移动通信技术构建未来学习世界

网络发展推动教育变革

从全球看，信息技术产业正处于变革突破、融合创新的新阶段。以新一代无线通信、云计算、高端芯片、智能终端等为代表的现代信息技术产业快速发展，并加速向制造、能源、材料、生物等领域渗透，掀起新一轮产业革命浪潮。宽带、融合、泛在的基础设施正加速普及，信息产业正形成立体化融合发展态势，这将进一步激发和释放移动互联网潜力，驱动经济增长、开放创新、创造力提升和全民参与。

云计算正重构信息产业竞争格局，人类正进入后PC时代，软件产业结构及软件开发组织方式面临调整和变革，软件系统应用向大众普遍参与、形成群体智慧的方向发展。基于软件、内容和终端的产业链整合模式正催生新的产业基本形态，原有产业边界正被全面打破，产业链正在发生整合与重构，以形成基于软件、内容和终端的纵向一体化的产业链体系，基于智能终端的多元化、动态化、实时化信息服务正在智能手机领域形成，并在平板电脑、互联网电视等领域快速拓展。有专家指出，我们已进入“信息科技应用的寒武纪大爆发”时代。信息技术产业以其庞大的产业规模、旺盛的创新活力、广泛的渗透特性、强劲的带动效应，成为引领新一轮经济增长的基础性、战略性、支柱性领域。 当前，伴随社会信息化进程的加速，信息技术正在以泛在化速度向社会生活的各个领域渗透。信息技术无处不在正成为人们日常生活中基本的构成成分，基本特征是：数字生活方式加速普及，全民普及（Universal），人都能够方便地获取信息服务；以人为本（User-centered），信息设备以“不可见”方式嵌入到用户环境与日常工具中，用户只需要专注于任务本身即可；无所不在（Ubiquitous），借助各种普适终端设备，用户可在任何时间、任何地点访问信息服务。

在上述发展背景下，网络化、数字化教育正受到越来越多的关注，正在为教育提供越来越多的选择性，正在推动教育的系统性革新。

4G将改变生活形态

4G即是第四代移动电话行动通信标准（fourth generation of mobile phone mobile communications standards，缩写为4G），是继第三代以后的又一次无线通信技术演进，它是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和功能。4G通信能够创建一个比3G通信更完美的新无线世界，将彻底改变人们的生活方式甚至社会形态。 面对移动互联网流量爆炸式增长，中国移动不断改进网络架构，完善网络智能化能力，全面推进了100G传输技术方案的成熟和应用。中国移动已经在大规模采用100G光传输系统方面，走在全球最前列。依托TD-LTE扩大规模试验，系统梳理4G技术面向运营的重大技术问题，针对薄弱环节和关键问题组织技术攻关，促使TD-LTE与FDD LTE在技术、性能和系统及终端设备上不断改进。

今年是TD-LTE的商用元年，提前两年实现了国家对十二五规划TD-LTE的发展目标。 目前中国移动在推动TDLTE技术创新、产业成熟、国际化推广、产业政策支持等方面取得实质性、突破性进展。第一，圆满完成六城市规模技术试验网及北京演示网建设，顺利推进100个城市的扩大试验。通过测试与攻关，积极探索了TD-LTE网络建设及优化的方法和规律，大幅提高了系统、终端、芯片、仪表等端到端产品的成熟度。第二，主导了GTI的国际化推广工作，不仅有力促进了TD-LTE国际市场发展，使商用网络达到15个，商用客户超过200万，而且还与国际运营商合作，推进了多模多频段终端研发、LTE TDD/FDD国际漫游等工作，开通了香港LTE FDD/TDD融合网络，引导全球LTE融合发展。第三，得到各级政府的支持和肯定，赢得了良好的政策环境。目前政府出台的最新频谱规划政策，已正式确定2.6GHz频段190MHz 全TDD规划，向全球表明中国加大力度、加快商用发展TD-LTE的信心和决心。 网络建设和传统的修路不同，后者是一年宽一点就够了。而根据现有的移动互联网发展速度，人们对通信网络质量的需求每年都会翻一番，10年后就是现在的1000倍左右。因此，必须提前进入下一代网络的研发。

当前全球包括韩国、日本、美国等在内多个国家已竞相展开5G网络技术开发，中国移动为此也投入了大量资金和研发力量。5G网络是基于毫米波频谱技术，要比4G网络快上1000倍，而且可靠性方面也更加稳定。华为、三星等网络巨头不断在5G网络上取得技术突破，进一步加剧了全球5G网络研发的竞争。5G网络目前还没有一个具体标准，有消息报道，韩国成功研发第五代移动通信技术，手机在利用该技术后无线下载速度可以达到每秒3.6G，这一新的通信技术名为Nomadic Local Area Wireless Access，简称NoLA。 网络技术将继续迅速发展，未来的网络会和空气、水一样，自然融入到我们的日常生活、工作和学习中。

4G通信

4G通信具有通信速度快、网络频谱宽、通信灵活、智能性高、兼容性好、提供增值服务、高质量通信、频率效率高、费用便宜等优势。4G的动态数据传输速率超过100Mbit/s，这个速率是移动电话数据传输速率的一万倍，也是3G移动电话速率的50倍。与传统的通信技术相比，4G通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。 国际电信联盟在2012年无线电通信全会全体会议上，正式审议通过将LTE-Advanced和Wireless MAN-Advanced(802.16m)技术规范确立为IMT-Advanced(俗称“4G”)国际标准，FDD-LTE-Advanced和中国主导制定的TD-LTE-Advanced同时并列成为4G国际标准。TD-LTE是时分多址的LTE，FDD-LTE是频分多址的LTE。简单的说，时分就是不同的用户占用不同的时间，而频分是不同的用户占用不同的频率。

智能终端极大发展

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。泛在通讯网络将成为未来信息通讯社会的必然趋势，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。在无处不在的通讯网络支持下，信息空间与物理空间将实现无缝的对接，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。

普适计算（Pervasive Computing）是信息空间与物理空间融合的技术，在这个融合的空间中，人们可以随时随地、透明地获得数字化的服务。随着普适计算技术的发展，各种微型的便携式智能手持设备将逐渐成为我们生活中的一部分，包括智能手机、PDA、平板电脑、移动电视、智能眼镜、智能腕表、穿戴式电脑等。用户终端越来越缤纷多样，计算、通信和传感功能将更多地嵌入人们的生活，信息空间和我们生活的物理空间将越来越无缝地耦合在一起，虚拟景物与实际场景的和谐融合，以构造用户所需的智能性的生存空间。

新一代的智能终端设备将大大超越台式机的形式，更多的表现为可嵌入到我们生活中的各种物品和空间的交互式技术，比如电子像框、智能传感手表、微控制器等，这些技术共同核心的特点是： 1.表现形式突破电脑惯性思维，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作出响应，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.具有快速无线通讯的功能：可以快速、无缝的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，通讯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。当前移动终端的人机交互的发展方向是，用户可以方便、自然地使用人类所熟知的方式使用终端。移动终端要能够准确无误的感知包括自然语言、手势语言、面部表情在内的不同人类表达方式，实现拟人化的人机交互。

未来移动人机界面将更强调自然、高效和智能化。目前，非常有发展前途的终端交互技术包括触屏技术、语音输入技术和手势识别技术等。移动终端输入输出效率的提高，可以让移动学习体验变得更轻松、更高效、更令人满意，甚至更令人惊喜，从而也会大大促进智能终端的普及和新应用模式的创建。触摸控制是一类非常自然的交互技术，较之键盘输入，触屏操作更符合人类的使用习惯。触屏技术是移动终端非常重要的一部分，微软的Surface、芬兰的Citywall、苹果公司推出的iPhone都展示了触摸UI技术的新发展。目前正在快速发展的多重触摸技术，除了可以同时移动两个以上的物件以外，还可以随着手指的动作，变换图像的大小，能让双手同时比划，支持多个用户在同一个界面里操作系统，通过直观的姿态直接操纵屏幕。在触控的基础上，支持自然的手写输入也是重要的发展方向。驱动触摸屏的触控技术还需要具有更快的反应时间以最大化减少手机电量的消耗。语音识别技术也会令移动终端使用起来更为自然高效。现在，移动终端识别人的单词式的命令和指令已经不再困难，各种不方便手写输入的手持设备如车载GPS定位系统， 或一些智能手机上都支持语音命令。目前中移动跟科大讯飞合作的“灵犀”系统已经实现了用户通过说一句话就能打电话、启动应用程序，“哼”一段旋律，就能查找到自己听过却不知道名称的歌曲或彩铃，并且进行点播和下载的新业务。语音输入技术改变了传统敲键盘的输入方式，用户说话就可以输入搜索关键词，大大降低了操作行为难度，也减少了单个子任务完成时间，提升了交互效率。基于语音识别的内容搜索和互动式语音应答系统（Interactive Voice Response）将会给移动学习者带来更多新颖的学习体验。比如，借助语音技术的支持，学习者可以通过读英文单词获得单词的正确拼写，可以录下教师授课的内容来搜索相关的网络学习资源，可以让系统来评估和辅导自己的英语口语等。目前正在发展的是连续语音识别技术尤其是多人会话场景下的语音识别研究。

图 1 Nokia可任意变形的概念手机

当前很多移动终端可以集摄像头、条形码读取器、耳机等多种外设于一体。为了保障移动终端的便携性，借助无线通信技术的支持以及微小型低功耗电子设备的推出，人可以将这些外设甚至移动终端穿戴在身，时刻伴随使用者，让其随时随地传递相应信息，从而构建和谐的人机环境，用户真正处于智能的高级指挥中心和被服务的中心，这就是可穿戴计算技术的应用。图1展示了一款Nokia的概念手机，具有液态电池、可折叠的显示屏幕，用户可以随心所欲更改其形状，可以把它放在口袋里，也可以戴在手腕上，或者当作胸针别在上衣上等。

依据移动应用场景的不同提供自适应的交互方式也是值得关注的未来发展趋势。借助这一技术，可依据应用场景动态配置键盘，从而保证小键盘同样能操作、控制多样化的应用。这样，移动学习者在手机上做各类选择题目时，就不用担心ABC选项的输入问题了，因为系统能自动感知当前的应用场景，并根据场景中的输入需求为学习者提供适宜的输入键盘。

移动终端的总体趋势是集成化、普及化、便携化以及网络化，在未来五年到十年间，强大计算和通信功能将可能融合到一个可随身携带的手持式网络化多媒体设备中。手持式设备将通过记录你周围的地点、天气、人物、知识甚至思维等集成的情境感知功能来改变日常生活。

泛在学习的特征

泛在性

泛在是指表面上学习无形，它们交织在日常生活中，无所不在，人们很难察觉出它们的存在，泛在学习可以为用户提供无处不在的学习资源、无处不在的学习服务、无处不在的学习网络、无处不在的交流对象。

连续性

泛在学习是嵌入性的学习（Embed Learning），学习融合于工作、学习、生活和网络之中，成为一体。泛在学习是正式学习和非正式学习的连续统一体，是跨情境边界的，既具有正式学习的特征，能够很好支持学校的学历教育和参加工作后的继续教育；又具有非正式的特性，是在工作、生活或社交等非正式学习时间和地点联接或内化知识的学习形式。是一种能够将正式学习与非正式学习相联结、个人学习与社群学习相融合、课堂学习与网络学习优势互补的融合学习形态。

社会性

学习是共享和构建个体认知网络和社会认知网络的过程，个人的知识组成了内部的认知网络，学习空间中的情境学习资源与其他学习者构成社会认知网络，学习者在情境交互过程中，完善和改进自己的个人认知网络，同时也构成社会认知网络的一部分，共同分享和构建社会认知网络。

情境性

情境感知是泛在学习的核心要素，泛在学习关注物理的和社会的场景与个体的交互作用，强调基于真实情境的学习，能够从学习者的周围收集环境信息和工具设备信息，并为学习者提供与情境相关的学习活动和内容。

适应性

泛在学习是基于学习者自身的需求的，使人们能获得很多能立即应用到实践当中去的知识和技能，它是因时、因地、随需而发生的，是一种自我导向的过程，是一个适量学习（just in enough）的过程，在学习者最需要的时候为他们提供知识信息，而无论他们处在什么样的场所。

无处不在的智能终端与无处不在的网络技术融入我们的生活环境后，可为教育教学活动提供新的认知环境，会建立学习者与技术存在的生态化人机关系，形成学习者与技术最优化的智能整合。它不仅是来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便的感受。

图2 泛在学习的概念模型

泛在学习让学习无处不在

目前，虚拟世界与真实世界之间的界限在不断被打破，在全世界范围内，摄像头、手机、传感器、信息终端、移动电视正被嵌入到一切值得采集和播放信息的地方，工厂、大楼、学校、教室、博物馆、商店、家庭，以及人的身体上。未来真实与虚拟之间的界限已经越来越模糊。通过互联网，人与人连接起来了，人与物连接起来了，物与物也在连接。人的空间、物的空间和信息的空间在相互渗透，融为一体，生活中到处都是智能设备，到处都有计算能力。云服务平台与各种智能终端通过统一通讯技术的无缝融合，在教育领域的深远影响就是教育的泛在(Ubiquitous)化。目前的e-Learning的模式是教育者搭建起学习平台，将教学内容数字化，通过教学平台进行有效的教学管理，学习者通过专门课堂或登录到学习平台上进行学习，学到的知识在日后工作和实践中应用，通过搭建虚拟学习空间来实现学习；而u-Learning则通过云端一体的计算技术，构建信息空间与物理空间相融合的智能学习空间，学习的发生、学习的需求以及学习资源无处不在，学习与生活、工作是融合在一起的，当学习者遇到任何实际问题需求，可以得到智慧学习环境随时、随地的支持，学习融合于生活之中以至于我们无法觉察，生活就是学习。

在当今资讯丰富的世界，对人们挑战最大的不仅仅是随时随地以任何一种方式为学习者提供信息，而且让学习者能够对信息进行加工并以正确的方式、在正确的场合表达准确的事件。普适计算支持下的泛在学习，强调任何人在任何时间、任何地点、基于任何计算设备获取任何所需学习资源，享受无处不在的学习服务。泛在学习可以为学习者提供一种智能的、无缝的学习空间，符合人类终身化学习的需求，被认为是下一代的e-Learning。泛在学习实现的基础是构建智慧学习空间（Smart Learning Space，简称SLS），在智能的、无缝的学习空间中，学生只要对情境具有好奇心就可以进行学习，而且通过个人化移动设备作为媒介，学生将可轻松并快速地从一个情境切换到另一个情境。泛在学习环境是一种整合的学习环境，它整合了物理的、社会的、信息的和技术的多个层面和维度。在一个泛在学习环境中，各种教育机构( Educational Institutions) 、工作坊(Workspace) 、社区(Community) 和家庭(Home) 将会被有机地整合在一起。

当我们在实际工作和生活中，任何时候、任何地点遇到了问题，或者对某些事物产生的兴趣，利用与环境相关的情境感知智能终端设备可以随时感知用户在特定情境下的需求，并将这些情境化需求的信息通过无处不在的通讯网络发送到“教育云计算平台”中，教育云计算平台根据用户需求以及用户的个性化信息在知识关系空间中进行检索、聚合、计算、变换，找到最适合用户需求的学习内容与关联性的学习内容，同时将内容上附加的学习服务和知识关系网络转换为用户智能终端支持的格式，推送给用户。

通过知识关系网络的联通，学习者与正在学习本内容的学习者、编辑、制作本学习内容不同专家等产生联系、联接，形成学习圈子，不仅仅是可以找到这个知识领域内最权威的知识，更重要的是找到本领域最权威的专家，这种学习不是传统课堂一个教师对多个学生的模式翻版，而是一对一的学习，更是多对一的学习，多个权威的领域专家来指点你，从多人处获取智慧。在学习过程中，学习者可以了解到学习内容的使用历史记录、学习内容的关联内容、学习内容的评估记录、学习内容的编辑更新记录、学习内容附加的学习活动、学习内容附加的学习工具等。通过学习的交互记录，学习者可以获得最适合自己的内容，真正实现按需学习。学习者通过完成资源中预设的学习活动来实现对内容的理解与内化，更新自己的内部认知网络，从而实现高层次的学习。在获得信息的同时，学习者可以对学习内容进行补充和完善，进行协同编辑，将个人头脑中知识理解外化成学习的知识对象中，也就是将自身智慧网络附加到外在网络上。

图3 智慧学习空间概念模型

中国移动致力于泛在学习

智慧学习空间是实现“人人皆学、处处可学、时时能学、按需供学”的泛在学习的核心基础，为此，我们提出了泛在学习的智慧学习空间模型，如图3所示。模型中的各个组成要素都是当前和未来很长一段时间内我们需要重点研究和突破的难题。

中国移动集团目前与北京师范大学联合组建了“移动学习”教育部——中国移动联合实验室，致力于打造国际领先的移动学习平台、研发实现智能无缝学习空间的关键技术、探索泛在学习的典型模式和应用策略。在上述空间模型中，移动学习平台是服务引擎，是智慧教育与泛在学习的中枢，是学习内容与学习服务的集散地。4G网络技术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，为无处不在的智能终端提供学习内容访问服务。智能学习终端、移动云课堂是移动学习服务的核心载体，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，是需求产生中心。其总体设计思路以及正在研发的关键技术包括：

1.感知学习终端研究：感知学习终端是学习者进行无处不在泛在学习的接入工具和学习媒介，不同于一般的学习终端，泛在学习环境下的学习终端需要具备情景感知功能，即能够自动捕获并解析各种学习对象发出的环境信息。感知学习终端需要体现出信息生态的协调和适应性、可自然交互、具有环境感知的智能性、应内置网络和传感器、增强性虚拟现实等。

2.泛在通讯网络研究：泛在通讯网络是多种接入方式、多种承载方式融合在一起的，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。网络通过连接各种智能终端能够感知用户及周边环境场景信息，自动选择合适的传送方式，将正确的服务传递给正确的用户。泛在通讯网络构建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、广播网络今后整合起来。惟有多网的融合才可以使开放性、整合性教育资源供给服务成为现实。

3.移动学习平台研究：创新应用云计算、物联网、移动通信、大数据分析等新一代信息技术开发移动学习平台。该平台可以使得普通的一个学习终端具有强大的学习能力。将客户端的大部分学习软件功能和存储转移到云端，用户只需要简单的终端和简单的软件就能通过联网享受大大小小的教育云服务。移动学习平台应当具有超大规模、稳定的性能、良好的可扩展性和开放性等特征，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移动学习平台上发布、销售和传播自己的优质资源，将教学资源进行自动转码以实现多种终端的适应，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；同时能够通过开放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。

4.可进化的学习资源库研究：泛在学习的核心特质绝不仅仅是计算设备、通讯网络的无处不在，更重要的是在普适计算环境下对学习的方式造成的变革。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。

移动通信技术、云计算、物联网等新一代信息技术的发展，为教育系统的变革和学习范式的转变创造了技术条件。

5.学习交互与分享设计研究：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学习活动过程与学习交互，激发学习者的信息搜索、分析和综合等高水平思维活动，设计具体的协作任务，引发学习者的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习者积极主动参与进来，共享知识和创造性，学习者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，促进学习者知识内化与意义联结；要提供协同创作的环境与工具，使得每个学习者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，以便学习者能够通过学习解决所遇到的情境性问题。

6.认知网络模型研究：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之为认知网络模型。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的修改。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的教学。

7.知识关系网络研究：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外，还可以作为学习者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，学习者不仅能获取知识，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的获取所需的知识。

8.泛在学习典型应用模式研究：研究的最终目的是为了推广应用，最终产生经济和社会价值。在泛在学习众多的研究侧面中，典型应用模式的探索是激发泛在学习潜能、体现泛在学习价值的根本。泛在学习技术如何应用、学习模式如何推广也是泛在学习研究亟待解决的问题之一。下一步需要在下一代通信网络、云计算、智能终端大发展的背景下，通过深入、细致的实证研究来总结典型的应用模式以及实际应用环境下的泛在学习技术和模式的有效性、可行性、可推广性等。

移动通信技术、云计算、物联网等新一代信息技术的发展，为教育系统的变革和学习范式的转变创造了技术条件。从数字学习走向无处不在的泛在学习，已成为当前智慧教育发展的重要方向。中国移动通信集团将继续加大在教育信息化领域的投入，重点研发实现泛在学习的智慧学习空间及其关键技术。同时，也将大力开展泛在学习应用实践，推动泛在学习在我国的真正落地，为实现《国家中长期教育改革和发展规划纲要》提出的“努力形成人人皆学、处处可学、时时能学的学习型社会”宏伟目标贡献智慧和力量。