當(dāng)今,我們已經(jīng)進(jìn)入數(shù)據(jù)密集型科學(xué)研究范式的時代。數(shù)據(jù)密集型科學(xué)研究范式用于教育領(lǐng)域主要有三個可思考的方向。第一個是針對教育過程的復(fù)雜性進(jìn)行建模,第二個是對教育的結(jié)果進(jìn)行由果溯因的可評測性建模,第三個是通過社會實(shí)踐推動教育基礎(chǔ)理論和基本規(guī)律的研究。
用計(jì)算的手段將教育做成自然科學(xué)意義重大。正如物理學(xué)家費(fèi)曼曾說:不可造者,未能知也。也就是說,我們?nèi)绻麑逃倪^程都沒有進(jìn)行深刻的了解,那就無法用計(jì)算的手段來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。又如1955年發(fā)布的《關(guān)于舉辦達(dá)特茅斯人工智能夏季研究項(xiàng)目提案》中寫道:學(xué)習(xí)以及智能的其他方面原則上可以被精確描述出來,從而可以制造一部機(jī)器來模擬它。因此,要想研究教育,將教育做成一種自然科學(xué)研究的對象,就是要明晰它的機(jī)理,然后用計(jì)算的手段來進(jìn)行持續(xù)研究。以下我將從三個方面對可計(jì)算手段在教育中的應(yīng)用進(jìn)行分析。
一、教育過程的復(fù)雜性
教育是人類社會所特有的更新性再生巨系統(tǒng),具有教育對象的主體性、教育過程的綜合性、教育資源的多樣性以及教育成效的潛在性等特點(diǎn),更為重要的是,教育本身處于復(fù)雜巨系統(tǒng)三元空間之中。那教育過程中的復(fù)雜性能否用可計(jì)算的手段來實(shí)現(xiàn)呢?
法國著名思想家、哲學(xué)家埃德加·莫蘭在2000年以法文出版了《未來教育所必需的七種復(fù)雜性經(jīng)驗(yàn)》,后聯(lián)合國教科文組織將其翻譯為英文。在這個論著中,莫蘭強(qiáng)調(diào):“對人的認(rèn)識和研究,需要用更加開放、更加多元的精神和更加綜合、更加整體的視野來打破學(xué)科的藩籬,這是教育科學(xué)的重要任務(wù),也是教育工作的重要出發(fā)點(diǎn),因?yàn)槿祟惖匚粦?yīng)將成為任何教育的基本對象。通過匯總和組織分散在自然科學(xué)、人類科學(xué)、文學(xué)和哲學(xué)中的知識,重現(xiàn)人類復(fù)雜的統(tǒng)一性,并且表明在整個人類范圍內(nèi)的統(tǒng)一性和多樣性之間不可消解的關(guān)系。人是這個世界上最復(fù)雜的生命體,既是物理的、生物的,又是心理的、文化的,更是社會的、歷史的,我們要學(xué)會在散布著確定性的島嶼和不確定性的海洋中航行,最終整體把握復(fù)雜性事務(wù)的認(rèn)識模式?!眻D靈獎獲得者理查德·卡普教授曾指出:自然、社會和人工系統(tǒng)都稟賦著計(jì)算屬性,計(jì)算可以表示為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的信息變換。教育這一復(fù)雜系統(tǒng)需要用計(jì)算手段建模,刻畫教育主體和個體之間合作、激勵和競爭等復(fù)雜交互行為,以更好地洞悉學(xué)習(xí)意圖和興趣偏好等涌現(xiàn)結(jié)果,全面感知教育復(fù)雜系統(tǒng)機(jī)理。教育復(fù)雜系統(tǒng)具有非線性、合作、涌現(xiàn)、人在回路等復(fù)雜性特點(diǎn)。
21世紀(jì),合作行為如何演進(jìn)已經(jīng)成為亟待解決的最為重要的25個科學(xué)問題之一。以刻畫合作行為的可計(jì)算模型為例,有三個不同的可計(jì)算手段來刻畫人類合作行為的研究。最早的是“哈密爾頓法則(親緣選擇)”,這是指親緣關(guān)系越近,動物彼此合作傾向和利他行為也就越強(qiáng)烈;親緣越遠(yuǎn),則表現(xiàn)越弱。例如,教師受其使命感和責(zé)任感的驅(qū)動教育學(xué)生,并帶來巨大的回報(bào),那么這種付出(教育)就會有持續(xù)的動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。而后又出現(xiàn)“強(qiáng)互惠理論”,利用模型來實(shí)現(xiàn)互不相識的人進(jìn)行合作,這是一種超越或突破“經(jīng)濟(jì)人”與“理性人”假說的人類行為理論,它認(rèn)為人類行為可以超越“自利”動機(jī),為了公平正義而不惜付出代價,甚至在預(yù)期這些個人成本得不到補(bǔ)償?shù)那闆r下也這樣做。之后又提出了“群智行為”,指可以超出部分疊加的效應(yīng)。因此,合作行為可以用計(jì)算的手段加以刻畫,進(jìn)行建模,從而將其當(dāng)作自然科學(xué)范疇來進(jìn)行研究。
二、由果溯因的可評測性
在一項(xiàng)研究過程中,研究人員通過大量的數(shù)據(jù)分析,得出了“讀書期限對一個人日后的收入水平有正向影響,且這一影響不是由其他因素造成的,而純粹是由教育帶來的回報(bào)”這一結(jié)論。在此過程中,研究人員設(shè)置了一個計(jì)算手段——工具變量,利用工具變量分析、推導(dǎo),發(fā)現(xiàn)了美國20世紀(jì)20年代出生的孩子,其日后的收入水平受受教育時長所影響。
與其他研究方式不同的是,這個結(jié)論的得出不是依靠普通的表格調(diào)查,而是依靠一種可計(jì)算手段來進(jìn)行研究的。
三、教育實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)性
19世紀(jì)初,化學(xué)家李比希在城市化和工業(yè)化的時代背景下率先提出:“科學(xué)實(shí)驗(yàn)不應(yīng)局限于實(shí)驗(yàn)室里產(chǎn)生的模擬世界,需要進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界,更多關(guān)注科學(xué)技術(shù)在真實(shí)世界的作用與影響?!贝撕?,實(shí)證主義哲學(xué)家、社會學(xué)的創(chuàng)始人孔德發(fā)明了“社會科學(xué)”一詞,將實(shí)驗(yàn)法和其他實(shí)證研究方法引入社會科學(xué)研究,促進(jìn)了“社會實(shí)驗(yàn)”概念的形成。
美國心理學(xué)家諾曼·崔普里特在1895年構(gòu)建了已知最早的社會實(shí)驗(yàn)之一。當(dāng)自行車選手與其他人比賽時,蹬輪子的速度比只用鐘表計(jì)時的情況要快,也就是他人在場(例如競爭對手)對選手來說會起到激勵作用。1898年,崔普里特創(chuàng)設(shè)了一個類似于自行車競賽的場景,他請孩子們纏繞釣魚用的線軸,將孩子們獨(dú)自完成的成績和一起完成的成績進(jìn)行比較。他發(fā)現(xiàn),當(dāng)有觀眾在場或者有競爭時,孩子的表現(xiàn)更好。這個研究第一次用實(shí)驗(yàn)的方法來考察社會依賴(例如競爭與個人努力)對運(yùn)動任務(wù)完成的影響。
在社會實(shí)驗(yàn)中最重要的一個計(jì)算手段叫作隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn),就是將要計(jì)算的對象分成不同的組,對不同的組采用不同的手段,觀察不同群組產(chǎn)生的現(xiàn)象,從而分析不同手段在其中起到的作用。社會實(shí)驗(yàn)是基于隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)而進(jìn)行的研究,但并不是一種萬能的研究方法。
隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)是對醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)中的某種療法或藥物的效果進(jìn)行檢測的一種手段。1747年5月,英國醫(yī)生林德首次用隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn),分析出富含維生素C的飲料或水果對治療壞血病具有十分顯著的效果。
自20世紀(jì)初隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)方法被引入教育學(xué)研究以來,教育領(lǐng)域隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)研究取得了蓬勃發(fā)展。