2.1 智能空间的特征

随着信息通信技术和智能终端设备的发展与普及，学习空间突破了时空限制，将物理空间与虚拟空间无缝连接，将正式学习与非正式学习逐步融合，逐渐发展成为智能学习空间，能够实现学生自主、灵活、个性化地学习。智能学习空间不仅重塑、优化了学生学习体验，而且通过大数据收集，利用学习分析技术，全面准确了解学生的学习情况和学习变化，为学生提供精准的判断和反馈，做到最优化地促进学生学习。美国国家技术与标准研究院将智能空间定义为“一个嵌入了计算、信息设备和多模态传感器的工作或生活空间，具有自然便捷的交互接口，其目的是使用户能非常方便地在其中访问信息和获得计算机的服务来高效地工作和与他人协同”。NIST将智能空间的核心特点概括为如下几点：

（1）能识别和感知用户及他们的动作和目的，理解和预测用户在完成任务过程中的需要。

（2）用户能方便地与各种信息源进行交互。

（3）用户携带的移动设备可以无缝地与智能空间的基础设施交互。

（4）提供多媒体化、丰富的信息显示，能够增强对现实的信息获取。

（5）提供对发生在智能空间中的经历（experience）的记录，以便在以后进行分析。

（6）支持空间中多人的协同工作及与远程用户沉浸式的协同工作。

以上这些智能空间的特点正在不断融入教育教学环境中，使得整个教育教学环境走向智慧化、智能化。早在2013年，IBM预测未来的教室将能够读懂人[6]，教育环境将能够感知师生的需求，判断学生的特征，实现个性化的指导等。

从教育教学的角度看，智能空间是以人为中心的适应性信息系统工程，其核心技术特征可以概括为：情境感知、异构通信、无缝移动、自然交互、任务驱动、可视化、智能管控、自动适应，如图2.1所示。

图2.1 智能空间的基本特征

（1）异构通信。智能空间通过将系统集成到物理空间中，将计算资源融合到环境中，实现不同设备之间的无缝通信，支持教师和学生在不同多媒体设备上展示学习内容，支持师生通过多媒体设备交互。

（2）无缝移动。智能空间实现虚实融合、无缝切换、多终端访问、连接社群等功能。智能空间通过集成多种媒体，实现多屏、多媒体、无线、分区，实现学生多终端访问虚拟社区、访问智能空间各种设备，支持学生协作，支持学生即时互动等，支持学生快速组建并连接到虚拟学习社区。

（3）自然交互。以语音、动作等自然姿态深度互动、跟踪记录。随着泛在计算基数的发展，计算机集成到环境中，人们可以在移动中和计算机更加自然地交互。智能设备“消失”在我们的生活中，人们无意识地使用各种技术和智能设备，这些设备能够感知环境的变化，获取人的需求，能够自动适应动态变化的环境，能够按照人们的喜好发生响应。这些将实现人与环境、与内容、与技术设备等进行自然交互。

（4）任务驱动。学习环境能够理解用户的行为与意图，主动提供交流与服务，用户认知资源聚焦于学习任务，而非底层技术，技术适应人的工作行为，而不是人适应技术规则。智能空间通过感知学生的任务情境、学习情境，感知学生的学习和认知状态，根据任务情况为学生提供所需支持，帮助学生开展并完成任务。

（5）可视化。智能空间通过对海量数据的图形化，直观可视化地实施监控，通过可视化展示数据和分析结果，给人更加直观的观察和认识，具有统一管理、集中展示、场景可视化、数据可视化等功能。可视化技术使人能够在三维图形世界中直接对具有形体的信息进行操作，和计算机直接交流，赋予人们一种仿真的、三维的并且具有实时交互的能力。这种技术已经把人和机器的力量以一种直觉而自然的方式加以统一，这种革命性的变化将极大地提高人们在智能空间学习与工作的效率。

（6）智能管控。智能空间提供智能控制、诊断、分析、调节、调度等功能和服务。首先，智能空间中的设备能够被自动、智能控制，不需要或很少需要人工设置、人工操作，智能空间能够根据用户需求和情境动态变化来智能控制设备。其次，在诊断方面，智能空间能够根据用户的操作行为、学习结果等进行精准诊断，以判断学生的学习状态，并给予及时的、精确的反馈。再次，智能空间根据收集到的学生的行为操作数据、学习结果数据、情感反应数据等对学生的状态和情感进行大数据分析，以精确了解学生的学习情境。最后，根据对学生的精准分析，对当时的学习情境进行调节和调度，对学生的学习情境和状态进行个性化资源的调度和推送。

（7）自动适应。智能空间能够根据学生的需求、学生所处学习情境、学生的学习偏好、学生的学习风格等，个性化推送学习资源或服务。此外，自动适应体现在智能空间的自配置和自优化[7]。自配置是指智能空间能够根据环境和用户自动重新配置空间中的智能设备，动态变化地安装、更新、集成智能空间的系统与用户和学习情境的接口。自优化是指自适应设备将不断寻求方法来提高它们的操作。

（8）情境感知。智能空间中的情境感知是指计算系统自动地对用户所处环境的变化进行感知和应用，并据此做出决策和自动提供相应的响应或服务，其特征是将信息和服务呈现给用户并自动执行相应的服务[8]。智能空间在学习空间中的应用可以体现在智能空间能够感知教与学活动实施的物理位置信息；感知教与学活动场所的环境信息；感知学生的专业知识背景；感知学生的学习状态等；感知学生的知识背景、知识基础、知识缺陷等；感知学生的认知风格等。为提高智能空间对学生学习情境的识别，帮助学生做出正确决策，智能空间应该实现对情境感知的动态推理及对动态事件的预测[9]。