我国泛在学习模式的技术实现途径研究

来源 :中国校外教育·理论 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guanzheng52824
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  本文从泛在计算的概念出发,讨论了泛在学习的内涵,从技术角度搭建了实现泛在学习模式的总体框架,并对框架三大组成要素依次做了简要论述,旨在初步探寻实现泛在学习模式的技术实现途径。 泛在计算 泛在学习 技术实现途径
  科技进步给教育带来了深刻的影响,从而使人类学习变得更加便利和有效。近几年随着网络技术、无线通信技术及计算机微型化、嵌入式的发展,计算模式向着以人为中心的普适计算模式发展,基于普适计算技术的学习方式也逐渐地应用到了教育领域。在普适环境下,学习方式从传统学习逐渐过渡到泛在学习(U-Learning)。泛在学习方式是近几年在我国开始研究的一种新型的学习范式。
  一、泛在计算与泛在学习
  1.泛在计算
  泛在计算是继大型主机和个人计算机之后的“第三代”计算技术。在过去的50年里,计算技术的发展经历了两个阶段:一是大型主机时代,许多人共享一台计算机;二是个人计算机时代,一人一机。今天的互联网将会把我们从广泛的分布式计算机系统带到泛在计算时代。在泛在计算时代,可以实现一人多机。
  1988年初,以Mark Weiser为首的PARC计算科学实验室(CSL)开始了关于泛在计算(Ubiquitous Computing,简称“UC”,普遍存在的计算)的研究,现在又称为普适计算(Pervasive Computing,简称“PVC”,普遍渗透的计算)。PARC的UC计划,最初只是想解决个人计算机所存在的一些根本问题:过分复杂而难以使用;过分要求人的注意力;过分隔绝于他人和现实活动;对人有过分的支配作用。泛在计算力求把计算机放回到它应有的位置:重新定位于环境这一背景,更多集中于人与人的交互,而不是人与机器的交互。泛在计算这一概念强调和环境融为一体的计算,而计算机本身则从人们的视线里消失。在泛在计算的模式下,人们在任何时间、任何地点都能够进行信息的获取与处理。换言之,在泛在计算模式下,计算机会变成不需要人们去关注它的使用方法,就像水、纸、笔一样,它们已经被很自然地嵌入到我们的生活环境中,而这个环境使我们更加注重我们需要完成的任务本身,而不是对计算机的操作。
  2.泛在学习
  对于泛在学习(U-Learning)这个名词是由谁最先提出、从什么时候开始作为一个术语来研究的已很难考证。但关于泛在学习这个概念的起源大多数研究者则达成了共识,认为泛在学习源于泛在计算概念。2007年的《中国电化教育》上做了两次关于“1∶1数字化学习”的专题。在其中提到的泛在学习定义是:泛在学习是普适计算环境下未来的学习方式,是一种任何人可以在任何地方、任何时刻获取所需的任何信息的方式,是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(Anywhere,Anytime,Anydevice)学习。
  泛在学习是一种智能的学习环境,学习者可以不分时间、地点的使用终端设备获得学习内容,信息可以主动地以某种方式呈现给学习者。它包括两层含义:一是指这种学习方式可以嵌入人们的日常生活中,只要你愿意,就可以从口袋、书包里面掏出或者就是你身上穿戴的衣服这个数字化设备来学习;二是指这种数字化设备是一种特殊的计算机技术,它不是我们常见的台式机架构,而是一种嵌入式设备。普适计算环境的泛在学习处于信息空间与物理空间相融合的空间里,且学习的发生、学习的需求以及学习资源无处不在,学习者可以得到普适计算环境随时、随地的支持。泛在学习者使用带有RFID(Radio Frequency Identification,电子标签)、红外数据通信口、蓝牙端口或GPS卡等通信接口的PDA(Personal Digital Assistant,个人数字助理)、智能手机、笔记本电脑等移动设备,利用无线通信技术,在任何地点、任何时间学习任何自己感兴趣的内容。
  二、泛在学习技术实现途径
  如何将这些仅存在于人们的头脑概念转化成现实从而提高人们学习活动效率。迅猛发展的技术使泛在学习概念转化为现实应用成为可能。本文的核心旨在研究技术层面上实现泛在学习,使其能够对学习者的学习活动中发挥巨大作用。实现普适计算下的泛在学习必须的三个技术要素:首先,要具有能够显示、存储、感知的智能终端。其次,还要存在将所有智能终端联接在一起的网络(泛在网络)。最后,还要有实现泛在学习的学习资源支撑系统。
  1.智能终端
  智能终端是实现泛在学习中心环节。学习者在泛在网络环境利用可获取的智能终端通过简单操作即可在接入学习资源服务器获取学习资源。泛在学习智能终端依据其移动性能可分为固定类和移动类。就泛在学习特点而言,移动类智能终端应用前景更为广阔且学界对其研究成果相对较多。但研究成果大都局限在理论层面讨论智能终端,并没有一个智能终端成品出现。故只讨论移动类智能终端并且先讨论移动类智能终端的设计原则,再讨论目前已初具泛在学习智能终端雏形且应用较多的智能手机,旨在为研究者设计与制造智能终端提供参考与借鉴。
  (1)移动类智能终端的设计原则
  ①移动性
  主要涉及两个方面的内容:设备本身的便携性,即设备的自重(包括电池)。在移动学习的环境下,作为学习工具的移动类智能终端的便携性直接影响着学习行为发生的频度和范围。另外则是终端的待机时间。
  ②接入便利性
  移动类智能终端并不是独立存在的,必须依托于一个庞大的无线或有线网络,没有网络的支持,移动学习终端就无法及时获得各种学习资源,也就无法起到支持学习的作用。因而在评价移动学习终端时,能否顺利接入网络是一个非常重要的指标。
  ③资源易获取性
  学习资源是学习这开展学习的必不可少的组成部分,只有具备了充足的学习资源,泛在学习才能够顺利发生。因而有必要考虑运行在该设备上的软件和资源是否易于获取。
  ④学习辅助性
  这一点是从移动类智能终端对于学习的支撑程度来考虑的。笔者认为对学习的支持表现在三个方面:有利于学习活动的展开,能够充分调动学习者的积极性,在使用终端的过程中要能够维持学习者的兴趣;软硬件方面的操作比较便利,能够比较容易地被学会,不会对学习者的学习过程造成不利影响;能够承载多种媒体形式,无论是文本、图片还是视频、音频资源,都应该能够提供给学生。
  ⑤扩展性
  扩展性同样包含两个方面的含义:硬件扩展和软件扩展。硬件扩展主要是指存储容量方面,因为作为学习设备的移动终端往往需要存储一定量的学习资源,因而对于系统容量方面就有一定的要求。软件扩展方面则指移动学习终端是否能够支持多种软件,以使学习者能够使用一些通用格式的资源。
  ⑥应用成本
  显而易见,在保证性能的前提下,低成本的移动学习终端将更能够得到普及和发展。
  (2)智能手机
  智能手机最大的特点就是具有一个开放的系统,人们可以根据自己的需要,安装不同的软件,实现不同的功能,其最基本的功能是日常个人信息管理和通讯以及通讯相关的电话本、通话记录等。
  智能手机被选作泛在学习的主流终端,是与其自身的特性分不开的:在移动性方面,由于智能手机重量很轻,非常便于携带(一般重量在150克左右)。电池方面,在一般使用的情况下,可以使用8个小时,在全负荷使用的情况下(连续播放多媒体文件),一般在4~5个小时左右。接入方面,目前的智能手机一般都提供丰富的网络支持,内置WAP浏览器和WWW浏览器,可以通过GSM和GPRS两种形式接入互联网,可以浏览WAP网站和普通的Web网站。在资源获取方面,智能手机一般都没有提供内置的学习资源,需要学习者自己去获取。获取的形式主要是通过网络获取或者通过连接PC获取。学习辅助性方面,由于智能手机面对的是高端用户,因而在使用方面给用户提供了丰富的功能和高度的自由,但另一方面,这也造成了在使用方面的复杂性。用户需要自己进行各种软硬件设置、需要下载安装各种应用软件,需要配置软件应用环境来浏览和使用资源。扩展性方面,智能手机同样具有很强的优势。目前的手机都支持外置存储卡,可以存储2GB~4GB的资源,完可以满足学习方面的需要。就智能手机的使用成本而言,当前智能手机的使用成本还是比较高的,目前智能手机的价格一般在3000~5000元人民币左右。此外,还有一种使用成本就是网络使用成本,这项成本在手机上网未普及之前是非常高的,但随着技术的飞速发展和大众对移动运营商的强烈建议,这项费用已经有了大幅度下滑。综上所述,智能手机在支持泛在学习方面优势非常明显,但对使用者的技术水平要求较高,需要相关人员的指导。此外,智能手机的购买成本较高,并且具有一定的网络使用成本,还不适合在我国普及。不过可以预见的是智能手机在实现泛在学习模式的应用前景极其广阔。
  2.泛在网络
  泛在网络是指无处不在的网络。对于网络系统而言,无处不在意味着网络、设备的多样化以及无线通信手段的广泛运用。对于泛在网络的概念,不同的研究者根据自己的研究背景和研究领域提出了不同的研究观点和看法,目前还没有形成统一的定义。对此,最早提出战略的日韩给出了这样的定义:允许用户自由地在任意时间,任意地点,使用任意工具,通过宽带及无线网络接入并交换信息。
  未来的泛在网络是硬件、软件、终端和应用的融合,构建泛在网络所涉及的关键技术支撑包括RFID、人机交互、上下文感知。泛在网络欲想成为现实,关键在于这三种技术的突破。目前学界在这三类领域都有较深入研究,并取得了丰富的研究成果。一些研究成果已经商品化。但学界对三类关键技术如何相互作用构建泛在网络系统的研究成果不多,因此本文详细介绍此三种技术。
  (1)RFID技术
  无线射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是一种非接触式的自动识别技术,常称为电子标签。其基本原理是利用射频信号通过空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性,实现对被识别物体的自动识别。RFID具有精度高、信息容量大、环境适应能力强、实时、可重复使用、穿透性强、操作快捷等多种优点,可广泛应用于制造、零售、物流、交通等各个行业。通过给所有物体贴上电子标签,RFID实现了物理空间中物体与信息空间中对象的绑定,为构建普遍的智能物体提供了一种切实可行的途径,使其可能成为构建泛在网络具有现实意义的重要基础技术。目前,RFID至少可以从两方面帮助构建泛在网络:第一,唯一标识参与感知计算的物理对象,建立物理与虚拟世界间的关联;第二,存储少量的历史上下文信息。
  (2)上下文感知计算
  上下文感知计算是指系统能发现并有效利用上下文信息(如用户位置、时间、环境参数、邻近的设备和人员、用户活动等)进行计算的一种计算模式。在泛在网络环境中,人会连续不断地与不同的计算设备进行隐性交互,这时需要系统能感知在当时的情景中与交互的任务有关的上下文,并据此做出决策和自动地提供相应的服务。因此,上下文感知计算是实现泛在网络环境中新型人机交互的基础,已经成为泛在网络研究的一个热点。
  (3)自然人机交互
  泛在网络使得网络空间、信息空间和人们生活的物理空间融合成一个整体,与此相应人机接口也将随之扩展到人们生活工作的整个三维物理空间。这就迫切需要一种和谐、自然的人机交互方式,即能利用人的日常技能进行交互、具有意图感知能力,与传统的人机交互方式相比,它更强调交互方式的自然性、人机关系的和谐性、交互途径的隐含性、及感知通道的多样性。它的目标是使得人与计算环境的交互变得和人与人之间的交互一样自然、一样方便。人类信息传递的主要渠道为文字、语言、图像。对应地,通过纸笔交互模式、语音、以及视觉进行人与计算设备之间和谐交互正成为最有潜力的自然人机交互方式,这也是当前国际上的研究热点。
  3.泛在学习资源
  (1)泛在学习资源特点及建设
  ①泛在学习资源的特点
  生成性:传统的学习内容创建之后常常固定不变,既成的课程资源更新周期长、改造难度大。泛在学习资源能快捷方便生成。
  开放性:泛在学习资源能够实现动态生成和不断地更新。
  适应性:泛在学习资源可以根据显示终端的物理特性动态调整内容格式以适应多种显示终端与平台。
  智能性:泛在学习资源具有高度智能性,可以根据用户学习记录动态调整学习内容的呈现顺序以及反馈信息等,还可以通过服务接口自动搜集发现知识网络中的相似知识点,并能够根据用户的不同需求实现学习内容的重组。
  联通性:泛在学习资源除了可以作为独立完整的学习单元存在外,还具有联通性,每个学习资源都可以作为资源网络中的一个结点,彼此可以按照某种规则建立联结,这种联结的建立依赖于用户的不同需求,从而构建极具个性的知识网络。
  ②泛在学习资源建设原则
  泛在学习环境的搭建不是一蹴而就的,同样,泛在学习资源也不是马上就能产生的。所以,需要在当前教学资源建设模式的基础上做出调整,花较小的代价,将现有的教学资源转化为可在泛在学习环境下使用的教学资源,在不同的资源建设之间作一个平滑的过渡。因此应当遵循两大原则。
  视频资源格式的多样化:视频资源在当前的教学资源中占据了相当大的比例。泛在学习环境中,学员可以使用任何可显示资源的终端进行学习,不同的学习载体支持不同的视频资源格式。所以在制作视频资源的时候,要考虑多种学习载体的需要,将一段教学视频转化为不同的视频格式,方便学员根据自身需要进行选择。这样,不同的学生在任何地方,使用任何可得的载体都可实现泛在学习。
  资源格式的跨平台性:学员使用的学习工具不仅仅有PC机,更有便携式的工具比如PDA、智能手机等,这就涉及资源的跨平台性。在设计这些交互性资源时,可以设计为各平台都可读的格式,比如xml flash的方式,这样既可以保持资源的生动性,也可保证资源的跨平台性。
  (2)学习资源开发技术
  基于不同的泛在学习智能终端,其所需学习资源的开发技术各不相同。在各类泛在学习智能终端中以智能手机的应用最为广泛且优势非常突出,故此仅以智能手机为平台详述目前最为流行的手机无线应用开发技术——J2ME。
  智能手机=掌上电脑 手机,这是对智能手机最生动的理解。与普通手机相比,智能手机的最大特点就是具有开放式的操作系统,可以通过安装软件扩展功能。现阶段主要使用智能手机作为移动类智能终端。目前智能手机的操作系统主要有:Symbian、Windows Mobile、Linux、Palm等。而J2ME是目前最流行的手机无线应用开发平台。J2ME是“Java 2 Micro Edition”的缩写,是SUN公司为了把Java应用于移动通信设备、嵌入式设备或消费性电器而推出的一项技术,J2ME来自于传统的计算机体系,主要针对消费性电器进行改造。因为J2ME语言是跨平台运行的,这一特性免除了制作者在各个平台上分别开发相应程序的麻烦,第三方软件开发者可以很容易地开发应用程序用于支撑泛在学习活动,其开发周期大大缩短,而且还能支持应用程序的动态下载和升级。J2ME提供了HTTP高级Internet协议,使泛在学习智能手机能以客户-服务器方式直接访问Internet的全部资源,极大扩展泛在学习资源获取范围。
  三、结束语
  本文从泛在计算的概念出发,讨论了泛在学习的内涵,从技术角度提出作者认为实现泛在学习所必需的三大要素并依次对其做了简要论述。不可否认,笔者仅仅搭建了实现泛在学习模式的总体框架并简单论述框架的三大组成要素,并未深入探讨三大要素的具体实现过程以及三者的作用机制。本文仅是从技术角度对搭建泛在学习模式战略框架的初探。
  泛在学习是未来学习的一种方向,而实现泛在学习是我们努力的目标。但很多理论与实践问还有待深入探索与研究。在目前的技术层面上,还远达不到泛在学习的要求,例如:目前的终端设备体积还不够小,在智能方面还达不到我们的要求。泛在网络的构建中网络的稳定性、异构性、安全性及网络管理方面还有待深入研究,在软件支持系统的开发方面,世界各国也都刚刚起步。但是我们相信,随着计算机技术、网络技术以及通信等技术的发展与进步,这些问题都会迎刃而解。那时,泛在学习技术环境将非常的成熟,可以为学习者提供随时随地的学习服务,以满足学习者无处不在无时无刻的学习需要,同时在提高学习者学习活动效率方面有着现实和深远的意义。
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