計(jì)算教育學(xué)論綱：立場(chǎng)、范式與體系 ＊

鄭永和 嚴(yán)曉梅 王晶瑩 王楊春曉 劉士玉

（北京師范大學(xué)教育學(xué)部，北京 100875）

近年來(lái)，以大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等為代表的新興技術(shù)迅猛發(fā)展，推動(dòng)了社會(huì)各個(gè)層面的數(shù)字化重組，教育領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新也不斷涌現(xiàn)，帶來(lái)教學(xué)實(shí)踐和教育研究在內(nèi)容與方法上的深刻變革。我國(guó)政府積極推進(jìn)人工智能技術(shù)與教育的融合，頒布了一系列促進(jìn)教育現(xiàn)代化發(fā)展的實(shí)施計(jì)劃。2018 年4 月教育部發(fā)布《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》，提出要充分利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，構(gòu)建全方位、全過(guò)程、全天候的支撐體系，助力教育教學(xué)、管理和服務(wù)的改革發(fā)展。2019 年2 月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》，明確指出互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展正在不斷重塑教育形態(tài)、知識(shí)獲取方式和傳授方式，要“利用現(xiàn)代技術(shù)加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式改革，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逃c個(gè)性化培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合”。在當(dāng)代教與學(xué)關(guān)系發(fā)生深刻變革的轉(zhuǎn)型時(shí)期，我國(guó)政府以及教育和學(xué)術(shù)界在實(shí)踐應(yīng)用與理論研究層面積極行動(dòng)，擔(dān)當(dāng)教育智能化和現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變的時(shí)代使命。在實(shí)踐應(yīng)用方面，以?xún)|歐智庫(kù)對(duì)人工智能教育企業(yè)的融資情況分析為例，近五年來(lái)，資本市場(chǎng)對(duì)人工智能教育領(lǐng)域的投資量激增，相比于其他國(guó)家和國(guó)際組織，我國(guó)教育企業(yè)發(fā)展更為迅速（如圖1 所示）。2014 年我國(guó)人工智能教育企業(yè)融資總額趕超美國(guó)，至今遙遙領(lǐng)先于美國(guó)、歐盟地區(qū)和以色列；且自2017 年開(kāi)始，我國(guó)教育人工智能市場(chǎng)融資活躍，企業(yè)融資事件數(shù)量超過(guò)美國(guó)成為全球榜首。

在理論研究方面，近年來(lái)，我國(guó)學(xué)界圍繞教育大數(shù)據(jù)和人工智能的學(xué)術(shù)研究論文數(shù)量迅速增長(zhǎng)（如圖2 所示），學(xué)者們紛紛提出了新技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域的理論框架與發(fā)展構(gòu)想。例如，楊現(xiàn)民等人總結(jié)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的新范式，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建了高效互動(dòng)課堂理論框架與5J 模型，梳理了線(xiàn)下互動(dòng)課堂和線(xiàn)上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)兩種典型教學(xué)情境的數(shù)據(jù)體系與分析方法，并提出學(xué)校導(dǎo)入教育大數(shù)據(jù)的三大動(dòng)因、四種模式、五大實(shí)施路徑與六大實(shí)施策略（楊現(xiàn)民，王榴卉，唐斯斯，2015；楊現(xiàn)民，李新，田雪松，2018）。2016 年4 月，北京師范大學(xué)發(fā)布我國(guó)首部基礎(chǔ)教育階段的教育大數(shù)據(jù)藍(lán)皮書(shū)《中國(guó)基礎(chǔ)教育大數(shù)據(jù)發(fā)展藍(lán)皮書(shū)（2015）》。這份報(bào)告反映了我國(guó)教育大數(shù)據(jù)的研究和實(shí)踐（盧秋紅，2016）。

圖1 全球人工智能教育企業(yè)融資情況

圖2 2013—2019 年中國(guó)知網(wǎng)人工智能與教育大數(shù)據(jù)的核心期刊論文發(fā)表狀況

然而，教育智能化的迅速發(fā)展也面臨許多新問(wèn)題與新挑戰(zhàn)。一是目前我國(guó)基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的教育研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于實(shí)踐的發(fā)展，缺少系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)和方法論體系，沒(méi)有形成可以指導(dǎo)實(shí)踐的理論框架與保障高質(zhì)量運(yùn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。二是領(lǐng)域研究與實(shí)踐呈現(xiàn)出多學(xué)科協(xié)作的良好態(tài)勢(shì)，但缺少系統(tǒng)性布局，實(shí)踐反思與理論沉淀不足；同時(shí)，在多學(xué)科協(xié)同研究的過(guò)程中，研究主體往往受到不同學(xué)科間術(shù)語(yǔ)差異的影響，且局限于不同的研究計(jì)劃與方法論體系，而不能協(xié)調(diào)一致、體系化地推進(jìn)教育智能化發(fā)展。三是教學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性和教育數(shù)據(jù)的特殊性對(duì)數(shù)據(jù)分析技術(shù)提出了新要求，但缺乏兼?zhèn)浣逃砟钆c技術(shù)創(chuàng)新能力的跨領(lǐng)域人才，無(wú)法靈活運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)與方法來(lái)深入探索教育環(huán)境中的底層規(guī)律。為應(yīng)對(duì)以上挑戰(zhàn)，該領(lǐng)域亟需系統(tǒng)化地開(kāi)展適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的科學(xué)研究，從多學(xué)科協(xié)作向跨學(xué)科（transdisciplinarity）的“計(jì)算科學(xué)+教育學(xué)”發(fā)展。據(jù)此，應(yīng)建立計(jì)算教育學(xué)學(xué)科，構(gòu)建以量化教育數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的學(xué)科理論框架，建設(shè)以計(jì)算為核心的新型方法論和交叉學(xué)科人才培養(yǎng)體系，同時(shí)推動(dòng)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定，指導(dǎo)教育智能化的創(chuàng)新實(shí)踐，加強(qiáng)系統(tǒng)化學(xué)科融合的創(chuàng)新實(shí)踐與規(guī)律探索，生成一個(gè)超越性的學(xué)科新形態(tài)，以此促進(jìn)教育智能化的可持續(xù)發(fā)展，為構(gòu)建新時(shí)代的教育支撐體系提供保證。建立計(jì)算教育學(xué)學(xué)科恰逢其時(shí)。

為此，本文試圖在以下方面闡述計(jì)算教育學(xué)的學(xué)科建設(shè)。首先，論述建立計(jì)算教育學(xué)學(xué)科的應(yīng)然性，以及建立學(xué)科所具備的基礎(chǔ)保障；其次，辨析計(jì)算教育學(xué)作為學(xué)科的立場(chǎng)與價(jià)值觀(guān)；再次，分析正在逐步形成的獨(dú)特研究范式；最后，依據(jù)獨(dú)立學(xué)科的標(biāo)準(zhǔn)，提出計(jì)算教育學(xué)還需加快鞏固知識(shí)體系和社會(huì)建構(gòu)；同時(shí)結(jié)合教育的需求和實(shí)踐的基礎(chǔ)，展望計(jì)算教育學(xué)的未來(lái)發(fā)展并提出推進(jìn)學(xué)科發(fā)展的建議。

一、計(jì)算教育學(xué)產(chǎn)生的應(yīng)然性

信息時(shí)代屬于知識(shí)爆炸的時(shí)代，以創(chuàng)造力和智慧思維為驅(qū)動(dòng)，科學(xué)和技術(shù)的不斷推進(jìn)使得數(shù)據(jù)科學(xué)破土而出，教育領(lǐng)域獲得了寶貴的“數(shù)據(jù)礦產(chǎn)”，待研究者挖掘與分析，而相應(yīng)的技術(shù)、理念和方法亟需一個(gè)集合體來(lái)統(tǒng)籌與規(guī)劃。因此，信息時(shí)代的教育恰到新范式和新方法應(yīng)運(yùn)而生之時(shí)，計(jì)算教育學(xué)的產(chǎn)生具有必然性和應(yīng)然性。計(jì)算教育學(xué)產(chǎn)生的動(dòng)力機(jī)制一是教育實(shí)踐智能化發(fā)展的外部推動(dòng)，二是教育研究科學(xué)化發(fā)展的內(nèi)部動(dòng)力；技術(shù)引導(dǎo)、理論發(fā)展和教育大數(shù)據(jù)產(chǎn)生這三方面是其產(chǎn)生的基礎(chǔ)保障。

（一）計(jì)算教育學(xué)產(chǎn)生的動(dòng)力機(jī)制

1. 教育實(shí)踐的智能化發(fā)展是推動(dòng)計(jì)算教育學(xué)產(chǎn)生的外部動(dòng)因

在新時(shí)代，重大科技創(chuàng)新的需要明確了國(guó)家對(duì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新要求，也體現(xiàn)了對(duì)新技術(shù)深度應(yīng)用于實(shí)踐的新思考，理論與實(shí)踐層面的變革共同引領(lǐng)了教育智能化的發(fā)展。2019 年5 月教育部鐘登華副部長(zhǎng)在人工智能教育大會(huì)上指出，為進(jìn)一步提升我國(guó)的教育質(zhì)量，順應(yīng)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式的新變化，應(yīng)積極探索人工智能為代表的新一代信息技術(shù)在教育領(lǐng)域中的有效應(yīng)用。在實(shí)踐方面，教育教學(xué)和研究體系正在經(jīng)歷數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵歷史時(shí)刻，教育的組織結(jié)構(gòu)、管理體系、服務(wù)模式、理論方法、環(huán)境工具和應(yīng)用實(shí)踐都在發(fā)生深刻變革。具體包括：提高教學(xué)效率，及時(shí)根據(jù)學(xué)生的個(gè)性化需求提供有針對(duì)性的教學(xué)資源和教學(xué)方式；構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，助力學(xué)生發(fā)展高階認(rèn)知能力，包括綜合利用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題的能力、批判性思維、創(chuàng)新能力等；開(kāi)展科學(xué)測(cè)評(píng)，更高效、更全面、更及時(shí)地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，根據(jù)認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，提供及時(shí)學(xué)習(xí)支持；進(jìn)行基于數(shù)據(jù)的教育管理，更科學(xué)和更精準(zhǔn)地配置教育資源，制定合理的制度和措施，進(jìn)一步提升教育的效率和效果。為了實(shí)現(xiàn)教育體系中必要環(huán)節(jié)的智能化，滿(mǎn)足新時(shí)代對(duì)教育的個(gè)性化與公平性相協(xié)調(diào)的需求，急需建構(gòu)更為全面科學(xué)的教育數(shù)據(jù)模型，開(kāi)展更多基于復(fù)雜算法的精準(zhǔn)教育預(yù)測(cè)的跨學(xué)科研究。以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算為手段的計(jì)算教育學(xué)為高效地推動(dòng)智能技術(shù)應(yīng)用于教育研究提供有力的新工具和新方法，從而開(kāi)展對(duì)教育教學(xué)內(nèi)在機(jī)制的深度探索，構(gòu)建新時(shí)代中國(guó)教育研究科學(xué)化和系統(tǒng)化的理論體系，實(shí)現(xiàn)教育問(wèn)題的精準(zhǔn)定位、智能分析與科學(xué)治理，滿(mǎn)足新時(shí)代對(duì)教育的個(gè)性化與公平性相協(xié)調(diào)的需求。

2. 教育科學(xué)研究方法與范式變革是計(jì)算教育學(xué)萌生發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)因

在自然科學(xué)研究范式影響下，教育研究得以從經(jīng)驗(yàn)為主的思辨范式向?qū)嵶C研究轉(zhuǎn)變，研究方法也從定性描述和理論思辨轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)分析為主，研究課題也轉(zhuǎn)向更具有普適性的底層規(guī)律探索。自赫爾巴特（Herbart JF）試圖整合教育學(xué)與自然科學(xué)，使之具備科學(xué)品格以來(lái)，研究者們對(duì)教育學(xué)的“科學(xué)性”進(jìn)行了大量探索。我國(guó)學(xué)者袁振國(guó)提出教育學(xué)走向科學(xué)需要加強(qiáng)實(shí)證主義的精神、規(guī)則和方法，并強(qiáng)調(diào)了量化的重要性（袁振國(guó)，2017）。但是袁振國(guó)和余勝泉等人都指出教育環(huán)境、教育對(duì)象的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性等特征導(dǎo)致了自然科學(xué)研究范式與教育研究方法融合的困難，特別是自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中客觀(guān)、量化、可檢驗(yàn)、可重復(fù)等標(biāo)準(zhǔn)在教育研究中遇到挑戰(zhàn)與問(wèn)題（袁振國(guó)，2017；余勝泉，徐劉杰，2019）。

隨著大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)在教育研究中的應(yīng)用，以個(gè)體數(shù)據(jù)為主的實(shí)證研究逐步向以海量關(guān)系數(shù)據(jù)挖掘的新范式推進(jìn)。在此基礎(chǔ)上，以數(shù)據(jù)科學(xué)為技術(shù)基礎(chǔ)的計(jì)算教育學(xué)架起了“計(jì)算”與“教育學(xué)研究”之間的橋梁，為解決教育研究中遇到的問(wèn)題提供了新的工具，具體包括為教育研究提供了覆蓋更多教學(xué)環(huán)節(jié)的可計(jì)算的量化數(shù)據(jù)；同時(shí)，自然生成的教學(xué)行為數(shù)據(jù)為提高教育研究的客觀(guān)性和可檢驗(yàn)性提供了新的方法和途徑；計(jì)算模擬實(shí)驗(yàn)、虛擬技術(shù)等也為實(shí)現(xiàn)教育研究的可重復(fù)性提供了新的方法和可能。正如Cioffi-Revilla 認(rèn)為將數(shù)據(jù)科學(xué)的技術(shù)和方法應(yīng)用于社會(huì)學(xué)領(lǐng)域的研究，就如同當(dāng)年伽利略發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡作為主要的觀(guān)察工具推動(dòng)了自然科學(xué)領(lǐng)域?qū)嵶C研究的發(fā)展，進(jìn)而幫助科學(xué)家獲得對(duì)物理世界更深刻真實(shí)的理解（Cioffi-Revilla，2010）。計(jì)算教育學(xué)的誕生響應(yīng)教育學(xué)研究科學(xué)化發(fā)展的需求，延續(xù)當(dāng)代教育研究范式與自然科學(xué)范式融合的趨勢(shì)，為教育領(lǐng)域的實(shí)證研究提供了有力的新工具與方法，助力研究者獲得對(duì)教學(xué)行為和認(rèn)知規(guī)律更深刻的理解。

（二）計(jì)算教育學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)保障

1. 理論研究的深化為計(jì)算教育學(xué)框架形成提供支撐

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算主義也從一種新興的認(rèn)知哲學(xué)范式發(fā)展成為一種新的世界觀(guān)，為計(jì)算、算法、智能和行為等核心概念提供了理論認(rèn)識(shí)，為結(jié)合領(lǐng)域需求的計(jì)算實(shí)踐提供了豐富的理論框架與指導(dǎo)（李建會(huì)，符征，張江，2012）。例如，計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)與計(jì)算社會(huì)學(xué)的發(fā)展為計(jì)算教育學(xué)提供了基于數(shù)據(jù)科學(xué)來(lái)揭示個(gè)體和群體行為模式的寶貴經(jīng)驗(yàn)與構(gòu)建理論體系的參考。而認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和學(xué)習(xí)科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)展進(jìn)一步推動(dòng)了教育領(lǐng)域?qū)W(xué)習(xí)機(jī)制與過(guò)程的深入分析。同時(shí)，將教育作為一個(gè)復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)，復(fù)雜系統(tǒng)理論、計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)理論和計(jì)算社會(huì)學(xué)理論的提出都為計(jì)算教育學(xué)的發(fā)展提供了理論框架的支撐，為從整體上研究復(fù)雜的教育系統(tǒng)提供了可能，為揭示教育環(huán)境和教育主體的復(fù)雜特征提供了理論基礎(chǔ)與框架。正如楊開(kāi)城指出的那樣，教育大數(shù)據(jù)的實(shí)踐體現(xiàn)了復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)在教育現(xiàn)實(shí)中的顯現(xiàn)。其中復(fù)雜系統(tǒng)的理論群體，不僅包含涌現(xiàn)生成、遺傳算法、進(jìn)化編程等理論與方法，也包含耗散結(jié)構(gòu)理論、自組織臨界、元胞自動(dòng)機(jī)、混沌理論等（楊開(kāi)城，2019）。但它們?cè)诮逃芯恐械倪m切性還需要進(jìn)一步研究與檢驗(yàn)。因而在教育領(lǐng)域，基于復(fù)雜系統(tǒng)理論、認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，借鑒計(jì)算社會(huì)學(xué)理論與方法，計(jì)算教育學(xué)將建立多元而統(tǒng)一的理論基礎(chǔ)。

2. 技術(shù)先導(dǎo)為計(jì)算教育學(xué)提供基礎(chǔ)保障

新一代信息技術(shù)的發(fā)展使教育教學(xué)和研究方法的變革成為可能。參考劉邦奇和王亞飛總結(jié)的智能教育技術(shù)體系與框架（劉邦奇，王亞飛，2019），本文提出了與計(jì)算教育學(xué)相關(guān)的多層次技術(shù)基礎(chǔ)，如圖3 所示。其中，硬件的發(fā)展帶來(lái)算力的大幅度提升，結(jié)合芯片和傳感器制造工藝與技術(shù)的精進(jìn)，為采集和處理教育大數(shù)據(jù)提供了硬件技術(shù)基礎(chǔ)；云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、5G 通信等系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)，基礎(chǔ)開(kāi)源框架和技術(shù)開(kāi)放平臺(tái)的構(gòu)建，共同為實(shí)現(xiàn)基于計(jì)算的教育智能化實(shí)踐提供了信息設(shè)施保障。數(shù)據(jù)科學(xué)的發(fā)展，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別等算法的發(fā)展，云和分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，數(shù)據(jù)的整合、聚合和校準(zhǔn)等管理技術(shù)，數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)可視化、網(wǎng)絡(luò)分析等多種技術(shù)的綜合使用，共同支持教育研究者挖掘海量教育數(shù)據(jù)中的深層關(guān)聯(lián)關(guān)系，加強(qiáng)了智能分類(lèi)、文本挖掘和模擬仿真等技術(shù)在教育領(lǐng)域的成功應(yīng)用。計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言理解等人工智能技術(shù)的成熟與發(fā)展，拓展了智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，推動(dòng)了教學(xué)實(shí)踐創(chuàng)新與教育研究向基于數(shù)據(jù)和實(shí)證的方向發(fā)展。例如，自然語(yǔ)言處理技術(shù)提高了計(jì)算機(jī)組織和分析來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)等處的和各類(lèi)教育文本的能力，從而與其他智能技術(shù)和教育大數(shù)據(jù)一起，可以提供更精準(zhǔn)的教育預(yù)測(cè)與預(yù)警。人工智能技術(shù)歷經(jīng)智能和心靈計(jì)算、生命計(jì)算，發(fā)展至世界和宇宙計(jì)算（李建會(huì)，符征，張江，2012），為實(shí)現(xiàn)教育研究對(duì)象的可計(jì)算性提供了基礎(chǔ)的技術(shù)保障。

圖3 計(jì)算教育學(xué)的技術(shù)基礎(chǔ)與舉例

3. 教育大數(shù)據(jù)為計(jì)算教育學(xué)提供研究基礎(chǔ)

由于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，記錄和共享數(shù)據(jù)達(dá)到了前所未有的量級(jí)，多模態(tài)的教育數(shù)據(jù)采集方式層出不窮，實(shí)時(shí)的海量教育數(shù)據(jù)不斷累積。在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中，人們的各種教學(xué)活動(dòng)和行為會(huì)在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中留下痕跡，為計(jì)算教育學(xué)提供了各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)記錄。由于智能技術(shù)的更全面應(yīng)用，除了傳統(tǒng)學(xué)校管理系統(tǒng)能夠提供的學(xué)習(xí)者在?；拘畔ⅰW(xué)業(yè)成績(jī)和成長(zhǎng)信息之外，從教學(xué)環(huán)境、模式到制度等各個(gè)方面的刻畫(huà)能得到數(shù)據(jù)的完整支撐（肖玉敏，孟冰紋，唐婷婷等，2017）。從先前的鼠標(biāo)點(diǎn)擊到如今的體感技術(shù)，人機(jī)交互的發(fā)展為學(xué)習(xí)者的多元化信息留存提供了越發(fā)堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐，計(jì)算機(jī)能夠?qū)⒔虒W(xué)過(guò)程中自然生成的海量學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度、多構(gòu)面的立體化數(shù)字化存儲(chǔ)與分析。楊現(xiàn)民等人將教育領(lǐng)域中的大數(shù)據(jù)劃分為基礎(chǔ)層、狀態(tài)層、資源層和行為層四種數(shù)據(jù)?；A(chǔ)層中，存儲(chǔ)著國(guó)家規(guī)定采集的教職工與學(xué)生的人口學(xué)基本信息和人事檔案中的信息，例如教師的學(xué)歷背景、教齡，學(xué)生的學(xué)籍變動(dòng)等。狀態(tài)層是各種教育環(huán)境、教育裝備等基礎(chǔ)設(shè)施的分布情況以及教育業(yè)務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)信息。資源層包含各類(lèi)教學(xué)資源的信息，例如教案、教材、試卷、作業(yè)等課程資源。行為層是廣大教育用戶(hù)的行為數(shù)據(jù)，包括學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、管理人員的操作行為、教師的教學(xué)行為以及學(xué)生的興趣、動(dòng)機(jī)、消費(fèi)情況等其他描述性行為（楊現(xiàn)民，唐斯斯，李冀紅，2016，第52 頁(yè)）。多類(lèi)型、多維度、多形態(tài)的數(shù)據(jù)集合可將教育全過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的全樣本的數(shù)據(jù)化記錄，拓展了研究素材的時(shí)程性和教育學(xué)研究的問(wèn)題域（González-Bailón & Sandra, 2013）。但要使得“教育數(shù)據(jù)礦產(chǎn)”發(fā)揮真正的作用與價(jià)值，還需在計(jì)算教育學(xué)的框架下，采用科學(xué)的技術(shù)方法進(jìn)行清洗、整理與分析。

二、計(jì)算教育學(xué)的學(xué)科立場(chǎng)與價(jià)值觀(guān)

學(xué)科視角可以更好地概括教育學(xué)在大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代所呈現(xiàn)出的新發(fā)展、新路徑和新范式。關(guān)于學(xué)科建構(gòu)，龔怡祖指出學(xué)科的建構(gòu)既包括了內(nèi)在的知識(shí)系統(tǒng)化建設(shè)，也包含了外在的社會(huì)制度建構(gòu)，并同時(shí)形成兩種規(guī)范性的機(jī)制運(yùn)行（龔怡祖，2013）。對(duì)學(xué)科本體知識(shí)建構(gòu)的要求，潘懋元認(rèn)為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科應(yīng)該包括“獨(dú)特的研究對(duì)象、獨(dú)特的研究方法和完整的知識(shí)體系”，并確立學(xué)科的價(jià)值、思維方式、研究領(lǐng)域及核心概念（潘懋元，1991）。在此基礎(chǔ)上，張應(yīng)強(qiáng)認(rèn)為現(xiàn)代學(xué)科還具有以應(yīng)用性為主，以社會(huì)需要為學(xué)科演化和發(fā)展的動(dòng)力，以重大的社會(huì)問(wèn)題和綜合性問(wèn)題為研究對(duì)象，以多學(xué)科研究和交叉研究為主要方法的新特征和新趨勢(shì)（張應(yīng)強(qiáng)，2011）。以下將首先從現(xiàn)代學(xué)科建制的角度辨析計(jì)算教育學(xué)學(xué)科基本立場(chǎng)與價(jià)值觀(guān)。

（一）計(jì)算教育學(xué)是以量化教育數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，以計(jì)算為主要研究方法的新興學(xué)科

隨著實(shí)踐的發(fā)展，計(jì)算教育學(xué)得到越來(lái)越多學(xué)者的重視，其定位與價(jià)值也引起了學(xué)界的關(guān)注。我國(guó)學(xué)者從學(xué)科目標(biāo)、研究特色和技術(shù)等不同角度對(duì)計(jì)算教育學(xué)的內(nèi)涵與外延開(kāi)展了探討。例如許新華將計(jì)算教育學(xué)等同于計(jì)算機(jī)（輔助）的教育學(xué)（許新華，2019）。而李政濤等人將計(jì)算教育學(xué)的淵源回溯到MOOC 課程興起帶來(lái)的大量在線(xiàn)學(xué)習(xí)交互行為和學(xué)習(xí)分析技術(shù)的發(fā)展，他在總結(jié)了國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)計(jì)算教育學(xué)研究對(duì)象、研究方法和目的與意義的共識(shí)基礎(chǔ)上提出計(jì)算教育學(xué)是一門(mén)以信息科學(xué)為基礎(chǔ)、以精確定量為方法的跨領(lǐng)域交叉學(xué)科，為教育學(xué)本身的研究與發(fā)展提供了新的方法、路徑和動(dòng)力（李政濤，文娟，2019）。綜合國(guó)內(nèi)外不同學(xué)者對(duì)計(jì)算教育學(xué)的定義，本文認(rèn)為，計(jì)算教育學(xué)是一門(mén)融合多學(xué)科知識(shí)，基于量化的教育數(shù)據(jù)和計(jì)算的方法，以揭示日常難以發(fā)現(xiàn)的教育教學(xué)規(guī)律，注重體系化的理論建構(gòu)的跨領(lǐng)域新興學(xué)科。借助現(xiàn)代科技手段，計(jì)算教育學(xué)把各種復(fù)雜的教學(xué)行為和教育現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，使之成為可計(jì)算的符號(hào)，再用數(shù)學(xué)工具對(duì)教育問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算分析，從而研究并解釋教育現(xiàn)象與規(guī)律。但計(jì)算教育學(xué)作為一門(mén)新興學(xué)科，具有生成性和建構(gòu)性的特征，其內(nèi)涵也將隨著實(shí)踐與研究的深入而不斷發(fā)展。

（二）計(jì)算教育學(xué)是以實(shí)踐創(chuàng)新為基礎(chǔ)，以解決教育問(wèn)題為目標(biāo)的應(yīng)用型學(xué)科

基于技術(shù)革新的創(chuàng)新實(shí)踐為計(jì)算教育學(xué)的發(fā)展提供了豐富的研究?jī)?nèi)容，推動(dòng)了計(jì)算教育學(xué)發(fā)展與教育理論升級(jí)。同時(shí)，計(jì)算教育學(xué)也肩負(fù)引領(lǐng)和指導(dǎo)實(shí)踐的時(shí)代責(zé)任與使命。信息技術(shù)與數(shù)據(jù)科學(xué)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，例如在教學(xué)實(shí)踐和研究中面臨的隱私保護(hù)、數(shù)據(jù)安全等新的職業(yè)道德問(wèn)題；擔(dān)憂(yōu)不恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)使用會(huì)增加應(yīng)試化的機(jī)械訓(xùn)練，過(guò)度的智能技術(shù)輔助影響學(xué)生認(rèn)知能力的發(fā)展，過(guò)量的虛擬和在線(xiàn)學(xué)習(xí)可能造成對(duì)青少年兒童的身心健康的危害等新問(wèn)題。應(yīng)對(duì)這樣的問(wèn)題與挑戰(zhàn)，新興的計(jì)算教育學(xué)將繼續(xù)扎根于豐富和活躍的創(chuàng)新實(shí)踐，反思與總結(jié)新環(huán)境下的教育學(xué)特征，整體認(rèn)識(shí)教育理論與教學(xué)實(shí)踐相融合的新型共性問(wèn)題，支持以學(xué)生為中心的教與學(xué)，提升教學(xué)過(guò)程體驗(yàn)，優(yōu)化教學(xué)方式，提升教學(xué)效果，形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐的健康發(fā)展。

（三）計(jì)算教育學(xué)具有鮮明的跨學(xué)科和綜合性的特征

計(jì)算教育學(xué)的學(xué)科本質(zhì)決定了需要融合信息科學(xué)、教育技術(shù)學(xué)、教育學(xué)、心理科學(xué)、腦與神經(jīng)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、復(fù)雜性科學(xué)等多個(gè)相關(guān)學(xué)科的理論與技術(shù)研制多維度、多元化的分析模型與算法，綜合分析復(fù)雜而動(dòng)態(tài)變化的教育系統(tǒng)，最終揭示教育現(xiàn)象和規(guī)律。因而，跨學(xué)科性貫穿于計(jì)算教育學(xué)體系的各個(gè)環(huán)節(jié)。例如在研究過(guò)程中，以教育過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，面向?qū)W生、教師、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)校、教育機(jī)構(gòu)和其他利益相關(guān)者和組織等主體，需要依靠多學(xué)科知識(shí)，從復(fù)雜的教育系統(tǒng)和教學(xué)環(huán)境中數(shù)據(jù)化地采集和記錄復(fù)雜的教學(xué)行為；在分析階段，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與智能技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)，對(duì)教育大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和挖掘，并依賴(lài)數(shù)據(jù)科學(xué)計(jì)算處理大量非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；在應(yīng)用階段，計(jì)算教育學(xué)需要依賴(lài)教育學(xué)和心理學(xué)等相關(guān)知識(shí)，從大量原始和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果中，科學(xué)合理地揭示學(xué)習(xí)過(guò)程的復(fù)雜性，并結(jié)合學(xué)科教學(xué)和教育技術(shù)等不同領(lǐng)域的知識(shí)開(kāi)展智能預(yù)測(cè)、推薦、干預(yù)等教育智能化實(shí)踐。

三、計(jì)算教育學(xué)的研究范式

新技術(shù)應(yīng)用在不斷增加教育體系復(fù)雜性的同時(shí)，也為認(rèn)識(shí)和理解這種復(fù)雜性提供了新的工具和方法。新一代人工智能技術(shù)與教育理論、認(rèn)知理論、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和相關(guān)學(xué)科研究方法相融合，帶來(lái)了基于數(shù)據(jù)科學(xué)的教育研究范式轉(zhuǎn)變。計(jì)算教育學(xué)對(duì)復(fù)雜的教育系統(tǒng)開(kāi)展以計(jì)算為核心的研究，以新興的研究方法適應(yīng)新的教育環(huán)境，不僅體現(xiàn)于其數(shù)據(jù)采集工具和分析方法的變革，更體現(xiàn)在方法論層次的變革；不僅是一種使用海量數(shù)據(jù)的現(xiàn)象和采用各種算法作為分析工具的趨勢(shì)，更是探討教育過(guò)程與問(wèn)題的新理論、新方法乃至新范式。根據(jù)國(guó)際教育研究手冊(cè)，一種教育研究范式是在一定研究方法論基礎(chǔ)上形成的研究原則和方法體系，包含了其適用范圍、主要流程、局限性和評(píng)價(jià)信效度的指標(biāo)等方面。以下將體系化地審視基于計(jì)算的新教育研究范式，通過(guò)梳理定量教育研究與計(jì)算教育學(xué)之間的傳承與發(fā)展，描繪計(jì)算教育學(xué)研究的特征；并根據(jù)Jim Gary 2007 年在美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)—計(jì)算機(jī)科學(xué)和電信委員會(huì)加州山景城（National Research Council-Computer Science and Telecommunications Board NRCCSTB）會(huì)議上提出的四種研究范式分類(lèi)，辨析現(xiàn)階段計(jì)算教育學(xué)研究范式的發(fā)展路徑；探討新研究范式的研究局限性和信效度等方面的標(biāo)準(zhǔn)。

（一）計(jì)算教育學(xué)與傳統(tǒng)計(jì)量研究方法的比較

計(jì)算教育學(xué)的誕生伴隨著教育學(xué)研究方法從計(jì)量到計(jì)算的演變，數(shù)據(jù)采集、處理和分析均與傳統(tǒng)量化研究方法不同，這為解決教育研究領(lǐng)域的挑戰(zhàn)提供了新的工具與方法。傳統(tǒng)教育研究常用的定量與定性的研究方法無(wú)法兼顧整體性和動(dòng)態(tài)性的分析，不足以詮釋新時(shí)代教育的新需求，難以刻畫(huà)新時(shí)代學(xué)習(xí)者的特征和教與學(xué)的復(fù)雜過(guò)程，缺乏大規(guī)模、多模態(tài)的科學(xué)數(shù)據(jù)分析的支撐。面對(duì)日趨復(fù)雜的教育系統(tǒng)，要進(jìn)行有效分析，解決不斷涌現(xiàn)的跨領(lǐng)域問(wèn)題，亟需順應(yīng)時(shí)代和科技發(fā)展的新方法、新工具和新體系。

不同于傳統(tǒng)計(jì)量方法，計(jì)算方法包含數(shù)據(jù)、算法、架構(gòu)、問(wèn)題域和復(fù)雜信息系統(tǒng)等多方面技術(shù)與方法，是能夠捕捉、獲取和處理有關(guān)人類(lèi)學(xué)習(xí)行為與教育發(fā)展規(guī)律的科學(xué)方法，為尋找教育活動(dòng)的內(nèi)部主導(dǎo)因素和高關(guān)聯(lián)性外部因素提供了可能。計(jì)算教育學(xué)以教育過(guò)程可計(jì)算為基礎(chǔ)，包括教育系統(tǒng)中的個(gè)體與群體可計(jì)算（學(xué)習(xí)主體與學(xué)習(xí)環(huán)境的計(jì)算）、數(shù)據(jù)與知識(shí)的可計(jì)算（學(xué)習(xí)的媒介計(jì)算）、人—機(jī)協(xié)同的可計(jì)算（學(xué)習(xí)特征的計(jì)算與建模）、認(rèn)知過(guò)程可計(jì)算等。相比于傳統(tǒng)的通過(guò)抽樣調(diào)查等方法采集一些結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證分析的計(jì)量方法，計(jì)算教育學(xué)通過(guò)對(duì)教育領(lǐng)域中量化數(shù)據(jù)（既包含大數(shù)據(jù)也包含小數(shù)據(jù)）的應(yīng)用與研究，為精確描述和精準(zhǔn)分析教育系統(tǒng)的復(fù)雜性和整體性提供研究工具，為實(shí)現(xiàn)多元化的教學(xué)資源與服務(wù)提供基礎(chǔ)研究的支撐。通過(guò)對(duì)比計(jì)算教育學(xué)與傳統(tǒng)的計(jì)量教育學(xué)，王晶瑩等人提出從數(shù)據(jù)特征、數(shù)據(jù)獲取效率與方式、研究路徑、認(rèn)識(shí)過(guò)程和關(guān)系認(rèn)知等多個(gè)方面闡述計(jì)算教育學(xué)研究范式的特征（王晶瑩，楊伊，鄭永和，夏惠賢，2020）。在此基礎(chǔ)上，基于實(shí)踐與研究的經(jīng)驗(yàn)，以下聚焦在傳統(tǒng)的定量教育研究范式與計(jì)算教育學(xué)研究范式的對(duì)比，并對(duì)部分比較維度與內(nèi)容進(jìn)行了補(bǔ)充（如表1 中加粗標(biāo)注的部分）。

表1 傳統(tǒng)定量教育研究與新興計(jì)算教育學(xué)研究范式的比較

計(jì)算教育學(xué)的研究對(duì)象是量化的教育數(shù)據(jù)，因而比較的對(duì)象聚焦在傳統(tǒng)的定量教育研究范式上。在數(shù)據(jù)方面，傳統(tǒng)的定量研究受到技術(shù)與方法的限制往往以結(jié)果性數(shù)據(jù)為主，例如學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)、自呈式的心理和情緒狀態(tài)等。因?yàn)榻虒W(xué)環(huán)境和人類(lèi)行為的復(fù)雜性，大量教學(xué)行為、活動(dòng)和環(huán)境因素在傳統(tǒng)量化研究中難以被數(shù)據(jù)化，無(wú)法獲得直接的測(cè)量數(shù)據(jù)，難以提供給研究者全樣本、實(shí)時(shí)的、過(guò)程性的教學(xué)數(shù)據(jù)，從而影響了對(duì)教學(xué)過(guò)程的全面而客觀(guān)的記錄，不利于研究的深入展開(kāi)與分析。如傳統(tǒng)研究中用視頻和音頻的方式記錄學(xué)習(xí)過(guò)程的數(shù)據(jù)，由于沒(méi)有多模態(tài)融合技術(shù)支持，難以形成規(guī)?；悄芴幚怼ｋS著信息技術(shù)在教育實(shí)踐中的滲透，教育研究對(duì)象的范圍大大拓寬，智能環(huán)境中的數(shù)據(jù)采集裝備、分析系統(tǒng)可以對(duì)學(xué)習(xí)者和教學(xué)者在無(wú)感知、非干擾的情況下記錄他們教學(xué)行為的全過(guò)程，收集的是整個(gè)教育教學(xué)過(guò)程中靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的所有數(shù)據(jù)，如教學(xué)資料、互動(dòng)反應(yīng)以及學(xué)生在每個(gè)知識(shí)點(diǎn)上停留的時(shí)間等。因而數(shù)據(jù)收集有更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性、連續(xù)性、綜合性和自然性，可以更好地反映教學(xué)過(guò)程的真實(shí)狀態(tài)，支持研究者深入探究教學(xué)的規(guī)律。這使得計(jì)算教育學(xué)研究范式下的研究結(jié)果相比于傳統(tǒng)教育研究結(jié)果，具有更高的可靠性、客觀(guān)性，以及更廣泛的適用范圍。

在研究目標(biāo)上，傳統(tǒng)量化研究多以理論修正為主要目標(biāo)，往往從一個(gè)理論假設(shè)開(kāi)始，選擇相關(guān)的若干組影響因素開(kāi)展教學(xué)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證并分析變量之間的關(guān)系，從而根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)修正之前的假設(shè)。但基于數(shù)據(jù)挖掘的計(jì)算教育學(xué)不一定有已形成的理論假設(shè)，往往從數(shù)據(jù)出發(fā)，對(duì)研究找到的數(shù)據(jù)之間的量化特征進(jìn)行教育學(xué)的解釋和意義建構(gòu)。計(jì)算教育學(xué)以計(jì)算為工具，以期挖掘出教學(xué)行為特征中的底層規(guī)律，并構(gòu)建科學(xué)的教育學(xué)理論以指導(dǎo)實(shí)踐。

在研究路徑方面，傳統(tǒng)量化研究遵循自然科學(xué)研究方法，往往自上而下，即先根據(jù)理論提出假設(shè)、再構(gòu)建模型、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)、使用特定的測(cè)量工具收集與分析數(shù)據(jù)，從而驗(yàn)證假設(shè)，修正理論；而計(jì)算教育學(xué)通過(guò)大量數(shù)據(jù)的梳理和分析來(lái)發(fā)現(xiàn)教育現(xiàn)象和規(guī)律，基于數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)特征，構(gòu)建理論解釋?zhuān)_(kāi)展預(yù)測(cè)應(yīng)用，往往以自下而上的數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)。也有研究者提出在計(jì)算教育學(xué)的研究中，圍繞教育意義與價(jià)值，數(shù)據(jù)分析更需要結(jié)合自上而下的理論解釋?zhuān)慃悾中?，鄭勤華，2019）。

在認(rèn)知方式方面，教育研究從關(guān)注因果關(guān)系轉(zhuǎn)變到關(guān)注“關(guān)聯(lián)關(guān)系+因果關(guān)系”。利用數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)探索認(rèn)知規(guī)律得到的是數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，研究者需要基于理論認(rèn)知探索更深層次的原因，從而做出具有教育意義的合理解釋。這對(duì)教育研究者提出了更高的理論要求，需要教育研究者形成并建立新的思維模式，從關(guān)注理論驅(qū)動(dòng)，假設(shè)檢驗(yàn)與解釋?zhuān)D(zhuǎn)變到重視測(cè)量與預(yù)測(cè)應(yīng)用的計(jì)算教育學(xué)。

（二）計(jì)算教育學(xué)研究范式的兩種研究進(jìn)路

根據(jù)Jim Gray 在2007 年NRC-CSTB 大會(huì)上的論述，科學(xué)研究正在經(jīng)歷從經(jīng)驗(yàn)、理論、仿真向數(shù)據(jù)密集型范式的變革，如表2 所示。這種變革也影響到社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域，包含教育研究。但與自然科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展不同，韓軍徽和李正風(fēng)等社會(huì)科學(xué)研究者們認(rèn)為計(jì)算社會(huì)學(xué)中目前存在大數(shù)據(jù)社會(huì)分析（第四范式）和社會(huì)模擬研究（第三范式）兩種不同研究進(jìn)路（韓軍徽，李正風(fēng)，2018）。類(lèi)似地，在教育領(lǐng)域已發(fā)表的文獻(xiàn)和實(shí)踐案例中搜索關(guān)鍵詞“計(jì)算教育學(xué)”（以及“computational education”），發(fā)現(xiàn)也存在第三范式與第四范式同時(shí)興起的趨勢(shì)。

表2 教育大數(shù)據(jù)為計(jì)算教育學(xué)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)（HeyTony，2009）

1. 計(jì)算教育中的仿真模擬實(shí)驗(yàn)

在教育學(xué)領(lǐng)域，以計(jì)算手段來(lái)模擬、仿真與分析教育現(xiàn)象的第三范式正逐漸興起，并得到研究者的重視。在這種仿真模擬實(shí)驗(yàn)中，研究者使用計(jì)算機(jī)建模和基于大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)分析，在計(jì)算機(jī)或虛擬世界中探索教育系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，探尋教育主體之間信息互動(dòng)的模式，獲知系統(tǒng)在變化過(guò)程中的特征，從而揭示系統(tǒng)的規(guī)律或模式，評(píng)估教育系統(tǒng)演化的各種可能性。

仿真模擬實(shí)驗(yàn)作為一種教育研究范式的發(fā)展，可以追溯到20 世紀(jì)90 年代中后期。隨著計(jì)算機(jī)建模技術(shù)的成熟，基于計(jì)算機(jī)模擬環(huán)境的教學(xué)實(shí)踐逐漸興起（Yaqoob I , Hashem I A T, Gani A , & et al. ,2016）。但大部分的教學(xué)研究都將模擬的仿真環(huán)境作為教學(xué)環(huán)境，圍繞學(xué)生在模擬環(huán)境中的學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)成效開(kāi)展研究，這種將計(jì)算機(jī)模擬作為研究方法的應(yīng)用受限于教學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜程度而遲遲未有突破。直到21 世紀(jì)初，隨著歐美國(guó)家“第二人生”（Second Life）等在線(xiàn)模擬游戲的普及，部分社會(huì)學(xué)研究者嘗試在在線(xiàn)虛擬環(huán)境中開(kāi)展人類(lèi)行為模式的分析和虛擬實(shí)驗(yàn)，從而興起了社會(huì)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)研究的熱潮。2007 年Nigel Gilbert 在計(jì)算社會(huì)學(xué)領(lǐng)域提出了基于主體的社會(huì)模擬（agent-based social simulation）來(lái)實(shí)現(xiàn)可多次重復(fù)、多主體、多屬性、多情景的仿真社會(huì)模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，深度分析了個(gè)體與群體行為，揭示宏觀(guān)現(xiàn)象的微觀(guān)成因、內(nèi)在機(jī)理和傳導(dǎo)過(guò)程。我國(guó)學(xué)者王國(guó)成在社會(huì)計(jì)算領(lǐng)域，提出融合人類(lèi)主體（Human Subjects）參與的實(shí)驗(yàn)和基于虛擬主體（Computational Agent，CA）的實(shí)驗(yàn)方法，“通宏洞微”地開(kāi)展了廣泛的社會(huì)模擬研究，為宏觀(guān)調(diào)控提供微觀(guān)基礎(chǔ)（王國(guó)成，2015）。近年來(lái)，隨著教育大數(shù)據(jù)在教育實(shí)踐領(lǐng)域的普及，基于主體的模型（Agent-based Modelling，ABM）方法也逐漸進(jìn)入教育領(lǐng)域的研究與實(shí)踐中，為我國(guó)研究者所重視。例如，余勝泉等人借鑒計(jì)算社會(huì)學(xué)中的計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法，提出計(jì)算教育實(shí)驗(yàn)，模擬真實(shí)的教育系統(tǒng)，通過(guò)改變輸入變量屬性觀(guān)察系統(tǒng)的演化過(guò)程和結(jié)果，總結(jié)教育系統(tǒng)的演化規(guī)律（余勝泉，徐劉杰，2019）。在實(shí)踐方面，美國(guó)Lamb 等人基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，建立學(xué)生在教育游戲中的行為模型，從而模擬學(xué)生參與某個(gè)在線(xiàn)科學(xué)教學(xué)活動(dòng)的情況，測(cè)試該教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生反思性能力提升的影響（Lamb,R.,Vallett,D.,Akmal,T.,& Baldwin,K.,2014）。Lamb 在模擬環(huán)境中通過(guò)對(duì)上萬(wàn)名學(xué)生的測(cè)試優(yōu)化了在線(xiàn)科學(xué)教育活動(dòng)。

研究者們提出通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬與仿真來(lái)研究教育中的現(xiàn)象和問(wèn)題可以避免部分教育實(shí)證研究中的困難，包括征集測(cè)試者的困難、因?yàn)殚_(kāi)展對(duì)比實(shí)驗(yàn)而引起的道德困境、真實(shí)情境中開(kāi)展教育實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題，也可以縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，降低研究成本（余勝泉，徐劉杰，2019；Lamb，2017）。模擬仿真研究也為教育實(shí)驗(yàn)研究提供可重復(fù)、可檢驗(yàn)的可能性，并且避免了由研究者主觀(guān)判斷帶來(lái)的誤差，從而提升教育實(shí)驗(yàn)研究的信效度。因此，學(xué)者們呼吁發(fā)展基于計(jì)算的仿真模擬教育實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)者、教學(xué)過(guò)程、教學(xué)環(huán)境的計(jì)算，界定教育系統(tǒng)要素之間的關(guān)系，建立起教育系統(tǒng)要素關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，然后利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)教育體系開(kāi)展全程全覆蓋的復(fù)雜實(shí)景模擬，分析模擬各種可能出現(xiàn)的教學(xué)場(chǎng)景、誘發(fā)因素及傳導(dǎo)機(jī)理，最后概括推斷微觀(guān)教學(xué)行為、活動(dòng)、策略與宏觀(guān)教學(xué)現(xiàn)象的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

2. 計(jì)算教育學(xué)體系中的數(shù)據(jù)密集型科學(xué)探究

數(shù)據(jù)密集型的科學(xué)發(fā)現(xiàn)方式在教育研究領(lǐng)域的興起源自教育大數(shù)據(jù)的發(fā)展與應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、清洗與預(yù)處理、自然語(yǔ)言過(guò)程與實(shí)體識(shí)別、數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)與關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)開(kāi)放與檢索、數(shù)據(jù)可視化與人際互動(dòng)等過(guò)程。第四范式與其他范式的主要區(qū)別在于，它是基于已有的大量數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算得出之前未知的理論。華東師范大學(xué)副校長(zhǎng)周傲英教授在題為“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的計(jì)算教育學(xué)”的報(bào)告中，從第四范式、大數(shù)據(jù)和教育科學(xué)等方面闡述教育問(wèn)題，提出了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的計(jì)算教育學(xué)觀(guān)點(diǎn)，用教育大數(shù)據(jù)作為動(dòng)能，運(yùn)用人工智能作為計(jì)算工具來(lái)研究教育問(wèn)題。教育大數(shù)據(jù)具有海量、多樣、快速和價(jià)值的4V 特征，這使得應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)密集型的科學(xué)發(fā)現(xiàn)可以對(duì)復(fù)雜教育系統(tǒng)內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行整體性的研究，提取以前無(wú)法獲得的潛在有用信息?；诮y(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等學(xué)科知識(shí)，借鑒計(jì)算社會(huì)學(xué)中常用的方法，包括自動(dòng)信息采集系統(tǒng)（automated information systems）、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析（SNA）、社會(huì)地理信息系統(tǒng)（social GIS）、復(fù)雜模型（complexity modeling）和社會(huì)模擬模型（social simulation models）等，計(jì)算教育學(xué)可以分析和處理不同復(fù)雜度和深度的數(shù)據(jù)，探尋教育數(shù)據(jù)間相關(guān)關(guān)系而非探究因果關(guān)系，用以揭示教育系統(tǒng)深層規(guī)律和動(dòng)態(tài)演化的特征，探索不為人知的底層教育規(guī)律，并能實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)和決策優(yōu)化等功能。例如，為支持教育質(zhì)量動(dòng)因系統(tǒng)的整體性研究，可以通過(guò)采集實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的課堂數(shù)據(jù)來(lái)補(bǔ)充橫斷研究數(shù)據(jù)的不足，采用計(jì)算的方法，基于大數(shù)據(jù)來(lái)刻畫(huà)真正的動(dòng)態(tài)模型，評(píng)估來(lái)自不同層面的因素對(duì)教育質(zhì)量的直接和間接影響，幫助教育政策制定者和教育實(shí)踐者針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)提出提高教育質(zhì)量的最優(yōu)策略。實(shí)踐中，北京師范大學(xué)鄭勤華在高校教育治理領(lǐng)域開(kāi)展研究，通過(guò)對(duì)學(xué)生的生活與學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)與學(xué)生生活習(xí)慣之間的相關(guān)性，從而揭示大學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律，為高校開(kāi)展精準(zhǔn)管理與提前干預(yù)提供科學(xué)依據(jù)。但是，目前基于數(shù)據(jù)密集型的科學(xué)探究范式仍遇到很多來(lái)自技術(shù)手段和教育本身復(fù)雜性的挑戰(zhàn)，在教育領(lǐng)域的應(yīng)用仍然處于探索階段。

（三）計(jì)算教育學(xué)研究范式的信效度與局限性

計(jì)算教育學(xué)的研究范式與傳統(tǒng)的定量研究、定性研究均不相同，因而衡量計(jì)算教育學(xué)研究的信度與效度的標(biāo)準(zhǔn)與方法也有所不同。計(jì)算教育學(xué)研究的信效度可以借鑒自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中的可重復(fù)性、可比較性、可標(biāo)準(zhǔn)化和可推廣性來(lái)考量。數(shù)據(jù)科學(xué)對(duì)教育研究的可重復(fù)性賦予了新的內(nèi)涵。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，在不重復(fù)觀(guān)測(cè)或?qū)嶒?yàn)的情況下，就可以檢驗(yàn)研究者的發(fā)現(xiàn)過(guò)程以及發(fā)現(xiàn)結(jié)果的可靠性。因?yàn)榇髷?shù)據(jù)留下了研究者研究過(guò)程的數(shù)據(jù)軌跡，提供了可以循著其軌跡進(jìn)行科學(xué)檢驗(yàn)的途徑，不必耗時(shí)費(fèi)力地重復(fù)觀(guān)測(cè)或?qū)嶒?yàn)就可以查詢(xún)研究者的原始科學(xué)記錄。其次，計(jì)算教育學(xué)研究能收集和分析實(shí)時(shí)更新的海量教學(xué)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有大范圍、真實(shí)和完整描述的特征，能夠顯著有效地解決傳統(tǒng)教育研究中非代表性取樣問(wèn)題，并避免實(shí)驗(yàn)條件真實(shí)性的拷問(wèn)。數(shù)據(jù)密集型科學(xué)發(fā)現(xiàn)中所使用的數(shù)據(jù)往往是痕跡數(shù)據(jù)，也就是人們?cè)诮虒W(xué)活動(dòng)過(guò)程中自然留下的“數(shù)字腳印”（Digital Footprint），是人們?nèi)粘Ｐ袨榈膶?shí)時(shí)記錄，被記錄的行為具有自愿化的特征，是自然發(fā)生的、反映人們自覺(jué)自愿的行為，客觀(guān)且真實(shí)，有助于提高基于數(shù)據(jù)的研究結(jié)果的效度和信度。

研究者需要充分了解基于計(jì)算的研究方法，對(duì)影響研究信效度的因素保持清醒的審思。首先，計(jì)算教育學(xué)也存在理論和主觀(guān)偏差，只是與傳統(tǒng)量化研究中被“理論污染”的階段有所不同。在數(shù)據(jù)密集型科學(xué)發(fā)現(xiàn)中，挖掘工具和數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇卻反映了數(shù)據(jù)挖掘者的偏好（黃欣榮，2015）。即便原始數(shù)據(jù)是客觀(guān)的，但數(shù)據(jù)挖掘卻滲透了挖掘者的主觀(guān)意識(shí)。在小數(shù)據(jù)時(shí)代，原始數(shù)據(jù)就已經(jīng)滲透了理論；而在大數(shù)據(jù)時(shí)代，原始數(shù)據(jù)未被污染，但在數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程中滲透了理論。其次，在計(jì)算教育學(xué)中需要注意的是大數(shù)據(jù)未必就是全樣本數(shù)據(jù)，往往也是一種樣本。研究者們對(duì)于教育大數(shù)據(jù)是否基本實(shí)現(xiàn)“研究對(duì)象=全樣本”（肖玉敏，孟冰紋，唐婷婷，2017）存在爭(zhēng)議。例如，我們可以根據(jù)微博數(shù)據(jù)研究某個(gè)教育熱點(diǎn)議題的傳播與公眾的反應(yīng)，但卻很難得到全樣本的微博數(shù)據(jù)，再加上微博也只是公眾表達(dá)觀(guān)點(diǎn)的渠道之一。因而，這種范式的研究結(jié)論會(huì)受到采集數(shù)據(jù)的工具和渠道的限制，在解讀研究結(jié)果時(shí)，需要明確所使用的工具和獲取的數(shù)據(jù)的特征與范圍。在教育研究中，不能片面追求海量的教育數(shù)據(jù)，而是要為研究目的服務(wù)，選取能描述復(fù)雜教育系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)演化規(guī)律的多維度的大量數(shù)據(jù)（楊開(kāi)城，2019）。再次，在計(jì)算教育學(xué)研究中尤其需要注意避免過(guò)度擬合影響，而需要開(kāi)展交叉驗(yàn)證，因?yàn)樗捎玫臄?shù)據(jù)并非為特定研究問(wèn)題而產(chǎn)生，由數(shù)據(jù)挖掘得到的相關(guān)關(guān)系與特征，需要與其他研究方法得到的結(jié)論相互印證。

計(jì)算教育學(xué)的研究范式也不可避免地存在自身局限性。計(jì)算教育學(xué)適合發(fā)掘教育系統(tǒng)中的復(fù)雜特征、演變模式，適合回答“是什么”和“怎么樣”的問(wèn)題，善于呈現(xiàn)所發(fā)生的事件和事物的特征，探究教育系統(tǒng)的客觀(guān)而普遍的意義，而不適合替代質(zhì)性研究進(jìn)行“為什么”的研究，不適合探究復(fù)雜教育系統(tǒng)中不同個(gè)體的能動(dòng)性和突破性，不適合分析教育場(chǎng)景中教學(xué)活動(dòng)和策略的意義與動(dòng)機(jī)(趙超越，2019)。計(jì)算教育學(xué)的研究要處理好科學(xué)性與人文性、客觀(guān)性與主觀(guān)性、工具性與價(jià)值性等不同價(jià)值取向之間的關(guān)系，既要看到計(jì)算教育學(xué)對(duì)拓展傳統(tǒng)教育學(xué)研究的價(jià)值和意義，也要看到其過(guò)于追求人類(lèi)行為與教學(xué)、認(rèn)知規(guī)律的可計(jì)算性所隱含的弊端，依據(jù)不同研究選題和教育的實(shí)際需求，合理、科學(xué)地選擇研究方法，而不是盲目的以計(jì)算教育學(xué)去替代傳統(tǒng)的教育學(xué)研究。

四、計(jì)算教育學(xué)的學(xué)科體系構(gòu)建

計(jì)算教育學(xué)在實(shí)踐的推動(dòng)下，已經(jīng)初步形成了學(xué)科獨(dú)特的價(jià)值體系與研究范式。但是要發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，計(jì)算教育學(xué)還需構(gòu)建體系化的知識(shí)結(jié)構(gòu)，推進(jìn)社會(huì)建構(gòu)的成立。以下將從計(jì)算教育學(xué)試圖解決的教育研究與實(shí)踐中的重大問(wèn)題來(lái)辨析計(jì)算教育學(xué)獨(dú)特的研究?jī)?nèi)容，提出知識(shí)框架，并為計(jì)算教育學(xué)社會(huì)建構(gòu)的發(fā)展提出建議。

（一）構(gòu)建計(jì)算教育學(xué)的知識(shí)框架

計(jì)算教育學(xué)具有跨學(xué)科的綜合屬性，形成了獨(dú)特的融合數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)與教育學(xué)的研究?jī)?nèi)容。計(jì)算教育學(xué)的知識(shí)框架需要立足教育問(wèn)題，從教育的角度，以計(jì)算為核心方法，建立計(jì)算教育學(xué)跨學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)。一方面，教育領(lǐng)域的獨(dú)特性和復(fù)雜性對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)提出新的要求，需要針對(duì)性地研發(fā)適合教育場(chǎng)景和需求的理論框架、技術(shù)手段和研究方法。另一方面，智慧教育的實(shí)踐創(chuàng)新帶來(lái)很多教育領(lǐng)域的新問(wèn)題。例如陳麗等人在分析了自然科學(xué)基金申請(qǐng)項(xiàng)目的主題之后提出問(wèn)題塔模型，認(rèn)為計(jì)算教育學(xué)需要討論涉及教育學(xué)基礎(chǔ)規(guī)律、教育環(huán)境、工具和資源建設(shè)以及在不同教學(xué)場(chǎng)景中的創(chuàng)新應(yīng)用等不同層面的問(wèn)題（陳麗，逯行，鄭勤華，2019）。龔怡祖指出問(wèn)題研究是學(xué)科生長(zhǎng)的初始條件，基本研究范疇是向?qū)W科挺進(jìn)的關(guān)鍵性力量（龔怡祖，2013）。以下就將基于目前的實(shí)踐探索經(jīng)驗(yàn)，嘗試從信息技術(shù)層面與教育體系兩個(gè)維度歸納計(jì)算教育學(xué)中六個(gè)主要方面的共性科學(xué)問(wèn)題和研究?jī)?nèi)容，如圖4 所示，以資探討共同推動(dòng)計(jì)算教育學(xué)的結(jié)構(gòu)化發(fā)展。

1. 基礎(chǔ)理論

計(jì)算教育學(xué)的學(xué)科發(fā)展需要構(gòu)建體系化的理論框架。計(jì)算教育學(xué)是一門(mén)正在不斷發(fā)展的新興學(xué)科，更需要對(duì)豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)性、理論化的研究，抽象成規(guī)律與規(guī)范，不斷凝練學(xué)科的核心概念與內(nèi)涵，建立學(xué)科的理論體系，規(guī)范學(xué)科的研究與實(shí)踐，指導(dǎo)學(xué)科的健康發(fā)展。然而，計(jì)算教育學(xué)跨學(xué)科的本質(zhì)對(duì)構(gòu)建學(xué)科理論體系提出了挑戰(zhàn)。計(jì)算教育學(xué)涉及數(shù)據(jù)科學(xué)、復(fù)雜系統(tǒng)、教育學(xué)和心理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，因而計(jì)算教育學(xué)的理論框架構(gòu)建需要梳理各個(gè)不同理論體系之間的關(guān)系，圍繞教育的核心，建立具有內(nèi)部一致性和體系化的理論框架。理論框架的縱向構(gòu)建需闡述計(jì)算教育學(xué)的歷史沿革，例如與計(jì)算主義中基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)主義之間的關(guān)系，與教育學(xué)理論中行為主義、建構(gòu)主義之間的繼承與發(fā)展關(guān)系。理論框架的橫向構(gòu)建則需以數(shù)據(jù)科學(xué)、人工智能、教育學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科交叉融合作為理論基礎(chǔ)，構(gòu)建學(xué)科的多元而協(xié)調(diào)一致的理論框架，以達(dá)成對(duì)教育規(guī)律和認(rèn)知的產(chǎn)生與發(fā)展的深入研究。理論框架的構(gòu)建還需面對(duì)大數(shù)據(jù)與智慧教育融合的實(shí)踐需求，例如可以基于復(fù)雜性科學(xué)的理論基礎(chǔ)，遵循數(shù)據(jù)科學(xué)的方法體系，從非線(xiàn)性、不確定性、自組織性和涌現(xiàn)性等復(fù)雜系統(tǒng)的特征去描述教育環(huán)境與學(xué)生個(gè)人認(rèn)知發(fā)展的動(dòng)態(tài)關(guān)系等，建立教育環(huán)境、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教師等主要外在教育要素與學(xué)生內(nèi)在心智表征及信息加工能力等因素之間的影響和關(guān)系模型。

圖4 計(jì)算教育學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)框架

2. 關(guān)鍵技術(shù)

借鑒美國(guó)斯坦福大學(xué)、康奈爾大學(xué)和微軟研究院設(shè)立的計(jì)算社會(huì)學(xué)核心課程與實(shí)驗(yàn)室的研究?jī)?nèi)容，我們認(rèn)為，數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)的領(lǐng)域化內(nèi)容應(yīng)該成為計(jì)算教育學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。由于教育系統(tǒng)的復(fù)雜性和教育數(shù)據(jù)的特殊性，對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)中提取教育學(xué)數(shù)據(jù)、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)等各個(gè)環(huán)節(jié)都提出了新的挑戰(zhàn)，如圖5 所示，需要圍繞教育問(wèn)題和教育價(jià)值，研發(fā)并采用合適的數(shù)據(jù)科學(xué)的方法與工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)教育數(shù)據(jù)有效的存儲(chǔ)、處理和分析。

圖5 計(jì)算教育學(xué)研究與實(shí)踐流程

在數(shù)據(jù)獲取階段，主要討論教育數(shù)據(jù)自動(dòng)獲取相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，包含數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)脫敏、數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)整合等相關(guān)環(huán)節(jié)。目前已有通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)可穿戴設(shè)備、攝像頭、傳感器等技術(shù)手段，采集教學(xué)過(guò)程中學(xué)習(xí)者的各種數(shù)據(jù)，包括學(xué)習(xí)者身體狀態(tài)、學(xué)習(xí)情況、環(huán)境信息等，并利用邊緣計(jì)算技術(shù)實(shí)時(shí)采集和整理有用信息，且上傳至教育云，形成計(jì)算教育學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。在數(shù)據(jù)分析階段，主要討論基于數(shù)據(jù)挖掘的方式對(duì)教育數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的常用方法。教育領(lǐng)域的數(shù)據(jù)不但具有海量性、動(dòng)態(tài)性、多樣性、真實(shí)性等大數(shù)據(jù)的特征，還具有非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)多、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性強(qiáng)、有大量隨機(jī)動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)等獨(dú)特性，這些特征對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)學(xué)者黃榮懷等提出并論證面向智能教育的三個(gè)基本計(jì)算問(wèn)題，即認(rèn)知計(jì)算、行為計(jì)算和環(huán)境計(jì)算，指明了計(jì)算教育學(xué)的技術(shù)發(fā)展方向（黃榮懷，周偉，2019，第11 頁(yè)）。投身計(jì)算社會(huì)學(xué)的研究者們?nèi)诤蠑?shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)的社會(huì)研究方法以揭示復(fù)雜社會(huì)系統(tǒng)中的人類(lèi)行為規(guī)律的做法，可以為教育研究者借鑒。例如大衛(wèi)·謝佛將數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)運(yùn)用于社會(huì)民族志研究，開(kāi)發(fā)了一種認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析（Epistemic network analysis，ENA）工具，采用社交網(wǎng)絡(luò)分析的方法進(jìn)行自動(dòng)編碼，以此有效衡量技能、知識(shí)和其他要素之間的聯(lián)系，形成量化民族志的創(chuàng)新方法，從而對(duì)學(xué)生21 世紀(jì)能力做出智能評(píng)測(cè)（Shaffer，David Williamson，& Hatfield，David，2009）。在數(shù)據(jù)表達(dá)與建模階段，對(duì)學(xué)習(xí)者行為進(jìn)行計(jì)算建模和預(yù)測(cè)能幫助研究者發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)行為規(guī)律，從而有效分析學(xué)習(xí)行為和制定教學(xué)輔導(dǎo)決策，是計(jì)算教育學(xué)學(xué)科的一項(xiàng)長(zhǎng)期基礎(chǔ)研究工作。計(jì)算教育學(xué)廣泛收集學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，在腦科學(xué)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，利用人工智能方法建立行為和學(xué)習(xí)結(jié)果之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)，研究學(xué)習(xí)者的認(rèn)知表征和建模方法，促進(jìn)教與學(xué)中新方法和新理論的形成與實(shí)踐。因此，該部分具體的研究問(wèn)題可包括：教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)的采集和分析研究、多通道教學(xué)行為和情境數(shù)據(jù)治理研究、異質(zhì)教育大數(shù)據(jù)高效組織與管理和有效融合和分析研究；構(gòu)建跨學(xué)科知識(shí)關(guān)系與圖譜、交互式深度學(xué)習(xí)的認(rèn)知模型與計(jì)算框架，基于評(píng)測(cè)大數(shù)據(jù)和知識(shí)圖譜的學(xué)習(xí)者能力建模等方面的研究。

3. 研究范式

計(jì)算教育學(xué)的發(fā)展呈現(xiàn)出以技術(shù)為先導(dǎo)的特征。圍繞海量的教育數(shù)據(jù)和計(jì)算為核心的數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)，形成了自己獨(dú)特的研究體系與范式。為保障該領(lǐng)域研究與實(shí)踐的健康有序發(fā)展，需要形成與技術(shù)相適配的計(jì)算教育研究體系，制定包括研究問(wèn)題、研究設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集與分析、解釋與理論構(gòu)建、研究評(píng)價(jià)與倫理等各環(huán)節(jié)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。一是，計(jì)算教育學(xué)跨領(lǐng)域的學(xué)科本質(zhì)，對(duì)從事該領(lǐng)域的研究者提出了方法論和理念轉(zhuǎn)換的挑戰(zhàn)：對(duì)于教育背景的研究者，需要轉(zhuǎn)換思維，了解并恰當(dāng)使用基于數(shù)據(jù)與計(jì)算的研究方法；同樣，對(duì)于技術(shù)、計(jì)算機(jī)或心理學(xué)背景的研究者，則需要了解教育場(chǎng)景的特征，圍繞教育的價(jià)值，明確在教育場(chǎng)景中開(kāi)展圍繞教學(xué)行為活動(dòng)研究的方法。因而，總結(jié)研究經(jīng)驗(yàn)，形成研究規(guī)范和方法論，有助于跨領(lǐng)域的研究者積極投身計(jì)算教育學(xué)的研究中，并保障研究與實(shí)踐的健康發(fā)展。二是，計(jì)算教育學(xué)采用基于數(shù)據(jù)和相關(guān)性的研究方法為研究者研讀大數(shù)據(jù)、理解數(shù)據(jù)背后的含義提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。研究者需要了解數(shù)據(jù)的特征和研究工具，即各種計(jì)算方法的局限性，結(jié)合教學(xué)場(chǎng)景的實(shí)際情況，做出合理而具有教育意義的分析與解釋。例如隱含數(shù)據(jù)的獲取途徑和方式，數(shù)據(jù)分析過(guò)程中的理論偏差和主觀(guān)假設(shè)，都需要通過(guò)規(guī)范化的研究方法，以及在研究過(guò)程和研究報(bào)告中標(biāo)準(zhǔn)顯性化呈現(xiàn)以保障研究質(zhì)量。目前，計(jì)算教育學(xué)常用的研究方法有計(jì)算模擬實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)密集型探究，但還需在實(shí)踐中不斷探索與總結(jié)研究的規(guī)范以及和其他研究方法體系的差別，從而建立標(biāo)準(zhǔn)。三是，信息技術(shù)在教育場(chǎng)景中的深度應(yīng)用，也為計(jì)算教育學(xué)的研究與實(shí)踐帶來(lái)了道德和倫理的挑戰(zhàn)。例如，研究人員會(huì)在未經(jīng)參與者同意甚至在其毫不知情的情況下對(duì)參與者進(jìn)行觀(guān)察與實(shí)驗(yàn)，因而，亟需在計(jì)算教育學(xué)發(fā)展之初，就關(guān)注人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的倫理問(wèn)題，建立相應(yīng)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。具體研究問(wèn)題包括：AI 技術(shù)應(yīng)用于教育的倫理分析框架與基本問(wèn)題、用戶(hù)隱私、避免數(shù)據(jù)濫用的問(wèn)題、人工智能環(huán)境下教育主體的可替代性研究、AI 技術(shù)應(yīng)用偏見(jiàn)強(qiáng)化的風(fēng)險(xiǎn)研究等。

4. 知識(shí)生成

在技術(shù)推動(dòng)的變革中，知識(shí)的內(nèi)涵發(fā)生了變化，由符號(hào)化、抽象化、結(jié)構(gòu)化、本質(zhì)性、具有原理性的人類(lèi)經(jīng)驗(yàn)回歸到人類(lèi)的全體智慧；知識(shí)的外延呈現(xiàn)出個(gè)性化知識(shí)、操作化知識(shí)、網(wǎng)絡(luò)演化等發(fā)展趨勢(shì)。知識(shí)的生產(chǎn)、傳播與消費(fèi)模式的變化，帶來(lái)知識(shí)的海量化、動(dòng)態(tài)化、境遇化、綜合化等新的特征，并且直接導(dǎo)致知識(shí)的生成與進(jìn)化規(guī)律發(fā)生深刻變化，為新時(shí)代的教學(xué)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。近百年來(lái)，教育學(xué)、心理學(xué)、生命科學(xué)、計(jì)算科學(xué)等領(lǐng)域?qū)＜议_(kāi)展大量研究，試圖通過(guò)理論假設(shè)、實(shí)證研究、認(rèn)知機(jī)理和計(jì)算分析等多角度闡述認(rèn)知學(xué)習(xí)的內(nèi)在機(jī)理和外在表現(xiàn)規(guī)律。然而由于學(xué)習(xí)和認(rèn)知與行為、情感和環(huán)境等緊密關(guān)聯(lián)，具有內(nèi)隱性、微觀(guān)性、動(dòng)態(tài)性及高維度等特性，其運(yùn)行機(jī)理沒(méi)有得到有效揭示，缺乏科學(xué)的闡述和表征。計(jì)算教育學(xué)通過(guò)計(jì)算來(lái)發(fā)現(xiàn)教育現(xiàn)象和教學(xué)行為背后的規(guī)律和基礎(chǔ)模式，研究學(xué)習(xí)與認(rèn)知的發(fā)展規(guī)律和形成機(jī)制，探究新形態(tài)下知識(shí)生成和進(jìn)化規(guī)律，既能有效解決制約教育發(fā)展的“教什么”和“怎么學(xué)”的問(wèn)題，同時(shí)還將為未來(lái)教育改革提供有力支撐。

計(jì)算教育學(xué)基于數(shù)據(jù)科學(xué)的方法，將學(xué)生認(rèn)知發(fā)展過(guò)程和認(rèn)知能力提升的結(jié)果數(shù)據(jù)化，并與外在的教育環(huán)境、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、學(xué)生的內(nèi)在心智等數(shù)據(jù)結(jié)合，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘找出他們的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性和緊密程度；融合腦科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和心理學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)，對(duì)學(xué)生的認(rèn)知機(jī)制、認(rèn)知風(fēng)格、認(rèn)知策略、元認(rèn)知體驗(yàn)與監(jiān)控等進(jìn)行分析建模，并建立網(wǎng)絡(luò)化群體認(rèn)知模型；從學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展、能力發(fā)展和素養(yǎng)提升等各方面，形成有理論、有方法、可驗(yàn)證、可落地的學(xué)習(xí)規(guī)律；開(kāi)展面向教育資源共享的教育資源知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和交易監(jiān)管技術(shù)等方面的研究。

5. 環(huán)境構(gòu)建

技術(shù)發(fā)展為建立智慧學(xué)習(xí)環(huán)境提供了可能，帶來(lái)了可以滿(mǎn)足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求的自適應(yīng)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和高沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，產(chǎn)生了新的學(xué)習(xí)方式與聯(lián)結(jié)。物理環(huán)境與虛擬環(huán)境融合的智慧課堂為學(xué)習(xí)者提供了更為豐富的學(xué)習(xí)與功能服務(wù)，有助于降低學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)載，增強(qiáng)交互體驗(yàn)，提高學(xué)習(xí)效果和協(xié)作水平。但技術(shù)的深度應(yīng)用也帶來(lái)了對(duì)技術(shù)過(guò)度使用的恐慌與擔(dān)憂(yōu)，亟需研究者提供精確的學(xué)習(xí)模型，發(fā)現(xiàn)科學(xué)的學(xué)習(xí)規(guī)律，以指導(dǎo)技術(shù)在教育實(shí)踐中的應(yīng)用。

計(jì)算教育學(xué)的研究將有效組織教學(xué)資源，以知識(shí)匯聚為基礎(chǔ)，以知識(shí)工程驅(qū)動(dòng)，融合虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互等技術(shù)，提升教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)的效率，并支持自適應(yīng)在線(xiàn)教育系統(tǒng)的發(fā)展。一方面，在計(jì)算教育學(xué)中，采用數(shù)據(jù)科學(xué)的方法收集和分析教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，描繪學(xué)習(xí)者行為畫(huà)像，構(gòu)建學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)過(guò)程的模型，以支持教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法教師干預(yù)手段的個(gè)性化推薦。另一方面，基于計(jì)算教育學(xué)，探究智慧課堂中人、機(jī)、物三者之間角色分配與協(xié)作關(guān)系，探尋交互機(jī)理，發(fā)展對(duì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)的有效量化研究與評(píng)估手段，攻克相關(guān)核心機(jī)理與關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建體驗(yàn)感良好、人機(jī)物緊密融合的高效協(xié)同教學(xué)環(huán)境，大幅提升課堂環(huán)境下群體智能教與學(xué)的效率效果。具體的研究問(wèn)題可以包括：①為實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)教育系統(tǒng)，需要將分散的各類(lèi)教育資源和學(xué)生個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)和共享，破解數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)壁壘等問(wèn)題。②為實(shí)現(xiàn)多主體教育資源共享，需探究基于元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，抽取教育資源的元數(shù)據(jù)信息的方法與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源共享的統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并研究去中心化的教育資源共享技術(shù)，探究用戶(hù)隱私數(shù)據(jù)保護(hù)與資源共享技術(shù)。③開(kāi)展在線(xiàn)教育學(xué)習(xí)過(guò)程的全息刻畫(huà)、規(guī)?；C合教學(xué)平臺(tái)與工具的研發(fā)、知識(shí)工程驅(qū)動(dòng)教學(xué)資源組織與優(yōu)化及智能學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的研究、支持高效結(jié)構(gòu)化研討的人機(jī)融合技術(shù)和工具研究、應(yīng)用AI/AR/VR 等技術(shù)的認(rèn)知機(jī)理研究等。

6. 教學(xué)應(yīng)用

應(yīng)對(duì)新時(shí)代的挑戰(zhàn)，計(jì)算教育學(xué)將助力以領(lǐng)域知識(shí)和智能信息技術(shù)融合為基礎(chǔ)的教與學(xué)、管理、決策、實(shí)施、評(píng)價(jià)等教學(xué)體系中各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化發(fā)展。以下將以教學(xué)互動(dòng)和教學(xué)評(píng)價(jià)兩個(gè)環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵研究問(wèn)題為例，說(shuō)明實(shí)現(xiàn)教學(xué)體系現(xiàn)代化過(guò)程中，計(jì)算教育學(xué)可以解決的科學(xué)問(wèn)題。

課堂中積極有效的教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)、師生互動(dòng)是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量教育、提升課堂教學(xué)質(zhì)量的重要教育因素，外在表現(xiàn)為教師和學(xué)生的行為、表情和聲音等多模態(tài)非結(jié)構(gòu)化信息。學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)可以體現(xiàn)為課堂學(xué)生專(zhuān)注水平、學(xué)習(xí)情感表現(xiàn)，可透過(guò)學(xué)生的表情、行為進(jìn)行分析；教學(xué)效果可以利用課堂答題器等師生互動(dòng)進(jìn)行適應(yīng)性測(cè)量、用深度知識(shí)追蹤等方法評(píng)估。課堂師生互動(dòng)包括認(rèn)知互動(dòng)和情感互動(dòng)兩種類(lèi)型，認(rèn)知互動(dòng)促進(jìn)師生的共識(shí)，情感互動(dòng)達(dá)成師生的共鳴，互動(dòng)不僅能有效幫助學(xué)生提高知識(shí)和技能，還能讓學(xué)生獲得積極的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生心理健康發(fā)展。因此，揭示課堂教學(xué)環(huán)境下，教師、學(xué)生和教學(xué)過(guò)程等復(fù)雜教育學(xué)研究對(duì)象在多模態(tài)高維數(shù)據(jù)空間中的可歸約性和可計(jì)算性本質(zhì)，并通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的教育學(xué)解釋驗(yàn)證研究結(jié)論是非常值得研究的問(wèn)題。計(jì)算教育學(xué)研究將建立教與學(xué)過(guò)程的數(shù)據(jù)分析模型；將開(kāi)展對(duì)群體智能與協(xié)同學(xué)習(xí)中的組織與涌現(xiàn)、測(cè)度與分析、導(dǎo)學(xué)與進(jìn)化等環(huán)節(jié)的研究；將開(kāi)展移動(dòng)環(huán)境下自導(dǎo)式學(xué)習(xí)方案的自動(dòng)生成問(wèn)題等方面的研究。

教育評(píng)價(jià)是衡量教育發(fā)展、分配教育資源、促進(jìn)教育改革的重要依據(jù)。以大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的教育評(píng)價(jià)理念、方法和模式產(chǎn)生革命性影響，為實(shí)現(xiàn)更加多元、精準(zhǔn)與智能的教育評(píng)價(jià)帶來(lái)契機(jī)。利用新興信息技術(shù)開(kāi)展教育評(píng)價(jià)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與教育評(píng)價(jià)的深度融合，是推動(dòng)教育評(píng)價(jià)體系重構(gòu)、加快教育領(lǐng)域綜合改革的科學(xué)力量，這對(duì)于促進(jìn)教育公平、提高教育質(zhì)量、優(yōu)化教育治理具有重要作用。例如，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于教育評(píng)價(jià)和教育倫理的研究當(dāng)中，來(lái)保證教育數(shù)據(jù)使用過(guò)程的公開(kāi)、公平、公正，具體的研究問(wèn)題包括：教育大數(shù)據(jù)中因果關(guān)系的挖掘分析、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)教學(xué)決策、基于智能推斷的學(xué)生能力評(píng)估及歸因分析、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)化學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制與方法、面向課堂教學(xué)評(píng)價(jià)的形式化建模與智能計(jì)算、面向群體在線(xiàn)協(xié)同學(xué)習(xí)的量化測(cè)度與分析、教育評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)可使用性研究和信賴(lài)度研究等。

（二）推進(jìn)計(jì)算教育學(xué)的社會(huì)建構(gòu)

規(guī)范化的學(xué)科設(shè)置是管理者對(duì)學(xué)科發(fā)展和科學(xué)研究進(jìn)行管理的基本而有效的手段之一。根據(jù)社會(huì)科學(xué)的理論，一門(mén)學(xué)科社會(huì)建制的確立是其學(xué)科研究與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)（方文，2001，第128 頁(yè)）。學(xué)科的社會(huì)建制給予該學(xué)科以外部承認(rèn)和組織支持，為該學(xué)科發(fā)展提供外部制度環(huán)境。在現(xiàn)代社會(huì)中，學(xué)科建制化的意義，主要是通過(guò)“合法化”的途徑，獲得編制、資金（基金）等外部制度環(huán)境的支持。計(jì)算社會(huì)學(xué)的發(fā)展歷程，也驗(yàn)證了學(xué)科社會(huì)建制的重要性。計(jì)算社會(huì)學(xué)自2009 年誕生以來(lái)（Lazer，2019），研究成果頻頻出現(xiàn)在以往主要刊登自然科學(xué)論文的頂級(jí)雜志上，研究中心和專(zhuān)業(yè)學(xué)會(huì)相繼成立，不少世界著名大學(xué)已設(shè)立相應(yīng)的課程或?qū)W位（酈全民，2019）。對(duì)于計(jì)算教育學(xué)而言，其社會(huì)建制的發(fā)展尚處于萌芽與探索的階段，以下將從學(xué)科社會(huì)建制的幾個(gè)要素來(lái)分析計(jì)算教育學(xué)的學(xué)科發(fā)展基礎(chǔ)，并提出建議，其中包含學(xué)術(shù)共同體與學(xué)術(shù)陣地、規(guī)范的學(xué)科培養(yǎng)計(jì)劃、學(xué)術(shù)公開(kāi)與評(píng)價(jià)機(jī)制、穩(wěn)定的基金資助等方面。

1. 發(fā)揮學(xué)術(shù)共同體作用，推進(jìn)學(xué)會(huì)建立和發(fā)展

學(xué)科的建制以學(xué)術(shù)共同體為基礎(chǔ)。學(xué)術(shù)共同體源自庫(kù)恩的“科學(xué)共同體”概念，指專(zhuān)注于某一領(lǐng)域研究的科學(xué)家群體，他們對(duì)于該領(lǐng)域的理論、規(guī)律、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用都有本質(zhì)上的一致性認(rèn)識(shí)。在當(dāng)代，專(zhuān)業(yè)性的學(xué)會(huì)組織是學(xué)術(shù)共同體很重要的一個(gè)載體和存在。目前我國(guó)尚未建立計(jì)算教育學(xué)的專(zhuān)業(yè)學(xué)會(huì)，但隨著數(shù)據(jù)科學(xué)在教育領(lǐng)域的實(shí)踐與應(yīng)用，正逐步形成圍繞具體研究問(wèn)題的學(xué)術(shù)陣地，正形成積極探索與推進(jìn)計(jì)算教育學(xué)發(fā)展的氛圍。例如，由華中師范大學(xué)劉三女牙教授帶領(lǐng)的大數(shù)據(jù)教育研究團(tuán)隊(duì)積極推動(dòng)基于大數(shù)據(jù)和人工智能的教育評(píng)測(cè)研究與實(shí)踐；由華東師范大學(xué)周傲英教授帶領(lǐng)的數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)院積極嘗試數(shù)據(jù)科學(xué)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用與研究；由北京師范大學(xué)陳麗教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)基于聯(lián)通主義的MOOC 教學(xué)實(shí)踐，采用數(shù)據(jù)科學(xué)的分析手段，探索新環(huán)境中知識(shí)生成的基本規(guī)律等。

伴隨我國(guó)發(fā)展人工智能的國(guó)家戰(zhàn)略和《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》的推行，越來(lái)越多的研究團(tuán)隊(duì)投入到基于數(shù)據(jù)科學(xué)的教育研究中，但是不同研究團(tuán)隊(duì)之間對(duì)于計(jì)算教育學(xué)的核心價(jià)值和基本框架尚未達(dá)成共識(shí)，對(duì)研究范式還存在爭(zhēng)議。為推動(dòng)計(jì)算教育學(xué)的長(zhǎng)足發(fā)展，需要積極推動(dòng)計(jì)算教育學(xué)學(xué)會(huì)的成立，并在學(xué)會(huì)的組織下定期召開(kāi)國(guó)內(nèi)和國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)，創(chuàng)辦專(zhuān)業(yè)期刊。由于不同的學(xué)科領(lǐng)域長(zhǎng)久以來(lái)獨(dú)立發(fā)展，擁有獨(dú)立的學(xué)術(shù)規(guī)范、語(yǔ)言體系和研究實(shí)踐系統(tǒng)，造成跨領(lǐng)域研究與合作的困難。計(jì)算教育學(xué)的發(fā)展需要研究者們打破學(xué)科的藩籬，共同推動(dòng)計(jì)算教育學(xué)基本問(wèn)題的研究，并形成共識(shí)。

2. 依托學(xué)歷體系建立人才培養(yǎng)計(jì)劃

計(jì)算教育學(xué)的穩(wěn)步發(fā)展，亟需建立科學(xué)合理的研究梯隊(duì)。系統(tǒng)化的學(xué)科人才培養(yǎng)計(jì)劃是儲(chǔ)備學(xué)科建設(shè)者的重要社會(huì)結(jié)構(gòu)。目前我國(guó)尚未有計(jì)算教育學(xué)的學(xué)科人才培養(yǎng)計(jì)劃和學(xué)科建制。而計(jì)算教育學(xué)的跨領(lǐng)域特性對(duì)研究者提出了很高的綜合能力要求。教育研究者往往不具備理解和運(yùn)用較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理方法的能力，基于數(shù)據(jù)科學(xué)的數(shù)據(jù)收集和分析方法對(duì)很多教育研究者而言是一個(gè)“黑箱”；而計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者則缺乏教育學(xué)的理論基礎(chǔ)和知識(shí)背景，對(duì)教育領(lǐng)域的問(wèn)題不了解。因此，需要通過(guò)學(xué)科建設(shè)，依托學(xué)歷體系推動(dòng)專(zhuān)業(yè)人才的系統(tǒng)化培養(yǎng)。

建立計(jì)算教育學(xué)學(xué)科旨在培養(yǎng)具有大數(shù)據(jù)思維、能夠靈活運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘及分析技術(shù)解決教育場(chǎng)景中實(shí)際問(wèn)題的跨領(lǐng)域人才。計(jì)算教育學(xué)將從大數(shù)據(jù)應(yīng)用的三個(gè)主要層面（數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、海量數(shù)據(jù)分析與挖掘）系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生掌握解決各種復(fù)雜教育問(wèn)題的方法，同時(shí)系統(tǒng)性地教授教育學(xué)原理與研究方法，提升學(xué)生解決教育中實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生具有將教育學(xué)的知識(shí)與數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)融合并創(chuàng)新的能力。為此，推動(dòng)學(xué)科建設(shè)，通過(guò)完備的學(xué)歷教育體系和學(xué)位授予制度，開(kāi)展完善的本科、碩士和博士的學(xué)歷培養(yǎng)，為計(jì)算教育學(xué)的發(fā)展儲(chǔ)備高素質(zhì)跨領(lǐng)域研究和實(shí)踐人才尤為重要。研究者們需要盡快根據(jù)計(jì)算教育學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)框架，形成知識(shí)體系，建設(shè)教材和教學(xué)資源，開(kāi)展課程教學(xué)。

學(xué)科的社會(huì)建制對(duì)共同體成員身份認(rèn)同和學(xué)科認(rèn)同具有重要作用。在大學(xué)或研究機(jī)構(gòu)建立獨(dú)立的學(xué)系，可以為該學(xué)科的學(xué)者提供以固定教職為基礎(chǔ)的職業(yè)化發(fā)展支持。建立一定數(shù)量的研究機(jī)構(gòu)，在“編制”的支撐下吸引一批研究者專(zhuān)業(yè)從事計(jì)算教育學(xué)的研究，使他們擁有自己的學(xué)術(shù)組織，有相應(yīng)的平臺(tái)產(chǎn)出研究成果并展示和交流，獲得國(guó)家或社會(huì)資金支持，持續(xù)、系統(tǒng)、深入地開(kāi)展研究，發(fā)展出穩(wěn)定的研究梯隊(duì)，推進(jìn)以從事教育大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以新技術(shù)為支撐、以應(yīng)用為導(dǎo)向的研究和開(kāi)發(fā)工作。

3. 建立學(xué)術(shù)公開(kāi)與學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)機(jī)制

學(xué)術(shù)公開(kāi)是學(xué)科發(fā)展的重要基礎(chǔ)，學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)是學(xué)術(shù)成果的“試金石”，兩者都是學(xué)科核心價(jià)值實(shí)現(xiàn)的重要保障制度。計(jì)算教育學(xué)的學(xué)科發(fā)展雖尚處在萌芽階段，及早確立并完善學(xué)術(shù)的公開(kāi)與評(píng)價(jià)機(jī)制將為計(jì)算教育學(xué)的健康發(fā)展提供積極的引導(dǎo)和保障。

學(xué)術(shù)公開(kāi)包括重要的教材、專(zhuān)著、學(xué)術(shù)論文的公開(kāi)，它們是學(xué)科科研成果發(fā)表的重要標(biāo)志，也是當(dāng)代學(xué)術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的重要手段。計(jì)算教育學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文在國(guó)內(nèi)外的發(fā)表量正在逐漸增長(zhǎng)，但因?yàn)橛?jì)算教育學(xué)的跨領(lǐng)域性本質(zhì)，頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊對(duì)于新興研究范式和跨領(lǐng)域研究的接受度較低，導(dǎo)致跨領(lǐng)域研究的學(xué)術(shù)發(fā)表困難，前沿學(xué)者仍然面臨尋找合適期刊發(fā)表的挑戰(zhàn)。例如計(jì)算教育學(xué)的研究范式還不被大部分傳統(tǒng)教育學(xué)期刊編輯所了解和接受，而部分信息技術(shù)期刊則認(rèn)為計(jì)算教育學(xué)的研究成果缺少對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)方面的創(chuàng)新和推進(jìn)。因而，需借助學(xué)會(huì)等學(xué)術(shù)共同體積極推動(dòng)期刊的專(zhuān)題討論或以專(zhuān)輯的方式集中研討計(jì)算教育學(xué)的研究成果，擴(kuò)大學(xué)術(shù)影響力，推動(dòng)更有質(zhì)量的學(xué)術(shù)論文的發(fā)表，進(jìn)而組織相關(guān)的學(xué)術(shù)專(zhuān)著和學(xué)科教材的編撰與發(fā)表。

針對(duì)計(jì)算教育學(xué)科的跨領(lǐng)域性質(zhì)和面向?qū)嵺`的特征，需要?jiǎng)?chuàng)新相應(yīng)的學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)機(jī)制以鼓勵(lì)研究者積極開(kāi)展跨領(lǐng)域合作研究和創(chuàng)新實(shí)踐。由于學(xué)科長(zhǎng)期獨(dú)立發(fā)展，因而有其各自不同的學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)學(xué)科的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于計(jì)算教育學(xué)等跨領(lǐng)域研究并不適用。例如，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展迅速，學(xué)者更多看重頂尖會(huì)議交流文章，而教育學(xué)領(lǐng)域則更多看重期刊文獻(xiàn)。高等院校中人文學(xué)科領(lǐng)域（包括教育學(xué)）以學(xué)術(shù)文章數(shù)量為主的評(píng)價(jià)方式無(wú)法科學(xué)地評(píng)價(jià)實(shí)踐創(chuàng)新和社會(huì)效益等成果的價(jià)值，也不利于鼓勵(lì)專(zhuān)業(yè)人員開(kāi)展實(shí)踐創(chuàng)新，有悖于計(jì)算教育學(xué)面向?qū)嵺`的核心價(jià)值。這些問(wèn)題都需要?jiǎng)?chuàng)新學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)機(jī)制來(lái)保障并鼓勵(lì)計(jì)算教育學(xué)中的跨領(lǐng)域研究。

學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)機(jī)制還應(yīng)包括制定合適的學(xué)術(shù)規(guī)范，特別是隱私與倫理保護(hù)的相關(guān)機(jī)制。計(jì)算教育學(xué)在技術(shù)先導(dǎo)的特征與市場(chǎng)活躍的實(shí)踐推動(dòng)下，技術(shù)應(yīng)用對(duì)教學(xué)與研究的改變遠(yuǎn)超規(guī)范、準(zhǔn)則與法律的修訂速度。面對(duì)同樣的挑戰(zhàn)，計(jì)算社會(huì)學(xué)提出四項(xiàng)原則幫助研究者應(yīng)對(duì)研究道德與倫理的挑戰(zhàn)，即對(duì)他人的尊重原則、有利化原則、公正原則以及對(duì)法律和公共利益的尊重原則。計(jì)算教育學(xué)也可以結(jié)合教育研究的特征，制定相應(yīng)的原則和準(zhǔn)則幫助教育科研工作者開(kāi)展具體實(shí)踐工作。

4. 健全學(xué)術(shù)項(xiàng)目資助與管理制度

學(xué)科的發(fā)展需要有健全的資助體系，需要積極爭(zhēng)取國(guó)家與社會(huì)的資源與支持。目前依出資主體可以將資助體系分為兩部分，一是不同層級(jí)的政府出資，二是企業(yè)或民間出資。

在政府出資方面，我國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委于2018 年設(shè)立了教育信息科學(xué)與技術(shù)二級(jí)申請(qǐng)代碼F0701，集中受理信息科技與教育學(xué)科交叉領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、基本方法和關(guān)鍵技術(shù)等研究項(xiàng)目，為計(jì)算教育學(xué)的發(fā)展提供了關(guān)鍵的制度保障，并奠定了重要的研究基礎(chǔ)。截至2019 年，兩年來(lái)F0701 代碼下共資助研究項(xiàng)目142 項(xiàng)，涵蓋教育信息科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究、交互學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建、虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建、教學(xué)知識(shí)可視化研究、教育認(rèn)知工具研究、教育大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用、學(xué)習(xí)分析與評(píng)測(cè)、自適應(yīng)個(gè)性化輔助學(xué)習(xí)研究等方面。為進(jìn)一步推動(dòng)計(jì)算教育學(xué)的發(fā)展，應(yīng)在F0701 現(xiàn)有系統(tǒng)資助布局基礎(chǔ)上，在重點(diǎn)項(xiàng)目群、重大項(xiàng)目、重大研究計(jì)劃等重大資助項(xiàng)目上取得突破，引領(lǐng)計(jì)算教育學(xué)學(xué)科發(fā)展。

回溯以往，教育領(lǐng)域不少研究出于經(jīng)驗(yàn)、感悟，缺乏實(shí)證、缺乏數(shù)據(jù)支撐，可靠性有待增強(qiáng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代的到來(lái)，自然科學(xué)基金設(shè)立教育信息科學(xué)與技術(shù)資助項(xiàng)目，推動(dòng)自然科學(xué)和人文社會(huì)科學(xué)，特別是推動(dòng)生命科學(xué)、信息科學(xué)、智能科學(xué)與教育基礎(chǔ)研究的交叉融合，必將對(duì)教與學(xué)的基本規(guī)律問(wèn)題作出更加深刻的科學(xué)回答。2020 年，科技部在“科技創(chuàng)新2030—新一代人工智能”重大項(xiàng)目第一批項(xiàng)目指南中，開(kāi)始部署“混合增強(qiáng)在線(xiàn)教育關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)研究”，由此可見(jiàn)，以科技創(chuàng)新促進(jìn)教育變革已經(jīng)成為政府科技管理部門(mén)的重要視角。

在企業(yè)或民間出資方面，由于計(jì)算教育學(xué)的社會(huì)實(shí)踐性，計(jì)算教育學(xué)的發(fā)展需要廣泛動(dòng)員社會(huì)資源以資助學(xué)術(shù)研究，連接產(chǎn)業(yè)界的實(shí)踐與創(chuàng)新，創(chuàng)新資金支持制度，建立產(chǎn)學(xué)研用一體化的平臺(tái)與機(jī)制。計(jì)算教育學(xué)的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展密不可分。教育實(shí)踐的創(chuàng)新探索為凝練計(jì)算教育學(xué)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題奠定了重要基礎(chǔ)，實(shí)質(zhì)上有力推動(dòng)了計(jì)算教育學(xué)的基礎(chǔ)研究。源自產(chǎn)業(yè)界的技術(shù)和資金，一方面為推動(dòng)計(jì)算教育學(xué)發(fā)展提供了更豐厚的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，另一方面也帶來(lái)了可能影響研究客觀(guān)、中立與獨(dú)立的道德風(fēng)險(xiǎn)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬的問(wèn)題。因而亟需創(chuàng)新制度，厘清權(quán)益和責(zé)任，平衡不同利益訴求，保障研究的獨(dú)立與科學(xué)性。

五、計(jì)算教育學(xué)的研究展望

信息技術(shù)領(lǐng)域軟、硬件的發(fā)展，數(shù)據(jù)收集和分析技術(shù)與工具的成熟，智慧教育環(huán)境中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，以及復(fù)雜系統(tǒng)論的滲透和計(jì)算社會(huì)學(xué)的鏡鑒都為計(jì)算教育學(xué)的產(chǎn)生奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文論述了計(jì)算教育學(xué)作為獨(dú)立學(xué)科發(fā)展的必要性和意義，從計(jì)算教育學(xué)發(fā)展的動(dòng)力系統(tǒng)和學(xué)科基礎(chǔ)探討了發(fā)展獨(dú)立學(xué)科的可能性，并通過(guò)現(xiàn)代學(xué)科的視角，分析計(jì)算教育學(xué)已經(jīng)開(kāi)始的學(xué)科萌芽，但還需提煉學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)，致力學(xué)科的社會(huì)建構(gòu)，如圖6 所示。在技術(shù)與社會(huì)發(fā)展的共同推動(dòng)下，教育的智能化發(fā)展成為推動(dòng)計(jì)算教育學(xué)的外部動(dòng)力；同時(shí)教育研究向科學(xué)化發(fā)展的內(nèi)部變革也驅(qū)動(dòng)計(jì)算教育學(xué)的誕生。迅速發(fā)展的多元化理論基礎(chǔ)，多維度數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和新一代智能技術(shù)共同奠定了計(jì)算教育學(xué)成為獨(dú)立學(xué)科的基礎(chǔ)。通過(guò)理性審視計(jì)算教育學(xué)的邊界和發(fā)展現(xiàn)狀，計(jì)算教育學(xué)的核心內(nèi)涵是以量化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算方法為核心，以揭示教育領(lǐng)域的底層規(guī)律，構(gòu)建精準(zhǔn)理論為目標(biāo)。

目前計(jì)算教育學(xué)的知識(shí)架構(gòu)初具雛形，學(xué)界已初步形成了計(jì)算教育學(xué)基本立場(chǎng)與價(jià)值觀(guān)共識(shí)，并形成獨(dú)特的研究范式。學(xué)者們認(rèn)為計(jì)算教育學(xué)的核心價(jià)值是圍繞教育領(lǐng)域真實(shí)問(wèn)題，注重實(shí)踐與應(yīng)用，注重跨領(lǐng)域綜合性研究；研究體系以計(jì)算方法為核心，研究范式已經(jīng)從自上而下的量化研究轉(zhuǎn)向自上而下與自下而上相結(jié)合的基于數(shù)據(jù)的教育規(guī)律探索研究，目前形成模擬實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)密集型探究共同發(fā)展的特征。然而，基于計(jì)算教育學(xué)自身的綜合性學(xué)科本質(zhì)，以及其作為新興學(xué)科的發(fā)展性，計(jì)算教育學(xué)的內(nèi)涵與外延依然在不斷發(fā)展，還需要研究者們深入探討與研究。不局限于基于數(shù)據(jù)科學(xué)的教育研究范式的發(fā)展，計(jì)算教育學(xué)作為一門(mén)獨(dú)立、新興、面向應(yīng)用的跨領(lǐng)域?qū)W科還需要系統(tǒng)性地加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，建立學(xué)科的知識(shí)框架，并推動(dòng)計(jì)算教育學(xué)社會(huì)建構(gòu)的建立與發(fā)展。綜合目前的實(shí)踐發(fā)展趨勢(shì)和教育發(fā)展需求，本文提出計(jì)算教育學(xué)的價(jià)值與意義，包括宏觀(guān)層面的教育資源配置，中觀(guān)層面的教育公共服務(wù)，微觀(guān)層面的教育政策和策略的實(shí)施過(guò)程及各教育要素的演化過(guò)程，從而分析教育政策和策略的實(shí)施效果，為改進(jìn)教育政策和策略奠定基礎(chǔ)。

圖6 計(jì)算教育學(xué)發(fā)展的框架

計(jì)算教育學(xué)的突圍將為我國(guó)教育學(xué)發(fā)展提供重要機(jī)遇，突破目前教育學(xué)研究存在的局限性，構(gòu)建教育學(xué)全新的研究路徑，大力推動(dòng)教育學(xué)認(rèn)知體系的結(jié)構(gòu)化變革。為滿(mǎn)足計(jì)算教育學(xué)科學(xué)而有序發(fā)展的需求，實(shí)現(xiàn)以學(xué)科建制的方式進(jìn)一步推動(dòng)計(jì)算教育學(xué)的體系化發(fā)展，結(jié)合我國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀，提出知識(shí)建構(gòu)與社會(huì)建構(gòu)共同發(fā)展的路線(xiàn)，理論研究與應(yīng)用實(shí)踐并舉的生態(tài)建構(gòu)發(fā)展思路。以下提出四點(diǎn)建議。

第一，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究。一是在資金和技術(shù)的共同推動(dòng)下，業(yè)界普遍關(guān)注在教育領(lǐng)域應(yīng)用中遇到的工程技術(shù)挑戰(zhàn)，但計(jì)算教育學(xué)，作為一門(mén)新興學(xué)科，亟需開(kāi)展理論研究，對(duì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)化總結(jié)沉淀、反思與分析，提煉抽象出學(xué)科的基礎(chǔ)理論，為學(xué)科發(fā)展提供必要的知識(shí)框架，并指導(dǎo)行業(yè)發(fā)展方向，制定技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。二是計(jì)算教育學(xué)要成為聯(lián)通自然科學(xué)與人文社會(huì)科學(xué)對(duì)教育學(xué)研究的橋梁。雖然教育大數(shù)據(jù)的應(yīng)用發(fā)展迅速，基于數(shù)據(jù)科學(xué)的研究范式也得到研究者的認(rèn)同，但還需要不斷建構(gòu)計(jì)算教育學(xué)研究范式的理論基礎(chǔ)、實(shí)踐規(guī)范以及對(duì)操作化的具體解讀，推動(dòng)教育領(lǐng)域全數(shù)據(jù)革命，綜合應(yīng)用多種研究方法。其中，計(jì)算教育學(xué)需要綜合利用各種數(shù)據(jù)，不僅僅是大數(shù)據(jù)，也包含小數(shù)據(jù)，獲得對(duì)教育領(lǐng)域更深刻、更清晰的認(rèn)識(shí)；在研究方法層面注重與其他實(shí)證研究方法和思辨方法的融合，避免出現(xiàn)大數(shù)據(jù)與小數(shù)據(jù)的斷層、不同研究范式之間的斷層，以支持教育學(xué)研究轉(zhuǎn)向多維度的真實(shí)事件分析，支持對(duì)教育復(fù)雜系統(tǒng)的全面動(dòng)態(tài)分析，支持自然科學(xué)研究范式向教育學(xué)領(lǐng)域的滲透。

第二，響應(yīng)教育實(shí)踐需求，開(kāi)展應(yīng)用研究。華東師范大學(xué)陳玉琨教授提出計(jì)算教育學(xué)應(yīng)肩負(fù)起推動(dòng)教育實(shí)現(xiàn)革命性變革的重?fù)?dān)，并提出計(jì)算教育學(xué)發(fā)展應(yīng)關(guān)注以下教育領(lǐng)域的重大問(wèn)題：一是以改革教材和教法為突破。結(jié)合技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和社會(huì)需求，要實(shí)現(xiàn)智慧教育，發(fā)揮人工智能技術(shù)的作用。陳玉琨認(rèn)為計(jì)算教育學(xué)應(yīng)該揭示學(xué)生的認(rèn)知邏輯，結(jié)合學(xué)科邏輯建立多維的學(xué)科體系，支持適應(yīng)性教學(xué)資源的研發(fā)與教學(xué)方法的創(chuàng)新。二是開(kāi)展以數(shù)據(jù)和文本分析為基礎(chǔ)的教育政策分析。陳玉琨認(rèn)為基于教育大數(shù)據(jù)和自動(dòng)文本分析技術(shù)，可以揭示教育系統(tǒng)和政策的歷史演變，并及時(shí)了解人民群眾與國(guó)家和各級(jí)政府對(duì)教育的期望，從而預(yù)測(cè)教育發(fā)展的趨勢(shì)，為科學(xué)和精準(zhǔn)的教育治理提供研究支撐。三是開(kāi)展以計(jì)算為基礎(chǔ)的學(xué)生情感分析。陳玉琨提出應(yīng)全面關(guān)注學(xué)生的發(fā)展需求，包括學(xué)生的心理健康，積極面對(duì)學(xué)生越來(lái)越普遍和嚴(yán)重的焦慮問(wèn)題。通過(guò)情感計(jì)算等數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)，精確及時(shí)記錄學(xué)生情緒變化，為學(xué)生建立更科學(xué)的學(xué)習(xí)者模型，重新定義教育心理學(xué)。

第三，成立專(zhuān)業(yè)學(xué)會(huì)，擴(kuò)大學(xué)術(shù)影響力。計(jì)算教育學(xué)的興起出現(xiàn)了概念模糊與異化的現(xiàn)象。因而，亟需凝聚學(xué)術(shù)共同體共識(shí)，以學(xué)會(huì)的形式推進(jìn)并保障研究生態(tài)的健康有序發(fā)展。首先，需要以學(xué)會(huì)為基礎(chǔ)系統(tǒng)性地提出戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，凝練學(xué)科的核心價(jià)值和研究規(guī)范，明確計(jì)算教育學(xué)的內(nèi)涵與外延，共同推動(dòng)學(xué)科地位（邏輯起點(diǎn)、研究范圍）和基礎(chǔ)理論（理論體系、學(xué)科體系、本體、客體等）問(wèn)題的研究，開(kāi)展學(xué)術(shù)研討，達(dá)成共識(shí)。其次，以學(xué)會(huì)為平臺(tái)，凝聚領(lǐng)域內(nèi)的研究力量，組織不同研究團(tuán)隊(duì)和學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展研討和跨領(lǐng)域合作。構(gòu)建合作機(jī)制，幫助研究者們圍繞共同的問(wèn)題，加強(qiáng)交流與合作，建立統(tǒng)一的術(shù)語(yǔ)表（韓軍徽&李正風(fēng)，2018），綜合利用不同學(xué)科的知識(shí)和工具。再次，學(xué)會(huì)可以通過(guò)組織專(zhuān)輯類(lèi)學(xué)術(shù)文章，創(chuàng)辦專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)雜志，舉辦國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)研討會(huì)等方式，展示該學(xué)科的研究成果，擴(kuò)大學(xué)術(shù)和社會(huì)影響力。目前，我國(guó)華東師范大學(xué)周傲英副校長(zhǎng)推動(dòng)的計(jì)算教育學(xué)系列學(xué)術(shù)研討會(huì)已經(jīng)成功舉辦了四屆，極大地推動(dòng)了計(jì)算教育學(xué)學(xué)科的結(jié)構(gòu)化發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，還需依托學(xué)會(huì)，更系統(tǒng)化地設(shè)計(jì)會(huì)議主題，更大規(guī)模地吸引不同領(lǐng)域的專(zhuān)家和實(shí)踐者從不同的角度充分開(kāi)展學(xué)術(shù)研討，共同解決教育學(xué)面臨的復(fù)雜問(wèn)題，構(gòu)建領(lǐng)域的共識(shí)與基礎(chǔ)。

第四，建立產(chǎn)學(xué)研用一體化的平臺(tái)，凝聚社會(huì)各界的力量推進(jìn)學(xué)科發(fā)展。在高校和科研院所，雖然計(jì)算教育學(xué)的以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以計(jì)算為核心的范式和特征得到研究者的認(rèn)同，也興起了關(guān)于模擬計(jì)算實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)密集型探究的理論探討，但在我國(guó)還缺乏使用這兩種研究范式的落地實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大多仍處于理論探討層面。同時(shí)，資本推動(dòng)的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新蓬勃發(fā)展，卻缺少研究性的總結(jié)和反思，也缺少揭示教育規(guī)律的基礎(chǔ)研究支撐創(chuàng)新應(yīng)用。因而建議在推進(jìn)計(jì)算教育學(xué)的學(xué)科發(fā)展的道路上，通過(guò)搭建產(chǎn)學(xué)研用一體化的平臺(tái)，建立平衡實(shí)踐與研究的生態(tài)體系，促進(jìn)計(jì)算教育學(xué)研究與實(shí)踐的同步發(fā)展。

（嚴(yán)曉梅和王晶瑩系本文通訊作者。）