己的計算，計算出新的事實，根據媒體自身的規則和不同戶的操作來配置和顯示不同的信息。

(2)知識媒體可以跨越時間和空間來傳播，它尤其適合協作:時空己經不是障礙，通過新的知識媒體，信息都可以傳播。尤其對公司而言，可以廣采眾家之長，讓所有人暢所欲言，協同完成既定目標。

(3)知識媒體包含任務空間和人際空間:任務空間是指我們完成工作(寫作、繪圖和計算等)的環境，而人際空間是指我們和其他人交流的環境。新的知識媒體可以使在計算機上工作的合作者共享一個虛擬的工作空間(即任務空間)，但是他們可以通過一種設備(人際空間)看到對方。這就是新型知識媒體的作用。

(4)知識媒體是可擴展的，而且它的行為是可以由用戶來控制的:媒體本身能被修改和加強以適應用戶的感覺、認知和任務的需要。我們可以設置一些現代的工具軟件比如word，我們可以把最常用的功能放在最方便使用的地方。

(5)知識媒體具有一定的智能性，可以有效地減輕人們的認知負荷:知識媒體的構建基礎是對人的認知與思維過程的建模，通過對認知與決策過程的某些需要大信息量的認知加工過程的模擬，可以有效地減輕人們的認知負荷，提高知識管理與決策效率。知識媒體不是讓軟件完全取代人的思考，而是增強人的思考。

總之，知識媒體的核心在于促進人類的學習，促進知識的共享。

二、建構主義學習環境

建構主義教學理論特別強調學習環境的設計。關于建構主義學習環境的界定，較有影響的觀點是學習環境的場所觀和資源與關系說。場所觀認為學習環境是一種學習場所。資源與關系說則認為學習環境不是簡單物理意義上的場所，而是學習資源和人際關系的組合，其中既有豐富的學習資源，又有人際互動的因素。這兩種觀點未能反映建構主義學習環境的核心內容。我們將建構主義學習環境概括為是一種支持學習者進行建構性學習的各種學習資源的組合。這里的學習資源包括信息資源、認知工具、人類教師等物理資源，以及任務情境等軟資源，其中任務情境是建構主義學習環境的核心，任務情境是在學習環境中起著集成其他各種學習資源的作用。一種學習環境是否是建構主義的，關鍵看任務情境的性質。

建構主義學習環境的設計是以學為主的教學設計的主要內容之一。而我們理解知識媒體是一種以學習者為中心，將各種媒體優化組合以促進學習者更好地學習的新技術。這一思想對于建構主義學習環境設計是很有益處的，我們可以認為知識媒體更適合進行建構主義學習環境設計。

建構主義代表人物喬納森在1997年提出了建構主義學習環境模型(Constructivist LearningEnvironment，簡稱CLE)，見下圖。

CLE模型由問題、相關的實例、信息資源、認知工具、會話與協作、社會背景支持六部分組成。

問題:它處于建構主義學習環境設計的中心，是學習者要嘗試解決或決心要解決的各類問題。它包括疑問、項目、個案等。

相關的個案或事例:通過這些相關個案或事例為初學者提供相關經驗，這對于幫助他們解決問題是非常關鍵的。

信息資源:為學習者提供有關問題的詳細背景，學習必須的預備知識等。 認知工具:常用的認知工具有六類:問題/任務表征工具、靜態/動態知識建模工具、績效支持工具、信息搜索工具。

會話與協作工具:計算機網絡的發展可以為合作學習提供技術上的支持，使學習者之間進行討論，通過與他人的討論，使學習者重新建構知識，進而擴大其認知結構。

社會背景支持:CLE模型所設計的建構主義學習環境可以為學生的自主學習提供三種教學策略:建模策略、教練策略和支架策略。

三、知識媒體支持的建構主義學習環境設計

從黑板、粉筆等傳統媒體到形象直觀、聲形兼備的多媒體，再到計算機網絡，雖然彌補了傳統媒體中的一些不足，但在培養學生的素養和創新能力，以及發揮學生的主體地位等方面仍然存在不足。知識媒體則可以將網絡與其他各種媒體恰當結合，它比過去的多媒體教學又有了一定的改善。因此，以CLE模型為基礎，我們利用知識媒體來進行建構主義學習環境的設計，可以達到比傳統媒體或多媒體進行的學習環境設計更好的效果。

從知識媒體的特點，我們可以看出它對于設計學習環境具有很多優勢，首先它考慮到了學習規律和認知科學，其次知識媒體以學習者為中心，有利于學生的知識建構，再次知識媒體具有一定的智能性，可減輕人們的認知負擔，增強人們的思考。

從建構主義學習環境設計的模型出發，結合知識媒體的特點，我們總結出以下幾點知識媒體在學習環境設計中的應用:

1知識媒體呈現教學信息

傳統的各種媒體向學生呈現信息時，只是簡單地顯示事實以及對事實的解釋說明，所有學生接受到的是相同的信息，缺乏學習的自主性，不利于學生對知識的建構。知識媒體則可以同時設計數據和過程，學生可以根據這些數據或過程計算出新的事實，比較有利于學生的

發現式學習。知識媒體可以根據自身的規則和不同的操作為不同類型的學生配置和顯示不同的信息，實現對學生的因材施教，滿足學生的個性需要，體現學生的學習主體性。

2.利用知識媒體，構造仿真情境，創設真實的任務情境

學習活動的真實性被認為是建構主義學習環境的重要特征。真實的任務情境有利于學生的知識遷移，任務情境與將來實際應用的情境相似，有助于學生獲取高度概括的理解。

通過知識媒體，如虛擬現實技術可以為學生創設與當前主題相關的、盡可能真實的情境，模擬現實，使學生產生身臨其境的感覺，激發學習者的學習積極性，在這種仿真情境中完成問題的理解、知識的應用和意義的建構。

3.通過知識媒體為學生創建虛擬的學習空間，實現學生的協作、交流

設計協作學習環境的目的是為了在個人自主學習的基礎上，通過小組討論、協商，以進一步完善和深化對主題的意義建構。

我們可以通過諸如視頻會議、網絡會議、LotusNotes軟件等，以及各種論壇、聊天室等實現學生之間、學生與教師間的實時或非實時的對話，以進行協作學習，最終學生們共同完成學習目標。知識媒體可以使計算機上工作的合作者共享一個虛擬的任務空間，在這個任務空間中實現與他人的交流，從而實現了人際空間。

4.通過知識媒體，為學生提供豐富的信息資源環境

學習者在進行學習時，不論是進行自主學習還是協作學習，都需要大量的與學習主題相關的信息，并且需要有一些學習工具的支持，知識媒體則可以滿足這些需要。

互聯網是信息的海洋，學生通過互聯網可以獲得大量的信息資源。知識媒體還為學習者提供了認知工具，如word等一些現代工具軟件可以對獲得的信息資源進行處理，并且知識媒體將這些軟件中常用的功能都放在方便學習者使用的地方。由于知識媒體考慮到了學習中的認知科學，所以這些工具軟件在使用時要比作為普通軟件使用對學生的學習更有效。

5.知識媒體可以更好地對學生進行評估學習環境的設計與使用是一個動態的過程。評價、反饋與修訂使學習環境趨向更合理。

通過知識媒體，學生可以很方便地實現小組對個人的評價和學生的自我評價，比如學生可以通過網絡遞交作業，把作業到網上或Blog里，這樣便于教師和其他同學對個人進行評價，還可以利用電子檔案袋進行教師對學生的評價和學生自評，并且通過它既可以評價學習結果，還可以評價過程。另外，學生還可以利用各種展示軟件將自己的學習成果展示出來，以便于學生間的互評。

篇4

【關鍵詞】綠色建筑；cad技術

綠色建筑亦稱為生態建筑、可持續發展建筑。在建筑經濟學領域，綠色建筑措施帶來了社會效益、環保效益和經濟效益，并降低建筑項目的風險。在規劃領域，綠色建筑首先強調辨識場地的生態特征和開發定位，以充分利用場地的資源和能源，減少不合理的建筑活動對環境的影響，使建筑與環境持續和諧相處。在設計領域，綠色建筑采用建筑集成設計方法并遵守環境設計準則，將建筑物作為一個完整的系統，綜合考慮建筑的間距朝向、形狀、結構體系、圍護結構等因素。在施工領域，綠色建筑的目標是減少對環境造成嚴重影響。通過采用具有環保意識的綠色施工方法，綠色建筑的建造過程能夠顯著減少對周邊環境的干擾，減少填埋廢棄物的數量以及建造過程中消耗的自然資源數量，并將建筑物建成后對室內空氣品質的不利影響減少到最低程度。在運行維護領域，綠色建筑的技術和方法可以保證建筑規劃設計目標的實現，通過合理的環境目標設定和智能化的系統控制，采用科學、適用的消費模式，保證建筑設備系統的安全和清潔運行屏降低系統能耗，保障室內空氣品質和熱聲光環境，減少運行過程中污染物產生，提高建筑整體的運行效率。

因此，綠色建筑遵循可持續發展原則，以高新技術為主導，針對建筑全壽命的各個環節，通過科學的整體設計，全方位體現“節約能源、節省資源、保護環境、以人為本”的基本理念，創造高效低耗、無廢無污、健康舒適、生態平衡的建筑環境，提高建筑的功能、效率與舒適性水平。

20世紀60年代，出現了“生態建筑”新理念。70年代，石油危機的爆發，使人們意識到，以犧牲生態環境為代價的高速文明發展史難以為繼。耗用自然資源最多的建筑產業必須走可持續發展之路。80年代，節能建筑體系逐漸完善，并在英、法、德、加拿大等發達國家廣為應用。同時，由于建筑物密閉性提高后，室內環境問題逐漸凸現，以健康為中心的建筑環境研究成為發達國家建筑研究的熱點。1992年巴西的里約熱內盧“聯合國環境與發展大會”的召開，使“可持續發展”這一重要思想在世界范圍達成共識。綠色建筑漸成體系，并在不少國家實踐推廣，成為世界建筑發展的方向。

30多年來，綠色建筑由理念到實踐，在發達國家逐步完善，一些發達國家還組織起來，共同探索實現建筑可持續發展的道路，如加拿大的“綠色建筑挑戰”行動，采用新技術、新材料、新工藝，實行綜合優化設計，使建筑在滿足使用需要的基礎上所消耗的資源、能源最少。日本頒布了《住宅建設計劃法》，提出“重新組織大城市居住空間（環境）”的要求，滿足21世紀人們對居住環境的需求，適應住房需求變化。瑞典實施了“百萬套住宅計劃”，在住區建設與生態環境協調方面取得了令人矚目的成就。

綠色建筑技術集成體系是反映綠色建筑發展的綜合性指標，目前許多歐美發達國家已在綠色建筑設計、自然通風、建筑節能與可再生能源利用、綠色環保建材、室內環境控制改善技術、資源回用技術、綠化配置技術等單項生態關鍵技術研究方面取得大量成果，并在此基礎上，發展了較完整的適合當地特點的綠色建筑集成技術體系。不少發達國家根據各自的特點，還通過建造各具特色的綠色建筑示范工程展示其綠色理念、綠色技術及產品等大量研究成果，引領未來建筑發展方向，推動建筑的可持續發展。建筑形式包括辦公樓，住宅，學校，商場等，比較典型的如：英國BRE的生態環境樓和Integer生態住宅樣板房等。這些示范建筑通過精妙的總體設計，結合自然通風、自然采光、太陽能利用、地熱利用、中水利用、綠色建材和智能控制等高新技術，充分展示了綠色建筑的魅力和廣闊的發展前景。

發達國家在近十年的時間里還開發了相應的綠色建筑評價體系，通過具體的評估技術可以定量客觀地描述綠色建筑中節能效果、節水率、減少CO2等溫室氣體對環境的影響、“3R”材料的生態環境性能評價以及綠色建筑的經濟性能等指標，從而可以指導設計，為決策者和規劃者提供依據和參考標準。影響較大的如國際可持續建筑環境促進會的GBTool評價工具，美國綠色建筑理事會的LEED評估體系等。國際上綠色建筑評估工具的發展具有以下特征：各國發展生態建筑評估工具都注重與本國的實際情況相吻合；隨著綠色建筑實踐在各國的不斷發展，評估工具也由早期的定性評估轉向定量評估；從早期單一的性能指標評定轉向綜合了環境，經濟和技術性能的綜合指標評定。

上世紀90年代后期，綠色建筑概念引入我國。1994年我國發表了“中國21世紀議程”，同時啟動“國家重大科技產業工程――2000年小康型城鄉住宅科技產業工程”。1996年又發表了“中華人民共和國人類住區發展報告”，對進一步改善和提高居住環境質量提出了更高要求和保證措施。

與國外相比，我國目前在單項生態關鍵技術研發方面還需進一步深化：如在建筑節能方面，與氣候相近的國家相比，我國采暖地區的建筑能耗約是他們的3倍左右；在綠色建筑設計、自然通風、可再生能源利用、綠色環保建材、室內環境技術、資源回用技術、綠化配置技術等研究方面均需加快應用研究。

隨著綠色建筑在我國的不斷發展,綠色建筑評價體系的發展和完善也逐漸成為當前研究的一個重要課題。目前,我國已經建立了中國生態住宅技術評估體系、綠色奧運建筑評估體系并編制了《綠色建筑評價標準》及《中新天津生態城綠色建筑評價標準》等綠色建筑評價標準,使我國綠色建筑的評價體系逐步走向成熟。基于綠色建筑理論研究成果，北京、上海、廣州、深圳、杭州等經濟發達地區也結合自身特點積極開展了綠色建筑關鍵技術體系的集成研究和應用實踐。例如北京的北潞春綠色生態小區、鋒尚國際公寓，廣州的匯景新城，上海的萬科朗潤園等。以“上海生態世博”和“北京綠色奧運”為背景的“上海生態建筑示范樓”和“清華超低能耗示范樓”等綠色建筑示范項目業已建成并向國內外開放，成為我國綠色建筑技術展示、教育基地和后續研發平臺。

總體上我國綠色建筑尚屬起步階段，缺乏系統的技術政策法規體系，綠色建筑評估標準規范尚未正式頒布，本土化的單項關鍵技術儲備和集成技術體系的建筑一體化研究應用均需進一步深化，國內外綠色建筑領域的合作交流還未全面展開。真正意義的綠色建筑尚未進入實質性推廣應用階段，綠色建筑設計理念和綠色消費觀念有待進一步引導。

建筑的可持續發展，不僅對建筑環境工程師、建筑設備工程師提出挑戰，更重要的是對建筑師的挑戰。綠色建筑的一個重要方面就是節約能源，降低建筑能耗。在決定建筑能量性能的各種因素中，建筑的體型、方位及圍護結構形式起著決定性作用，直接的影響包括建筑物與外環境的換熱量、自然通風狀況和自然采光水平。而這三方面涉及的內容將構成70％以上的建筑采暖通風空調能耗。因此建筑設計對建筑的能量性能起著主導作用。不同的建筑設計方案，在能耗方面會有巨大的差別。單憑經驗或者手工計算，很難正確判斷建筑設計的優劣。目前憑借先進的計算機技術進行復雜的數據計算和實時的動態模擬是實現綠色建筑設計的科學性和合理性的重要保障。

計算機輔助設計（ComputerAided Design，簡稱CAD）技術產生于19世紀50年代后期。在AutoCAD占據統治地位的2DCAD時代，只能通過手工輸入的方式將建筑設計的相關數據輸入到相關軟件中，才能進行能量分析。而操作和使用這些軟件不僅需要具備復雜的能量分析基礎知識，而且本身也是專業化的程序，必須由專業人士經過專業培訓才能進行操作。大量的專業數據、繁瑣的輸入工作使得能量分析與模擬對于建筑師來說是可望而不可及的。這是建筑師無法在設計過程中直接對設計方案進行建筑能量分析的一個重要原因。因此在傳統的2D設計模式中，能效計算通常安排在設計的最終階段，由專業人士進行操作和分析、模擬，但此時建筑設計方案已經很難改變。于是，能量分析就成為一種象征性的姿態，對綠色建筑設計起不到什么作用。

在我國，《公共建筑節能設計標準》已于2005年7月1日起開始實施。節能設計成為強制性的設計標準，而傳統的建筑能量分析方法卻無法滿足廣大建筑師和建筑設計的需求。根據調查分析，能效設計概念難以在實踐中實施的原因是多方面的，其中主要原因之一是缺乏能為建筑師所接受和使用的、在建筑設計的任意階段，特別是初始階段進行的能效設計方法和軟件。如果能充分運用先進的計算機技術，使建筑師能夠隨意的在設計的任意階段，特別是在設計的初期階段毫不費力的對整個建筑的能源消耗和生態效應進行準確的計算和評估，得到關于建筑能量性能的寶貴的反饋信息，那么建筑師就能及時準確的對設計方案進行調整和優化，從而滿足建筑節能的要求，最大限度的減少不可再生能源的消耗，真正實現綠色建筑設計的自動化、數字化。這就需要一個包含建筑全部信息的數字化模型，和一個能識別這些信息的建筑性能分析工具。

但更重大的變革現在正在進行，CAD技術經歷了二維平面圖形設計，交互式圖形設計、三維線框模型設計、三維實體造型設計、自由曲面造型設計、參數化設計、特征造型設計等發展過程。近年來，又出現了許多先進技術，如變量化技術、虛擬產品建模技術等。隨著互連網的普及，集成化（Integrated）、智能化（Intelligent）、協同化（Collaborative）成為CAD技術新的發展特點。使CAD技術得以更廣泛的應用，發展成為支持協同設計、異地設計和信息共享的網絡CAD。從電子繪圖到所謂的建筑信息模型（BIM），建筑實際構件用數字化的方法來搭建，與此同時（自動實時）鏈接到報告生成（數據庫）引擎，根本上產生人們所說的“智能幾何”。

虛擬現實（VirtualReality,VR）技術在CAD中的應用也已經開始，可以進行各類具有沉浸感的可視化模擬，用以驗證設計的正確性和可行性。還可以在設計階段模擬零部件的裝配過程，檢查所用零部件是否合適和正確。在概念設計階段，支持人機工程學，檢驗操作時是否舒適、方便，可用于方案選比。

篇5

[關鍵詞]未來課堂；智慧學習環境；智能學習空間；設計

[中圖分類號]G420 [文獻標識碼]A [文章編號]672-0008（2012）05-0042-08

一、引言

以計算機、通信、人工智能等為標志的信息技術快速發展及在教育教學領域的應用，使得我們傳統的課堂也漸漸從普通教室轉變為技術增強教室（Technology Enhanced Class-room）從單一技術的教室應用轉變為泛技術的教學環境。這既是科學技術發展的必然結果，也是社會發展對技術教育教學應用的應然要求。正如美國前副總統阿爾·戈爾所說：“美國的每一個孩子都應當接受21世紀的教育，都應當使用21世紀的技術。”當今。我們所面臨的學習者被稱為是網絡一代/數字后代（Digital Generation/Digital Natives），這一代的學習者正以與他們的父母截然不同的方式學習、玩樂、溝通、工作以及創造社群，他們利用網絡，毫不費力地突破了地域和時間的限制，利用指尖橫跨世界。他們崇尚自由和選擇權，追求個性化，喜歡交談、討厭說教、天生就善于協作，他們會仔細監督你和你的組織，堅持做正直的人，就算是在上班或是上學。他們也想過得有趣些。速度才是生活的常態，創新就是生活的一部分。時代的發展要求我們培養出富有創造力和創新精神的學習者。課堂是教學的主陣地，理想的課堂應是互動的，知性靈動的天地。這些都需要我們改變現有的課堂的物理架構和教學樣式。

從技術教育應用的歷史來看，教育技術的發展史其實就是技術發展及其在教育教學領域應用的歷史。技術的層出不窮，改變了信息的呈現、傳輸和存儲，也改變了人類對于信息的獲取和處理方式，但技術的不斷推陳出新，同時也給教學者和學習者帶來了很大的挑戰，他們需要不斷地去熟悉這些新技術，并將這些技術有效地應用于教與學的過程。幸運的是，隨著社會對人的關注，技術也越來越智能化，從過去以技術為中心轉向以人為中心，使人可以從繁雜的技術操作中解放出來，實現與技術、資源最為自然、和諧的交互，將自己的注意力集中于學習過程。借用環境行為學、社會學等學科的觀點，“人塑造了環境，環境也塑造了人”。提高課堂主體對自身及其所處教與學環境的認識，建立和諧的人與環境之間的關系，是未來課堂研究的一個重要主題。

目前。國內外關于未來課堂（教室）研究已經引起了各國政府、全球知名企業、高等學校、科研院所以及中小學校等機構的關注，未來課堂設計與應用已經成為了教育技術學研究的一個新領域。

二、未來課堂的特性及教與學的特點

（一）未來課堂的概念界定及特性

關于未來課堂的界定，國內外的文獻中目前尚無統一的論述，對于未來課堂，從名稱上有“未來教室”和“未來課堂”兩大類。

Clayton M.Christensen.Michael B.Horn and Curtis W.Johnson在“Disrupting Class”一書中指出，未來課堂是一個集成了技術與軟件。提供給學生一些替代方法和選擇以達到規定的目標的課堂。它們鼓勵形成一個讓學生一起工作計劃，分享經驗和教訓和進行概念化的學習，而不是單純記憶一些信息的環境。

美國的《每日論壇》報在其“Classroom of the Future，Here，Now”一文中指出，未來的課堂是一個學習環境，采用創新的教育活動，從課堂管理到教學的所有方面提高對技術的使用。它能使教學者和學習者成為優越的學習環境的一部分。

臺灣的陳曼萃認為，未來教室是指這樣一種教室環境，教學上，希望由過去單向的講授教學。轉變成為師生互動的學習模式，引發及提高學生的學習興趣，并進而啟發學生的創意與思考：同時。讓學生有更大的自由可以依自己的喜好選擇學習及進行探索的方式，以多元的管道汲取知識。包括使用各類的硬件載具，如計算機、學習機、電視、手機、電子書等。

臺灣的賴阿福認為，未來教室可定義為一個高度信息化、互動性強、整合性佳的教學與學習環境，適合進行信息融入教學、數字學習，教師可運用多元教學策略在講授、評量、診斷、互動、討論、探究等教學過程中，除了能強化教學效能及學習成效外，亦能提升學習者的關鍵能力（包含問題解決、創意思考、批判思考、溝通表達、信息應用等能力）。

臺灣資策會在“2009年的數位典藏與學習之產業發展與推動”計劃中提出，未來教室為將新興的數位教學終端設備與數位內容進行整合，輔以適當的教學模式與方法，發揮Ac-tive Learning（主動學習）的成效，培養學生高層次能力的教育體系與環境。未來教室即是將科技工具運用在教學上，且強調團體的交互式教學。并以學習者為中心設計教材，創造出協同合作之虛實整合學習環境。

臺灣的《啟動學習革命》一書中認為，“未來教室=無所不在的學習環境+電子書包+隨意教室+遠距實驗室+高互動教室+相連教室”。在未來教室里，無處不可以學習，還可以跨班際、校際甚至國際進行交流。

未來教室是指將高新技術融入教育，創造全新的互動教育環境。未來教室的目標能力是培養學生的分析力、創新力，教學方式是多向的，以學生為中心進行學習，學生能夠進行主動、探索性學習。

未來教室是一個集多媒體教室、計算機教室、微格教室、校園電視臺等多種環境為一體的新形式教學環境，其中使用了包括電子白板、數字筆、電視（顯示）墻、無線網絡、數字攝像在內的多種技術，讓學生充分體驗到計算機技術發展所帶來的便利。體驗到利用新技術進行學習盼快樂。

未來教室便是利用先進的新一代信息科技，改變傳統學校教室的學習環境，建立師生間雙向互動的教育學習模式，不但能刺激學生學習動機與創新、探究之精神。更讓教師能夠豐富教材內容以及輕松教學。未來教室應該是一個廣義的概念，包括教師的教學工具、學生的學習環境等。

英特爾全球教育總監Brian Gonzalez認為，未來的課堂是“顛倒的課堂”。是指教育者賦予學生更多的自由。把知識傳授的過程放在教室外，讓大家選擇最適合自己的方式接受新知識；而把知識內化的過程放在教室內，以便同學之間、同學和老師之間有更多的溝通和交流。

王珠珠認為，未來教室是一個以學生為中心的教學的、鼓勵學生多方面的進步的，是一個能夠展現、呈現或者使用、分享或者多媒體的，應該是能夠合作研究，能夠便于信息交流的，應該是批判性思考，并且能夠主動的計劃和行動的這樣一個真實和虛擬環境的整合的這樣一個環境，或者叫結合的一個環境。

宋衛華認為，未來教室是一種利用電子白板技術、投影技術、智能空間技術、無線射頻技術、物聯網技術等手段，在現代創新教育理念的指導下，構建出以培養學生21世紀創新技能為目的，以互動為核心，能夠激發學生學習興趣，促進學生協作、探究學習的一種教室環境。

楊宗凱教授認為，未來的教室一定是云端教室，包括電子課本、電子課桌、電子書包、電子白板等，在資源方面，由模擬媒體到數字媒體，再到網絡媒體，資源最終都在教育云上，內容達到極大豐富，從而滿足個性化的學習。

通過對上述定義進行分析，可以看出，目前，已有對未來課堂（教室）的界定一個共有的趨勢是關注于利用新興的技術創建一個教與學的環境，促進學習者的學習和相關技能的培養。綜合以上學者對未來課堂（教室）的概念界定研究，本文認為，未來課堂（Future Classroom/Classroom of the Future）是相對于傳統和現代課堂而言的，是以人本主義、互動、環境心理學等相關理論和智能空間、云計算、人體工學等技術的支持下，以互動為核心，以充分發揮課堂組成各要素（人、技術、資源、環境和方法等）的作用，實施教與學，以促進人的認知、技能和情感的學習與發展的教與學的環境與活動。

未來課堂的特性主要體現在未來課堂的人性化、混合性、開放性、智能性、交互性和生態性等方面。人性化主要體現在技術設計與應用上。更多地體現以人為本的精神：混合性則主要體現在未來課堂可以實現多種教與學活動的混合，正式學習和非正式學習結合，虛擬課堂和現實課堂的混合。不同交互類型的混合等：開放性主要體現在課堂教學組織形式的開放以及教學資源的開放：智能性則體現在未來課堂應是一個智能化的學習空間，具有自然便捷的交互接口，以支持教與學主體方便地獲得未來課堂設備的服務：生態性則體現在未來課堂應是一種平等、和諧、開放的生態系統。

（二）未來課堂教與學的特點

未來課堂的教與學的過程是以學生為中心的、自主的、個性化的。在學習內容上，不管是哪個領域。都要學習批判性思維、復雜問題的解決、合作以及多媒體通訊等21世紀的專業知識與能力：從技術對學習的促進方式上看，作為以泛技術環境為特征的未來課堂，可以通過不同技術來支持不同類型的學習，多媒體的呈現形式、網絡資源和網絡社群可以為學生的學習創造機會：從學習的時間和場所上看，學生可以隨時隨地按需學習，技術為按需學習和全方位學習搭建了關鍵性的橋梁。使學習資源通過正式學習和非正式學習得以有效利用：從學習主體的廣泛性角度看，未來課堂則是提供了靈活的信息呈現方式、學生知識表征方式和活動參與方式，體現為所有課堂教與學主體提供服務。使所有人都能夠得到合適和有效地支持。

三、未來課堂：智慧學習環境

智慧學習環境目前也已開始受到教育技術學界研究者的關注，《開放教育研究》雜志從2012年開始開辟“智能學習環境”專欄，北京師范大學教育學部知識工程研究中心和加拿大Athabasca（阿薩巴斯卡）大學計算機和信息系統學院也聯合主辦了“北京師范大學一阿薩巴斯卡大學首屆“智慧學習環境國際研討會”。

智慧學習環境是數字學習環境的高端形態，是社會信息化背景下學生對學習環境發展的訴求，也是有效促進學習與教學方式變革的支撐條件。智慧學習環境的目標是使得學習場所能夠感知學習情景，識別學習者特征，提供合適的學習資源與便利的互動工具，自動記錄學習過程和評測學習成果，以促進學習者有效學習。

智能空間（smart Space）是智慧學習環境的一種實體形式，也是智慧學習環境實現的基礎，是嵌入了計算、信息設備和多模態的傳感裝置的工作或生活空間，具有自然便捷的交互接口。以支持人們方便地獲得計算機系統的服務。智能空間作為信息時代的產物是具有動態、主動、可思維、開放、多變等特性的建筑空間。

參照NIST（美國國家技術標準研究院）給出的智能空間具備的功能和為用戶提供的服務標準，我們認為，作為智能空間的特定應用形式，未來課堂也應是一個智能學習空間，它應包括能識別和感知課堂主體以及他們的動作和目的，理解和預測這些主體在完成教與學任務過程中的需求：課堂主體能方便地與各種信息源（包括設備和數據）進行交互：他們所攜帶或使用的移動設備可以無縫地與未來課堂這一智能學習空間的基礎設施進行交互：未來課堂能夠提供豐富的信息顯示：提供對發生在未來課堂中的經歷的記錄，以便在以后檢索回放：支持未來課堂中多人的協同工作以及與遠程用戶的沉浸式的協同工作等。

智能學習空間還是一個富交互環境，在未來課堂這一智能學習空間中，大量的計算設備、多模態交互技術模塊、情景感知（Context Awareness）模塊被嵌入并隱藏在實際的物理環境中這些模塊互相協作并能主動為用戶提供服務，使得智能空間擁有立體、連續的交互通道。按照智能空間發展的這三個階段，從獨立的智能空間一開放的智能空間一智能社區的演變。不同的智能學習空間之間也應該能夠自發地發生交互。當一個空間的資源無法滿足用戶的需要時。智能空間應該根據用戶的要求向臨近的空間發出請求來完成用戶的任務。

目前，國內外對智能學習空間的研究主要集中于有關智能教室的研究，筆者曾在智能教室的研究現狀與未來展望一文中。對智能教室研究的國內外現狀進行了系統的綜述。目前如清華大學的Smart Classroom，Dell公司的intelligentclassroom，卓越電子的智能教室等。

也有學者從各自角度提出了關于智慧（能）學習環境的構想。鐘國祥等提出，智能學習環境是從建構主義學習理論、混合學習理論、現代教學理論出發，以學習者學習為中心，由相匹配的設備、工具、技術、媒體、教材、教師、同學等構成的一個智能性、開放式、集成化的數字虛擬現實學習空間，認為其既支持學習者學習的自主建構，又提供適時的學習指導。馬來西亞學者Chin認為，“智慧學習環境是一個以信息通信技術的應用為基礎、以學習者為中心的且具備以下特征的環境：可以適應學習者不同的學習風格和學習能力：可以為學習者終身學習提供支持；為學習者的發展提供支持。黃榮懷等人認為，智慧學習環境是一種能感知學習情景、識別學習者特征、提供合適的學習資源與便利的互動工具、自動記錄學習過程和評測學習成果，以促進學習者有效學習的學習場所或活動空間。

在這些現有的項目中，盡管各個項目關注點會有差異，但是其核心思想是一致的，就是技術整合于教室及教學活動，為課堂教與學活動的順利開展，及為學習者提供良好的個性化學習支持，注重學習者創新能力及創新精神的培養提供@技術、環境、人、資源各主體相互協調的智能學習空間。

在未來課堂研究方面，筆者曾利用質性研究法和文獻研究法，對目前網絡上公開的44篇中小學生所寫的關于未來教室（課堂）的作文利用質性分析軟件Nviv08.0軟件進行了內容分析。提煉出當前中小學生對于未來課堂的想象與期望。基于作文內容分析建立的未來教室特點模型，如圖1所示。

從模型圖中研究者可以發現，學生們對于未來教室（課堂）特點的認識，主要體現在智能的、高科技的、人性化的、靈活的、有趣的、自由調節的、使用便捷的、安全的、心情愉悅的、生態的、環保的、無塵的等概念中。

另外，筆者基于對于未來課堂的定位和特性、學生理想中的未來課堂和未來課堂的目標進行分析的基礎上，還采用了專家意見征詢法，對來自于教育學、教育技術學、計算機科學與技術、建筑學、心理學等領域20位專家，對于未來課堂的認識進行了意見征詢，借此構建了未來課堂的模型，如圖2所示。

從未來課堂模型中。可以看出。未來課堂的設計主要從課堂環境設計和課堂教與學的活動設計兩方面入手。未來課堂要能促進學習者的學習與發展，應使學習者在未來課堂中能夠實現快樂學習和高效學習。而要做到這一點，需要學習者在未來課堂中進入到一個積極的心流狀態。從心流理論研究可以得出，要使學習者獲得這種心流狀態，需要從學習環境和活動兩方面進行考慮。其中環境部分包括未來課堂的物理環境和學習支持平臺。物理環境中，未來課堂給課堂主體提供了高交互的教與學設備。能夠有效支持課堂主體對于學習資源的獲取、處理和呈現。智能環境控制則給課堂主體提供了良好的外在環境，從光、溫、聲、背景音樂、空氣質量等方面根據課堂的實時狀態進行調節。創意空間布局則主要考慮給學習者提供更為人性化的桌椅設施，以及根據教與學活動的需要能夠方便實施桌椅的組合，形成學習小組，以利于小組學習活動的開展。

未來課堂中教的活動、學的活動和評的活動都是基于未來課堂云學習支持系統來實施的，所有學習資源的提取及課堂教學過程中生成的資源均來源于或進入到可進化的學習資源庫中。課后的活動是課中教與學活動的延續，教師可以利用課堂實錄系統記錄的視頻和學習支持平臺記錄的教學生成性資源進行分析，反思自己在教學過程中的經驗和不足之處，并撰寫反思，與同行交流，也可利用學習支持平臺對學生在作業過程中提出的問題進行輔導交流。學生在課后也需要對自己的學習過程進行反思，撰寫反思日志，并利用交互學習終端完成系統根據自己的學習情況推送的個性化作業。

未來課堂學習支持系統是未來課堂模型的重要支持部分，主要可以基于泛在網絡實現高互動教與學設備、智能環控設備的接入與控制，支持未來課堂教與學等活動的開展。教師、學生可以通過交互終端接入未來課堂學習支持系統，進行教與學的活動實施，教研員、學校管理者、教師同事、家長等也可以接入未來課堂學習支持系統，參與教與學的過程，了解學與教的情況。

可進化的學習資源庫是未來課堂學習支持系統的重要支撐。因為在未來課堂教與學的過程中有許多新生成的資源，而且未來課堂中的學習需要有情境性、適應性的資源，需要為學習者進行個體學習時所需的個性化學習資源需求提供支持。根據不同的要求，提供隨需應變的學習資源服務。在未來課堂中，學習者需要的不是泛泛的學習資源，而是需要應時的、與學習目標、教與學內容相關的、能夠切合學習者所處當前語境的資源。可進化的學習資源優勢便在于它解決了資源的應時性。使學習資源有了適應性的特點。由于在未來課堂中，隨著課堂主體與資源的交互，不斷有新的生成性學習資源產生，也就是說學習資源能在與課堂主體進行交互的過程中，吸收資源使用者的集體智慧得以不斷進化，這樣就使得原本傳統的靜態化、結構封閉、內容更新遲緩的學習資源需要轉變為動態生成、持續進化發展、結構開放的學習資源。不斷保留在使用和交互過程中產生的生成性信息作為資源進化的養料，體現資源進化和學習者知識建構的歷史路徑，滿足資源自身生命進化的需求。未來課堂中學習者的學習過程不僅僅是學習者與學習資源的交互，更重要的是在參與學習的過程中，吸取教學者、其他學習同伴、遠程學習者或專家等人的智慧，建立起學習者學習的社會認知網絡，收獲持續獲取知識的“管道”。透過學習資源在學習者、教師等人之間建立起動態的聯系，共享學習過程中的人際網絡和社會認知網絡，滿足社會化學習的需求。

由上可見，未來課堂是一個智慧學習環境，智能性是未來課堂的重要特性之一，未來的課堂應是這樣一個富有技術、充分體現技術、人和諧交互的智慧學習環境。這個環境的組成既包括未來課堂物化形態上所呈現的智能學習空間，同時還包括在這個空間中對課堂主體所進行活動的智慧性支持。在這個環境中，技術也已成為一個具備一定智能的主體，與其他主體能夠進行良好的互動，共同促進未來課堂教與學效率的提高。

四、未來課堂的智慧性體現

基于泛技術環境的支持，未來課堂的目標是旨在構建一個自然、和諧互動的學習空間。促進學習者進行個體學習和社會化學習，進而促進學習者的發展，在空間設計上也應能夠體現綠色、環保，從信息化設計到體驗性設計。

未來課堂作為一個智慧學習環境。其智慧性主要體現技術層面、環境層面和資源和服務層面等方面。

（一）技術層面——應用大量的智能技術

未來課堂作為一個泛技術支持下的教學環境，應用了大量的智能技術，主要實現信息的記錄、傳輸、編輯的智能化，主體之間交互的多元化、便捷化。如RFID技術、泛在網絡技術。智能學習空間（Smart learning space）是嵌入了計算、信息設備和多模態的傳感裝置的教學與學習空間，具有自然便捷的交互接口，以支持課堂主體方便地獲得計算機系統地服務。人們在未來課堂里的學習過程就是使用計算機系統的過程，也是人與計算機系統不間斷的交互過程。在這個過程中，計算機不再只是一個被動地執行人的操作命令的一個信息處理工具。而是協作課堂主體完成教與學任務的幫手，是人的伙伴，交互的雙方具有和諧一致的協作關系。這種交互中的和諧性主要體現在人們使用計算機系統的學習和操作負擔將有效減少，交互完全是人們的一種自發的行為。自發（spontaneous）意味著無約束、非強制和無須學習，自發交互就是人們能夠以第一類的自然數據（如語言、姿態和書寫等）與計算機系統進行交互。

（二）環境層面——實現智能環境

未來課堂中應用了許多電子設備，要做到環境的智能化，需要使電子設備消失在用戶環境中，因此。需要“虛擬設備”來支持課堂主體與消失了的電子器件間的自然交互。通過智能化、個性化和相互連接的系統和服務創造所需的環境和功能。以此提高人們利用環境學習的質量。

空間可以感知人的存在。根據不同的人，空間就會有不一樣的改變。

智能環境控制系統主要基于RFID等的物聯網技術對課堂內的光、電、聲、溫根據學習者學習的需要進行控制，可以根據課堂外的光照條件調節照明，季節氣候的不同調節溫度，根據課堂內的聲場環境調節聲音系統等。如圖3所示。

環境必須能識別生活在其中的人，適應他們，并從他們的行為中學習，可能的話還要具有情感。在環境智能的世界里，由組網的智能設備組成的電子系統將集成到人們的環境中，并為人們提供隨時隨地所需的信息、通信、服務和娛樂等服務。設備還能進一步適應甚至預備人們的需要。環境智能將以完全不同于現在的手柄式或固定的電子盒的方式出現。這些新系統將自然地融合到周圍的環境中，并可以產生更為自然和隱含的交互方式。

智能環境重要的技術特性主要包括嵌入式（Embeded）。許多組網設備被集成到環境中。環境感知（context Aware）系統能識別你和你所處的環境上下文，個性化（Personlized）系統能調整自身以滿足你的需求，適應性（Adaptive）能發生變化以響應你。預備（Anticipatory）系統無需有意識的干涉便能提前準備好你所想要的。

（三）資源層面

未來課堂可以通過云資源支持平臺、智能課堂實錄系統和交互白板實現資源的智能實時錄制和資源存儲。

智能課堂實錄系統可以對課堂中的學習者的學習過程，包括自我學習和小組協作學習等過程進行記錄，儲存于云端資源服務平臺中。可供學習者課后進行學習過程的回放，反思支持。

課堂智能實錄系統是未來課堂物理架構的重要組成部分，實錄系統能夠自動跟蹤課堂主體的狀態和活動，自動調整鏡頭的景別。及實現聚焦和拾音電平的調整。并處理好不同攝像機之間的錄制畫面的同步。可以實現多攝像機、多場景切換式拍攝。

（四）服務層面

未來課堂應為課堂主體而建，終極目標在于促進學習者的個體學習和社會化學習，以促進學習者的發展，是一個充分發揮課堂主體的主動性、能動性，和諧、自由發展的教與學的環境與活動。未來課堂應為課堂教與學活動的實施提供完善的支持與服務。要實現這種支持與服務。需要未來課堂能夠根據課堂實時情境。判斷出課堂主體的需要，為教師和學生實現教與學過程的智能分析，資源的智能推送等。從而為每一個學習者能夠實現個性化學習提供可能。

五、未來課堂——智慧學習環境的實現技術

未來課堂作為一個智慧學習環境，其實現技術主要包括硬件技術和軟件技術兩個層面，其中硬件技術主要包括所有設備之間的智能互聯技術、多功能交互設備技術；軟件技術則主要是指各主體間的信息的智能傳輸技術、控制技術及推理技術等。

（一）硬件技術層面

要使得未來課堂成為一個智慧學習環境，需要有硬件技術的支持，這些硬件技術主要包括物聯網技術、多功能交互設備技術等。

1.物聯網技術

未來課堂是一個泛技術環境，是一個技術增強型課堂。未來課堂的物理架構是指在泛在網絡環境支持下，由多屏顯示、活動桌椅、智能環境控制系統、桌面平板電腦、無線反饋系統、視訊會議系統、智能課堂實錄系統等部分構成。從未來課堂的物理架構可以看出在課堂中應用了許多新的技術，但這些技術在未來課堂中不應該是單獨存在的客體，而都應成為彼此之間信息互通的主體，成為未來課堂的有機組成部分。目前，實現要實現這些設備之間的無縫鏈接，主要可以采取物聯網技術來完成。

物聯網（TheInternet of things）的定義通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備。按約定的協議。把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

從課堂教與學主體進入課堂開始，其身份信息將自動被讀取。相應的設備都會根據讀取的主體信息調節相應的設備狀態。給主體提供相應的支持。以符合個性化學習的需要。體現所有學習主體的學習機會平等性、學習方式多樣性、學習模式靈活性。

基于物聯網形成的無縫學習環境和泛在網絡技術可以讓所有學生和教育工作者隨時隨地使用綜合性的學習基礎設施。

2.多功能交互設備技術

除了物聯網技術以外，未來課堂的主要特性是其互動性，要實現各主體之間的良好互動。需要有多功能交互設備技術的支持。如多功能交互筆。多觸點交互顯示技術等。

在未來課堂這樣一個包括多種顯示設備的三維交互空間中。用傳統的鼠標鍵盤進行交互是相當繁瑣的。每個顯示設備都需要單獨配備鼠標或鍵盤，對于不熟練的計算機用戶來說。這種交互方式效率很低。對某些操作，例如繪制圖標。即使是熟練的計算機用戶用鼠標和鍵盤也很麻煩。清華大學研究者設計實現了一種多功能交互筆uPen，它是一個具有壓力傳感器的觸摸筆，可以發射激光，筆身上還有激光發射和鼠標左右鍵共三個功能按鍵。結合觸摸板和計算機視覺技術。用戶利用一只uPen就能夠以便捷的方式在課堂中與各種顯示設備進行交互。這種筆勢交互的模式擺脫了鼠標鍵盤，使用戶在課堂的各個位置都能與顯示設備交互，而且交互方式統一便捷。每一支uPen在使用過程中能向系統發送惟一的ID信息。為多支uPen同時工作提供了基礎。結合室內定位系統，就能夠確定使用人員的當前交互狀態，為系統的主動服務和用戶相關的過程記錄提供了可能。

多點觸控技術是一項由電腦使用者透過數只手指達至圖像應用控制的輸入技術。它是采用人機交互技術與硬件設備共同實現的技術，能在沒有傳統輸入設備（如鼠標、鍵盤等）的情況下進行計算機的人機交互操作。多點觸摸交互技術能支持同時多點觸摸輸入，使得觸摸手勢輸入和多人協作交互成為了可能，可以提高交互的智能性、協作性和自然性，也推動了人機界面逐漸由圖形用戶界面（GUI）向自然用戶界面的轉變。將雙手的手勢動作定義成人們在日常生活中常用的自然動作并用來操作計算機，可以大大減少操作者的認知負擔，降低學習操作的門檻。觸摸手勢交互作為一種更自然的人機交互方式，它符合用戶的認知，提高了交互的自然性。

為滿足人們簡單、自然、友好、一致的人機交互需求，利用人在現實生活中的勞動技能和操作技巧，提高交互的自然性，該平臺以用戶為中心。相對于單手操作。雙手交互不單是輸入通道上的增加，而且體現了雙手合作的特點，提高輸入帶寬和工作效率，使得傳統的圖形界面交互能夠和雙手多指交互相結合達到優勢互補。如國防科學技術大學研發的基于手勢的多指觸摸協作交互平臺。解決了多點觸摸識別與定位、觸摸手勢識別、多人協作交互等關鍵技術，利用先進的光感應觸控手段，實現了雙手多指觸摸操作的人機交互。開發了基于雙手自然手勢進行觸摸交互的通用支撐軟件，支持多人協作交互。通過觸摸屏在圖形界面上實現了一種自然、簡單、高效的人機交互。支持自然手勢的雙手多指觸摸人機交互系統，在觸摸精度、顯示面積和顯示方式上與國際同期同類技術相比具有明顯優勢。

（二）軟件技術層面

未來課堂設備的配置和連接從硬件技術層面來講創建了智慧學習環境的物理基礎，但要使其真正發揮各自的作用。成為一個智慧學習環境。則需要相應軟件技術支持。這些軟件技術主要是指各主體間信息的智能傳輸技術、控制技術及推理技術等，具體包括人工智能技術、上下文感知計算技術、和諧交互技術、計算機視覺識別技術和無縫數據管理技術等。

1，人工智能技術

人工智能技術是當前信息技術教育應用的一個研究熱點，基于人工智能技術開發的智能教學系統使得計算機軟硬件系統能夠更好地服務于學習者的學習過程。以智能專家系統ITS（Intelligent Tutoring Systems）為例，ITS是一種能仿真人類教師的計算機教學系統，以學習者為主設計的教育軟件，它能感知學習者的學習狀態，而提供適合學習者程度及喜好的指導、決定學習者模塊內容及選擇特殊設計以輔助學習指導及練習（Shute&Psotka.，1995）。ITS利用AI技術推論學習者的學習狀況、理解狀態及分析學習者特質，進而決定教學的內容、時間點、與方式。這不但塑造了一對一教學的理想環境，同時也提供了針對不同學習者需求，量身定做的適性化（adap.tive）學習內容。ITS以學生模型（Student Model）、教學模塊（Pedagogical Module）、領域知識（Domain Knowledge）、接口模塊（Interface Module）四個組件來達成上述的各項功能。[刪

在未來課堂中，學習者除了可以和實體課堂內的教學者、學習同伴進行互動外。還可以和學習支持系統中的智能型人進行互動，獲得個性化的學習支持，智能性人中的“教學人”可分為“協助教學事物人”及“實際進行教學的仿真教學人”兩種。臺灣學者陳鴻裕的研究指出，協助教學事物的教學人主要的工作有：（1）自動負責同伴間的聯絡；（2）自動檢視并提示學習進度；（3）自動收集課程的相關信息。而“實際進行教學的仿真教學人”則是代替教師實際進行教學的人，大部分的系統皆是以一個動態的3D人像作為溝通接口。以運用虛擬實境中豐富的溝通形式。與學習者在網絡的虛擬實境中互動。

2.上下文感知計算技術

上下文感知是智能空間的重要特征。是提高計算系統交互智能性的核心技術。上下文感知計算是指利用上下文信息自動為用戶提供適合當前課堂教與學情景的服務和支持。它主要涉及上下文信息的感知和表述、上下文建模和推理、上下文感知的應用等方面的內容。

上下文是指任何可用于表征實體狀態的信息，這里的實體可以是個人、位置、物理的或信息空間中的對象。在實際應用中，上下文的種類可歸納為計算上下文、用戶上下文及物理上下文等。上下文可分為低層上下文和高層上下文兩個層次，低層上下文是指直接從相應的傳感器獲得的上下文：高層上下文和低層上下文往往是相互關聯的，一般來說是根據低層上下文進行邏輯推理得到的。由于高層上下文更能體現用戶主體的意圖。因此人們對高層上下文更感興趣。它成為判斷用戶主體當前意圖，為用戶主體提供相應服務和支持的重要依據。

3.和諧交互技術

未來課堂通過開發和集成先進的和諧交互技術，為學習者提供一個高效的信息獲取、交流的工作空間。從而促使顯著提高學習、討論和協作效率。

在未來課堂中，多種來源的相關信息將集成顯示在課堂的三維物理空間中，課堂教與學的主體可以在多個顯示表面上以自然便捷的方式直接與信息系統交互。或與遠程的專家或學習伙伴進行充分的協作交流，整個互動過程還將被自動存放為可索引的學習記錄或參考案例。未來課堂這一智能學習空間是一個典型的多用戶和諧人機交互環境，目標是促使學習者在復雜的情況下盡快地理解和掌握當前形勢并快速地做出合理地決策。關鍵是要為開放式信息集成、多用戶自然交互提供支撐技術。

基于普適計算的智能學習空間技術，能營造全方位信息顯示與和諧交互環境，將大大提高教與學過程的快速性和可靠性。

4.計算機視覺技術

在未來課堂這一智慧學習環境中，人的行為識別理解、物品識別與定位，以及場景恢復等問題都需要利用計算機視覺技術作為主要或者輔助手段來解決。計算機視覺是用計算機或機器對生物視覺的仿真。是一門綜合性的學科，它包括計算機科學和工程、信號處理、物理學、應用數學和統計學，神經生理學和認知科學等。計算機視覺就是用各種成像系統代替視覺器官作為輸入敏感手段，由計算機來代替大腦完成處理和解釋。計算機視覺的最終研究目標就是使計算機能像人那樣通過視覺觀察和理解世界。具有自主適應環境的能力。

在未來課堂中，用到的與計算機視覺相關的技術主要有圖像處理、圖像識別和圖像理解。圖像處理技術把輸入圖像轉換成具有期望特性的另一幅圖像，圖像處理主要利用圖像處理技術進行預處理和特征提取：圖像識別是指根據從圖像抽取的統計特性或結構信息，把圖像分成預定的類別，圖像識別主要用于對人的動作、物品等的識別與定位等；圖像理解不僅描述圖像本身，而且描述和解釋圖像內容所代表含義，圖像理解主要用于對場景的理解和對人的行為和意圖的識別等。

5.無縫數據管理技術

從用戶的角度來看，進入未來課堂后，不同計算設備上的信息被放置在一個系統中，用戶無需關心信息的上傳和下載，只需利用下文介紹的多功能交互筆就能在不同顯示設備上方便地顯示、切換、標注這些信息，使得用戶的注意力能主要放在討論和信息理解的過程中，無需過多理會計算系統的細節。遠程用戶被允許接入未來課堂后，也能利用無縫數據管理模塊來提供和共享信息。

在多種顯示設備集成的智慧學習環境中，課堂教學主體可以通過物理環境（如墻面、桌面）、日常用具（如筆、激光筆），新型信息設備（如PDA、麥克風陣列），以及語音命令等自然便捷的方式與信息系統交互，無需依賴傳統的鼠標鍵盤，以使對計算機不熟練的人員也能夠直觀地訪問、處理信息。原型系統主要通過語音命令和多顯示表面上的筆式交互提供直接的支撐技術。

除了以上的硬件技術及軟件技術外，未來用在未來課堂這一智慧學習環境中的技術還可能包括增強現實技術（AR）、多模態信息融合、自動記錄決策過程、內容增加技術（如把有意義的元數據添加到現有的音頻和視頻內容中）、新的壓縮和表現技術（使音頻和視頻能實時地產生復合型媒體）和適應技術等，以支持未來課堂用戶主體和課堂技術、資源和環境間的自然交互等等。