學(xué)習(xí)空間中的陳設(shè)主要是指課桌椅、移動(dòng)講桌等家具。為了適應(yīng)更加多樣化的學(xué)生群體，不同高度、色彩的桌椅，可以根據(jù)實(shí)際情況有層次地部署。除此之外，人工智能技術(shù)與家具的結(jié)合在為學(xué)習(xí)者提供更佳用戶(hù)體驗(yàn)的同時(shí)，也可以用于感知學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，提供智能化服務(wù)。

　　Robotbase開(kāi)發(fā)了一款號(hào)稱(chēng)世界上最聰明的辦公桌——Autonomous Desk，使用者不僅可以利用APP來(lái)調(diào)節(jié)辦公桌的高低、桌面和框架的顏色，更有意思的是，它能夠在人使用桌子幾天后，通過(guò)對(duì)使用行為和使用習(xí)慣的“學(xué)習(xí)”，為使用者在某個(gè)時(shí)段自動(dòng)調(diào)節(jié)桌子的屬性，從而幫助使用者更舒適、更輕松地完成工作。例如，它可以通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)預(yù)測(cè)用戶(hù)可能會(huì)在某個(gè)時(shí)刻站起來(lái)工作一會(huì)，并喜歡將桌面顏色改為綠色，那么，桌子會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)成上述模式。

　　除了可以提升用戶(hù)體驗(yàn)，人工智能技術(shù)與傳統(tǒng)家具的結(jié)合，還可以通過(guò)感知學(xué)習(xí)者的生命體征來(lái)判斷學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，進(jìn)而提供個(gè)性化學(xué)習(xí)幫助和建議。當(dāng)前，這方面的產(chǎn)品應(yīng)用于教學(xué)的案例還較少，但在健康領(lǐng)域已經(jīng)有了一些相對(duì)成熟的產(chǎn)品，如，LUMOback、UpRight、長(zhǎng)頸鹿朋友等。

　　盡管上述關(guān)于智能陳設(shè)的例子都是非教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，但我們可以發(fā)現(xiàn)，人工智能技術(shù)嵌入陳設(shè)為教育帶來(lái)了新的生機(jī)。諸如，智能調(diào)節(jié)桌椅滿(mǎn)足不同學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求、通過(guò)調(diào)整姿勢(shì)來(lái)提升學(xué)習(xí)效果、智能感知學(xué)習(xí)者的生命體征信息并給予建議等類(lèi)似的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品，將不斷出現(xiàn)，智能化的陳設(shè)部署在學(xué)習(xí)空間中也為時(shí)不遠(yuǎn)。

　　(四)智能技術(shù)的整合

　　通過(guò)以上關(guān)于物理環(huán)境與服務(wù)以及陳設(shè)的案例描述，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到人工智能時(shí)代的學(xué)習(xí)空間將嵌入大量的智能元素。但由于這些智能陳設(shè)、環(huán)境控制和智能設(shè)備的提供者不同，如何通過(guò)統(tǒng)一接口整合這些智能元素，來(lái)提供更加流暢的服務(wù)，是必須要考慮的問(wèn)題。如圖2所示，為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，在技術(shù)生態(tài)中將會(huì)是云計(jì)算負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、統(tǒng)籌和計(jì)算，大數(shù)據(jù)技術(shù)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理與分析，人工智能負(fù)責(zé)感知和認(rèn)知、提供智能化的學(xué)習(xí)服務(wù)。

圖2 智能學(xué)習(xí)空間一般技術(shù)架構(gòu)

　　從當(dāng)前人工智能的發(fā)展模式來(lái)看，大數(shù)據(jù)、高計(jì)算能力、機(jī)器學(xué)習(xí)都是不可或缺的，無(wú)論哪一條都絕非一所學(xué)校能單獨(dú)提供的。因此，區(qū)域聯(lián)合構(gòu)建人工智能教育生態(tài)將成為主流途徑，而擁有超大規(guī)模數(shù)據(jù)運(yùn)算能力和人工智能技術(shù)的少數(shù)大企業(yè)，也將在其中發(fā)揮重要作用。類(lèi)似于“百度大腦”和阿里ET大腦之“教育大腦”，將替代當(dāng)前的學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)，成為教育智能服務(wù)的整合者與提供者。

　　為了便于分析，我們以一節(jié)典型的人工智能課堂為例，從課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)闡釋人工智能技術(shù)在學(xué)習(xí)空間中的整合應(yīng)用情景。

　　1.課前環(huán)節(jié)

　　在課前環(huán)節(jié)，教師將課中環(huán)節(jié)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容告知人工智能，人工智能獲取內(nèi)容后，結(jié)合知識(shí)圖譜，給每個(gè)學(xué)生定制個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑，自動(dòng)生成個(gè)性化課前學(xué)案，并通過(guò)自然語(yǔ)言處理、圖像識(shí)別技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，對(duì)學(xué)生的完成情況進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和批改，當(dāng)發(fā)現(xiàn)學(xué)生預(yù)備知識(shí)中的薄弱點(diǎn)時(shí)，提供個(gè)性化反饋與強(qiáng)化，為課中環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)奠定知識(shí)基礎(chǔ)。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)英語(yǔ)口語(yǔ)時(shí)，人工智能利用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)識(shí)別學(xué)生口語(yǔ)發(fā)音，糾正不準(zhǔn)確的發(fā)音。在學(xué)生開(kāi)展課前預(yù)習(xí)的過(guò)程中，人工智能還可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)學(xué)生在課中環(huán)節(jié)可能遇到的困難與問(wèn)題，及時(shí)地給教師提供教學(xué)策略方面的建議。

　　2.課中環(huán)節(jié)

　　(1)個(gè)性化環(huán)境構(gòu)建。人工智能技術(shù)能夠通過(guò)對(duì)學(xué)生在課前環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行分析，智能判定學(xué)生的層次，將學(xué)生分成不同的群組，開(kāi)展混班分層次教學(xué)。“教育大腦”會(huì)記錄每名學(xué)生和教師的行為習(xí)慣，通過(guò)人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等方式，自動(dòng)識(shí)別學(xué)生和教師，并向空間中的智能陳設(shè)、智能環(huán)境發(fā)出指令，完成對(duì)學(xué)習(xí)空間環(huán)境的個(gè)性化定制。包括物理環(huán)境涉及的溫度、濕度、光照、色彩等，以及陳設(shè)中課桌椅的高度、舒適度調(diào)節(jié)等。

　　(2)學(xué)習(xí)過(guò)程監(jiān)測(cè)。在課中教學(xué)環(huán)節(jié)，教師可以利用情感計(jì)算技術(shù)，來(lái)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，推斷學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和注意力狀態(tài)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳至“教育大腦”，作為教師評(píng)估學(xué)生課堂學(xué)習(xí)表現(xiàn)和改進(jìn)教學(xué)策略的依據(jù)。學(xué)習(xí)狀態(tài)和注意力狀態(tài)監(jiān)測(cè)所用到的手段，包括聲音監(jiān)測(cè)、面部表情監(jiān)測(cè)、眼動(dòng)監(jiān)測(cè)、腦電圖監(jiān)測(cè)、心率監(jiān)測(cè)、皮膚電導(dǎo)監(jiān)測(cè)等。

　　麻省理工學(xué)院的Sandy Pentland團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)“智能徽章”，它能追蹤佩戴者的位置，也可以感知其他徽章佩戴者的位置，并從佩戴者的聲音中察覺(jué)情感[8]。如果將這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用于未來(lái)的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生佩戴著類(lèi)似功能的徽章，當(dāng)他們不專(zhuān)心于或?qū)Ｐ挠谌蝿?wù)時(shí)，徽章可能會(huì)發(fā)出紅色(分心)或綠色(專(zhuān)心)信號(hào)，使得教師可以很輕易地發(fā)現(xiàn)哪組學(xué)生需要被關(guān)注，或者由教育機(jī)器人直接過(guò)去干預(yù)。

　　類(lèi)似地，Altuhaifa[9]也提出了一個(gè)通過(guò)學(xué)生的聲音推斷情感的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)捕捉聲音、提取語(yǔ)音的特征、從聲音中提取情感、識(shí)別驗(yàn)證的聲音、分辨重疊聲音、避免對(duì)學(xué)生重復(fù)判斷等過(guò)程，來(lái)對(duì)語(yǔ)音、語(yǔ)調(diào)進(jìn)行分析，推斷學(xué)生的自尊、害羞、恐懼、合作、悲傷、興奮等情感，從而發(fā)現(xiàn)學(xué)生在課堂上遇到的問(wèn)題，并由系統(tǒng)提供一個(gè)合適的解決方案。