教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的歷史、邏輯與未來(lái)
——兼論人工智能的教育意蘊(yùn)

周子荷

(華中師范大學(xué) 國(guó)家數(shù)字化學(xué)習(xí)工程技術(shù)研究中心，湖北武漢 430079)

技術(shù)原始創(chuàng)新是轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要杠桿。長(zhǎng)期以來(lái)，教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新能力不足，在很大程度上導(dǎo)致了技術(shù)變革教育的效果不彰。在人工智能時(shí)代，推進(jìn)教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新，是推進(jìn)技術(shù)與教育雙向深度有效融合，切實(shí)發(fā)揮信息技術(shù)變革教育之革命性力量，切實(shí)促進(jìn)人工智能可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇和必由之路。

一、推進(jìn)技術(shù)原始創(chuàng)新：信息技術(shù)變革教育的現(xiàn)實(shí)困惑及破解之道

“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響”已成共識(shí)，但歷史經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)實(shí)觀感卻令人困惑。自20世紀(jì)初視聽(tīng)教學(xué)運(yùn)動(dòng)把以電影和廣播為代表的第一代信息技術(shù)應(yīng)用于教育以來(lái)，教育技術(shù)就始終不忘變革教育的初心與使命。一百年前，發(fā)明家愛(ài)迪生(Thomas Edison)曾樂(lè)觀地預(yù)計(jì)：“不久將在學(xué)校中廢棄書本……有可能利用電影來(lái)教授人類知識(shí)的每一個(gè)分支。在未來(lái)的十年里，我們的學(xué)校將會(huì)得到徹底改造”(Saettler，2004)。時(shí)至今日，電影放映機(jī)早已退出了技術(shù)變革教育的歷史舞臺(tái)，但教育并沒(méi)有徹底改觀。面對(duì)一次又一次技術(shù)浪潮的沖擊，班級(jí)授課制這一基本制度框架下以分班授課和分科教學(xué)為核心特征的現(xiàn)代學(xué)校教育體系并沒(méi)有發(fā)生根本變化，教育的生產(chǎn)方式仍然停留在工場(chǎng)手工業(yè)的水平(楊宗凱等，2019)。正因如此，才有形形色色的“喬布斯之問(wèn)”(桑新民等，2013)，而其背后潛藏的卻是技術(shù)變革教育效果不彰的事實(shí)。

更令人擔(dān)憂的是，自現(xiàn)代媒體技術(shù)應(yīng)用于教育以來(lái)，便始終存在著一個(gè)被稱為“非顯著性差異現(xiàn)象”的魔咒：不同媒體和技術(shù)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的影響在效用上沒(méi)有顯著差異！自20世紀(jì)20年代起，就不斷有研究報(bào)告了這一結(jié)論。20世紀(jì)末，羅素(Russell，1999)對(duì)這些研究進(jìn)行了匯總，竟有355項(xiàng)之多！進(jìn)入21世紀(jì)，仍不乏有這樣的研究結(jié)果(McDaniel et al. , 2016)。同時(shí)不斷有學(xué)者指出：“還沒(méi)有一項(xiàng)研究能夠證明，學(xué)生成績(jī)的提高是應(yīng)用計(jì)算機(jī)的結(jié)果”(索耶，2010)；“和傳統(tǒng)的技術(shù)手段相比，很多信息技術(shù)在提升教育與學(xué)習(xí)的績(jī)效方面并不具有壓倒性優(yōu)勢(shì)”(楊浩等，2015)。非顯著性差異現(xiàn)象表明：在改進(jìn)學(xué)習(xí)的效用上，新技術(shù)并不必然比原有技術(shù)更優(yōu)越。如此一來(lái)，就很容易得到一個(gè)令人沮喪的推論：如果在改進(jìn)學(xué)習(xí)的效用上，不同媒體和技術(shù)差異不顯著，那就意味著它不能給學(xué)習(xí)帶來(lái)實(shí)質(zhì)改變；如果在微觀上不會(huì)給學(xué)習(xí)帶來(lái)實(shí)質(zhì)改變，它又如何能夠在宏觀上推進(jìn)教育革命呢？

已有學(xué)術(shù)史研究表明，“非顯著差異現(xiàn)象”與媒體比較研究如影隨形(Lievrouw，2001)，是媒體比較研究必然會(huì)得到的兩種結(jié)果之一。媒體比較是20世紀(jì)上半葉視聽(tīng)教學(xué)運(yùn)動(dòng)的主流研究范式，即通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比不同媒體改進(jìn)學(xué)習(xí)的效用，試圖找尋超越其它媒體的“萬(wàn)能媒體”或“超級(jí)媒體”(Wilkinson，1980)。鑒于教育研究無(wú)法像自然科學(xué)那樣在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)關(guān)變量的完全排除和控制，因此必然會(huì)出現(xiàn)有研究報(bào)告有顯著性差異，也有研究報(bào)告無(wú)顯著性差異(Surry et al. , 2001)。更嚴(yán)重的是，媒體比較研究得到的只是 “優(yōu)”或“劣”的簡(jiǎn)單結(jié)論，不能對(duì)此提供進(jìn)一步的科學(xué)解釋，因此無(wú)法產(chǎn)生新知識(shí)。這對(duì)一個(gè)專門研究領(lǐng)域無(wú)疑是致命的。20世紀(jì)70年代后，媒體比較研究逐漸式微，能傾處理交互(aptitude-treatment interaction)日漸成為教學(xué)媒體與技術(shù)研究的主流框架(Salomon，1972；Thompson et al. , 1992)。但隨即產(chǎn)生了新的問(wèn)題，即在闡釋作為教學(xué)處理干預(yù)措施的媒體技術(shù)與作為學(xué)習(xí)者能力傾向的認(rèn)知過(guò)程交互作用的過(guò)程中，開(kāi)始追問(wèn)究竟是什么對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生了影響。這就是教育技術(shù)學(xué)術(shù)史上具有廣泛影響的“學(xué)習(xí)與媒體大辯論”。論辯的一方認(rèn)為是某種媒體具有的特定的技術(shù)屬性對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生了影響(Kozma，1991)，另外一方則認(rèn)為是媒體在使用過(guò)程中嵌入的教學(xué)策略對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生了影響(Clark，1983)。雙方各執(zhí)一詞，莫衷一是。自20世紀(jì)80年代初，這場(chǎng)持續(xù)近二十年的學(xué)術(shù)大論辯最終也沒(méi)有得出明確結(jié)論，旋即被互聯(lián)網(wǎng)大潮的興起沖擊得七零八落。

今天回頭重新審視這場(chǎng)論戰(zhàn)，或許可以獲得新的教益，超越雙方立場(chǎng)，從更高層面探尋技術(shù)變革教育的深層邏輯。教育技術(shù)研究是實(shí)踐導(dǎo)向的，這使對(duì)技術(shù)的關(guān)注長(zhǎng)期停留在應(yīng)用層面，教育領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新都屬于應(yīng)用創(chuàng)新而非原始創(chuàng)新。迄今為止，教育領(lǐng)域的技術(shù)大都從外部引入。這些技術(shù)屬于通用技術(shù)，最初既不是在教育領(lǐng)域中被發(fā)明，也不是為教育服務(wù)，因此它的教育應(yīng)用往往還需要額外尋求教育理論的支撐。通用的技術(shù)和教育的理論來(lái)自兩個(gè)不同場(chǎng)域，遵循不同的邏輯。這往往使技術(shù)與理論之間難以匹配，無(wú)法耦合，從而導(dǎo)致實(shí)踐中長(zhǎng)期存在無(wú)法克服的教育和技術(shù)“兩張皮”問(wèn)題。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，伴隨著信息技術(shù)的進(jìn)步及其應(yīng)用的不斷深入，教育領(lǐng)域涌現(xiàn)了大量的技術(shù)創(chuàng)新成果，如MOOCs。但這些技術(shù)創(chuàng)新很少建立在學(xué)習(xí)科學(xué)的基石上(Sawyer，2014)?？梢栽囅耄绻撤N技術(shù)本來(lái)就是在教育領(lǐng)域被發(fā)明出來(lái)的，就是為教育服務(wù)的，那么它的應(yīng)用過(guò)程是否還需要額外尋求教育理論作為支撐呢？答案顯然是不需要！這樣一來(lái)，教育和技術(shù)“兩張皮”的問(wèn)題自然也就不復(fù)存在。從這一意義上講，不管是破除非顯著性差異現(xiàn)象的歷史魔咒，還是追問(wèn)究竟是技術(shù)屬性還是教學(xué)策略對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生了影響，甚至解決信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合難以推進(jìn)的難題，都可以歸結(jié)到如何推進(jìn)教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新上來(lái)。實(shí)事求是地講，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)這個(gè)問(wèn)題的重視是不夠的。面對(duì)層出不窮地被引入教育的新技術(shù)，很少有人意識(shí)到教育本身也需要技術(shù)原始創(chuàng)新。和從外部引入的通用技術(shù)相比，通過(guò)原始創(chuàng)新從教育內(nèi)部生長(zhǎng)出來(lái)的技術(shù)又能給教育帶來(lái)什么呢？如何更好地推進(jìn)教育領(lǐng)域的技術(shù)原始創(chuàng)新呢？這或許可以從歷史中獲得些許啟發(fā)。

二、教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的兩重境界：從歷史中汲取經(jīng)驗(yàn)與智慧

從歷史中汲取經(jīng)驗(yàn)與智慧，在時(shí)代變遷中探尋教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的必要條件與內(nèi)在邏輯，是未來(lái)推進(jìn)教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的基礎(chǔ)與前提。盡管教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的成功案例屈指可數(shù)，但并非沒(méi)有先例。回首過(guò)去一百年教育領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的歷史征程，可以發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)原始創(chuàng)新的案例值得關(guān)注。這兩個(gè)案例充分體現(xiàn)了教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的兩重境界。

(一)從基礎(chǔ)科學(xué)到技術(shù)創(chuàng)新：教學(xué)機(jī)器展現(xiàn)的教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的第一重境界

教學(xué)機(jī)器是過(guò)去一百年間教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的第一個(gè)范例，展現(xiàn)了教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的第一重境界，即科學(xué)向技術(shù)的線性延伸——學(xué)習(xí)基礎(chǔ)研究的突破推動(dòng)了教育領(lǐng)域技術(shù)的原始創(chuàng)新。1954年，斯金納(Skinner，1954)曾經(jīng)感慨，教室的機(jī)械化水平甚至還不如家庭的廚房，因此“必須來(lái)一場(chǎng)教育的‘工業(yè)革命’，把教育的科學(xué)與具有獨(dú)創(chuàng)性的教育技術(shù)結(jié)合在一起，使傳統(tǒng)教育低下的效率和笨拙的程序現(xiàn)代化?！?Benjamin，1988)他基于獨(dú)創(chuàng)的操作性條件反射學(xué)習(xí)理論，設(shè)計(jì)了一臺(tái)教學(xué)機(jī)器，發(fā)展了程序教學(xué)技術(shù)，迅即引起廣泛關(guān)注，有力推動(dòng)了教育領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，在世界范圍內(nèi)掀起了程序教學(xué)熱潮，極大提升了教育實(shí)踐的技術(shù)含量，有效提升了教育的現(xiàn)代化水平。

實(shí)際上，早在20世紀(jì)20年代，教育心理學(xué)家普萊西(Sidney L. Pressey)就發(fā)明了類似的教學(xué)機(jī)器，但最終應(yīng)者寥寥，很快便歸于沉寂，未能在教育領(lǐng)域得到認(rèn)可和推廣。斯金納與普萊西的教學(xué)機(jī)器遭遇了迥然不同的歷史命運(yùn)。斯金納本人把這一結(jié)果歸結(jié)于“文化慣性”，即普萊西的時(shí)代還沒(méi)有為教學(xué)機(jī)器的技術(shù)原始創(chuàng)新做好準(zhǔn)備(Skinner，1958)。但在“文化慣性”外，似乎還有更深層的原因：技術(shù)原始創(chuàng)新除了受時(shí)代變遷進(jìn)程中“文化慣性”這一外部因素影響外，還必須有基礎(chǔ)科學(xué)研究的源頭。斯金納的教學(xué)機(jī)器源自于基礎(chǔ)科學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)研究的重大突破，而普萊西的教學(xué)機(jī)器則缺乏有關(guān)學(xué)習(xí)之原創(chuàng)型科學(xué)理論的支撐。換句話說(shuō)，不管是斯金納的教學(xué)機(jī)器，還是普萊西的教學(xué)機(jī)器，都是教育領(lǐng)域的技術(shù)原始創(chuàng)新，但二者的根基不同。斯金納的“操作性條件反射”重大理論成果能夠?yàn)榻虒W(xué)機(jī)器這一技術(shù)原始創(chuàng)新提供系統(tǒng)、有力的理論支撐和指引，讓程序教學(xué)技術(shù)成為“基于科學(xué)的技術(shù)”(science-based technology)。在學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)研究沒(méi)有取得重大突破的情況下，普萊西設(shè)計(jì)的教學(xué)機(jī)器只能停留在經(jīng)驗(yàn)層面，其發(fā)展主要借助于常識(shí)而不是理論，屬于“工藝訣竅”，依靠反復(fù)試錯(cuò)進(jìn)行修正與完善，以此取得進(jìn)步。

斯金納的教學(xué)機(jī)器作為教育領(lǐng)域技術(shù)的原始創(chuàng)新，成為推動(dòng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)科學(xué)研究向程序教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵杠桿(Holland，1960)，充分展現(xiàn)了基礎(chǔ)科學(xué)推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新的巨大力量。斯金納的成功和普萊西的失敗，從正反兩個(gè)方面揭示了學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)科學(xué)研究與教育的技術(shù)原始創(chuàng)新之間的密切關(guān)系。近代以來(lái)的科技發(fā)展史表明，沒(méi)有基礎(chǔ)科學(xué)作為基石，技術(shù)原始創(chuàng)新注定走不遠(yuǎn)。這一普遍原則在教育領(lǐng)域同樣適用。工業(yè)革命以來(lái)，我們見(jiàn)證了無(wú)數(shù)基礎(chǔ)科學(xué)研究促進(jìn)技術(shù)原始創(chuàng)新的成功案例。

(二)科學(xué)技術(shù)的耦合發(fā)展：LOGO語(yǔ)言展現(xiàn)的教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的第二重境界

誕生于20世紀(jì)60年代的LOGO語(yǔ)言作為世界上第一款兒童編程語(yǔ)言，是教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的第二個(gè)典范，展現(xiàn)了不同于由教學(xué)機(jī)器所展現(xiàn)的教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的第二重境界。LOGO語(yǔ)言的誕生立足兩大基石：皮亞杰在建構(gòu)主義和明斯基(Margaret Minsky)在人工智能方面的開(kāi)拓性貢獻(xiàn)，是學(xué)習(xí)科學(xué)家和人工智能專家通力合作的結(jié)晶(Solomon et al. , 2020)。作為人工智能在教育領(lǐng)域內(nèi)的第一個(gè)技術(shù)原始創(chuàng)新，它展現(xiàn)了科學(xué)與技術(shù)如何以耦合發(fā)展的方式推動(dòng)教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的歷史軌跡。從學(xué)習(xí)研究看，LOGO語(yǔ)言的發(fā)明源于皮亞杰建構(gòu)主義理論對(duì)學(xué)習(xí)的新解釋，而LOGO二十年的應(yīng)用又有力地推進(jìn)了學(xué)習(xí)理論的建設(shè)與發(fā)展，其代表性成果即建構(gòu)主義(constructionism)在20世紀(jì)80年代的崛起，極大地拓寬和深化了對(duì)學(xué)習(xí)的科學(xué)理解，并為學(xué)習(xí)科學(xué)的崛起做了思想啟蒙和理論準(zhǔn)備(Sawyer，2006)。正如帕伯特(Papert，1986)所言：“從建構(gòu)主義心理學(xué)的理論視角看，我們把學(xué)習(xí)視為知識(shí)的重構(gòu)而不是傳遞。從大量教育經(jīng)驗(yàn)中，我們意識(shí)到當(dāng)學(xué)習(xí)被嵌入活動(dòng)中時(shí)就會(huì)變得非常有效，因?yàn)檎窃诨顒?dòng)中學(xué)習(xí)者才能夠經(jīng)驗(yàn)到對(duì)一件有意義作品的建構(gòu)……建構(gòu)主義不僅包含而且還超越了構(gòu)成學(xué)習(xí)深層結(jié)構(gòu)之基礎(chǔ)的認(rèn)知主義原則，對(duì)學(xué)習(xí)科學(xué)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要：它在認(rèn)知的深層結(jié)構(gòu)外增加了很多其它深層維度，包括情感的、審美的、社會(huì)文化的，在我們看來(lái)，這些維度起碼和那些認(rèn)知方面的因素同等重要?！庇纱瞬浑y看到，皮亞杰有關(guān)建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)研究為L(zhǎng)OGO語(yǔ)言的技術(shù)原始創(chuàng)新提供了科學(xué)支撐，而LOGO語(yǔ)言二十年的應(yīng)用實(shí)踐反過(guò)來(lái)又深化了對(duì)學(xué)習(xí)的科學(xué)理解。學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)科學(xué)研究與教育的技術(shù)原始創(chuàng)新之間的雙向交互與耦合發(fā)展，在這里得到了淋漓盡致的體現(xiàn)。

從人工智能看也是如此?！熬幊淌菍?duì)人類認(rèn)知的復(fù)雜性進(jìn)行建模，因此也是理解人類認(rèn)知這一行為的一種手段?！?Pea et al. , 1985)正如所羅門(Solomon et al. , 2020)所言：“人工智能和LOGO語(yǔ)言之間思想的流動(dòng)不是單向的。一開(kāi)始被引入LOGO語(yǔ)言的一些重要思想對(duì)人工智能以及更為一般意義上的計(jì)算機(jī)科學(xué)也有所回饋?！睔v史地看，LOGO語(yǔ)言的發(fā)明離不開(kāi)以明斯基為代表的一批人工智能學(xué)者的開(kāi)創(chuàng)性工作。沒(méi)有明斯基等人在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和Lisp等人工智能編程語(yǔ)言方面的開(kāi)拓性工作，便不可能有LOGO這一世界上第一款兒童編程語(yǔ)言的技術(shù)原始創(chuàng)新。而LOGO語(yǔ)言反過(guò)來(lái)又有力地推動(dòng)了人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展，其典型代表即是對(duì)Lisp這一人工智能編程語(yǔ)言的發(fā)展，比如Lisp LOGO作為未來(lái)孩子編程環(huán)境的原型(Miller，1979)，不僅可以在計(jì)劃制定與錯(cuò)誤糾正方面與學(xué)生溝通、互動(dòng)，而且還可以用于測(cè)試由Lisp代碼編成的其它人工智能微世界，以及用來(lái)測(cè)試、拓展基于LOGO之上的新編程語(yǔ)言。從LOGO語(yǔ)言的誕生和發(fā)展還可以看到，以教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新為牽引，真正實(shí)現(xiàn)了教育和技術(shù)兩大領(lǐng)域的雙向互動(dòng)。一方面，LOGO語(yǔ)言的誕生有賴于人工智能研究的進(jìn)步，特別是相關(guān)技術(shù)成熟的有力支撐；另一方面，LOGO的持續(xù)發(fā)展也有力推動(dòng)了人工智能及更為廣義的計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步。這樣一來(lái)，教育就不再是技術(shù)單純的消費(fèi)者，教育領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)原始創(chuàng)新不光讓教育受惠，同時(shí)也帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。

三、巴斯德象限：人工智能時(shí)代教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的新邏輯解讀

進(jìn)入21世紀(jì)，無(wú)論是科學(xué)技術(shù)發(fā)展，還是社會(huì)生活進(jìn)步，乃至教育技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，都已進(jìn)入了更高境界。時(shí)至今日，教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的這兩大范例留給后世的也不再是這些技術(shù)成果本身，而是其背后展現(xiàn)出來(lái)的教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的經(jīng)驗(yàn)與智慧。教學(xué)機(jī)器的發(fā)明展現(xiàn)了基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新之間的線性關(guān)系，LOGO語(yǔ)言的發(fā)明則展現(xiàn)了二者之間更復(fù)雜的交互作用，為理解人工智能時(shí)代教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新的邏輯，重新審視科學(xué)研究與技術(shù)創(chuàng)新之間的雙向交互給教育領(lǐng)域基礎(chǔ)科學(xué)突破與技術(shù)原始創(chuàng)新帶來(lái)更多的可能。

(一)巴斯德象限：基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的耦合發(fā)展及其教育意蘊(yùn)

科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系，大體上有三種解釋框架：第一種是“獨(dú)立模式”，認(rèn)為科學(xué)和技術(shù)是兩個(gè)相互獨(dú)立、基本沒(méi)有互動(dòng)的知識(shí)領(lǐng)域，這一框架可以用來(lái)有效解釋古代及中世紀(jì)早期的實(shí)踐；第二種是“依賴模式”，認(rèn)為不是科學(xué)依賴技術(shù)就是技術(shù)依賴科學(xué)，這一框架在解釋從中世紀(jì)早期到19世紀(jì)的實(shí)踐時(shí)卓有成效；第三種是“互助模式”，強(qiáng)調(diào)科學(xué)和技術(shù)之間形成了共生關(guān)系，且二者的區(qū)分越來(lái)越模糊，它是解釋20世紀(jì)以來(lái)科學(xué)與技術(shù)實(shí)踐的主導(dǎo)框架(Channell，2009)。這三種解釋框架基于不同時(shí)期的科學(xué)技術(shù)實(shí)踐，反映了不同時(shí)期科學(xué)與技術(shù)之間關(guān)系的認(rèn)知。由技術(shù)創(chuàng)新所催生的科學(xué)遠(yuǎn)不如基于科學(xué)而產(chǎn)生的技術(shù)的歷史久遠(yuǎn)(趙克，2015)?；A(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新之間曾被認(rèn)為是“層次相關(guān)”，即科學(xué)與技術(shù)之間展現(xiàn)出線性延展的特征(周子荷等，2020)，科學(xué)理論單方面推動(dòng)了技術(shù)進(jìn)步(Barnes，1982)。這在一定時(shí)期內(nèi)是符合事實(shí)的，但隨著實(shí)踐和認(rèn)識(shí)的不斷深入，人們?cè)絹?lái)越發(fā)現(xiàn)兩者呈現(xiàn)平行交互、動(dòng)態(tài)相關(guān)、相互促進(jìn)的關(guān)系(Klahr，2019)。斯托克斯(2011)基于歷史發(fā)展劃分了科學(xué)與技術(shù)研究的類型，認(rèn)為在由好奇心驅(qū)動(dòng)的純粹基礎(chǔ)研究和以應(yīng)用實(shí)踐為導(dǎo)向的純粹應(yīng)用研究之外，還存在著由應(yīng)用激發(fā)的基礎(chǔ)研究，并把其命名為“巴斯德象限”，用巴斯德作為范例以隱喻基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新之間的耦合發(fā)展關(guān)系。在斯托克斯看來(lái)，純粹基礎(chǔ)研究與純粹應(yīng)用研究沿著各自的軌道獨(dú)立發(fā)展，但并非沒(méi)有交集。由應(yīng)用激發(fā)的基礎(chǔ)研究就是連接上述兩個(gè)軌道的樞紐，它穿透了長(zhǎng)期矗立在科學(xué)與技術(shù)實(shí)踐之間的深溝高壘，開(kāi)辟了基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新耦合發(fā)展的新格局。如果說(shuō)在斯金納時(shí)代，教育領(lǐng)域基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展還處于早期階段，展現(xiàn)出來(lái)的還是基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新之間的線性關(guān)系，那么到了佩珀特時(shí)代，教育領(lǐng)域基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)系已經(jīng)步入了新境界，越來(lái)越呈現(xiàn)出協(xié)同共生、耦合發(fā)展的新趨勢(shì)。時(shí)至今日，這一格局不但基本形成，甚至還有所發(fā)展。正如科拉爾(Klahr，2019)指出的，斯托克斯的分析框架以更宏闊的視野分析了不同類型研究之間的交互作用，在價(jià)值判斷上也摒棄了以往厚“此”(基礎(chǔ)研究)薄“彼”(技術(shù)創(chuàng)新)的立場(chǎng)，而目前對(duì)學(xué)習(xí)的探索覆蓋了斯托克斯2乘2這一分類框架的所有類型。

就教育領(lǐng)域而言，基礎(chǔ)科學(xué)意義上的研究主要是學(xué)習(xí)的科學(xué)探索，即學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新層面上的探索主要表現(xiàn)為各種技術(shù)手段在教育領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，即教育技術(shù)。在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，學(xué)習(xí)科學(xué)與教育技術(shù)兩者各自獨(dú)立運(yùn)作，平行發(fā)展。學(xué)習(xí)科學(xué)主要依賴于以心理學(xué)為主的學(xué)習(xí)研究不斷向前推進(jìn)。教育技術(shù)主要表現(xiàn)為各種通用技術(shù)在教育領(lǐng)域的集成應(yīng)用。二者最后在教育實(shí)踐的場(chǎng)域中相遇。隨著時(shí)間的推移，教育領(lǐng)域基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新兩條平行線之間的距離越來(lái)越近，交互愈發(fā)頻繁，呈二元耦合、一體發(fā)展的趨勢(shì)。這意味著，教育的技術(shù)原始創(chuàng)新越迅速，學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)科學(xué)研究就越深入；反之，學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)研究越深入，教育的技術(shù)原始創(chuàng)新就越加速。這對(duì)于教育系統(tǒng)的變革具有重要意義。歷史地看，教育系統(tǒng)幾乎符合超穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的所有特征，長(zhǎng)期保持在超穩(wěn)定狀態(tài)，缺乏自發(fā)變革的動(dòng)力，面對(duì)外部因素遵循的是“沖擊—回應(yīng)”模式，面臨的也是強(qiáng)制性變遷，最終收獲的結(jié)局是“有變化而無(wú)變革”(Cuban，1997)。有學(xué)者曾經(jīng)指出：“到1520年，西方世界建立的約85個(gè)機(jī)構(gòu)至今仍以其公認(rèn)的形式存在著。這些機(jī)構(gòu)有相似的功能，歷史也不曾中斷。它們包括天主教會(huì)，馬恩島、冰島和大不列顛議會(huì)，瑞士幾個(gè)州和70所大學(xué)(克拉克，1993)?！本妥兓鄬?duì)較快的教育信息化領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，也長(zhǎng)期存在著“新瓶裝老酒”的批評(píng)(Tay et al. , 2018)。教育系統(tǒng)的超穩(wěn)定性由此可以一斑。形成這種超穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的原因很多，包括時(shí)代變遷和社會(huì)發(fā)展的制約等，但歸根結(jié)底還在于教育系統(tǒng)自身原始創(chuàng)新能力不足。在這種情況下，教育領(lǐng)域技術(shù)原始創(chuàng)新與基礎(chǔ)科學(xué)研究的二元耦合模式將有助于打破教育系統(tǒng)的超穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大教育系統(tǒng)中以創(chuàng)新為基礎(chǔ)之轉(zhuǎn)型實(shí)踐的規(guī)模(Serdyukov，2017)。

(二)巴斯德象限的人工智能：既是學(xué)習(xí)的科學(xué)也是教育的技術(shù)

人工智能的發(fā)展反映了當(dāng)代基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的普遍規(guī)律，即基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的一體化。當(dāng)前，以人工智能為代表的新一代信息技術(shù)強(qiáng)勢(shì)崛起，為教育領(lǐng)域提供了基礎(chǔ)科學(xué)研究與技術(shù)原始創(chuàng)新協(xié)調(diào)共生、耦合發(fā)展的新機(jī)遇。早在三十年前，人工智能專家尚克(Schank et al. , 1991)就提出了審視人工智能未來(lái)發(fā)展的三重視角：科學(xué)的、技術(shù)的和教育的。這三重視角有個(gè)共同主題，即對(duì)學(xué)習(xí)中心地位的強(qiáng)調(diào)。從科學(xué)的視角看，人工智能構(gòu)造的心智模型必須能夠解釋不同的學(xué)習(xí)現(xiàn)象；從技術(shù)的視角看，人工智能構(gòu)造的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要促進(jìn)初始知識(shí)的習(xí)得并最終適應(yīng)各種新情境，擁有學(xué)習(xí)能力是一項(xiàng)最基本的技術(shù)要求。站在教育的立場(chǎng)上看人工智能，它既是學(xué)習(xí)的科學(xué)，也是教育的技術(shù)，一如硬幣的兩面。人工智能的終極使命是用技術(shù)手段模擬人類智能。要用技術(shù)手段模擬人類智能，顯然離不開(kāi)對(duì)人類智能特別是學(xué)習(xí)機(jī)制的理解與認(rèn)知。對(duì)人類智能特別是人類學(xué)習(xí)的研究本就是人工智能科學(xué)的主要部分，甚至有部分人工智能專家在人工智能研究陷入最低潮時(shí)直接轉(zhuǎn)入對(duì)人類學(xué)習(xí)的科學(xué)探索(Kolodner，2004)。20世紀(jì)70年代，尚克試圖將人工智能研究的新成果應(yīng)用于自然語(yǔ)言理解，卻屢屢受挫。他發(fā)現(xiàn)：“要想讓機(jī)器變得更智能，就必須思考機(jī)器怎樣學(xué)習(xí)，而答案在于只有人才是能夠讓研究并得出答案的唯一實(shí)體”(Beach，1993)。其后，他轉(zhuǎn)入對(duì)人類學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)研究，進(jìn)而開(kāi)辟了學(xué)習(xí)科學(xué)這一新領(lǐng)域。在第一代學(xué)習(xí)科學(xué)家群體中，很多研究者都來(lái)自人工智能領(lǐng)域，其背后的邏輯正在于此。同時(shí)，還可以看到學(xué)習(xí)科學(xué)家在探索人類學(xué)習(xí)機(jī)制的過(guò)程中，不斷從人工智能技術(shù)的發(fā)展獲得思想靈感和技術(shù)支持。事實(shí)上，早期研究學(xué)習(xí)的認(rèn)知科學(xué)家正是從計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能研究中受到啟發(fā)，才建立了人類認(rèn)知的“計(jì)算機(jī)隱喻”和“機(jī)器隱喻”(Searle，1990)。

正如尚克(Schank et al. , 1991)所指出的，應(yīng)該放棄把人工智能理解為一種技術(shù)這樣膚淺的想法，只有從科學(xué)和技術(shù)兩個(gè)層面上才能夠揭示人工智能這一領(lǐng)域豐富的層次，并揭示它和教育之間的親緣關(guān)系。從科學(xué)層面看，人工智能的底層研究以對(duì)人類智能、人類學(xué)習(xí)機(jī)制的理解為基礎(chǔ)。經(jīng)典著作《計(jì)算機(jī)與思維》概括了推動(dòng)人工智能早期發(fā)展的三大目標(biāo)，其中兩個(gè)目標(biāo)均涉及以理解人類學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的科學(xué)理論的發(fā)展：第一是形成“復(fù)雜信息處理”能力，構(gòu)建基于智能的計(jì)算機(jī)程序，發(fā)展智能系統(tǒng)的基本理論；第二是通過(guò)將任務(wù)拆解成人類處理類似任務(wù)的程序化過(guò)程進(jìn)行智能挖掘，從而在理論層面探索如何對(duì)機(jī)器進(jìn)行人類智能的模擬。人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一部分(Newell et al. , 1967)，同時(shí)也深深地植根于心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)(Frankish et al. , 2014)。人工智能的大部分基礎(chǔ)研究是基于認(rèn)知開(kāi)展的(Glymour，1988)，主要研究計(jì)算機(jī)執(zhí)行任務(wù)時(shí)智能化的解決方案，涉及到人類處理類似任務(wù)時(shí)的智能思維(Simon，1995)，如最早的人工智能程序“邏輯理論家”的設(shè)計(jì)便受到了心理學(xué)研究關(guān)于記憶和問(wèn)題解決能力的啟發(fā)(Newell et al. , 1956；Hutchins，1995)。近年來(lái)，人工智能圍繞認(rèn)知架構(gòu)，即基于認(rèn)知主體信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，發(fā)展計(jì)算機(jī)的認(rèn)知功能(Carter，2007)。智能與適應(yīng)能力密切相關(guān)，包括解決問(wèn)題、學(xué)習(xí)與改進(jìn)的能力，而人工則是研究適應(yīng)環(huán)境的具體手段(Simon，1996)。認(rèn)知科學(xué)是一門人工科學(xué)，關(guān)注心智適應(yīng)不同場(chǎng)景發(fā)生的變化(Simon，1980)，這對(duì)于人工智能自適應(yīng)功能的發(fā)展有強(qiáng)大的支撐作用。人工智能高度關(guān)注人類的心智模式，這與學(xué)習(xí)科學(xué)家的追求是一致的。人工智能底層的基礎(chǔ)科學(xué)集計(jì)算機(jī)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、腦科學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等為一體，這種交叉學(xué)科性質(zhì)蘊(yùn)含了對(duì)學(xué)習(xí)的多視角、多層次理解，無(wú)疑可以有效提升技術(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中的科學(xué)性及其后續(xù)在教育場(chǎng)景中的應(yīng)用與轉(zhuǎn)換能力。長(zhǎng)期以來(lái)，在認(rèn)知理論能夠預(yù)測(cè)什么以及究竟什么才在真實(shí)場(chǎng)景中具有教育意義之間長(zhǎng)期缺乏聯(lián)系，20世紀(jì)90年代初學(xué)習(xí)科學(xué)的崛起有效促進(jìn)了二者的融合，使有關(guān)學(xué)習(xí)的科學(xué)研究與針對(duì)教育的技術(shù)創(chuàng)新之間實(shí)現(xiàn)了耦合發(fā)展(Hoadley，2018)。

人工智能內(nèi)在地包含了學(xué)習(xí)的科學(xué)與教育的技術(shù)。一方面，有關(guān)人類學(xué)習(xí)的科學(xué)理論為人工智能系統(tǒng)的搭建提供了精細(xì)、便捷的指南；另一方面，可操作的人工智能系統(tǒng)包含了大量結(jié)構(gòu)化的程序，而不同腳本的實(shí)現(xiàn)方式代表了不同的理論，在程序運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)出不同的特性，從中可以提煉學(xué)習(xí)的基本規(guī)律，促進(jìn)相應(yīng)的學(xué)習(xí)理論的形成、檢驗(yàn)及完善。對(duì)學(xué)習(xí)機(jī)制的科學(xué)探索為人工智能時(shí)代教育技術(shù)的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)支撐(Luckin，2019)，極大地豐富了人工智能技術(shù)在教育場(chǎng)景中的垂直應(yīng)用，同時(shí)又不斷從人工智能的理論發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新中汲取靈感和力量，持續(xù)深化對(duì)學(xué)習(xí)的科學(xué)認(rèn)識(shí)。就人類學(xué)習(xí)而言，認(rèn)知和情緒是兩個(gè)基本的組成部分。以情緒這一議題為例。情緒狀態(tài)在一定程度上會(huì)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度和效率產(chǎn)生影響(Nkambou et al. , 2010)，所以受到廣泛關(guān)注。人工智能利用技術(shù)手段針對(duì)涉及學(xué)生情緒的各種可察覺(jué)因素與可測(cè)量行為獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析(梁迎麗等，2018)，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生情緒的感知、識(shí)別、調(diào)節(jié)與預(yù)測(cè)，提升對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)習(xí)者情緒的理解與認(rèn)識(shí)的科學(xué)化與精準(zhǔn)化水平，同時(shí)認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)等模型也為實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)教育應(yīng)用的情緒識(shí)別、情感計(jì)算等工作提供了科學(xué)理論支撐(Petrovica et al. , 2017)。由于人工智能內(nèi)在地包含了學(xué)習(xí)的科學(xué)與教育的技術(shù)，并在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了二者的耦合一體發(fā)展，必將改變技術(shù)與教育融合的基本格局。既往對(duì)信息技術(shù)與教育融合的強(qiáng)調(diào)主要是單向度的，即信息技術(shù)在教育領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。人工智能時(shí)代需要超越這種單向度，更全面地認(rèn)識(shí)信息技術(shù)與教育的深度融合，更注重推進(jìn)人工智能與教育實(shí)踐的雙向交互而不是單向應(yīng)用。這不僅可以把教育領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)研究與技術(shù)原始創(chuàng)新推進(jìn)到新的高度，同時(shí)也必將有力地促進(jìn)人工智能自身的可持續(xù)發(fā)展，在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)科學(xué)與教育的技術(shù)創(chuàng)新的耦合發(fā)展，在外部實(shí)現(xiàn)技術(shù)和教育的雙向互動(dòng)。