变革的时空场景：虚实混合学习空间的重构——兼论AI助力下学习空间的未来

　　[摘要]信息技术支撑下，学习的时间空间逐步拓展，打破了传统“同步同地”“同时异地”“异步异地”和“异步同地”的四类学习场景，拓展了时空格局，提高了学习个性化和生成性。本文基于戴尔及其他学者迭代的“经验之塔”理论，通过深入探讨学习空间设计与构建的理论基础，逐步塑造多元融合、迭代生成、虚实一体的新型学习空间，通过多样经验场景有效联通、提升学习主体的可供性。通过统整具体抽象，降低认知负荷；人境具身融合，提升学习成效；自主交互探究，促进个性化学习等方式，探讨虚实混合学习空间的实践策略。最后，在“人工智能+教育”的视域下，探讨学习空间未来可能面临的主客体转换、循证干预及时空压缩等问题。

　　[关键词]时空场景虚拟学习空间空间重构AI助力

　　就形态而言，学习空间可以划分为实体学习空间和虚拟学习空间，实体学习空间涵盖传统学科教室、网络互动教室以及创新实验室等，概念还可以延伸为学校或公共学习环境为学生打造的各类空间场景。而虚拟学习空间主要指基于信息技术的线上学习空间，包含但不仅限于电视转播、微课录像、线上直播等，随着生成式人工智能爆发式发展，还涌现了许多基于学生个性化定制的虚拟学习场景，例如虚拟教师、虚拟影像等，较以往的线上学习方式，个性化、互动性、生成性大大增强。

　　传统实体学习空间，其现场感知、具身认知、思维互动较好，但其时空场景往往局限于此时此地；翻转课堂的应用，可以将学习环节，尤其是前置学习环节转移到现有时空场景之外，但主体学习过程的时空场景依然局限于“同时同地”。虚拟学习空间，可以将学习发生的地点转换到任何空间，也可让学习自然地发生在任何时间，其时空场景大大拓展，但由于时空场景的“异步异地”，教师引导学习的过程比重大大下降，师生间的即时互动变得更加困难，生生互动过程几乎无法实现，学生在学习过程中呈现和暴露出的问题无法得到及时的甄别、澄清和解决，对学生的自律度、技术的通达度有着极大的依赖性。因此，借由实体学习空间与虚拟学习空间的有效混合，高效度地进行学习资源的选择、环节的安排和策略的应用，对于创建一个优质且高效的学习空间至关重要。

　　一、虚实混合学习空间的时空场景

　　（一）学习场景时空象限图

　　学习的时空场景，按照时空象限可以分为：“同步同地”“同时异地”“异步异地”和“异步同地”四种场景，其中“同步同地”是基于教室场景，教与学的过程在同一个空间和同一个时间发生，教师面授课程，教师可以通过与学生现场互动，完成课程实施和课程评价环节；“异步同地”场景，教与学的过程在同一个空间，但不同时间发生，以翻转课堂模式为例，部分学习发生在课堂教学之前或之后；“同步异地”场景，以网络直播课程为例，实现了师生之间、生生之间的空间分离，且保留了传统课堂教学的时间聚集性；而“异步异地”的自助在线学习课程，教和学既独立于空间，又独立于时间，完全赋予了学生学习的自主性和主动性。

　　在互联网，尤其是移动互联网等信息技术支撑下，学习的时间空间逐步拓展，时空场景变得更为广阔。学习空间不仅仅局限在物理空间内，模拟现实甚至是高精度的虚拟现实技术逐渐逼近于真实世界，在物理空间的基础上，融合多信息呈现虚实混合学习空间为学生提供情境化、体验式、交互性的学习体验。

　　（二）虚实混合学习空间的重构

　　1.理据

　　学习空间使学生直接或间接地获得经验，学习空间通过构筑的视、听、做等环境，支

　　撑学生不断增长直观、抽象的经验，从而触发和发生学习行为。戴尔（Edgar Dale,1900-1985）的“经验之塔”理论，对于学习空间的设计与构建有着深刻的影响，他将“学习之塔”分成了三层：听、看、做，并依据其不断增长的抽象/具体经验程度进行了排列；美国加州奥克兰学区技术学习中心TLC版本（2002）中，在经典“经验之塔”的基础上，增加了行为动词的描述，并补充了不同行为的记忆规律。后续有一系列学者对该理论进行补充、改编，在保留原有金字塔结构的同时，增加了对学习结果的深入定性和定量描述。

　　在布鲁纳认知心理学概念的基础上，戴尔提出了一个覆盖布鲁纳分类系统的学习模型，将经验分成三层：活动性（Enactive）即直接经验（Direct Experience）、形象性的（Iconic）即图像经验（Pictorial Experience）和符号性的（Symbolic）即高度抽象经验（Highly Abstract Experience）。直接的、有目的的经验是通过“做”来学习，形象性的经验是通过“观察”来学习，符号性经验是通过“抽象”来学习（陈维维，2015）。以往实体学习空间在“做”的过程中具有无可替代的价值，但依然受到现有条件的限制；虚拟学习空间虽然在真实体验感上有所欠缺，但大大拓展了此类经验能够实现的类型和范围。

　　2.虚实混合学习空间架构

　　学习空间从单纯的虚拟空间、实体空间，逐步转向虚实混合的空间，基于不断演化的经验之塔理论，可以无缝融合现有彼此割裂的虚拟与实体空间，有效融合复杂客体间的关系，塑造多元融合、迭代生成、虚实一体的新型学习空间。这种学习空间的架构，遵循以下的原则：

　　一是多样经验场景有效联通。国内外关于学习空间的研究表明，国外主要研究学习空间的实体，包括它的位置、布局、设计空间、涵盖元素等，这些元素不应仅是校园文化的载体，更应该成为学习经验的获取空间，此类空间应尽可能适应于不同类型的经验需求，采用可移动、可替代的硬件设施，可以为强调体验感的学习经验搭建平台（见图2）。此类学习空间还可以和虚拟空间相结合，以便于尝试较危险、较宏观场景的经验活动，例如危险性化学实验，宏观地貌演化等实验教学。尽量避免真实环境中可能发生的危险事故，或用短时间来观察百万年尺度地貌演化过程，通过调整参数等方式进行实验，实时获得实验结果，虚实结合学习空间有助于拓展学习边界，拓展学习时空尺度。

　　二是提升学习主体的可供性。真实复杂情境是学习环境的首选，但学生并不能总是处于真实情境之中，与此同时，真实情境往往存在大量信息冗余、牺牲学习效率，难以为学生提供精准支持，或者学生难以从真实情境中进行准确感知。因此学生应该置于经过提炼、精准表达的模型、方案、形式、抽象概念之中，同时延伸一定的真实情境。因此线上学习空间可以适时地为学生提供模拟的真实情境，并在需要进行冗余信息去除、情境简化、情境抽象化时可以对数字信息进行增删，既保留了贴近直接体验的体验式学习空间，又有助于提高学习效率，减少学生在学习过程中的认知负担。在学习过程中，冗余信息可能会干扰学生的注意力，而情境简化和抽象化则有助于学生把握知识的核心要点。线上学习空间可以通过精准地控制信息的呈现方式和内容，帮助学生更加高效地获取知识。

　　二、虚实混合学习空间的实践策略

　　（一）统整具体抽象，降低认知负荷

　　“经验之塔”的“经验”分类基础不是难易而是抽象程度，因此并不强调“抽象经验”的学习难度大于“直接经验”和“图像经验”，但绝大多数情况下，获取抽象经验都存在着极大的认知负荷。认知负荷既有学生自己调取的内在负荷，同时还有教师施加的新知、信息等学习材料的外在负荷。认知负荷的存在，可能带来学生畏难，焦虑甚至厌弃的情绪，从而限制学习热情和学习进程。虚实融合的学习空间创设，则有助于学习过程从具象到抽象，达成学习进阶连续统一的追求。

　　例如在跨学科学习地磁场和太阳活动相关内容时，太阳辐射、电磁波、地磁场等相关概念是高度抽象化的，同时由于学科授课时序存在差异，地理学科讲授时，物理学科并未学习相关内容，给学生学习带来极大挑战，需要通过跨学科教学进行破解。磁场的结构和动态过程非常复杂，学生学习的过程中要逐渐进阶相关内容，此时，通过实体学习空间的构建，太阳大气结构模型和地磁模型可以让学生加深理解，通过三维模拟软件展示地磁的结构，包括地球磁场线、磁层边界、磁暴等现象。可以帮助学生直观地理解磁层的形状、大小和位置，以及它如何与太阳风等外部因素相互作用。叠加数据可视化技术展示地磁动态过程的实时数据，学生可以观察到磁层在不同时间尺度上的变化，如磁场强度的波动、带电粒子的运动等。这些数据可视化工具可以帮助学生更好地理解地磁的动态过程，并发现其中的规律和趋势。

　　（二）人境具身融合，提升学习成效

　　情境化学习是在学习过程中，教育者有目的地引入或创设具有一定情绪色彩的、以形象为主体的生动具体的场景，增强学生的体验。情景化学习有助于解决综合复杂问题，建立运用学科思想解决问题的方法，提升创新精神和实践能力。情境化学习有利于学生在特定问题情境中学习特定策略，并在新情境中选择和应用该策略的能力。从而促进学生的元认知发展，促进学生科学高阶思维的形成。

　　学习情境主要涉及生活情境、生产情境和学术情境等。例如地理学科地球运动内容的学习，该部分内容涉及到地球上不同时空尺度、地理位置由于地球运动带来的一系列变化，以往学习过程往往通过将具体现象抽象为球面立体几何，直接提升到“经验之塔”的“抽象的经验”层次，其思维难度远远超出部分学生的认知负荷，同时内容本身的宏观性和不易感知性，又很难让学生铺垫良好的认知基础，从而成为本部分内容学习的难点。而利用实体和虚拟学习空间的融合，可以在学校现有的地理教室创设模拟的实体空间环境，同时结合虚拟现实、增强现实等技术让学生身临其境地观察地球运动的全过程，感受不同纬度地区的季节变化和昼夜差异。通过对现有学习中重难点的梳理总结，创设相应的情境，实体空间为学生提供可碰触、可观察的实体环境，虚拟空间为学生提供一个无限大的学习平台，展示更加丰富的现象和数据，人与学习空间之间的深度互动和融合，有助于提升学习的效果和深度。

　　（三）自主交互探究，促进自主化学习

　　学习空间本质上是一个学习发生的空间与场所，借助自身负载的结构化条件，为认识的发生提供中介（李海峰等，2021；沈书生，2020）。此时，学生是主体，学习空间是主体活动的场所，是客体的存储空间。虚实结合的学习空间，不再像学习场景的时空象限图（见图1）那样，严格区分学习发生的时空异质性，学习可以发生在任何时间、任何地点，个性化学习得以真正发生。

　　学习空间蕴含着促进学习者学习的隐喻。学习空间往往作为学生学习的支撑，即时的记录、测试、评估也极大促进了学生个性化学习。在数字化学习环境的助力下，学习活动的组织方式得以灵活调整，使学生能够实施泛在学习。学生可以根据个人的基础知识、能力水平和学习风格，自主选择并探索相关主题资源，学习空间不仅提供了丰富的学习资源，还具备即时评价和解惑功能。在课前阶段，它通过元认知评价准确评估学生的学习起点，做出评估报告，有助于教师迅速了解学情，进行针对性教学设计；在课中，基于检测和学生学习情况的实时反馈，为不同层次的学生精准推送学习内容、答疑视频和相似内容考核；课后，则通过反思评价鼓励学生根据个人实际调整学习策略，逐步构建出与自身发展相契合的独特学习风格。

　　三、AI助力下学习空间的未来发展

　　随着人工智能的快速迭代，尤其是生成式人工智能的发展，人工智能技术已经被上升到战略层面，教育来到了“人工智能+教育”的时代。人工智能让大家看到了化解教育复杂性、系统性和个性化难题的可能，同时也应看到人工智能对教育的冲击：人工智能会加剧教育资源的不均衡分配，人工智能对相对低阶思维的替代，可能让教育忽视低阶思维的培养，让思维的连续性进阶存在困难，高阶思维演化为空中楼阁。人工智能之于学习空间的发展具有巨大的潜力和前景，也蕴含着冲击和挑战。

　　（一）主客体转换，优化学习空间

　　在过去的传统课堂教学模式下，学生主体性受到了很大的干扰和影响。教师更多作为问题的提出者和答案的评判者出现，整个学习空间的选取始终被教师引导。学生忙于答题，按照标准修正自己的答案，失去了再发现问题的机会。随着学生主体性增强，虚实结合的学习空间给予学生更多自主发现问题的机会，在沉浸式体验和互动式学习中，更自由的探索。

　　生成式人工智能的出现，可能导致学习空间中主客体的转换，AI作为新引入角色，可以作为客体充当学生在虚实融合空间中的引路人，但同时也可以成为学习的主体，通过深度学习和模拟特定任务的数据分布，AI能够不断迭代和优化自身的知识和技能。在这个过程中，学生成为了AI的“教师”，通过训练AI、调整参数和反馈结果，来推动AI的学习和进化。这种学习方式不仅极大地提升了AI的智能水平，同时也为学生提供了宝贵的实践机会，让他们能够在实际操作中深化对知识的理解和应用。

　　（二）循证干预，提升学习效率

　　“循证教育”是将个体教与学经验与外部研究可获得的最佳证据结合起来指导实践的过程（任萍萍、李鑫，2021）。基于证据的学习，在很大程度上提升了学习的效率，同时也为个性化学习提供可能。学习证据需要大数据的支撑，其分析和记录也需要海量工作，囿于工具及数据方面的限制，循证教育在支撑基础层面存在着极大困难，但人工智能技术的出现，通过AI迅速分析利用数据、信息、知识，并转化为学习证据为学习提供支撑成为可能。

　　随着AI学习能力的不断提升，学习资源也会跟随发生进化。传统的静态存储的学习资源，往往无法满足学生个性化、多样化的学习需求。而生成式AI则可以根据学生的学习进度和反馈，实时生成符合他们需求的学习资源。这些资源不仅具有高度的针对性和实用性，而且能够随着学生的成长而不断更新和优化，为学生提供持续的学习支持。

　　（三）时空压缩，关注学习心理

　　线上空间，依托互联网技术大大实现了时空扩展，但同时也带来了时空压缩，在时间维度上，时间是多个人碎片化时间的叠加，从而形成全部的时间；在空间维度上，距离和隔阂在不断淡化，不同地域空间的联系也大大加强（谢湖伟等，2017）。哈维最初关于时空压缩的理论一方面是为了彰显现代社会经济、政治、文化和社会生活变化的加速与集中，其突出表现是大规模城市化，另一方面研究时空压缩的主观体验，客观的时空加速和集中会引发人们焦虑、矛盾和冲突的心理体验。

　　当物理空间因为技术的发展而压缩，使得人与人之间的联系看似更加紧密，但在学习环境中会导致个人空间感丧失，个人空间对于学生而言是保持心理舒适和安宁的重要部分。当物理空间被压缩，个人空间感减少时，人们可能会感到不安、焦虑或压力增加。这种心理状态可能会干扰学习过程，降低学习效率和专注力。物理空间的压缩会导致学生广泛接触海量信息，对庞杂信息的认知往往浅尝辄止，难以深入学习和思考。这需要学生具备更强的信息鉴别能力、自我管理能力和批判性思维能力来应对挑战。

      参考文献：

　　[1]王佳雨,等.“完全云端”中学在线课程的实施范式与实践探索[J].教学与管理,2020(16):25-28.

　　[2]Dwyer,F.M..Strategies for Improving Visual Learning[M].State College,PA:Learning Services,1978:6.

　　[3]陈维维.审视与反思:戴尔“经验之塔”的发展演变[J].电化教育研究,2015,36(4):9-14+27.

　　[4]任萍萍,李鑫.循证教育研究：缘起、困境、体系框架与实施建议[J].中国电化教育,2021(12):33-39.

　　[5]谢湖伟,王卓,孙悦.时空压缩理论视角下数字社会化阅读趋势研究——以社会化阅读App“微信读书”为例[J].出版科学,2017,25(5):62-67.