論教育的可計(jì)算性

劉三女牙 郝曉晗 李卿

[摘 ? 要] 在新一代信息技術(shù)和計(jì)算主義思潮的影響下，計(jì)算成為21世紀(jì)的視角，“計(jì)算型社會(huì)”正在形成，教育科研領(lǐng)域也深受計(jì)算的影響，誕生出新的學(xué)科研究方向、研究范式和研究思想。研究以此為背景，探索與討論了教育可計(jì)算具備的理論和現(xiàn)實(shí)條件，闡明了教育計(jì)算在全方位感知教育教學(xué)情境、全維度理解教育教學(xué)主體、個(gè)性化供給教育教學(xué)服務(wù)這三個(gè)方面的內(nèi)涵。最后，梳理了新技術(shù)、新范式和新思想帶來的挑戰(zhàn)，提出要審慎利用計(jì)算和計(jì)算主義思想推動(dòng)教育研究量化工作發(fā)展，解決新型倫理問題，實(shí)現(xiàn)人文色彩的重賦。

[關(guān)鍵詞] 計(jì)算； 可計(jì)算性； 教育大數(shù)據(jù)； 教育計(jì)算

[中圖分類號(hào)] G434 ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 劉三女牙（1973—），男，安徽桐城人。教授，博士，主要從事教育技術(shù)、教育大數(shù)據(jù)、智能教育研究。E-mail：lsy5918@mail.ccnu.edu.cn。李卿為通訊作者，E-mail：viven_a@mail.ccnu.edu.cn。

一、引 ? 言

在新一代信息技術(shù)快車行進(jìn)的路上，人們領(lǐng)略了以物聯(lián)網(wǎng)為代表的萬物互聯(lián)、以大數(shù)據(jù)為代表的萬物皆數(shù)、以人工智能泛化深入應(yīng)用為代表的萬業(yè)智能的風(fēng)景。與此同時(shí)，隨著云計(jì)算、區(qū)塊鏈等基礎(chǔ)計(jì)算設(shè)施的日漸完善，“計(jì)算型社會(huì)”的新型社會(huì)形態(tài)正在形成，計(jì)算充斥在社會(huì)的每一個(gè)角落，計(jì)算不再只和計(jì)算機(jī)有關(guān)，它決定著我們的生存[1]，決定著我們認(rèn)識(shí)世界的方式。除自然科學(xué)外，無處不在的計(jì)算將揚(yáng)起的浪花拍打在了社會(huì)科學(xué)的海岸上。早在2009年，Lazer等人便在發(fā)布于《科學(xué)》（Science）期刊上的《網(wǎng)絡(luò)生活：計(jì)算社會(huì)科學(xué)時(shí)代的到來》（Life in the Network： The Coming Age of Computational Social Science）一文中給出了“計(jì)算社會(huì)科學(xué)”的概念[2]，指明了網(wǎng)絡(luò)時(shí)代人們被數(shù)據(jù)包裹、由數(shù)據(jù)代表的現(xiàn)實(shí)情境，闡明了該情境背后蘊(yùn)含的自然科學(xué)同人文社會(huì)科學(xué)交融碰撞、共同發(fā)展的洶涌勢(shì)頭。2020年，《自然》（Nature）期刊上再次刊登了Lazer等人的文章《計(jì)算社會(huì)科學(xué)：障礙和機(jī)遇》（Computational Social Science：Obstacles and Opportunities），該文章就如何解決計(jì)算社會(huì)科學(xué)發(fā)展過程中產(chǎn)生的學(xué)術(shù)研究和倫理等問題提供了建議[3]，對(duì)鏟除自然科學(xué)與人文社會(huì)科學(xué)融合發(fā)展之路上的障礙產(chǎn)生了積極影響。2021年，Nature新增子刊《自然計(jì)算科學(xué)》（Nature Computational Science），開拓出用于承載計(jì)算相關(guān)研究或應(yīng)用成果的新天地。

計(jì)算在科學(xué)研究世界中引起的風(fēng)云巨變必然地吸引了教育研究者的目光，人們開始思考計(jì)算與教育的關(guān)系，“計(jì)算教育學(xué)”萌芽破土，相關(guān)學(xué)者將其視作信息科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科與教育學(xué)有機(jī)融合的產(chǎn)物，認(rèn)為它是教育學(xué)在技術(shù)支持下發(fā)展的新方向，并將計(jì)算作為該領(lǐng)域的主要研究方法[4]。計(jì)算與教育的相融相通，有望為教育研究與實(shí)踐轉(zhuǎn)型搭建引航軌道，為新時(shí)代中國(guó)特色教育理論構(gòu)建和創(chuàng)新發(fā)展之路點(diǎn)亮理論與現(xiàn)實(shí)的明燈。隨著“計(jì)算教育學(xué)”的出現(xiàn)及相關(guān)討論的深入，“可計(jì)算性”作為重要的現(xiàn)實(shí)問題和重大的哲學(xué)命題日益引起人們的廣泛關(guān)注?！翱捎?jì)算性”的概念起源于廣義數(shù)理邏輯中的“可計(jì)算性理論”，如果實(shí)際問題可以通過計(jì)算得到解決，即可借助算法或機(jī)械程序被解決，那便可以認(rèn)為其具備可計(jì)算性[5]。教育若具備可計(jì)算性，教育相關(guān)的實(shí)際問題就能夠在計(jì)算的干預(yù)下得到解決。本文將從計(jì)算與計(jì)算主義的內(nèi)涵，教育計(jì)算的理論與現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，教育計(jì)算的核心結(jié)構(gòu)，以及教育計(jì)算面臨的挑戰(zhàn)與對(duì)策等方面出發(fā)，系統(tǒng)地探討教育的可計(jì)算性。

二、計(jì)算與計(jì)算主義

（一）計(jì)算成為21世紀(jì)視角

自古以來，人類就在不斷地發(fā)明和改進(jìn)計(jì)算工具，對(duì)計(jì)算的理解也逐漸深入。從利用手指進(jìn)行計(jì)數(shù)，到使用繩子、石子等工具輔助計(jì)數(shù)，再到算盤、算籌和計(jì)算尺的出現(xiàn)，人們?cè)谟?jì)算過程中逐漸解放了雙手，但這時(shí)計(jì)算的意義仍舊單薄，只與數(shù)學(xué)相關(guān)。隨著加法器、萊布尼茲四則運(yùn)算器、差分機(jī)等機(jī)械式計(jì)算工具誕生，計(jì)算與機(jī)械之間擦出火花，人類萌生出用機(jī)械過程模擬人類思維過程的設(shè)想。終于，電子計(jì)算機(jī)在1946年問世，人們對(duì)計(jì)算的認(rèn)識(shí)隨之發(fā)生質(zhì)的改變，開始主張計(jì)算機(jī)操作的二進(jìn)制數(shù)字串能代表任何東西，包括現(xiàn)實(shí)世界中的事物[6]，就連心理過程和大腦的奧秘，都可以從計(jì)算的角度出發(fā)進(jìn)行發(fā)掘。自此，計(jì)算不再只和數(shù)學(xué)或計(jì)算機(jī)有關(guān)，它決定我們的生命，也決定我們的行為和意識(shí)[7]。

如今，從計(jì)算的角度出發(fā)縱覽社會(huì)圖景，可以將計(jì)算帶來的新型生產(chǎn)生活方式盡收眼底。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)等社會(huì)產(chǎn)業(yè)正在信息技術(shù)力量的推動(dòng)下穩(wěn)步轉(zhuǎn)向數(shù)字化，產(chǎn)業(yè)活動(dòng)中的各類要素能夠被轉(zhuǎn)化為可計(jì)算的多維度、細(xì)粒度的數(shù)字信息，并踏上“云端”。商品和貨幣的流通形式也被重新定義，日常生活中的交易記錄能夠在計(jì)算的操控下以數(shù)字的形式被妥善儲(chǔ)存，電子商務(wù)平臺(tái)由此蔚起，移動(dòng)支付形式開始流行，商品的流通與交易變得前所未有的高效。教育、醫(yī)療衛(wèi)生，及各類現(xiàn)代服務(wù)業(yè)領(lǐng)域中，在線學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程會(huì)議、智慧醫(yī)療、“一網(wǎng)通辦”式政務(wù)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)直播等新概念接踵而至，它們的出現(xiàn)同樣離不開數(shù)據(jù)和計(jì)算的有力支撐。

計(jì)算經(jīng)過長(zhǎng)久的進(jìn)化成為21世紀(jì)的視角，在計(jì)算視角中，各類生產(chǎn)、交易乃至教育活動(dòng)均可被數(shù)字化、模型化，并在計(jì)算的處理與分析下獲得更深厚的意義和價(jià)值。

（二）一切皆可計(jì)算——計(jì)算主義

1936年，阿蘭·圖靈（Alan Turing）提出用以描述計(jì)算機(jī)最簡(jiǎn)構(gòu)造的概念——圖靈機(jī)，并從計(jì)算的角度出發(fā)，將人腦視作一臺(tái)離散態(tài)的機(jī)器，認(rèn)為人類大腦和計(jì)算機(jī)的本質(zhì)沒有差別，這一觀點(diǎn)在智人世界和智能世界之間搭建了橋梁。自此，關(guān)于人類認(rèn)知和計(jì)算活動(dòng)兩者間的討論相繼涌現(xiàn)，計(jì)算主義思想獲得蓬勃發(fā)展。

在計(jì)算主義剛興起之時(shí)，研究者們將認(rèn)知、思維等心理過程的本質(zhì)看作計(jì)算。圖靈在著名的《計(jì)算機(jī)器和智能》（Computing Machinery and Intelligence）一文中，利用“圖靈測(cè)試”闡明了心靈的本質(zhì)即計(jì)算[8]。紐厄爾與西蒙提出的“物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)”認(rèn)為，人類大腦和計(jì)算機(jī)都能夠在特定規(guī)則的指引下對(duì)符號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，從而產(chǎn)生特定智能行為，即智能的本質(zhì)是計(jì)算。與符號(hào)學(xué)派不同，聯(lián)結(jié)主義學(xué)者把神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)元看作不同的計(jì)算單元，借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬來理解認(rèn)知現(xiàn)象和智能行為表現(xiàn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的突現(xiàn)機(jī)制與物理符號(hào)系統(tǒng)雖存在差異，但其本質(zhì)仍為計(jì)算[9]。隨著計(jì)算主義思想滲透至生命科學(xué)領(lǐng)域，人工生命科學(xué)、遺傳算法理論和DNA計(jì)算機(jī)走進(jìn)大眾視野[7]，細(xì)胞自動(dòng)機(jī)被證明與圖靈機(jī)在特定配置下等價(jià)，生命的本質(zhì)與計(jì)算畫上了等號(hào)。再后來，計(jì)算主義開始將宇宙比作計(jì)算機(jī)，認(rèn)為基本粒子在物質(zhì)世界規(guī)律中行為規(guī)則的支撐下進(jìn)行變換，繼而促成宇宙這一三維細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的演化[6]，更有學(xué)者將自然現(xiàn)象的本質(zhì)視為計(jì)算，提出“自然界這本書是用算法語言書寫的”這類嶄新觀點(diǎn)[10]。

計(jì)算主義的內(nèi)涵在科學(xué)和哲學(xué)發(fā)展的驅(qū)策下逐步延伸，計(jì)算主義成為一種科學(xué)研究的世界觀與方法論，心靈、認(rèn)知、生命、宇宙、自然等都被視作圖靈機(jī)的特殊形態(tài)，它們的本質(zhì)就是計(jì)算。毋庸置疑的是，計(jì)算主義正在讓人類意識(shí)到——一切皆可計(jì)算。

（三）“計(jì)算＋”無處不在

在計(jì)算主義思想持續(xù)被豐富的過程中，計(jì)算主義的觀念逐漸從自然科學(xué)滲透到社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、傳播學(xué)、法學(xué)等社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域。計(jì)算社會(huì)學(xué)家主張運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和新型模擬技術(shù)，來構(gòu)建研究模型和發(fā)展有益于分析經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算方法，以此服務(wù)于理論和經(jīng)驗(yàn)社會(huì)學(xué)[11]。人工智能技術(shù)和數(shù)據(jù)分析手段的進(jìn)步，在革新社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法論面貌的同時(shí)，催生出基于Agent（智能代理）的計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)[12]。新算法工具和新媒介的介入，讓針對(duì)傳播過程進(jìn)行的計(jì)算和詮釋活動(dòng)產(chǎn)生了革命性的變化，傳播學(xué)的可計(jì)算性研究得以被重新建構(gòu)[13]。法學(xué)的研究者正站在計(jì)算主義學(xué)者的肩膀上，展望著計(jì)算法學(xué)中法律現(xiàn)象及其規(guī)律的全新認(rèn)識(shí)過程[14]。與此同時(shí)，就連從屬于人文科學(xué)的哲學(xué)，都受到了計(jì)算主義的影響，計(jì)算哲學(xué)悄然出現(xiàn)并為21世紀(jì)科技哲學(xué)帶來了一抹亮色[7]。

可見，計(jì)算主義的思想已在社會(huì)科學(xué)乃至人文科學(xué)領(lǐng)域扎根。無論是在計(jì)算主義思想浸潤(rùn)下的科研活動(dòng)，還是在計(jì)算籠罩下的社會(huì)活動(dòng)，無一不彰顯出“計(jì)算＋”無處不在這一既定事實(shí)?！坝?jì)算教育學(xué)”研究者在此時(shí)發(fā)出的熱情吶喊，昭示著教育領(lǐng)域的問題研究已無法避開計(jì)算主義洪流的席卷，終將踏上“計(jì)算＋”這片肥沃土壤，踐行新世紀(jì)計(jì)算背景下推進(jìn)教育研究轉(zhuǎn)型、促進(jìn)教育創(chuàng)新發(fā)展的使命。

三、教育可計(jì)算的基礎(chǔ)

（一）計(jì)算是技術(shù)與教育融合的應(yīng)有之義

技術(shù)與教育的融合發(fā)展之路離不開計(jì)算，也離不開計(jì)算主義所承載的研究思想——因?yàn)橛?jì)算是聯(lián)結(jié)技術(shù)與教育之間的橋梁。

就計(jì)算與教育之間的關(guān)系而言，教育活動(dòng)和學(xué)習(xí)主體在計(jì)算的操作下被數(shù)字化、模型化。自畢達(dá)哥拉斯振臂高呼出“萬物皆數(shù)”這句話后，人們便踏上了用數(shù)字表征、認(rèn)識(shí)甚至取代自然世界，以及用數(shù)學(xué)的觀念和方法研究自然的偉大征途。時(shí)至今日，“萬物皆數(shù)”已然演化成“萬物皆算法”[15]。無論將萬物視為“數(shù)”還是“算法”，其本心都是為了把混亂、模糊且無規(guī)律可言的現(xiàn)實(shí)世界，通過具備嚴(yán)謹(jǐn)運(yùn)算規(guī)則的數(shù)字和算法轉(zhuǎn)換為條理、清晰且規(guī)律的理性世界。因此，在方法層面上，所有教育活動(dòng)都能被轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信息或定義明確的計(jì)算過程，任何學(xué)習(xí)主體的認(rèn)知和思維過程都能被計(jì)算機(jī)描述和模擬。就計(jì)算與技術(shù)之間的關(guān)系而言，計(jì)算是技術(shù)能夠發(fā)揮效用的必經(jīng)之路。物理機(jī)器和算法運(yùn)行的底層邏輯由計(jì)算承載，無論是人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，還是云計(jì)算、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)，都要依靠物理機(jī)器或算法來實(shí)現(xiàn)特定功能和體現(xiàn)實(shí)踐價(jià)值，計(jì)算在其中的重要性不言而喻。

站在計(jì)算之橋上，可以看到技術(shù)與具備數(shù)字化、模型化屬性的教育對(duì)象相遇后綻放出的絢爛火花，大數(shù)據(jù)時(shí)代教育問題的闡釋與解決也借此煥發(fā)出新光彩，大到各類教育活動(dòng)，小到學(xué)習(xí)主體的知識(shí)建構(gòu)過程，正在逐步演化為能夠依據(jù)自身可計(jì)算性被合理掌控的對(duì)象，不斷強(qiáng)化的計(jì)算正在引領(lǐng)技術(shù)與教育走向深度融合。

（二）數(shù)據(jù)密集型研究范式為教育計(jì)算準(zhǔn)備了新型的方法論

圖靈獎(jiǎng)獲得者、大數(shù)據(jù)之父吉姆·格雷（Jim Gray）在2007年召開的計(jì)算機(jī)科學(xué)與電信委員會(huì)大會(huì)上提出了數(shù)據(jù)密集型研究范式[16]，并將其稱為第四種科學(xué)研究范式。借助大數(shù)據(jù)時(shí)代天然的背景優(yōu)勢(shì)，利用技術(shù)和算法對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行推演歸納、計(jì)算模擬，可以更準(zhǔn)確地表征和更犀利地探求事物本質(zhì)，這正是數(shù)據(jù)密集型研究范式的魅力所在。

歷史學(xué)、社會(huì)學(xué)和公共管理這類人文社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典學(xué)科，在早期研究活動(dòng)中大都以定性研究方法為主。進(jìn)入21世紀(jì)，新一代信息技術(shù)革命列車呼嘯而過掀起的熱浪，終于裹挾著數(shù)據(jù)密集型研究范式來到了這些人文社會(huì)科學(xué)研究者面前。以大量統(tǒng)計(jì)資料為對(duì)象進(jìn)行的量化分析，針對(duì)社會(huì)現(xiàn)象和公共管理問題進(jìn)行的數(shù)據(jù)挖掘及建模，讓數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法論進(jìn)一步站穩(wěn)了腳跟[17]，人文社會(huì)科學(xué)家們擁有了以數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)和算法為代表的新型量化研究工具。至于計(jì)算社會(huì)學(xué)這類以計(jì)算視角看待人類及其社會(huì)活動(dòng)的學(xué)科，更是在實(shí)際研究活動(dòng)中將數(shù)據(jù)密集型研究范式運(yùn)用得爐火純青。

教育的研究范式正在被數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的科研范式所吸引，研究范式的歷史性變革意味著教育研究將從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)判斷演進(jìn)為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的新形態(tài)，獲取超大樣本分析拓展出的廣闊視野，用對(duì)現(xiàn)象的全景式解構(gòu)替代局部觀察[4]。教育計(jì)算將在數(shù)據(jù)密集型研究范式的指引下，擺脫傳統(tǒng)思辨研究方式的桎梏，幫助教育研究者更深刻地透析教育系統(tǒng)，更清晰地表征和理解學(xué)習(xí)主體的行為及認(rèn)知，從而推進(jìn)教育理論創(chuàng)新和教育實(shí)踐發(fā)展。

（三）教育信息化實(shí)踐為教育計(jì)算奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)

長(zhǎng)期以來，我國(guó)高度重視信息技術(shù)對(duì)教育的促進(jìn)作用，積極開展信息化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)工作。隨著中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)與中國(guó)教育衛(wèi)星寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)通形成“天地合一”的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，教育計(jì)算物質(zhì)基礎(chǔ)搭建的故事拉開了序幕。爾后，“校校通”“農(nóng)遠(yuǎn)”工程的陸續(xù)落地，“教育云”“電子書包”項(xiàng)目相繼面世，“三通兩平臺(tái)”的建設(shè)工作獲得迅猛發(fā)展[18]。教育信息化基礎(chǔ)設(shè)施快速、全面的部署，大力拓展了教育世界中的網(wǎng)絡(luò)空間，引導(dǎo)著教育快步邁向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的征程。

時(shí)至今日，我國(guó)教育信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)步入新階段。同許多國(guó)家一樣，我國(guó)教育信息化的使命已不僅僅滿足于“讓每位學(xué)生擁有一臺(tái)計(jì)算機(jī)”“每間教室都能連通互聯(lián)網(wǎng)”這樣的目標(biāo)，人們已經(jīng)開始著力打造智慧教室、智慧校園、教育大數(shù)據(jù)平臺(tái)等新型基礎(chǔ)設(shè)施，讓學(xué)習(xí)者獲得沉浸式、多樣化、個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。該過程中，依靠新一代信息與通信技術(shù)（Information and Communications Technology，ICT）實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的感知和數(shù)據(jù)化顯得尤為重要，依托ICT形成的人與物、物與物之間的泛在鏈接，正在不斷突破時(shí)空局限，重新塑造教學(xué)場(chǎng)景，變革傳統(tǒng)教學(xué)模式。如翻轉(zhuǎn)課堂讓教師的角色從知識(shí)傳授者變?yōu)榻M織者、引導(dǎo)者，MOOCs等在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的出現(xiàn)，以及手機(jī)、平板等移動(dòng)設(shè)備的普及，讓教師為主導(dǎo)、學(xué)生為中心的師生關(guān)系進(jìn)一步得到鞏固。同以往相比，物理空間中的感知設(shè)備和虛擬空間中的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使學(xué)習(xí)場(chǎng)景中保留下更加完整的學(xué)習(xí)足跡，為刻畫學(xué)習(xí)者清晰形象，加深對(duì)學(xué)習(xí)主體的理解做好了保障。

教育信息化新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，正在全面而深入地推進(jìn)教育流程的再造、教育場(chǎng)景的重構(gòu)、教育文化的重塑，為教育計(jì)算奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

（四）教育數(shù)據(jù)已成為教育系統(tǒng)的新型要素

在信息技術(shù)革命的影響下，教育要素體系正在發(fā)生改變，已從由主體、環(huán)境、資源構(gòu)成的三要素體系進(jìn)化為包含數(shù)據(jù)在內(nèi)的四要素體系[19]。得益于技術(shù)與教育融合的迅猛發(fā)展，各類教育數(shù)據(jù)不斷產(chǎn)生并快速累積，教育大數(shù)據(jù)正在形成，數(shù)據(jù)要素正在教育變革中發(fā)揮著愈加重要的作用。

虛擬空間中，隨著線上教學(xué)活動(dòng)的常態(tài)化開展，用戶個(gè)人信息、學(xué)習(xí)行為信息、學(xué)習(xí)社交信息等數(shù)據(jù)得以積聚，教師和學(xué)生進(jìn)行資源操作的詳情、總體瀏覽路徑等細(xì)粒度的教與學(xué)行為被盡數(shù)保存；多媒體素材、在線課程、電子教材、教學(xué)軟件等數(shù)字化教學(xué)資源，同樣是教育場(chǎng)域中具有重要意義的數(shù)據(jù)。物理空間中，各類傳感器、智能可穿戴設(shè)備等數(shù)據(jù)采集工具的方興未艾，讓環(huán)境信息、生理信息、心理信息、行為軌跡信息等數(shù)據(jù)的獲取愈發(fā)便捷，協(xié)助加深了研究者對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)場(chǎng)景的理解。虛擬空間與物理空間中教與學(xué)的數(shù)據(jù)并非絕對(duì)獨(dú)立的存在，兩者相互融合、相互影響下催生出的基于雙空間的教育數(shù)據(jù)[20]，可以有效強(qiáng)化教育情境的感知能力。

教育系統(tǒng)運(yùn)行過程中，政府部門、教育組織機(jī)構(gòu)、學(xué)校行政管理平臺(tái)中不斷更新和共享的數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)和感知設(shè)備對(duì)教學(xué)過程、科研狀態(tài)、校園安全等方面進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄的數(shù)據(jù)[21-22]，以及醫(yī)療、娛樂、消費(fèi)等其他領(lǐng)域在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中孕育出的與教育活動(dòng)相關(guān)的數(shù)據(jù)，共同構(gòu)成了教育管理大數(shù)據(jù)。教育管理大數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)挖掘、可視化分析等技術(shù)與算法打磨處理后呈現(xiàn)的結(jié)果，是助力教育管理決策科學(xué)化、精細(xì)化、精準(zhǔn)化的有力支撐。

來自不同教學(xué)和管理場(chǎng)景中的教育大數(shù)據(jù)，讓教育計(jì)算獲得了充足的數(shù)據(jù)原料，是開展教育計(jì)算的必要條件。

四、教育計(jì)算的內(nèi)涵

教育研究思想和方法論的嬗變，以及教育信息化的實(shí)踐和教育系統(tǒng)要素的變革，為教育計(jì)算的發(fā)展奠定了理論與現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，教育計(jì)算由此獲得在理論和實(shí)踐研究工作中體現(xiàn)并豐富自身內(nèi)涵的重要條件。以計(jì)算和計(jì)算主義為研究思想上的指導(dǎo)，以數(shù)據(jù)密集型研究范式為方法論的核心，對(duì)先進(jìn)技術(shù)和智能算法進(jìn)行綜合應(yīng)用，對(duì)教育大數(shù)據(jù)進(jìn)行全面剖析，是完成情境感知、主體理解、服務(wù)定制這三個(gè)教育計(jì)算的根本任務(wù)，詮釋、拓展教育計(jì)算內(nèi)涵的根本途徑。

（一）教育計(jì)算的核心結(jié)構(gòu)

教育計(jì)算面向教育全場(chǎng)景，圍繞人才培養(yǎng)全過程，開展教育信息的獲取、表達(dá)、存儲(chǔ)、傳輸、處理和交付，全方位感知教育教學(xué)情境，全維度理解教育教學(xué)主體，個(gè)性化供給教育教學(xué)服務(wù)，推動(dòng)教育教學(xué)系統(tǒng)的解構(gòu)、優(yōu)化、重構(gòu)與增效提質(zhì)。教育計(jì)算的核心結(jié)構(gòu)如圖1所示。

教育計(jì)算的具體過程通過教育信息處理循環(huán)鏈來實(shí)施：第一步是獲取信息，即為滿足教育研究和（或）實(shí)踐者的需求，從教育教學(xué)活動(dòng)中獲取學(xué)習(xí)主體的信息，采集全場(chǎng)景、全過程中的原始教育大數(shù)據(jù)；第二步為表達(dá)信息，即使用可以滿足教育研究或?qū)嵺`活動(dòng)需求的表達(dá)形式，如文本、圖形或圖像、音頻或視頻等，來表征獲取到的數(shù)據(jù)或信息；第三步為存儲(chǔ)信息，類型不同且量級(jí)各異的數(shù)據(jù)和信息在表達(dá)完畢后，需要借助磁盤、磁帶、光盤、固態(tài)硬盤等物理介質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)；第四步為傳輸信息，通過互聯(lián)網(wǎng)這類信息傳輸機(jī)制讓信息得以流向相關(guān)需求者；第五步為處理信息，利用人工智能、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等技術(shù)帶來的智能算法和巨大算力，對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)數(shù)據(jù)的內(nèi)涵進(jìn)行深入探索；第六步為交付信息，將處理后產(chǎn)生的計(jì)算分析結(jié)果交付至教育研究和（或）實(shí)踐者，以達(dá)成研究和（或）應(yīng)用的目標(biāo)，以彰顯教育計(jì)算的價(jià)值。見表1。

表1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?教育信息處理步驟

教育信息處理循環(huán)鏈的循環(huán)往復(fù)，將推動(dòng)計(jì)算和計(jì)算主義目光審視下的情境感知、主體理解、服務(wù)定制的發(fā)展，助力因材施教、有教無類的教育千年夢(mèng)想的實(shí)現(xiàn)。

（二）智能設(shè)備加持下的情境感知

情境感知，是在以數(shù)據(jù)為生命力的人—機(jī)協(xié)同、機(jī)—機(jī)協(xié)同的環(huán)境中，對(duì)教育情境數(shù)字化、教育場(chǎng)景智能化作出的期許。實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的自動(dòng)感知與融合，推進(jìn)物理學(xué)習(xí)空間與虛擬學(xué)習(xí)空間的無縫融合，是情境感知面臨的核心任務(wù)。

教育情境中的智能感知設(shè)備和技術(shù)，能夠全面記錄教學(xué)環(huán)境數(shù)據(jù)，自動(dòng)感知學(xué)習(xí)主體的生理、行為狀態(tài)，推動(dòng)教育情境全數(shù)字化變革進(jìn)程，做到學(xué)習(xí)場(chǎng)景的準(zhǔn)確識(shí)別、教室環(huán)境的及時(shí)優(yōu)化，與學(xué)習(xí)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)督和高效反饋，以此提升教育場(chǎng)景的智能水平。教育情境的數(shù)字化革命，讓教育教學(xué)過程中學(xué)習(xí)主體產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠自由流轉(zhuǎn)，從而促進(jìn)物理環(huán)境和虛擬場(chǎng)景中學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的共享與融通，保障多空間學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)鏈的完整銜接。在此基礎(chǔ)上，可以構(gòu)建出虛實(shí)共生的學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)物理和虛擬學(xué)習(xí)空間無縫融合的目標(biāo)。

智能設(shè)備加持下的情境感知對(duì)教學(xué)環(huán)境和學(xué)習(xí)主體多元數(shù)據(jù)的捕獲，讓人們有機(jī)會(huì)還原出學(xué)習(xí)者及其所處教育情境的全貌，為主體理解的深入搭建好數(shù)據(jù)基石。

（三）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的主體理解

主體理解，指在以數(shù)據(jù)為核心的教育情境下，對(duì)學(xué)習(xí)者的外顯行為狀態(tài)進(jìn)行表征，對(duì)其內(nèi)隱認(rèn)知狀態(tài)進(jìn)行建模，以考察個(gè)體學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)等復(fù)雜學(xué)習(xí)機(jī)理，以達(dá)成對(duì)學(xué)習(xí)主體的全方位診斷、分析與評(píng)價(jià)，為“因材施教”準(zhǔn)備前置條件。

在情境感知的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)習(xí)主體的生理、行為數(shù)據(jù)進(jìn)行表征與挖掘，可以有效識(shí)別學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情緒狀態(tài)與學(xué)習(xí)行為影響因素，有助于洞察學(xué)習(xí)行為的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，以進(jìn)行具備針對(duì)性的教學(xué)干預(yù)。此外，對(duì)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，能準(zhǔn)確診斷并深度還原學(xué)習(xí)者的知識(shí)掌握狀態(tài)和實(shí)際認(rèn)知能力，為改善學(xué)習(xí)者的認(rèn)知過程創(chuàng)造契機(jī)。

與孤立個(gè)體相比，群體學(xué)習(xí)是一個(gè)更加系統(tǒng)化、復(fù)雜的認(rèn)知過程。大規(guī)模學(xué)習(xí)社區(qū)中群體內(nèi)個(gè)體交互行為背后隱藏的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、凝聚子群成員的關(guān)系模式和學(xué)習(xí)特征，以及行動(dòng)者的社會(huì)學(xué)屬性[23]，在網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究方法的抽絲剝繭下充分表露，群體中個(gè)體的認(rèn)知水平、情感狀態(tài)，及群體行為規(guī)律由此獲得深入剖析。

面向個(gè)人或群體學(xué)習(xí)過程開展的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的主體理解工作，在幫助人們更好地認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)主體的同時(shí)，讓個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)的定制變得更加有據(jù)可依。

（四）算法定義下的服務(wù)定制

所謂服務(wù)定制，即針對(duì)教育教學(xué)過程中學(xué)習(xí)主體的獨(dú)特性和教學(xué)需求的差異性，通過資源推薦、學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃等手段提升學(xué)習(xí)服務(wù)質(zhì)量，提高教育教學(xué)效率，協(xié)助達(dá)成“因材施教”的夢(mèng)想。

對(duì)教育情境的精確感知和對(duì)學(xué)習(xí)主體的精細(xì)刻畫，讓學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求可以依靠算法被精準(zhǔn)提取，契合學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)偏好等潛在特征的學(xué)習(xí)資源，以及適合學(xué)習(xí)者知識(shí)水平和認(rèn)知狀態(tài)的學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃得以即時(shí)呈現(xiàn)。學(xué)習(xí)需求與學(xué)習(xí)服務(wù)由此實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)匹配，知識(shí)供給機(jī)制和知識(shí)服務(wù)模式也將獲得改善。在此前提下涌現(xiàn)出的智能導(dǎo)師、智能學(xué)伴、教育機(jī)器人等角色，不僅極大豐富了個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)的表現(xiàn)形式，還增添了自主學(xué)習(xí)活動(dòng)的趣味性，強(qiáng)化了學(xué)習(xí)服務(wù)的交互性。

算法定義下的服務(wù)定制進(jìn)一步發(fā)揮了教育計(jì)算在教育研究和實(shí)踐轉(zhuǎn)型過程中的效用，也讓教育計(jì)算在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型必修課中更有底氣取得佳績(jī)。

五、教育計(jì)算的挑戰(zhàn)與對(duì)策

（一）定性到定量的艱難轉(zhuǎn)變

在新技術(shù)和新范式的簇?fù)硐?，教育研究踏上了由定性轉(zhuǎn)向新型定量研究方法的路途。然而，由于自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的研究對(duì)象、邏輯思維及現(xiàn)實(shí)復(fù)雜性等存在著不可忽視的本質(zhì)差異，受自然科學(xué)啟迪而誕生的研究方法在推動(dòng)社會(huì)科學(xué)發(fā)展的同時(shí)，仍不能從根本上適應(yīng)于社會(huì)科學(xué)[24]。換言之，社會(huì)科學(xué)中由定性轉(zhuǎn)向定量的路途并非暢通無阻。對(duì)于教育領(lǐng)域而言，尤其如此。

人類的行為具有異質(zhì)性和陣發(fā)性[25]，且易受到外部環(huán)境等其他因素的影響，即使擁有先進(jìn)的算法和技術(shù)手段，也很難用數(shù)據(jù)統(tǒng)一表征人的所有狀態(tài)，這是以人為尺度的教育進(jìn)行定量研究時(shí)面臨的首要挑戰(zhàn)。教育情境具備多元性，教育活動(dòng)是學(xué)習(xí)者廣泛參與的動(dòng)態(tài)過程，因此，教育數(shù)據(jù)記錄的往往都是特定對(duì)象在特定時(shí)空下的具體行為（外顯和內(nèi)隱），這就導(dǎo)致研究者無法在短時(shí)間內(nèi)將影響教育發(fā)展的全部因素納入系統(tǒng)進(jìn)行量化分析。即使如此，教育研究者也不應(yīng)放棄對(duì)定量研究方法的探索，而應(yīng)堅(jiān)持適時(shí)使用定量的方法對(duì)教育現(xiàn)象或問題作出解釋，并努力做到定性與定量的有機(jī)結(jié)合，或根據(jù)研究對(duì)象的特點(diǎn)把直覺經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)結(jié)合起來，在建立科學(xué)研究模型的基礎(chǔ)上，利用算法和理論或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整、修正，以達(dá)到對(duì)教育規(guī)律的深刻洞察和準(zhǔn)確把握。

教育研究者必須認(rèn)識(shí)到，定性到定量的轉(zhuǎn)變只是人們?cè)诹炕芯糠椒ǖ膹?qiáng)大優(yōu)勢(shì)下作出的自然選擇，而非企圖用定量完全代替定性的決定，教育研究范式的轉(zhuǎn)變也并非要將教育轉(zhuǎn)化為完全定量化的學(xué)科，而是要秉持著計(jì)算主義的思想，充分激發(fā)教育活動(dòng)、教育問題中數(shù)據(jù)要素的潛能，更好地服務(wù)于教育研究和實(shí)踐。

（二）新型人技環(huán)境下的教育倫理

伴隨著技術(shù)與教育的深度融合，以及人類智能同機(jī)器智能的有機(jī)結(jié)合，數(shù)據(jù)與人的關(guān)系、算法與人的關(guān)系成為此番現(xiàn)實(shí)背景下，教育研究人員必須思考和審視的教育倫理問題。

教育大數(shù)據(jù)是把雙刃劍，在為教育研究和教育服務(wù)帶來巨大價(jià)值的同時(shí)，還可能產(chǎn)生諸多無法預(yù)知的道德倫理挑戰(zhàn)。對(duì)相關(guān)挑戰(zhàn)進(jìn)行分析和討論時(shí)，可以遵從綜合考量?jī)r(jià)值、利益、時(shí)間和情境四因素的分析框架，明確教育數(shù)據(jù)的價(jià)值定位、教育主體的數(shù)據(jù)權(quán)利和教育數(shù)據(jù)的教育效用這三類基本問題，通過建立數(shù)據(jù)維度的教育倫理準(zhǔn)則，推動(dòng)相關(guān)法律法規(guī)建設(shè)，完善相關(guān)制度和監(jiān)管措施，提升教育系統(tǒng)中不同活動(dòng)主體的教育數(shù)據(jù)素養(yǎng)[26]。

計(jì)算主義的線性思維容易導(dǎo)致人們?cè)诜治鼋逃F(xiàn)象和問題的過程中忽視教育系統(tǒng)的復(fù)雜性，此種情況下展開的量化與計(jì)算工作有可能囿于局部、有限且特定的視角，算法歧視由此產(chǎn)生[27]。算法歧視的存在既可能引起決策公平問題，也可能使數(shù)據(jù)生產(chǎn)者的利益受到侵害。面對(duì)此類問題，各國(guó)政府、國(guó)際組織、科技產(chǎn)業(yè)巨頭與相關(guān)機(jī)構(gòu)，紛紛出臺(tái)相關(guān)倫理準(zhǔn)則，在算法層面對(duì)智能教育產(chǎn)品或其他人工智能產(chǎn)品作出限制或約束，希望以此強(qiáng)化有關(guān)責(zé)任歸屬的合理性并加快算法偏見問題的解決，形成技術(shù)維度的教育倫理規(guī)范。

新型人技環(huán)境下教育倫理問題的妥善處理任重而道遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)和技術(shù)本身并無好與壞之分，教育研究者也不應(yīng)因噎廢食，充分借鑒國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)努力構(gòu)建更加完善的教育倫理準(zhǔn)則或規(guī)范，才是推進(jìn)師、生、機(jī)等多主體和諧共融機(jī)制建立，助力教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必由之路。

（三）人文色彩的重賦

《人是如何學(xué)習(xí)的Ⅱ：學(xué)習(xí)者、境脈與文化》中提出了“學(xué)習(xí)的文化本質(zhì)”這一觀點(diǎn)?！皩W(xué)習(xí)的文化本質(zhì)”表明了文化自始至終干預(yù)和滲透著個(gè)體生命中各個(gè)階段的發(fā)展這一基本事實(shí)。學(xué)習(xí)之所以通過不同的形式發(fā)生在學(xué)習(xí)者身上，是因?yàn)閷W(xué)習(xí)者經(jīng)歷的人生現(xiàn)象都是由其精確經(jīng)驗(yàn)所塑造的，而精確經(jīng)驗(yàn)不可避免地被文化滲入，不同文化群體中的因素，都將對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方式、動(dòng)作發(fā)展速度、知覺系統(tǒng)、認(rèn)知過程等方面產(chǎn)生深刻影響，進(jìn)而塑造人類學(xué)習(xí)者的情緒、認(rèn)知、動(dòng)機(jī)和興趣[28]。

有學(xué)者犀利地指出，計(jì)算主義正將教育研究中的教育現(xiàn)象和問題符號(hào)化、抽象化，教育的主體能動(dòng)性被制約[29]，人文價(jià)值正在被計(jì)算主義用“合理性”“確定性”“效率性”這樣的概念填充[30]。面對(duì)此番情景，研究者在利用計(jì)算和計(jì)算主義的觀點(diǎn)、方法認(rèn)識(shí)和改造教育問題時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)注并呼吁該過程中人文色彩的回歸，秉持“學(xué)習(xí)的文化本質(zhì)”特征，在教育研究過程中重視人類學(xué)習(xí)者已成為習(xí)慣的精神價(jià)值和生活方式。

在技術(shù)與教育融合的大背景下，要廣泛利用現(xiàn)有信息技術(shù)手段發(fā)掘?qū)W習(xí)者所處家庭和群體文化對(duì)其行為或情感表達(dá)的影響，洞察學(xué)習(xí)者個(gè)體在特定文化環(huán)境中形成的行為特征或思維特點(diǎn)，刻畫不同文化環(huán)境中個(gè)體或群體學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展規(guī)律、行為演變趨勢(shì)等特征，以此緩解計(jì)算主義在教育研究方面存在的符號(hào)化或抽象化問題，為學(xué)習(xí)者個(gè)人能動(dòng)性的發(fā)揮創(chuàng)造外部條件，推進(jìn)以人為本的個(gè)性化學(xué)習(xí)范式的構(gòu)建。由此一來，教育者既可以站在學(xué)習(xí)者身邊，及時(shí)給予其有效的精神文化支撐，又能夠站在人文高臺(tái)之上，全面觀察教育活動(dòng)的演化規(guī)律。

六、結(jié) ? 語

從萬物皆數(shù)到一切皆可計(jì)算，原始信息跨越時(shí)間長(zhǎng)河化身為可由二進(jìn)制代表的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)計(jì)算方式由結(jié)繩記事演變?yōu)橐詧D靈機(jī)為原型的計(jì)算機(jī)承載的智能算法，計(jì)算主義為社會(huì)學(xué)、法學(xué)、哲學(xué)等社會(huì)和人文學(xué)科世界帶來了新鮮空氣，并悄然改變著教育領(lǐng)域的研究范式。在數(shù)據(jù)密集型科學(xué)研究范式的指引下，計(jì)算正在成為技術(shù)與教育相融合的助推劑。放眼望向教育計(jì)算的世界時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，教育場(chǎng)景轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芗夹g(shù)加持下的智慧空間，教育教學(xué)活動(dòng)轉(zhuǎn)化為可供分析的數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)者的大腦認(rèn)知過程在數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)下變得愈發(fā)清晰，行為的內(nèi)在含義在算法的剖析下一覽無遺，學(xué)習(xí)規(guī)律的可見性讓學(xué)習(xí)服務(wù)的定制更加有的放矢，學(xué)習(xí)在算法的定義下向著個(gè)性化高歌猛進(jìn)。

當(dāng)然，教育計(jì)算的發(fā)展仍面臨著一系列挑戰(zhàn)，如定性向定量研究方法轉(zhuǎn)變過程中存在的矛盾和沖突，計(jì)算主義對(duì)數(shù)據(jù)的訴求僵化了育人過程中的人文精神，以及教育倫理重塑過程中產(chǎn)生的困局等。但只要對(duì)計(jì)算和計(jì)算主義思想進(jìn)行謹(jǐn)慎、合理的運(yùn)用，揚(yáng)長(zhǎng)避短，便可以為教育研究和實(shí)踐開辟新思路。正如定性和定量方法的有機(jī)結(jié)合，讓教育研究的量化之路獲得新生；數(shù)據(jù)隱私和技術(shù)異化問題逐漸在實(shí)踐過程中得到重視，由此引發(fā)的系列反思和改革正在打破其對(duì)人類的約束和桎梏；計(jì)算讓學(xué)習(xí)的文化本質(zhì)能充分體現(xiàn)其實(shí)際價(jià)值，讓文化同教育之間的聯(lián)結(jié)有機(jī)會(huì)變得更加緊密，讓教育活動(dòng)中人文的養(yǎng)成和倫理的守護(hù)走向新高度。

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On the Computability of Education

LIU Sanya1， ?HAO Xiaohan2， ?LI Qing1

（1.National Engineering Research Center of Educational Big Data， Central China Normal University， Wuhan Hubei 430079; 2.National Engineering Research Center for E-Learning， Central China Normal University， Wuhan Hubei 430079）

[Abstract] Under the influence of the new generation of information technology and computationalism， computing has become the perspective of the 21st century， and a "computational society" is taking shape. The educational research has also deeply influenced by computing， and new research directions， research paradigms and research ideas have come into being. With this background， this study explores and discusses the theoretical and practical conditions for educational computability， and expounds the connotations of educational computing in three aspects of all-round perception of educational and teaching situations， all-dimensional understanding of educational and teaching subjects， and personalized supply of educational and teaching services. Finally， this study sorts out the challenges brought by new technologies， new paradigms and new ideas， and it is proposed to use computing and computationalism prudently to promote the quantitative development of educational research， solve new ethical problems， and realize the reassignment of humanistic colors.

[Keywords] Computing; Computability; Educational Big Data; Educational Computing