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作者：尚俊杰、裴蕾丝 引用：尚俊杰，裴蕾丝. 发展学习科学若干重要问题的思考[J]. 现代教育技术, 2018,28(1):12-18.
引言 随着云计算、大数据、人工智能等信息技术的快速发展，整个社会都在讨论“消费升级”的话题，人们特别希望借助这些最新技术提升工作效率、改变业务流程，实现经济、社会等各领域的革命性变革——在教育领域更是如此，人们希望借助人工智能、大数据等最新技术，以及MOOC、微课、翻转课堂、游戏化学习、移动学习、VR/AR等新型学习方式，全面深化新时代的教育结构性变革，促进教育公平，提升教育质量，培养创新人才，满足人民美好生活的需要，实现中华民族的伟大复兴。 为了应对教育发展的内在需求和外在压力，在国家自然科学基金委与教育部的联合推动下，第186期双清论坛以“连接未来：教育、技术与创新”为主题，于2017年9月在浙江大学召开，国家自然科学基金委员会主任杨卫、教育部副部长杜占元、教育部原副部长韦钰等领导出席论坛并作重要讲话。与会专家一致认为，要结合中国实际，加强教育科学的基础研究，注重自然科学与人文社会科学相结合，共同推进教育改革的不断深入。在教育科学的诸多基础研究中，学习科学可以说是重中之重，甚至可以说“教育发展急需加强基础研究，基础研究可从学习科学开始”。然而，发展学习科学涉及若干重要问题，这些问题也一直困扰着诸多研究者。为此，本研究围绕这些问题进行思考，试图去探讨并回答这些问题。 一、学习科学究竟是什么？ 学习科学（Learning Sciences）最早源于1991年的美国，涉及认知科学、教育心理学、计算机科学、人类学、社会学、信息科学、神经科学、教育学、教学设计等多个学科。国际学习科学领域的知名研究专家、美国北卡罗莱纳大学教堂山分校的Swayer[1]教授在《剑桥学习科学手册》一书中指出，学习科学是一个研究教和学的跨学科领域；它研究各种情境下的学习——不仅包括学校课堂里的正式学习，也包括发生在家里、工作期间、场馆以及同伴之间的非正式学习。学习科学的研究目标，一是为了更好地理解认知和社会化过程以产生最有效的学习，即真实学习的基础机制；二是为了用学习科学的知识来重新设计已有的课堂及其它学习环境，从而促使学习者能够更有效、更深入地进行学习，即真实学习的有效设计与评价。简而言之，学习科学主要就是为了弄清楚：“人是如何学习的，怎样才能促进有效的学习？” 随着脑成像技术的不断发展，经济合作与发展组织（Organization for Economic Co-operation andDevelopmen，OECD）先后于2002年、2007年出版了《理解脑：一门新的学习科学》（Understanding the Brain: Towards a New Learning Science）和《理解脑：新的学习科学的诞生》（Understanding the Brain: The Birth of a New Learning Science），正式宣告了将“脑功能、脑结构与学习行为结合起来”研究的“一门新的学习科学”即教育神经科学（Educational Neuroscience）的诞生，由此开启了以脑科学为核心的新一代学习科学研究。目前，早期学习科学和教育神经科学这两类学习科学的研究正不断深入，虽然依托的研究方法和关注的层面不同（前者主要采取设计研究法，关注外在的学习行为；后者则主要采取以脑成像为代表的神经技术，关注内在的脑结构和功能连接），但其本质都是在回答“人是如何学习的，怎样才能促进有效的学习”这一根本性问题。 二、为什么会提出学习科学？ 人类对学习的关注自古有之，早在苏格拉底时代，就已经出现了关于学习的论述。然而，早期对学习本质的探索，更多的是采用哲学思辨的方式探讨有关学习的问题，如“知识是什么”、“知识来源于哪里”、“思维是如何产生的”等。直到19世纪，在瑞士民主主义教育家Pestalozzi提出“教育心理学化”主张的影响下，德国哲学家、心理学家和教育学家Herbart提出教育学研究要以心理学为基础，并强调用心理学知识来解释教育教学规律，这才使教育学成为了一门具有科学体系的学科，他也因此被世人誉为“科学教育学的奠基人”。从此，教育学便与心理学结下不解之缘，教育研究中的研究范式和成果，都或多或少会受到同时期心理学主流研究思想的影响[2]。 在历经早期实验心理学和行为主义心理学的探索与积累后，20世纪五六十年代，“认知革命”推动了以“心智及其产生过程”为核心研究内容的认知科学（Cognitive Science）的出现，成为当今时代具有里程碑意义的事件。1978年，在美国斯隆基金的持续资助下，研究者将原有的哲学、心理学、语言学、人类学、计算机科学和神经科学6大学科整合在一起，相互交织构成了认知科学的6个研究方向，分别是心智哲学、认知心理学、认知语言学、认知人类学、人工智能和认知神经科学。认知科学的出现，尤其是以信息加工和计算为核心特征的第一代认知科学研究成果的普及（如信息加工理论、知识的组块化表征、“7±2”信息加工容量等），不仅极大地推动了人们对心智的理解深度，而且催化了教育教学新思想的萌芽，将这些“规范且抽象”的认知科学成果应用于人类真实学习的研究从此变得流行起来。 但是，为什么还会提出“学习科学”这一个崭新的概念呢？这是因为，到了20世纪80年代前后，认知科学家逐渐发现传统认知科学关注的对象和研究方法过于远离人在真实世界中的学习，这些以脱离情境的认知建构和控制实验为特征的学习研究成果，很难有效地指导“不规范且具体”的真实学习，故对于现实学校教育实践的改进和教育质量的提升并不是十分理想。于是，这些具有超前意识的认知科学家纷纷从传统的认知科学一派出走[3]，开始基于真实的学习情境来研究学习（包括课内的正式学习和课外的非正式学习），希望通过在心智、脑和教育之间搭建“桥梁”，将脑科学的最新成果（从基因到行为）应用于教育教学之中。 因此，在20世纪70年代末80年代初，随着人工智能理论和计算机技术的发展，一批认知科学家和计算机科学家开始合作，逐渐形成了一个专门研究学习的崭新领域——学习科学。1991年，国际学习科学协会（International Societyof the Learning Sciences，ISLS）正式成立，并在美国西北大学正式召开了第一届学习科学国际会议，同时还发行了学习科学领域的第一本官方杂志——《学习科学杂志》（Journal of the Learning Sciences）。自此，现代意义上的学习科学正式宣告形成[4]。 三、学习科学为什么很重要？ 当前，基于信息技术的教育变革正如火如荼地进行，以教育信息化带动教育现代化已经成为了教育改革与发展的趋势。事实上，过去几年内教育信息化工作确实获得了长足的发展。在高等教育领域，MOOC的发展轰轰烈烈，中国大学MOOC、清华学堂在线、北大华文慕课等网站也都上传了大量精品在线开放课程，并已在部分高校中得到了扎扎实实的应用。在基础教育领域，“三通两平台”、“一师一优课”等项目成果丰硕，翻转课堂、移动学习、游戏化学习也都红红火火地开展起来了。随着互联网教育的影响力越来越大，人们对教育改革也越来越有信心，人们期盼信息技术能够和教育深度融合，以促使教育现代化的早日实现。 不过，或许因为教育改革进入了“深水区”，随着教育信息化的推进，教育改革碰到的问题似乎越来越多，教育信息化投入的效益也屡遭质疑。究其原因，可能会涉及经费、体制等多个方面，但如果对这些复杂的因素进行仔细分析，就一定会归结到“技术到底能否改变教育？”这一本质性问题上；如果再做进一步分析，最终就会归结到“人究竟是怎么学习的，怎样才能促进有效的学习”这一根本性问题上。在这个根本性问题没有得到彻底解决之前，希望利用信息技术将核心素养“买进学习者的脑中”以提升学习成效、实现个性化学习等，显然是很困难的。从这个意义上来说，加大学习科学研究具有非常重要的意义——只有深入研究学习科学，理解人们的学习过程，重新设计学习环境，才能真正实现教育的深层变革、实现“精准教育和精细教育”、实现教育领域的“消费升级”[5]。 四、学习科学与教育神经科学、教育技术有什么关系？ 目前，学习科学已经从一个跨学科概念逐渐演变为一个超学科概念，与很多人们已经耳熟能详的学科领域存在或多或少的关联。其中，与学习科学关系最紧密、也最令人难以区分的两个学科概念——教育神经科学和教育技术，究竟与学习科学存在哪些区别和联系？为什么“学习科学”是更适合这一领域的代名词？ 1.学习科学与教育神经科学 如前文所述，学习科学之所以兴起，是因为一批认知科学家认为传统的认知科学研究未能有效地推动真实情境中的学习，所以纷纷出来与当时兴起的人工智能计算机科学家们合作，提出了学习科学。实际上，当时的认知科学家里面有一部分是认知神经科学家，他们始终坚持从认知神经科学的视角研究人的学习问题，此后随着非侵入性脑成像技术的发展，他们可以更为方便地基于脑进行人类学习研究，所以慢慢成长为后来的教育神经科学家。与早期学习科学相似的是，这些教育神经科学的先行者也强调：传统的认知神经科学家比较注重微观的实验研究，而不太关注实验研究成果在教育中的应用，所以他们提出“教育神经科学”这个概念，借以希望自己的研究能够往课堂多走一步，以真正对教育实践产生积极的作用。 然而，目前学术界对于这种以脑科学为核心的学习科学研究领域的命名问题存在争议：应该命名为“教育神经科学（EducationalNeuroscience）”还是“神经教育学（Neuroeducation）”？事实上，这两种名称在国际组织、学术会议、学术期刊、专业设置等方面都有着自己的广泛应用，而且它们指向的研究领域也十分相似，即借助脑科学技术从脑—心理—行为层面研究“人是如何学习”的[6]。如果非要深究两者的差异，那么可以这么说：“教育神经科学”强调整合教育学的神经科学，更重视新的教育规律的发现[7]；而“神经教育学”强调以教育学为核心的跨学科整合，更侧重将基础研究中发现的规律应用于解决教育的实际问题中[8]。 2.学习科学与教育技术 以教育信息化带动教育现代化，已经成为了我国的基本国策。而当前教育信息化之所以获得蓬勃发展，其中起核心作用的就是教育技术。教育技术良好的实践导向，使其非常适合作为学习科学应用推行的政策抓手。因此，发展学习科学，自然离不开教育技术的支持。事实上，在提出“学习科学”这个概念时，就有一大批教育技术专家参与其中，而国际学习科学协会主办的另一本重要期刊——《计算机支持的协作学习》（International Journal of Computer-SupportedCollaborative Learning）实际上也可以算作是教育技术研究期刊。 在当前学习科学领域开展的诸多研究中，有两类最有吸引力：一类是偏向脑科学的研究，即教育神经科学研究；一类是人工智能、大数据等信息技术支持下的研究，即学习技术或学习分析研究。一般来说，采用学习理论、学习分析技术开展的教育技术研究可以算是比较纯粹的学习科学研究，因此学习技术或学习分析的大部分研究属于教育技术研究的范畴。而教育神经科学研究实际上也需用到教育技术——只了解人类学习中的脑认知过程，其意义并不大；只有当这些基础知识进一步转化成学习辅助的认知工具和环境，才能真正发挥学习科学对学生学习的促进作用。因此，学习科学与教育技术不是完全重合的关系，但却紧密相连。 3.“学习科学”一词的适切性 综上所述，学习科学与教育神经科学、教育技术是一种相辅相成的关系，很难用一个概念完全替代另外一个概念。相对而言，学习科学的包容性更好，能够较好地涵盖学习这个研究领域，不同的学科都可参与进来一起做学习的研究，如教育神经科学可以来做学习基础研究，教育技术学可以来做学习环境、学习技术研究，教育社会学可以来做社会学习研究等；而且，这些学科还可彼此跨学科合作，如开展基于教育神经科学的学习技术研究，以发挥更大的价值。 五、学习科学的核心研究内容是什么？ 学习科学的跨学科或超学科性质，必然导致其涉及的研究内容十分广泛，这就出现了一个问题：学习科学的核心研究内容是什么？针对这一问题，很多学习科学的研究者纷纷尝试对学习科学的研究内容进行系统梳理，产生了很多种不同的内容分类。如《人是如何学习的》一书将学习科学划分为五大主题：记忆和知识的结构、问题解决与推理的分析（专家分析）、早期基础、元认知过程和自我调节能力、文化体验与社区参与；《剑桥学习科学手册》将学习理论、基于设计的研究、专家学习和概念转变、知识可视化、计算机支持的协作学习（Computer SupportedCollaborative Learning，CSCL）和学习环境等作为学习科学的核心研究内容；在《学习科学的关键词》一书里，学习科学的核心研究内容则被列为学习共同体、建构主义学习环境、认知学徒制、概念转变、基于案例的推理、基于模型的推理、CSCL和多媒体学习[9]；如果对《学习科学杂志》（Journal of the Learning Sciences）已发表的论文进行内容分析，可以发现学习科学的主要研究内容涉及知识与认知、学习环境（如研究性学习环境和虚拟学习环境等）、研究工具与方法论（包括视频分析方法、设计设计方法等）、设计、合作学习与共同体[10]。由此可以看出，学习科学核心研究内容的确定比想象的难度要大，除了学习科学自身所涉内容的复杂性，不同学科背景的研究者在学习科学领域的汇合，也造成了相关学习科学核心研究内容的观点出现差异。 此外，美国国家科学基金会曾将学习科学研究大致分为三种取向[11]：①整合认知心理学、教学设计、计算机信息技术、智能系统的学习科学研究；②整合认知神经科学、神经科学、认知科学、医学与教育领域的学习科学；③整合机器学习、工程技术、人工智能等领域的学习科学。在这三种取向的基础上，本研究结合相关的学习科学内容分类研究成果，将学习科学领域的核心研究内容进一步归纳为： ①学习环境设计研究，大致对应于“整合认知心理学、教学设计、计算机信息技术、智能系统的学习科学研究”这一研究取向。该类研究更关注将已有的关于“人是如何学习”的科学知识，转化为可以直接应用于真实教育情境的干预方案，如学习媒介（教材、教具、多媒体等）设计、实体环境（教室、桌椅等）设计、学习交互（教学模式、组织策略等）设计，因此也常被称为学习技术研究。 ②学习基础机制研究，大致对应于“整合认知神经科学、神经科学、认知科学、医学与教育领域的学习科学”这一研究取向。借助先进的脑成像技术和设备，该类研究试图从微观的神经联结层面，研究真实情境中的教与学过程和特定教育干预对学习的影响。 ③学习分析技术研究，大致对应于“整合机器学习、工程技术、人工智能等领域的学习科学”这一研究取向。该类研究发生于教育信息化全面普及的背景下，通过变革传统学习评价测量技术，基于人工智能、大数据等技术，重建学习过程数据采集方法和规范，为深度有效地评估学习环境、促进教育实践提供了新的可能。 六、学习科学的未来到底怎样发展？ 一路走来，学习科学虽然取得了令人瞩目的成果，但我们仍需积极思考该领域在未来发展中可能面临的挑战，并提前部署可能的应对措施。未来，本研究认为应从三个层面保障学习科学的可持续发展： 1.政策支持层面，继续加大对学习科学的支持力度 在学习科学发展的近30年来，世界各国纷纷投入巨资筹建专门的学习科学组织机构、支持学习科学研究课题、设立学习科学专业培养点，以此引领和推进本国教育教学模式的变革，并争取在国际竞争中处于领先位置。相对而言，我国虽然一直关注教育科学研究，但对学习科学的重视还不充分，相关的机构建设、人才培养、经费支持等都处于刚刚起步的阶段。值得高兴的是，国家自然科学基金委已经将教育基础科学研究列为未来重点资助的研究领域，相信很快便可以成为推动我国学习科学领域快速发展的中坚力量。当然，鉴于我国学习科学研究刚步入发展正轨，很多方面都需要人才和资金的投入建设，因此还需要国家从研究课题、学科建设、学术活动等各个层面提供更多的政策支持，加大对人才和资金的投入力度，以推动学习科学研究的进一步发展。 2.教师培养层面，全面加强教师的学习科学素养培养 学习科学的根本出发点和落脚点是回答“人是如何学习的”，具体到教育教学实践中，就要围绕“学生如何学”来设计教师如何教，因此未来的学校教师需通过专业培训，构建起以学习科学素养为核心的教学知识能力体系，从实践应用和意识形态两个层面应对已经来临的新时代教育变革。具体的学习科学素养教师培训方案可以针对在职教师和师范生分别实施：一方面借助现有的教师系统培训项目，层次传导，实现从骨干教师到普通教师的学习科学素养普及；另一方面依托现有的师范生培养课程体系，通过开设学习科学相关专业课程、开展教育实习，双管齐下，培养潜在教师的学习科学素养。 3.学校实施层面，保持对学习科学的冷静思考，根据学校实际情况开展研究与实践工作 学习科学毕竟是一门基础学科，所以非专业出身的一线教师很难独自开展学习科学研究，盲目跟风反而可能会对现有的教育现状造成二次伤害。因此，本研究建议一线学校可以与普通高校以共建研究学校（ResearchSchool）的形式[12]，相互借力，共同开展更符合学校实际问题解决需求的学习科学研究——这里的普通高校既可以是师范类院校，也可以是非师范类综合院校，两者可以各有侧重、相互配合，如师范类院校更偏重学习科学的应用研究，主要负责指导学校更好地基于学习科学设计并开展教学；而非师范类综合院校虽然没有成熟的师范生培养体系，但可以基于学校真实教学开展学习科学基础机制的研究。 除此之外，促进未来学习科学发展的很重要的一点是在意识层面上转变研究者固有的、只愿意由单一学科独立承担研究项目的工作态度，同时破除学科内外壁垒，加强跨学科资源整合，推动不同学科的研究者共同探索构建符合学习科学研究的新合作模式。为此，美国国家自然科学基金会已投入巨资，从2004年试行“学习科学中心”（NSFScience of Learning Center）项目，通过长期的项目合作形式，促进不同学科在学习科学研究中的快速融合，至今已经成功建立了6个运行良好的学习科学中心。相较而言，我国在学习科学上的跨学科融合工作还有待继续深入，虽然一些知名高等院校已成立了与学习科学相关的研究组织，但这些组织主要依托于单一的教育技术或认知心理学院（如北京师范大学的脑与认知科学研究院、东南大学的儿童发展与学习科学教育部重点实验室、华东师范大学的学习科学研究中心等），由于历史原因，这两类学院之间长期处于独立研究的状态，且缺乏较为统一的理论基础，故想在现阶段就实现跨学科合作困难很多、难度很大。总的来说，在学习科学的未来发展道路上，除了需从政策支持、教师培养和学校实施等层面多方发力，还需研究者积极转变自身观念，主动参与到学科融合探索的新潮流之中。最理想的状态是，能够让各个学科的优秀人才都围绕学习开展研究，而不单单只是教育学科或认知学科的人才进行学习科学研究——只有这样，才能聚智聚力，才能在合力的作用下推动学习科学的快速发展，才能真正实现教育的伟大变革。 *基金项目：本文为国家自然科学基金2016年度应急管理项目“学习科学发展态势、需求与科学基金支持机制研究”（项目编号：L1624017）的阶段性研究成果；感谢马斯婕、李树玲对本文提出的宝贵建议。 作者简介：尚俊杰，副教授，博士，研究方向为游戏化学习、学习科学与技术设计、教育技术领导与政策等，邮箱为jjshang@pku.edu.cn；裴蕾丝，硕士，研究方向为学习科学、游戏化学习、教育游戏设计与开发等，邮箱为peileisi@pku.edu.cn。 |
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