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智慧学习环境是一种能感知学习情景、识别学习者特征、提供合适的学习资源与便利的互动工具、自动记录学习过程和评测学习成果，以促进学习者有效学习的学习场所或活动空间。智慧学习环境是普通数字化学习环境的高端形态，是教育技术发展的必然结果。[1]
在理想的智慧学习环境中，每个学习者可手持一台智能移动设备( 如iPad) ，其屏幕大小与纸质课本大小接近，能模仿纸质课本的全部功能，如做笔记、插入书签、做标注和批注等，具有纸质课本的翻书效果，这种装载于智能移动设备的“教材”称为电子教材。电子教材的内容是多媒体化的，知识点之间按照语义关系链接，可实现知识内容的个性化呈现;电子教材能和学习者的学习进度绑定，可实现学习数据的云服务同步，能够记录学习者的学习过程、智能分析学习者的学习成果、图形化呈现分析结果，并能结合教师的意见对学习者的学习提供指导和帮助。对于在校学生，智慧学习环境将使其在学校、家庭和社会中的学习具备“智慧”性。
在学校学习中，教师可利用增强现实技术呈现各种真实的学习场景，使学生能够身临其境地体验学习对象，增强学生的学习兴趣和动机。教师根据系统记录的学生预习结果，重点讲解学生较难理解的知识点；利用系统提供的丰富学习资源，设计各种学习活动。教师通过集成化的课堂控制系统，灵活地控制学习终端，实时推送相关学习资源；教师可根据学习者特征，快速分组，方便组织课堂协作学习。学生可以利用系统提供的便捷交互工具，与同伴和教师进行互动。学生还可以利用内置的投票器与教师即时互动，教师第一时间获得学生的反馈信息，根据反馈信息及时调节教学。智慧学习环境能够提供智能化的教学设计支持，以辅助教师进行课堂教学设计；能对学生的作业和试卷进行自动批改和自动分析。智慧学习环境提供了如QQ、MSN 等同步通信工具和微博、虚拟学习社区等异步通讯工具等便于师生和生生联系的社交网络工具。
在家庭学习中，学生可以在家利用电子教材进行课前预习和完成教师布置的作业。预习时重点已经被标记出来，预习后可尝试完成教师布置的作业；系统自动给出作业结果的反馈，对疑难问题给出提示和解答，按照主要知识点和次要知识点，给出知识点之间关系的结构图。系统能记录学生的作业完成情况，教师可以根据统计，进行有针对性的教学和对学生进行个性化指导。智慧学习系统提供1 对1 的辅导功能，方便学生需要学习指导的时候“呼叫”老师。家长可通过电子教材提供的学习记录了解学生在学校的学习情况，家长的电子签字通过电子教材便利地传输到学校管理系统。在社会学习中，智慧学习环境能够感知学习者所处的地点，根据地点和学习者的学习风格，主动推送与学习者所处环境相关的学习资源，实现自适应的泛在学习；在某些情况下，能根据学习者的位置进行分组，处于同一地点的学习者组成一组，满足学生真实情境的协作学习需要；能为学习者提供最合适的学习路径和最合适的学习方法。对于成人及校外学习者，智慧学习环境能把正式学习和非正式学习有机融合，满足人类日益增长的终身学习的内在需求，适应学习者学校学习、家庭学习和社会学习的需要，从而真正实现“无缝学习”( Seamless Learning) 的理念。
| 普通数字学习环境 | 智慧学习环境 | |
|---|---|---|
| 学习资源 | 1) 倡导资源富媒体化；2) 在线访问成为主流；3 ) 用户选择资源。 | 1) 鼓励资源独立于设备;2) 无缝链接或自动同步成为时尚；3) 按需推送资源。 |
| 学习工具 | 1) 通用型工具，工具系统化；2)学习者判断技术环境；3) 学习者判断学习情景。 | 1) 专门化工具，工具微型化；2) 自动感知技术环境;3) 学习情景被自动识别。 |
| 学习社群 | 1) 虚拟社区，侧重在线交流；2)自我选取圈子；3) 受制于信息技能。 | 1) 结合移动互联的现实社区，可随时随地交流；2) 自动匹配圈子；3 ) 依赖于媒介素养。 |
| 教学社群 | 1) 难以形成社群，高度依赖经验；2) 地域性社群成为可能。 | 1) 自动形成社群，高度关注用户体验；2 ) 跨域性社群成为时尚。 |
| 学习方式 | 1) 侧重个体知识建构；2) 侧重低阶认知目标；3) 统一评价要求；4) 兴趣成为学习方式差异的关键。 | 1) 突出群体协同知识建构；2) 关注高阶认知目标;3) 多样化的评价要求；4)思维成为学习方式差异的关键。 |
| 教学方式 | 1) 重视资源设计，重视讲解；2)基于学习者行为的终结性评价学习结果；3) 学习行为观察。 | 1) 重视活动设计，重视引导；2) 基于学习者认知特点的适应性评价学习结果；3) 学习活动干预。 |
国际上对学习环境构成要素的认识有Oliver 和Hannafin( 2001) 的四要素说、Jonassen 等( 2002) 的六要素说、Collins等( 1989) 的认知学徒说，而国内有陈琦等( 2003) 的学习生态说、钟志贤( 2005) 的七要素说等。黄荣怀( 2010a) 认为技术促进学习( TEL) 发生的条件要考虑数字化学习资源、虚拟学习社区、学习管理系统、设计者心理和学习者心理五个方面的因素。归纳起来，智慧学习环境的构成要素包括资源、工具、学习社群、教学社群、学习方式、教学方式六个组成部分，如图1 所示。学习者与教师( 设计者) 通过学与教的方式与智慧学习环境相互作用。
1)智慧学习环境主要由学习资源、智能工具、学习社群、教学社群、学习方式和教学方式等要素构成。
2)学习者和教师通过学习方式和教学方式与其他四个要素相互关联、相互作用，共同促进学习者有效学习的发生。离开了学习方式和教学方式，智慧学习环境就不是学习环境了。
3)有效学习的发生是个体建构和群体建构共同作用的结果。学习社群强调学习者的互动、协作、交流；教学社群是教师共同学习、协同工作、寻求持续专业发展的统一体。
4)学习资源和智能工具同时为学习共同体和教学共同体提供支持。学习社群和教学社群的发展离不开资源和工具的共同作用，各类智能工具为学习环境的“智慧”提供了全面支持；同时，学习社群和教学社群为资源和工具的进化起到了促进作用。智慧学习环境的技术特征主要体现在记录过程、识别情景、联接社群、感知环境等四个方面，其目的是促进学习者轻松、投入和有效的学习。
1)记录学习过程( Tracking learning process) : 智慧学习环境能通过动作捕获、情感计算、眼动跟踪等感知并记录学习者在知识获取、课堂互动、小组协作等方面的情况，追踪学习过程，分析学习结果，建立学习者模型，这为更加全面、准确的评价学习者的学习效果提供了重要依据。
2)识别学习情景( Recognizing learning scenario) : 智慧学习环境可根据学习者模型和学习情景为学习者提供个性化资源和工具，以促进有效学习的发生；智慧学习环境能识别学习情景，包括学习时间、学习地点、学习伙伴和学习活动，学习情景的识别为教学活动的开展提供支持。
3)感知学习物理环境( Awareness of physical environment): 智慧学习环境能利用传感器技术监控空气、温度、光线、声音、气味等物理环境因素，为学习者提供舒适的物理环境。
4)联接学习社群( Connecting learning community) : 智慧学习环境能够为特定学习情景建立学习社群，为学习者有效联接和利用学习社群进行沟通和交流提供支持。
5)促进轻松的、投入的和有效的学习( Easy，Engaged & Effective learning) : 智慧学习环境的目标是为学习创建可过程记录的、可情境识别的、可环境感知的、可社群联接的条件，促进学习者轻松、投入和有效的学习。记录过程、识别情景、感知环境、联接社群，以促进学习者轻松的、投入的和有效的学习既体现了智慧学习环境的技术特征，也是其功能需求，可以简称TRACE3智慧学习环境功能模型。