2.2 智能空间的结构

随着社会空间、信息空间及物理空间相互渗透的三元融合世界的到来[10]，技术与环境的高度融合、虚实结合的情境、无所不在的网络，使得我们的生存空间越来越智能化，人们开始考虑用“U”（Ubiquitous，意指“无所不在的”）取代原先的“E”（Electronic，意指“电子化、数字化”）来描述21世纪“无所不在”的信息社会。从“E”到“U”看上去只是一个名词的改动，却蕴含了理念、目标、路径乃至整个战略框架的深刻转变。基于“互联网+”技术的发展和支持，作者构建了符合未来学校的智能学习空间模型（见图2.2）。

智能学习空间由三大核心要素构成：智能教育公共服务平台、泛在通信网络、智能学习终端。智能教育公共服务平台是服务引擎，是教育智能空间的中枢，是学习内容与学习服务的集散地。泛在通信网络提供巨大的数据流量，支持云端一体智慧教育解决方案的普及，为无处不在的智能学习终端提供学习内容访问服务。智能学习终端是学习服务的核心载体，智能学习终端、移动云课堂是技术融合于教育的“使者”，未来学习体验中心是概念学习设计中心、体验中心与展示中心，也是需求产生中心。

2.2.1 智能教育公共服务平台

智能教育公共服务平台创新应用了云计算、物联网、移动通信、大数据分析等新一代信息技术，可以使一个普通的学习终端具有强大的学习能力。将客户端的大部分软件功能和存储功能转移到云端，用户只需要有简单的移动终端设备和软件就能通过联网享受形式多样的教育云服务。智能教育公共服务平台为实现数字化学习、智慧学习、优质教育资源共享、教师智力资源与服务流转等提供了平台支撑，具有学习个性化、内容整合化、交互多样化、内容丰富性、费用低廉等优势。智能教育公共服务平台能够感知学生特征，实现个性化适应性支持，具有开放的架构体系，属于大数据生态学习环境。智能教育公共服务平台应当具有规模大、性能稳定、高可扩展及开放性等特点，具备按需分配计算和存储资源的功能；能够支持海量的教育机构在平台上发布、销售和传播自己的优质资源，能够将教学资源进行自动转码以实现多种终端的自适应，组合功能搭建自己所需的教学社区，租用合适的存储空间、流量和并发数量等；能够通过开放API与主流的开源教育信息系统无缝地交换数据和信息，有效整合平台外部的应用和服务。

1.智能教育公共服务平台的架构模型

基于以上分析，我们构建了智能教育公共服务平台的架构模型（见图2.3）。智能教育公共服务平台提供内容生成与标注工具，一方面允许所有用户向平台贡献资源，另一方面允许用户对原有资源进行协同编辑、批注、评价、讨论等，生成新资源，从而实现资源的共建共享。智能教育公共服务平台集聚认知模型、推理引擎和社会知识网络三大功能模型，能够实现根据学生的知识结构推送优质的个性化学习资源，实现向学生智能推荐学习同伴、教师和知识专家等人际网，实现向学生推送练习与测评、交互式学习活动等学习服务，有效帮助学生提高学习效率。智能教育公共服务平台记录学生的交互行为、个体学习行为等产生的大数据，进行学习分析，生成语义关系，反馈给平台，呈献给师生和教育机构。通过大规模、多形态的教育公共服务供给增加教育的选择性、适应性，展示未来个性化教育的可能形态，形成基于消费驱动的广义教育服务按需供给的新模式，关注和满足学生学习的个性化需求，丰富和改善优质教育资源的供给方式，促进互联网时代教育服务的有效获得。

2.智能教育公共服务平台的要素

● 可进化的学习资源库：泛在学习的核心特质绝不仅仅是计算设备、通信网络的无处不在，更重要的是在普适计算环境下对学习方式造成的变革。而这种学习方式的变革也带来了对学习资源建设的新要求，它需要无处不在、无时不在、适应情境、具有进化发展能力、连接社会认知网络的学习资源，当前e-Learning中由专家预设生成、单点集中存储、按照层次目录结构组织呈现的学习资源已经无法适应泛在学习的发展需要。

● 知识关系网络：泛在学习环境下的知识关系网络在传统的学习共同体基础上有所发展，将可进化的物化资源与人力资源结合在一起考虑，构成一个可以动态演化、自我发展的虚拟组织。泛在学习环境下的学习资源除了可以作为独立完整的学习单元存在，还可以作为学生认知网络联通的中介点。借助泛在学习环境下的学习共同体网络，学生不仅能获取知识，更能掌握学习的方法和获得知识的途径，形成知识与人相互作用、相互交织的网络，并能通过这个网络持续不断地获取所需的知识。

● 交互式学习活动：在可进化的学习资源基础上，围绕所确定的教学内容及目标设计交互式学习活动，激发学生的信息搜索、分析和综合应用等高水平思维活动，设计具体的协作任务，引发学生合作性的问题解决活动，并对学习过程进行监控调节。分享设计还要考虑到促使学生积极主动参与进来，共享知识和创造性，学生在参与学习活动的时候，要有多条途径满足他们人际互动、协作交流的需要，以使成员的协作更加顺畅；要提供多种自主学习的活动与手段，比如自测和评估等，促进学生知识内化与意义联结；要提供协同创作的环境与工具，使得每个学生的智慧得以在学习内容的进化历程中得以体现；要提供问题解决活动、案例和指导，以便学生能够通过学习解决所遇到的情境性问题。

● 认知网络模型：为了实现自适应学习，移动学习平台必须了解当前的教学对象，需要把学生的各方面信息用适当的数据结构记录下来，并提供各种推理、决策、分析的模型作为智慧学习空间进行教学决策（选择教学内容和教学方法）的依据，这种用于记录学生个别情况的数据结构及依据此数据结构存储的数据称为认知网络模型。认知网络模型需要记录每个学生原有的知识水平、认知能力和认知特点。模型依据学生和系统之间的交互作用及应答历史而形成，并可以根据每个学生的学习进步情况动态地修改。这样，系统可以随时了解每个学生的情况，有的放矢进行适应性教学。

3.智能教育公共服务平台的功能实现

我国在智能教育公共服务平台建设方面提出了“三通两平台”的愿景，为互联网时代的教育提供了环境和工具支持。“校校通”打通了区域间隔阂，使资源在区域之间、学校之间进行共享，提高资源利用率。“人人通”在教育公共服务平台支撑下开展建设与应用，通的是实名制的网络教与学环境、学习空间。“人人通”建设力求将技术赋能学习模型中，强调利用技术为学生构筑强大的、开放的和自适应的“联通小世界”，为每一个学生提供一个促进其个性化学习、丰富其学习经验的联通环境。

北京师范大学未来教育高精尖创新中心以“全学习过程的数据采集、知识与能力结构的建模、学习问题的诊断与改进、学科优势的发现与增强”为理念，开发了智能教育公共服务平台——智慧学伴（见图2.4）。智慧学伴平台面向北京市基础教育领域师生未来教育发展的需要，基于全学习过程的大数据分析驱动，为全市师生提供创新的教育应用服务，并探索移动互联时代的创新教育业务形态和治理方案，推进北京教育公共服务从数字化转型到智能化，助力构建北京教育公共服务新模式。

智慧学伴面向北京市中小学生，提供在线测评、智能作业、个性化报告与学习资源包智能推送等教育服务，实现学生学科能力素养的分析与诊断、个性发展优势的发现与扬长。智慧学伴数据处理流程如图2.5所示。

1）学生学科诊断分析工具，实现智能推荐

智能教育公共服务平台支持全学习过程的数据采集，包括学期总测、单元微测、素质测评、创意作业、开放实践和体质健康等方面。学期总测在学期末进行，针对学生的学科能力与学科素养进行诊断；单元微测在单元学习结束后进行，针对学生的知识点掌握情况进行诊断和分析；素质测评面向学生的跨学科心理发展水平测查；创意作业支持学生完成形式多样的在线作业；开放实践面向学生的综合实践活动；体质健康模块采集学生的体测数据。智慧学伴对学生全学习过程的数据进行采集、分析、构建知识空间、推荐学习内容与服务。

智慧学伴为每个学生提供个性化的知识地图（见图2.6），通过结点及结点之间的连线表达核心概念及核心概念之间的关系，通过结点的不同颜色区分学生对于该核心概念的所在能力层级。学生通过查看个人知识地图清晰地了解自身知识结构和掌握状态，为学生进一步学习提供辅助与引导，同时获得平台中优质学习资源的个性化推送（见图2.7），用来进一步提升自己的能力。家长通过微信公众号可以随时查看孩子的学科能力测评报告、心理综合素质分析报告，可以对自己孩子个性化推荐资源的学习进度进行监控和检查，以及查看其个人知识地图。通过全方位的诊断信息推送，家长可以实时了解孩子的学习成长情况。

双师在线应用最大限度地还原教师原始的一对一辅导体验（见图2.8），减少教师实施在线辅导的学习成本和转换不适感。教师通过纸笔书写的操作体验即可完成在线辅导。教师几乎不费力就可完成图形图像、公式书写等多元化的内容输入，大幅度提高数理化学科的教师在线辅导体验和流畅性。

智能教育公共服务平台通过教师在线辅导、学生在线学习和讨论，实现问答中心的提问、回答、交流讨论等（见图2.9），为学生提供精准化、个性化、多样化的在线教育服务供给，促进基础教育基本公共服务转方式、补短板，提高服务质量，助力北京市学科教学改革和考试招生制度改革。

2）北京市教育质量地图实现全市教育公平发展

为落实教育部在2014年全国教育工作会议上提出加快推进治理体系和治理能力现代化的重点任务，推进基本公共教育服务均等化，使北京市优质教育资源实现公平地发布、查询，让百姓切实有教育“获得感”，在纸版《北京教育新地图》基础上，拟使用基于“移动互联”获得的大数据，将基本教育资源公共信息可视化，构建北京市教育质量地图App。

北京市教育质量地图满足用户对学校教育质量信息的需求，将App与智能教育公共服务平台进行整合，获取各级教育质量信息与数据，从而解决人民群众对教育质量信息无法深入了解和精准把握的问题，有利于促进教育公平，助力实现基本公共教育服务均等化。教育大数据的兴起催生了越来越多的智慧化教育服务。无论是宏观的教育制度与管理体制改革，还是微观的教学方法和管理方式的改革，都可以通过科学的数据分析寻找问题的症结，识别不同地区教育发展的独有规律，然后对症下药，实施改革[11]。对于整个学校管理来说，大数据思维显得十分重要。衡量学校及区域教育质量的关键是培养对象的质量。通过智慧学伴教育数据不断汇集，班级数据、年级数据、学校数据可汇聚形成区域教育质量地图，管理者、研究者可全面了解本地区在应对教育改革上的优势和问题，依据教育质量地图采取针对性的改进措施，形成适合本地区的教育质量改进方案。通过对教育大数据进行多维度、多层次、多群体、多因素的分析来评测教育质量水平，可以发现区域的共性问题，提供教育决策支持。

北京市通州区率先使用智慧学伴进行教学改革实践，在教育应用层面，基于多元数据融合，利用数据挖掘技术和空间分析方法，为通州教育管理者提供全面客观的教育问题分析，并通过智能算法为区域教育政策的制定提供决策支撑模型，促进“基于数据说话”教育治理方式和“动态实时”教育治理模式的实现，辅助提高管理效能，促进区域教育均衡化发展，提高整体教育质量。利用教育大数据提升区域整体教育质量是未来教育发展的必然趋势。

3）精准教研与学科教学促进教师专业发展

智能教育公共服务平台面向一线中小学教师的日常教学需求，提供面向教师的备课听评课一体化的精准教研工具。备课工具面向教师移动备课场景提供课前、课中、课后一体化的教学解决方案：支持按环节推荐教学设计，支持教案导出直接生成学生可以进行学习的活动流，实现群体知识共享、个体知识管理，策略库实现群体知识汇聚、共享。听课工具（见图2.10）针对教师之间协同听评课的需求，支持教师对课堂情况的自我记录与共享，支持多人围绕听课记录协同讨论，从而形成改进方案和个人反思。

精准教学、体质健康、质量地图、学业发展推荐、心理素质测评等关键模块取得实质进展，能够投入实际使用；建立起稳定、高效的运营服务体系，确保用户的良好体验，提升用户活跃度；建立教育公共服务平台开放技术规范，统一用户、统一结算、汇聚大数据，汇聚资源、汇聚服务；探索情景感知、融合课堂、适应性学习等教学应用新形态，形成一系列创新应用案例。依托智能教育公共服务平台，汇聚优质教育资源和服务，实现教育公共服务供给的转型升级。

大数据给教师带来了前所未有的挑战，教师要从传统的经验主义向数据主义过渡，要了解数据背后的意义。为了提升教师的数据素养，在区域应用中应该同时推进教师数据素养培训。培训要能站在数据应用的角度上帮助教师提升解读数据的能力，让教师能够借助数据为大规模的学生群体提供更好的教学支持。例如，诊断性数据分析可以帮助教师发现表象背后深层次的问题，精确定位学生学习问题的症结所在，进行精准的定向支持；预测性数据分析可以辅助教师判断学生的综合素质、职业倾向、能力倾向。未来，教师的数据素养将成为区域教育质量改进的关键所在。

2.2.2 泛在通信网络

在智能学习空间中，网络如同空气和水，自然而深刻地融入了人们的日常生活及工作。泛在计算技术、移动互联网络技术的发展使泛在通信网络得以实现。泛在通信网络将多种接入方式、多种承载方式融合在一起实现无缝接入；任何对象（人或设备等）无论何时、何地都能通过合适的方式获得永久在线的宽带服务，可以随时随地存取所需信息。泛在通信网络通过连接各种智能终端设备感知用户及周边环境的场景信息，自动选择合适的传送方式，将正确的服务准确传递给有需求的用户，实现人—物—信息—人之间的无缝连接、快速传递和智能推荐。

构建泛在通信网络的关键是网络的融合，即如何将当今分属各领域的有线、无线、广播网络整合起来。目前人们主要在电信网、广播电视网、互联网的融合方面开展研究工作，力求实现三网向宽带通信网、数字电视网、下一代互联网演进，实现三网融合，实现技术功能趋于一致，业务范围趋于相同，网络互联互通、资源共享，能为用户提供语音、数据和广播电视等多种服务[12]。

无线网、互联网、物联网、电视网将高度协同和融合，将实现跨网络、跨行业、跨应用、异构多技术的融合和协同[13]。泛在通信网络兼顾了物与物相连，涵盖了物与人、人与人的通信，是全方位沟通物理世界与信息世界的桥梁。从泛在通信网络的内涵来看，其关注人与周围环境无缝地、和谐地交互。泛在通信网络既有互联网的部分，也有物联网的部分，同时还有一部分属于智能系统（智能推理、情境建模、上下文处理、业务触发）范畴，泛在通信网络的概念范畴如图2.11所示[14]。

实现多网融合才可以使开放性、整合性教育资源供给服务成为现实。未来的泛在通信网络是硬件、软件、系统、终端和应用的融合，所涉及的技术支撑包括RFID、人机交互、上下文感知计算、多接入、移动性管理、网络安全、网络管理等[15]。在泛在通信网络环境中，用户和移动终端设备都处于频繁移动状态，用户在多种移动终端设备上切换任务，用户的任务可在任何时候、任何地方暂停执行，无须用户进行其他主动式操作，而后即可随时在另一地方的不同设备上原样地继续执行，从而使用户察觉不到因工作地点、计算设备、计算环境的变化而带来的各种差异，从而能够继续原来的工作[16]。

随着移动通信4G 网络的迅猛发展，移动互联网的带宽越来越大，移动网络互连速度越来越快，进一步刺激了人们对移动终端设备的使用。4G网络将TD-LTE作为核心部分，所有业务在分组形式的基础上进行通信数据的实时传输，在扁平化网络体系基础上，采取端至端网络构架，既保留2G指标和3G指标，还增添了全新的核心性能指标，并对各项性能指标加以整合，科学分析，从而提升运行条件[17]。4G 网络技术与前几代的通信技术相比具有较多的优越性，可连接多种形式的终端设备（见图2.12），并且通信速度快，通信灵活，更加智能，具有丰富的增值服务等[18]。4G 网络的实现使泛在通信网络的发展向前迈进了一步，实现了人们利用各种终端进行人与人之间的通信、人与物之间的信息传输。

泛在通信网络将成为未来信息通信社会发展的必然趋势，网络将无处不在，而且不再被动地满足用户需求，而是通过与具有环境感知能力的智能终端协同，主动感知用户情境的变化并进行信息交互，通过分析人的个性化需求主动提供网络带宽与信息服务。在无处不在的通信网络的支持下，信息空间与物理空间将实现无缝对接，其服务将以无所不在、无所不包、无所不能为三个基本特征，帮助人类实现任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信，都能通过合适的终端设备与网络进行连接，获得适应性、个性化的信息服务。

2.2.3 智能学习终端

智能学习终端是学生进行泛在学习的接入工具和学习媒介。在“互联网+”时代，随着物联感知技术的发展和应用，智能学习终端将内置网络和传感器、增强性虚拟现实等，具有环境感知的智能性，能够自动捕获并解析各种学习对象发出的环境信息，将能够体现信息生态的协调和适应性，可自然交互。硬件和电子技术的高度发展与广泛应用催生出多种多样的智能学习终端，不同形态的智能学习终端具备不同的功能特色，表现出不同的特征，下面将详细介绍几种主流的智能学习终端及其在教育教学上的应用。

1.多种形态的智能学习终端

虽然市面上的智能学习终端比较丰富，但是在教育教学中得以广泛使用的智能学习终端却比较少，主要有笔记本电脑、平板电脑（包括智能学习机、学生平板电脑、早教机等形式的平板电脑）、智能手机等。这些智能学习终端各具特点，在教学中也得到多种形式的应用。

1）笔记本电脑

与台式电脑相比，可携带的特性使笔记本电脑能够支持移动办公、移动学习，在生活、工作和学习场景中得到更多的应用。与智能手机、平板电脑相比，笔记本电脑的功能更加齐全，性能更加稳定。笔记本电脑具有与台式电脑同等的输入方式和输入体验，但是优于手机、平板电脑的输入方式，更加符合人体工学，使其成为学生比较青睐的智能化的、便捷的学习终端。在互联网和移动通信网络带宽不断增加、硬件设备不断更新、CPU性能不断提高、存储空间不断增加的情况下，笔记本电脑可装载丰富的应用程序，具备强大的数据处理功能，加上其宽屏幕的显示装置、灵活的输入/输出装置等，为学生提供了一种智能化的、多媒体化的学习环境。

2）平板电脑

触屏技术使平板电脑在呈现可视信息时表现非常突出，比如看照片、读书、查看视频，基于动作的计算使平板电脑支持点击屏幕，这些功能整合起来对各层次的教育机构都非常有吸引力，应用形态涉及教师教学、学生学习、综合性课程设计与开展、探究性教学方式的实施等，形成了跨学科综合、高交互式特征、以学生学习为中心、开放时空（突破课堂内外）、综合复合媒体（富媒体）的新课程形态[19]。

平板电脑大尺寸的屏幕及可供用户随意调整图片方向的功能使之更容易支持用户共享内容，可支持用户小组协作学习。平板电脑继承了手机而非台式电脑的特点。基于iOS和安卓程序的平板电脑都紧紧围绕应用程序模型展开设计，成千上万的专业化应用都可以用于扩展平板电脑的功能。例如，在英国曼彻斯特医学院（Manchester Medical School），学生在课堂中使用iPad注释讲师的演讲幻灯片、录制讲座、记笔记和绘制思维导图来诠释他们对复杂主题的理解；学生通过应用Dropbox同其他同学共享文档[20]。

3）智能手机

智能手机通过内置种类繁多的传感器，如加速度传感器、磁力传感器、陀螺仪、GPS、接近传感器、环境光传感器、摄像头、麦克风、WiFi、蓝牙、近场通信等，加上越来越多的外置传感器如脑电感知装置、手势感知装置、姿态感知装置、行为感知装置、生理感知装置等[21]，提供了感知智能手机用户和环境的极佳途径，极大地丰富了智能手机的功能，扩展了手机的应用范围和场景。传感器与应用程序结合更加支持了用户的生活、学习和工作，例如，使用应用程序手机扫描二维码支付；利用教育App开展虚拟现实的学习或基于情境的移动学习。美国密苏里科技大学（Missour University of Science and Technology）生物学专业的学生使用智能手机，利用胶合板、有机玻璃和激光笔等器材设计显微镜，用于实验室工作[22]。美国斯克兰顿大学允许学生通过移动设备访问虚拟实验室，允许教师和学生获取和访问在线讲座，开展混合式学习模式[23]。

移动智能学习终端具有品种多样性、普及率高、功能性强、便捷性好等特点，新一代的智能学习终端更是大大超越了台式电脑的形式，超越了早期移动终端的技术表现，更多地表现为可嵌入到我们生活中各种物品和空间的交互式技术，这些智能学习终端具有共同核心的特点：①表现形式突破计算机惯性思维，更多与人们学习和生存环境相融合，体现出信息生态的协调和适应性。②可自然交互。可用人们习惯的、自然的交流方式与这些设备交互和互动，比如语音交流、触摸交互等。③具有环境感知的智能性，终端载体都具有智能性，能够感知环境信息并做出响应，是一个个独立的知识发布主体，它可以向与其交互操作的主体主动发布信息，用户接收后实现学习并进行行为决策。④具有快速无线通信功能。可以快速地、无缝地与用户或其他主体交换和传递信息，能够实现与他人的知识共享，通信功能内嵌到每一个智能终端主体中。

技术与商业模式的革新，使得移动智能学习终端的形态越来越多，性能越来越强，价格越来越低，功耗越来越小，交互方式越来越多也越来越自然。交互方式的自然性是移动智能学习终端可用性的重要组成部分，也是可用性评估的一个要点。过去的移动终端交互主要依赖键盘输入，终端屏幕小，输入效率很低。当前智能学习终端的人机交互的发展方向是，使用户可以方便、自然地使用人类所熟知的方式使用终端。移动智能学习终端能够准确无误地感知包括自然语言、手势语言、面部表情在内的不同的人类表达方式，实现拟人化的人机交互。

2.智能学习终端的作用

乔纳森将信息技术认知工具的作用描述为利用应用程序使学生对正在学习的学科内容进行建构性的、高阶批判性思考，并把对学习有支持作用的信息技术认知工具分为语义组织工具、动态建模工具、信息解释工具、知识建构工具和交流合作工具，学生利用这些认知工具能够分析和表征知识以促进学习[24]。目前高端智能手机、平板电脑、学习机、图形计算器等手持设备性能越来越强，可以运行相当复杂的多媒体软件，同时随着移动技术交流能力、环境感知和互联网联通性的大大提升，它已具有越来越强的计算性能，正在对学习产生重大冲击和影响。智能学习终端成为教学过程中一种辅助学生学习的有效认知工具，在智慧学习空间中的作用越来越明显，越来越丰富。

作用1：促进学科学习

利用手持技术（Hand-held Technology）所提供的针对学科特点的专用功能，可以有效促进学科知识的学习，例如，在语文、数学、英语等学科中使用智能学习终端可以借助多媒体学习软件帮助学生通过游戏、实验探究等形式有效获得知识。美国新泽西州磨石小学（Millstone Elementary School）有1/3的教师使用“数学宾果”应用程序帮助学生通过游戏来掌握数学概念。当学生答错或成功晋级时都会即刻收到反馈。英语认知工具——百词斩（见图2.13）、汉语认知工具——悟空识字（见图2.14）采用图像和视频展示单词和汉字，让学生在游戏中学习单词和汉字，激发学生学习兴趣，提高学习英语和语文的效果。在其他学科学习方面，智能学习终端还有广泛的发展空间，例如，开发针对物理、化学、生物等学科教学的仿真实验，帮助学生学习实验操作，开展实验探究，有效提高学习效率。

作用2：学习组织安排

利用智能学习终端进行时间管理、学生课表管理、任务管理等，并支持学生与人保持联络、设定将要完成的任务。这些工作均可通过内置的记事本、地址簿、任务清单以及备忘录等软件来完成，比如可应用于智能手机和 iPad 中的课程表（见图2.15），可以实现课表的自动导入和手动添加，实现手动输入笔记、拍照图片导入笔记等，实现作业记录，实现学生之间的交互等功能，帮助学生有效管理课表，帮助学生课堂学习和交互。

作用3：信息检索与传递

通过移动互联网络技术，随时检索网络搜索引擎，及时获取和保存所需信息，将知识获取的范围，从桌面计算机访问互联网络转移到掌上、手边，就像从印刷大字典到放在口袋里的电子词典一样，带来更多的快捷、更多的便利。使用者彼此可以用手持式设备交换信息，例如，通过微信、QQ、邮箱、App等传输图片、视频、文本等资源，实现学生互通学习资源，交流学习经验，共享学习发现等。例如，在瑞士的一些小学校，五年级的学生配备了智能手机，能够免费使用互联网服务，用以检索信息资源，学生们能够更多地参与课程内容学习，同时他们的数字素养得以提升。

作用4：支持多媒体学习

目前智能学习终端都支持播放多种对象（包括文字、声音、图片、MIDI、MPEG4、Flash）及实现多种动漫特效、流程控制、内容级别测验、对错回应解析等，并具有常规播放器的外部特性，部分学习机还有独特的分级播放和轨迹记录功能，通过这些功能可以有效支持多媒体学习课件播放，实现多媒体自主学习。梅耶提出的多媒体学习与教学理论认为，教师应该同时采用语词与画面呈现信息，以帮助学生充分利用自己的认知资源，实现意义学习[25]。语词就是以文本或声音（如字幕、配音）形式展示的单词、语句等。画面可以是静止的图像，也可以是动态的视频、动画等。现在许多语言学习App大多采用这种语词、图像、声音相结合的多通道认知加工形式来帮助学生学习语言（见图2.16）。梅耶认为多媒体学习是一种知识建构过程，涉及双通道机制、容量有限机制，并且需要学生主动加工信息。利用多媒体认知工具开展学习和教学，可尽量减少外在认知加工，促进必要认知加工和生成认知加工[26]，通过认知工具激发学生的有意义学习。

作用5：支持问题解决

利用手持设备营造真实的学习情境，让学生探究思考，找出问题，并针对问题，借助移动技术工具，尝试创造性实践与问题解决，培养学生信息加工处理、问题解决和表达交流能力。加拿大艾伯塔省的李察福勒学校应用移动设备增强学生的研究和数据分析能力，为解决复杂问题、通过多媒体发布内容、与同行和专家交流，以及协同工作提供支持。

作用6：课堂实时互动和反馈

目前，部分智能学习终端利用群组红外技术和多媒体技术进行课堂教学信息反馈，使所有学生广泛地参与教学活动。在课堂上，学生每人手中拿一个手持设备和一个与计算机联机的接收器，就可以进行随堂测验活动或游戏比赛活动。它打破了传统教师讲、学生听的课堂学习生态，提高了教师与学生间的互动，教师也能马上诊断学生的学习成效，及时补救教学。同时，它还提供学生学习进度报告，协助教师及家长监督学生学习。

作用7：支持学生探索和发现

利用智能学习终端的多媒体仿真功能，结合学科教学的要点，模拟真实的自然现象，建立虚拟学习环境，并提供人机交互和参数控制，学生通过与虚拟学习环境互动，了解日常生活中不易接触的自然与科学现象，培养学生积极参与、不断探索的精神和科学的研究方法。例如，利用智能学习终端，学生可以通过触摸屏旋转观察化学元素的3D 图像，从而探索元素周期表中的元素，这是模拟真实触摸元素的体验。同样，学生利用“青蛙解剖”（Frog Dissection）应用程序进行虚拟的青蛙解剖过程，可为没有实验设备的学校及难以接受此类实验的学生提供探索生物世界的备选。

作用8：支持小组协作

使用者可以将掌上电脑用于学习社区中的小组协作，组织协商活动，能够促进项目计划的制订和信息的分享，有利于取得好的小组协作效果，培养合作学习精神。

作用9：支持游戏化学习

手持技术通过提供和控制一种富有趣味性和竞争性的教学环境，激发学生的学习动机，使学生在富有教学意义且教学目标明确的游戏活动中得到训练或有所发现，取得积极的教育效果。

作用10：作为学生的学习与认知工具

智能学习终端可以成为很好的学习和认知工具，延伸学生思维的深度和广度，在课堂上使用，可以大大拓展学生的认知，并形成个性化的知识结构。平板电脑以其便携性、大屏幕及可触性成为一对一学习的理想设备。一些学校正在应用它来支持和增强基于探究的学习、基于挑战的学习和其他形式的主动学习。最近的研究表明，平板电脑很容易分享内容，有益于培养学生21世纪的关键技能，如创新、变革、交流与合作，所以越来越多的学校选择将平板电脑作为一对一学习的工具。例如，美国卡尔加里理学院（Calgary Science School）将iPad引入学校，使学生成为制作者和创造者，而不是被动接收内容的用户。美国佛罗里达的宜人城市小学正在应用iPad来增加学生成就，通过使用iBooks来开展内容驱动的、交互的课程。

作用11：提供练习与反馈

利用智能学习终端及其练习性资源，可以进行快速的形成性练习。通过作答数据的收集与分析，可以科学地做出决策，从而调整学习的起点和路径，提供有针对性的教学辅导事项。

作用12：支持学生非正式学习

利用智能学习终端，学生可以在课堂之外实现有效的非正式学习，如在课前预习、课后复习时通过专家讲座的视频课件进行个别指导，通过移动短信提供学习帮助和启示等。例如，欧洲列支敦士登大学将移动AR运用到数学非正式学习中，学生可以使用视频+音频、动画等形式开展学习，通过对学生的学习过程和结果进行衡量，发现移动 AR 对非正式学习环境中的学生知识建构过程起到了有效的辅助作用[27]。

作用13：帮助教师和学生开展发展性评估

结合新课程的发展性评估理念，建立基于手持式设备的电子档案袋，记录学生成长轨迹与代表性作品，促进学生反思和成就感的获得，实现促进学生全面发展的发展性评估。