可穿戴技术助推科学教育之初探

裴 培，王海燕

（陕西师范大学 教育学院，陕西 西安 710062)

可穿戴技术助推科学教育之初探

裴 培，王海燕

（陕西师范大学 教育学院，陕西 西安 710062)

文章主要从可穿戴技术的概述，可穿戴技术在教育教学领域的使用案例分析，可穿戴技术在教学中使用的注意事项等几个角度来论述其对教育的助推作用。它在一定程度上满足了师生与学校的需求，其中可穿戴技术在教育教学领域的使用案例分析中，又从其与创客、量化自我、个性化学习的关系来进一步阐明可穿戴技术对教育的重要贡献。以期引起更多热爱技术且关注教育的各界人士的关注，并进行更多的实践探索，从而提升教育教学质量。

可穿戴技术；可穿戴设备；教育

一、引言

近几年，随着物联网技术、云计算、计算机通信等技术的快速发展，可穿戴技术逐渐渗入人们工作、学习、生活的各方各面。据美国有线电视新闻网预言，可穿戴技术在未来10年将会是所有技术中对人类影响最深远的技术。在教育领域，可穿戴设备因其便携易用、超越时空限制、促进师生多元评价等特点，引发广泛关注。而且，从2013年到2015年的高等教育版《地平线报告》可以发现（如表1所示），可穿戴技术在教育领域的应用将成为一种必然的趋势。可穿戴技术带给学习者非线性的学习方式，所以，它与教育的融合，特别是它与创客、量化自我、个性化学习的交叉情况的探索，都是值得探讨的，本文就以此展开。

二、可穿戴技术概述

1.可穿戴技术的概念

可穿戴技术（Wearable Technology，WT）是智能技术的一种，是上世纪六十年代由美国麻省理工学院媒体实验室提出的创新技术。对于其中“可穿戴”一词，人们很容易联想到衣物、戒指、耳环、项链、手链、眼镜等物品，因此，从人类开始为了生存与尊严不断奋斗的时候，就有了传统的可穿戴产物。鉴于此，对于“可穿戴技术”的理解也就比较容易了。虽然各界人士对WT的定义不尽相同，但是其本质是一致的，首先，它是一种智能计算技术，其次，它与人类息息相关，工程师利用它主要致力于设计与开发可穿戴的智能计算产品[1]。

表1 地平线报告预测的高等教育领域未来5年采纳的新兴技术

在本文中，主要从WT的功能这一角度来给它赋予定义，也就是说，WT就是一种研究如何创造能直接穿戴于身上或者整合进用户穿戴物品中的设备的技术，而且，这种技术将多媒体、传感器和无线通信等技术综合应用于该过程。

2.可穿戴技术的特点

当前，可穿戴技术的应用领域已十分广泛，而且，在不同的领域，它表现出来的优越性也不尽相同。在教育领域，其应用特点主要体现在以下几个方面。

（1）超越时空的限制

师生的教与学活动有了WT的加入，可以打破时空的局限。比如，学生可以利用可穿戴技术设备（如智能眼镜、智能手表等），在他们需要的情况下，随时随地与伙伴沟通互动，并与学习资源进行交互，像纽带一样加强了学生之间、师生之间的交流与合作，并且可以促进学生的碎片化学习。

（2）个性化的任务管理

为了使学习者更好地管理自己的学习进程，许多可穿戴设备为他们提供了笔记、日历、电子邮件等服务，这样，无论学习者当前或之后有多少复杂或琐碎的任务，他们随时都可以借助可穿戴设备来对这些任务进行科学有效的管理。比如，Apple Watch这款智能设备就可以满足用户对活动任务进行管理的需求，而且使用起来轻便灵活[2]。

（3）游戏化学习体验

当下，运用于教育教学的不少可穿戴智能产品，不仅给用户带来了丰富多彩的学习体验，还为用户构建了在游戏中学习的创新型情境。有了学习游戏，学习者不但可以借此得以放松，还能够激发其学习动机，学习过程也更充满乐趣。

（4）沉浸式学习体验

WT可以为学习者提供逼近现实的教与学情境，借助这种情境，能够促使学习者的听觉、触觉、视觉等多种感官得以延伸。比如，学习者可以通过佩戴智能头盔或智能眼镜，根据自身需求获取相关的学习资源，除此之外，学习者还能借此参观景区、学校，聆听演讲报告等，从而完成学习任务或单纯获得愉快的旅行体验。

（5）多元化评价

对学习者的学习过程及结果进行评价是了解其学习情况的重要环节，可穿戴设备的加入，更是为这一环节的实现提供了更大可能。借助WT及其它先进的信息技术，可以对学习者的学习、生活进行多方面、实时、精确的轨迹记录[3]。师生可以根据这些数据进一步挖掘与分析，评价学习者当前身体状态、学习动机强度、对知识点的掌握程度等，通过多元的评价与推理[4]，进而有针对性地进行改进或突破，教师改进其教学过程与方法，学习者改进其学习方式与方法，从而提高教与学的效率，这种教与学的评价对于精准教学的实现也具有重要意义。

3.可穿戴技术的应用与发展

近年来，WT发展迅猛，逐步渗入军事、商业、娱乐、教育等众多领域，在教育教学中研究与应用可穿戴设备也逐渐成为一种潮流。国内外都有很多涉及到WT研究的实验室，比如MIT Media Lab,该实验室的情感计算小组开展的很多研究活动都与WT有关，比如，他们通过创建新的可穿戴式传感器和新的机器学习算法，共同分析多通道信息，从而为人们表达情感认知状态创设新的方法。麻省理工学院（MIT）研制的Galvactivator智能手套，可以测量出学习者的体温、脉搏及皮肤的导电性，进而判断学习者的情绪状态。当佩戴者内心焦躁、心态不稳时，手套上的闪光灯就会发出警示，提醒佩戴者适当放松，缓解压力。

在2015年，美国Oral Roberts大学要求其新生都要佩戴Fibits智能手环入学，收集学生的运动数据，了解他们的运动水平，并通过相关网络平台对其进行等级划分。这些数据都会由智能手环进行真实的测量与记录，进而在学校的相关管理平台上得以分级显示，其结果还会影响到学生的体育课成绩。纽约大学商学院也会要求学生参与一些可穿戴实践活动，比如，学生通过谷歌眼镜与夹扣式相机来监控纽约的街道情况，并就收集到的数据进行分析，最后为交通安全管理提供方案。

还有一些高校教师通过可穿戴设备开展一些教学方法、教学策略的研究，直接将其作为研究工具，比如哈佛大学的Ethan Bernstein教授，他通过佩戴Jawbone UP智能手环与心率器来研究教师在课堂上走动的步数与学习者对教学内容的理解程度之间的相关性。

综上所述，WT为教师的教学方式和学生的学习方式带来了改变，但是，WT也面临着很多挑战，特别是学生的个人隐私、可穿戴设备的辐射等问题，这些都值得进一步探讨。

三、可穿戴技术在教育中的使用案例分析

1.可穿戴技术为创客搭建技术支撑

创客（Maker）主要是指不以赢利为目标，并将其创意变为现实的人[5]。这些人常常以小组的方式共同设计并将他们的想法付诸实践，最后以成品的形式来展示，甚至进行规模化的生产与销售。可穿戴技术可以为整个流程的顺利实施提供技术支撑与物质环境。例如，神经症ALS使得涂鸦艺术家TEMT四肢完全瘫痪，且口不能言，他只能通过眨眼与外界交流，Mick Ebeling及其团队为此研究出Eye Writer[6]（如图1所示），这是一款需要硬件技术支持、允许佩戴者实现绘画与交流的眼镜，患者可以通过眼睛控制光的移动，从而将头脑中构建的画面展示在屏幕上，实现艺术创作，这个发明为这位艺术家以及与他有类似情况的残障人士再次实现梦想提供了可能。

图1 Eye Writer结构图[6]

现在随着各种硬件与软件技术的进步，低年级的学生都可以完成一些可穿戴设备的制作。例如，Sylvia的小型创客展示分享了小小年纪的她作为一名科技爱好者，开动脑筋，并利用创客空间提供的一些材料，动手操作，完成心脏传感器视频的创作[7]。这从一定程度上反映了简单的可穿戴智能产品是可以由学生参与完成的，在这一实现过程中，我国信息技术学科核心素养也得以体现，还有助于培养学习者的想象力与动手操作能力。他们可以通过网络查找、下载自身感兴趣的开源代码，并对其进行修改以满足自己的需求，还能通过开源的硬件实现作品的设计与调试。在教育教学活动中，教师可从性价比、可扩展性、使用难度等多方面进行考量，从而选定适于教师与学习者需求的服务平台。

2.可穿戴技术为量化自我提供数据依据

量化自我，简而言之，就是通过各种技术手段对个体当前的物质摄入、身体状态及其身心表现等相关数据进行获取及分析的过程。该概念一经提出，便引起各界的广泛关注，尤其是教育科学研究领域及其相关技术领域的专家学者对其深感兴趣。而随着云计算、大数据、物联网等技术的迅猛发展，各种可穿戴智能计算设备的问世，更是引发了大批爱好运动的人们参与到量化自我这项活动中。

可穿戴设备就像是个体的“身体管家”[8]，实时记录与身体相关的数据。如今，它们也能很好地为教育教学提供服务。教师可以通过这些数据，及时了解学生的身体状况、情绪，甚至是大脑的思维状态，进而为学生分配适合他们各自的学习任务与活动。比如，在体育教学中，教师通过了解以上数据，量化学生的学习，可以迅速调整学生的活动量，为不适宜运动量过大的学生分配适宜他们运动的活动与任务，为体质好的学生分配运动消耗量较大的任务。这样，就可使班级里所有学生都得到适合自己的成长与发展。随着计算机技术的不断发展，量化学习的服务也将不断被改进与完善。

3.可穿戴技术为个性化学习提供选择渠道

个性化学习是一种关注学生个体差异为基础，以实现学生个性发展为目标的范式。而WT可以实现个体的多种数据收集，故而为个性化学习提供了便利。此外，WT还促进了物联网的发展，对物与物、人与物的有效连结起到了不可比拟的作用，从而为个体提供多种多样的个性化服务，满足用户层出不穷的需求[9]。WT还与大数据、云计算服务相结合，通过数据分析，为个体推送资源。

在平时的课堂上，教师也可以通过WT来实时追踪学习者的动态，记录相关数据，可穿戴设备对这些数据进行分析，从而辅助教师获得学习者的当前状态，包括他们学习花费的时间、学习时段、学习疑难点等，随后教师给予他们相应的帮助，击破疑难点，实现教师的个别化教学和学习者的个性化学习。在课下，学习者还可以通过相应智能设备，与志同道合的伙伴建立社群组，就相关主题进行随时随地的互动，上传或获取所需要的资源，满足自身发展的需要，实现个性化学习。

四、在教育活动中使用可穿戴技术的注意事项

众人皆知，事物都具有两面性，同样地，可穿戴技术对教师与学生来说也是一把“双刃剑”，但是这把“剑”所带来的影响主要取决于人们怎样去使用它。通过查阅文献、访问调查与亲身实践，对于在教育活动中可穿戴技术的使用，笔者现提出以下几点建议。

第一，在先进的理论指导下开展教学活动。为使可穿戴技术与教育教学相结合产生更好的效用，教师需要以先进科学的教学理念为指导。如今，在教学中强调“以人为本”，强调学习者的合作探究能力的培养，这在一定程度上符合建构主义理念，学习者可以借助可穿戴设备，建立学习小组，实现人人、人机的实时交互，共同探究，完成任务。

第二，与其它先进技术相结合，优化可穿戴技术的功能。技术工具在教学中的应用往往不是以孤立的形态出现的，可穿戴技术当然也不例外。教师可按需选择合适的技术与之有效整合，例如VR技术，教师可将二者联系起来，组织学习者参观三维的图书馆或听讲座，变更学习方式，增强沉浸感。

第三，科学合理地使用可穿戴技术，保护学生隐私安全。由于可穿戴设备的部分相关技术还不够完善或先进，这样学生的信息可能处于危险状态，一旦泄露，可能产生不可估量的损失。所以，学校需要按需获取学习者的数据，遵循一定的法律与伦理道德规范，并保障这些数据的安全与可靠性。

第四，积极关注国内外可穿戴技术在教育领域的发展动态。借鉴成功经验与失败的教训是非常有必要的，特别是对于刚刚起步或打算开展相关活动的学校与教师而言，更要关注国内先行学校的发展情况以及国家的相关政策指导，以便站在前人的肩膀上前行，及时调整，少走弯路，降低代价。

五、总结与展望

随着教育信息化进程的不断推进，各种信息技术在教育教学中的应用层出不穷，比如3D打印技术、学习分析技术、量化学习等等，可穿戴技术由于其自身优越性，也对教育教学产生了一定的影响，使教学方式与学习方式得到了一定程度上的优化，受到教育工作者的青睐。可穿戴技术为校园创客的创作提供技术支撑，为学习者进行量化自我、量化学习、量化生活提供数据支持，为学习者个性化的学习和教师进行个性化的教学管理与评价提供选择渠道。

但是，在大部分区域，它还仅仅处于尝试与试用的阶段，对学习者还未形成系统的使用与评估模式。可穿戴技术在教育领域要达到纯熟而又自然的应用也不是一蹴而就的，它需要政府、学校、企业、家庭等的多方协调与平衡的支持，需要勇于突破传统、执着创新与坚定改变的精神与意志。道路是崎岖的，而前途是光明的，任重而道远，师生都还需要较长的时间，去挖掘与分析可穿戴技术的潜能，使之更好地服务于教学与学习活动，满足个性化的需求。人们有理由相信，随着技术的不断改进、价格的逐渐降低与服务的不断完善，可穿戴技术终将在教育教学领域大展拳脚，为教育教学注入新能量，促使学习者学会更好地去了解、发现、运用与评价事物，使教育变得更科学、更具智慧。

[1]颜延,邹浩,周林,袁婵,王磊.可穿戴技术的发展[J].中国生物医学工程学报,2015(6)：644-653.

[2]蔡武.可穿戴技术的教育应用研究前沿述评[J].海外华文教育,2016(5)：697-707.

[3]彭红超,祝智庭.面向智慧学习的精准教学活动生成性设计[J].电化教育研究,2016(8)：53-62.

[4]祝智庭,彭红超.信息技术支持的高效知识教学：激发精准教学的活力[J].中国电化教育,2016(1)：18-25.

[5]祝智庭,雒亮,朱思奇.创客教育：驶向创新教育彼岸的破冰船[J].创新人才教育,2016(1)：32-38.

[6]WATCH：The Incredible Power Of a Single Pair Of Glasses [EB/OL].http：//www.huffingtonpost.com/mick-ebeling/eyewriter-ted-talk_b_3158106.html.

[7]Sylvia's DIY webshow on everything cool and worth Making[EB/OL].http：//sylviashow.com/episodes

[8]刘三(女牙),李卿,孙建文,刘智.量化学习：数字化学习发展前瞻[J].教育研究,2016(7)：119-126.

[9]金慧,刘迪,高玲慧,宋蕾.新媒体联盟《地平线报告》(2016高等教育版)解读与启示 [J].远程教育杂志,2016(2)：3-10.

（编辑：鲁利瑞）

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1673-8454（2017）16-0090-04