教育技術“人—機”系統的研究

歐陽明　龔萍

【摘要】縱觀近現代教育技術的歷史，我們發現有諸多的教育技術系統。文章分析、概括此類系統的共性，提出教育技術“人一機”系統概念，并以虛擬學習社區為例研討了教育技術“人—機”系統的復雜系統特性；探究了大量出現教育技術“人—機”系統的原因所在；提出了教育技術“人—機”系統的一般開發模式。

【關鍵詞】教育技術：教育技術系統：教育技術“人—機”系統：復雜系統：開發模式

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2013）04—0021—06

在教育技術的發展過程中，出現了大量的教育技術系統。作者認為這類系統的出現，絕非偶然，試圖找出其存在的原因，提出一般開發模式，以期有助于后續研究。

一 教育技術“人—機”系統概述

回顧教育技術發展歷史，作者注意到以下這些教育技術系統：視聽教育系統、語音實驗室系統、廣播電視教育系統、計算機輔助教學系統、教學設計系統、微格教學系統、數字化圖書館系統、網絡教育系統、移動教育系統、泛在教育系統、云計算教育系統、虛擬學習社區，等等。這類系統除了具有各自的特性外，還隱含著一些共性。以下作者將著重對上述這類系統進行分析、研究、概括和抽象，找出其共性。

1 教育技術系統的特點分析和研究

按照系統科學原理，分析一個系統，要從內部構成及其所處的外部環境入手，內部結構表現為系統組分、系統結構特征以及整體涌現，外部環境表現為系統誕生的時代特征和發展演化所處的技術、文化、社會等環境。系統的生成、演變、發展、消亡都有其內因（即系統自身內部的自組織因素），也離不開外部環境和人為的影響和作用（即他組織作用）。

基于上述系統思維，我們可以從系統組成要素及特點、系統結構特征、系統功能、時代、環境、組織特性（自組織與他組織）這六個維度，來分析、研究這些近現代所出現的教育技術系統。

（1）組成要素及特點

所有這些系統，一般由人和機兩個要素組成。人一般包括教師、學習者、管理者以及教輔工作者；不同系統中機所對應的硬件和相應的媒體材料有所不同。如對于視聽教育系統，其機包含硬件主要為幻燈、投影、廣播、電影、教學機器、錄像、衛星電視等和媒體材料（視聽教材、印刷材料）；對于廣播電視教育系統，機包含硬件（廣播、電視、計算機等）和媒體材料（印刷文本、錄音錄像、VCD光盤、視頻直播課程等）；對于微格教學系統，機包含硬件（多媒體、攝錄像設備和計算機等）和媒體材料（課堂教學及演示技能、微格教案）；對于移動教育，其機包含硬件（終端設備及移動通信設備）和媒體材料（移動信息資源）；對于云計算教育，其機包含硬件（云設備和計算機）和媒體材料（各種動態資源）等等。

（2）系統結構特征

一般地，教師、學習者、媒體設備及相應媒體材料之間以各種形式合理互動。如對于語音實驗室系統，教師主控臺的信息通過音源設備輸送給學習者，在此過程中教師、學習者、機之間相互影響；對于移動教育系統，有學習需求的學習者利用有效的移動設備和媒體通道，選擇合適的學習資源，針對特制的課程內容進行學習對于泛在教育系統，學習者可以在任何時間任何地點，通過任何移動終端，隨意獲取當前所需要的學習資源等等。

（3）系統功能

所有這些系統，其功能都是改善教育促進學習者的學習。如對于教學設計系統，該系統以解決教學問題、優化學習者的學習為目的，對學習過程和學習資源進行系統安排，創設各種教學系統的過程；對于網絡教育系統，教師將網絡課程資源輸入因特網，流向網絡學生，向教師和學習者提供一種網絡教和學的環境等等。

（4）時代

這些系統都發生在工業文明和現代信息社會。如微格教學系統形成于美國60年代的教育改革運動，1963年，斯坦福大學借助錄音錄像設備和電教技術，形成了微格教學課程：對于數字化圖書館，20世紀90年代初，開始步入數字圖書館建設時期；對于移動教育系統，起源于2000年美國加州大學伯克利分校的Mobile Education研究項目等等。

（5）環境

各系統均對應與各自所處時代的技術、人文和社會環境。如視聽教育系統，工業革命推動科學技術，使得照相技術、幻燈機、無聲電影等被引入教學領域是其技術環境；而美國行為主義學習理論在教育中的主導作用以及人們開始研究具有視聽雙重特征的媒體是其產生的人文環境；泛在教育系統，隨著計算機技術和網絡通信技術的飛速發展，泛在計算已經出現，它是繼大型主機和個人計算機之后的“第三代”計算技術。

（6）組織特性

大多教育技術系統均為他組織而非自組織系統。通過對多個教育技術系統從六個維度的分析，作者發現盡管這些系統在出現的時代、環境和媒體設備的運用等方面都存在差異，但仍然可以抽象出以下共性：

①相同的組成要素。各系統都是由人（包括教師、學習者、管理者以及教輔工作者）和機（包括硬件和媒體材料）兩個相同的要素組成。

②相同的交互關系。這些系統，僅僅只是在不同時期由于不同的媒體設備、傳輸方式、與媒體想適應的教學材料的形態不同，教師與學習者的主體作用有所不同，但是，各系統中人機、人人、機機之間的交互關系相同或相似。

③相同的系統功能。上述這些系統，其目的都是通過運用媒體設備，促進學習者的學習和促進教育的發展，各系統都具有促進學習者學習的功能。

④相同的組織特性。這些系統都是他組織系統。

⑤相同的人機特性。這些系統全是既離不開人又離不開機的系統。

2 教育技術“人—機”系統的概念界定

綜合以上的概括總結，作者將教育技術中由人（包括教師、學習者、管理者以及教輔工作者）和機（包括硬件和媒體材料）兩個要素組成，人機、人人、機機之間具有相同或相似的交互關系，具有促進學習者學習的功能，并且具有人機特性的他組織系統合稱為教育技術“人—機”系統。

要特別說明的是，以上五點特性中，人機特性是教育技術“人—機”系統區別于其他教育教學系統的根本特性。其他教育教學系統由于沒有體現技術促進教育的教育技術本性，所以不適合歸屬于教育技術，應該歸屬其他教育科學的門類。

教育技術“人—機”系統是教育技術中一類具有人機特性的實際系統的抽象和概括，二者之間是一般與個別、普遍與特殊的關系。

3 教育技術“人—機”系統一般是復雜系統

復雜性即復雜系統的特性。通過對諸多的教育技術“人一機”系統進行分析，作者發現，教育技術“人—機”系統大多都具有復雜系統所具有的10個特性，一般是復雜系統。

以下以其典型案例虛擬學習社區系統為例來說明。虛擬學習社區是教育技術“人—機”系統的一個典型案例，首都師范大學王陸教授曾寫道：虛擬學習社區不僅是學習化社會的一種學習組織，也是一個由計算機、Intemet和人所組成的人機系統。虛擬學習社區是一種依托網絡而存在的復雜的教育技術“人—機”系統，具有多數教育技術“人—機”系統所具有的復雜系統特性。

①非線性。虛擬學習社區的組分（社區成員）種類繁多，子系統之間的非線性作用異常復雜，使得系統的各因素或子系統的相互作用所產生的結果是不確定的。②多樣性。虛擬學習社區的各成員或子成員之間以及各成員與環境之間的相互適應、相互競爭，加上各成員節點的自由流動，必然演化出多樣性。③多層性（層次性）。虛擬學習社區往往包含多個層次的成員節點，這些層次之間一般不滿足疊加原理。④涌現性。是虛擬學習社區各成員綜合起來所具有的一種整體特性，整體大于部分之和。⑤不可逆性。例如，一粒種子長成的作物，不會再回到原來的種子。⑥自適應性。虛擬學習社區通過自組織過程適應環境而出現新的結構、狀態或功能。⑦自組織臨界性。虛擬學習社區的發展過程是依賴大量的個體在相互作用、相互影響下的演化結果。⑧自相似性。虛擬學習社區系統的宏觀結構與局部結構都具有不同層次的自相似結構。⑨開放性。比如虛擬學習社區系統與周圍環境有密切聯系，能與周圍環境相互作用，并能不斷向更好地適應環境的方向發展變化。⑩動態性。虛擬學習社區一直是處于不斷的發展變化之中的，而且本身對未來的發展變化有一定的預測能力。

通過教育技術“人—機”系統的典型案例虛擬學習社區，作者認為教育技術“人—機”系統一般是復雜系統。

二 教育技術“人—機”系統存在的原因初探

隨著教育技術的不斷發展，大量的教育技術“人—機”系統相繼出現，為什么教育技術中會存在如此現象？楊開城經過多年的深入研究，認為：教育技術，即教育教學系統的構造技術。作者認為，教育技術就是制造教育信息系統的技術。為了更好地提高學習者的學習效率，在制造這些系統時，我們便用各種先進的、適合的技術來促進學習。然而，一方面，學習是復雜的，另一方面，技術不是萬能的，是一把雙刃劍，離開人類有史以來所積累的教育教學知識和教師的教學經驗，完全單純憑借技術來改善學習者的學習績效，技術很多時候會“無能為力”，甚至有時會適得其反。因此，在技術應用于教育的過程中，技術與教育的合理整合是必需的，人（教育工作者）與技術的結合是合理的、自然的，教育技術“人—機”系統的存在是客觀和必然的。作者試圖從以下三方面來闡述教育技術“人—機”系統存在的原因以及其存在的必然性和客觀性。

1 “人—機”系統存在與學習的復雜性相關

從最新的腦神經科學的觀點來看，學習是人與生俱來的大腦對外界環境做出高速應變的可塑性。即便是看似簡單的課堂學習，在知識的發送（從中介者的頭腦）和接收（到學習者的頭腦）過程中也會有很多參數進行干預。所以，一般來說，學習是整合了多維度、多功能、多境脈的活動，單一維度的理論模型在真實學習情境中都會遭遇變形和彎曲。

因為人腦的機制是復雜的，人們還不大可能甚至是不可能弄清楚人腦工作的機理，使得學習具有復雜性，而利用教育技術促進學習也是一個復雜的過程。面對復雜的教育技術問題，僅僅依賴人是不可行的，人的績效不高，無法像計算機那樣高速、準確地“計算”，而計算機的智能再發達也不能代替人腦來處理，我們必然要用教育技術“人—機”系統來解決，因此眾多的教育技術“人—機”系統是客觀存在的。

2 “人—機”系統存在與技術促進學習遇到的復雜性相關

技術在當今主要是計算機技術。到目前為止，即使全世界最高級的計算機也是按照馮，諾依曼原理制作的，是“左腦型”的智能設備。它不能像人那樣具有形象（直覺）思維、頓悟思維以及模糊思維，在很多方面還遠遠不及人類的大腦。因此，在現階段電腦不可能代替人腦。技術促進學習時所遇到的復雜性表現在如下三方面：（1）盡管人和計算機都使用語言，但兩者是有區別的，無論什么高級的計算機語言也不能代替人類自然語言；（2）在現有的計算機硬件水平上，人類難以制造出像大腦神經細胞那樣復雜的計算機“元件”：（3）正如常識的表示是知識表示的難題一樣，隱性知識在計算機中的表示過程是一個非常復雜的過程，其中涉及的知識難以表示成結構良好的方式，不大可能原樣地輸入計算機。

作者認為，教育技術的初衷就是利用技術來促進學習者的學習，但單純靠機不行（計算機只能邏輯思維；絕大多數教育問題難以或甚至不能找到數學模型，使其數字化處理），要解決復雜的教育問題，只能靠教育技術“人—機”系統。

3 人機結合對促進學習的合理性

如上所述，以技術促進學習遇到了復雜性和困難性，作者認為可以用人機結合的方式來解決。

機在當今主要是計算機，能處理的始終只能是可以形式化的、比較有規律的、統計性質比較好的、結構比較清晰的問題，而壞結構的問題只有在經過人的努力把它們轉化為良好結構問題時，計算機才能處理。對計算機而言，重要的不是它是否具有直覺形象思維能力，而在于人如何地把它不能處理的非形式化的問題轉化成它能處理的形式化的問題，這也就是人—機結合的目的所在。鑒于人和機這種特有的優勢，采用“機幫人、人幫機”的合作方式，人同機的關系是人利用機，機輔助人，強調機可以幫助人，人也可以不斷改進機，機能做的盡量由機器去完成，極大地擴展人腦邏輯思維處理信息的能力。在以人機結合的方式進行學習的過程中，我們可以借助專家知識和優秀教師經驗，使得形象問題的解決更準確更靈活，機器更加智能高效。

盡管各教育技術“人—機”系統以多種不同的形式出現在不同時期、不同環境下，具有各自不同的特點和功能，但制造這些教育技術“人—機”系統的目的都不外乎是促進學習者的學習和改善教育。人們試圖用各種先進的媒體技術來教學，甚至想以各種先進技術尤其是用計算機來代替教育工作者促進學習，實現完全的人工智能化和自動化。但由于計算機不能像人腦那樣思維，人腦的心理機制難以利用數學建模，不大可能被量化，所以必然要用“人—機”結合的方式來解決。因此不論技術如何發展，只要電腦永遠不能替代人腦，教育技術系統的人機特性就永遠不會消失，教育技術“人一機”系統就是必然存在的，而且很可能將永遠存在。

三 教育技術“人—機”系統的一般開發模式

盡管教育技術中諸多教育技術“人—機”系統具有人機特性，但在有些系統中，人的作用遠遠小于機所起的作用。我們把這類人在系統中發揮作用很小或不參與其中的系統認為是簡單系統，此類系統中的問題也是一些相對簡單、線性的、符合因果決定論的問題，對這類系統的開發采用ADDLE模式；而多數的教育技術“人—機”系統人在其中所起的作用與機相同或者是大于機，我們把這類系統稱之為復雜人機系統，對此類系統的開發我們采用綜合集成方法論模式。簡單系統不在我們研究之列，本文主要研究教育技術中復雜人機系統的開發模式。

1 綜合集成方法論概述

1990年，錢學森、于景元和戴汝為等首次把處理開放的復雜巨系統的方法定名為從定性到定量的綜合集成方法論（Meta-synthesis Methodology，MSM）。綜合集成方法論的實質是將專家群體、信息與知識體系以及計算機體系有機結合起來，構成一個高度智能化的人—機結合體系：它能把人的思維、思維的成果、人的經驗、知識、智慧以及各種資料和信息統統集成起來，從感性上升到理性，實現從多方面的定性認識上升到定量認識，從而解決復雜性問題。

2綜合集成方法論用于解決復雜系統開發問題的合理性

相比較一般科學方法論而言，集成方法論對復雜系統的開發，其基本意義主要體現在以下幾個方面：（1）為探索復雜系統指出了研究路線。在方法論邏輯范疇上，遵循還原論與整體論方法的互補思想，形成了自上而下的分析和由下而上的綜合相互結合的研究方法路線。（2）為研究復雜系統提供了技術路線。在技術路線上，以思維科學為基礎，采取了人—機結合、人一網結合、以人為主的方法論策略，充分發揮主體經驗在定性判斷、系統分析在定量分析中的不同趨勢。（3）實現人、機、經驗、知識與智慧的綜合集成。

3 教育技術“人—機”系統的開發模式

（1）教育技術“人—機”系統開發中的關鍵問題

在迅速發展的信息技術的推動下，綜合集成方法論要能夠全面更好地應用到具體教育技術“人—機”系統的開發中處理這一系列復雜系統的開發問題，要解決好如下關鍵問題。①人機結合策略。教育技術“人—機”系統所面對的問題是復雜的，各系統的目標和功能不盡相同，其人機結合程度應視具體問題而定，沒有統一的開發定式，但作者認為可以有一些可供參考的基本策略。根據人與機器系統在問題求解中所承擔的角色以及彼此相互協作的關系，人機結合的策略大致可以分為人機結合、以人為主的策略，人機結合、以機為主的策略，人機結合、人機協作的策略等。②從定性到定量。處理復雜問題的步驟就是一個從定性到定量的過程，具體表現為將專家憑經驗得到的定性認識以及各種信息與其他知識，通過計算機及相關的技術，進行綜合，建立模型，反復修改，最終上升為對全局的定量的認識。這個過程是非常復雜的，在此過程中，可能需要多層次的反饋。③建模方法。在研究諸如多數教育技術“人—機”系統這樣復雜問題時，一般盡可能地對問題建立模型，從而將對原始問題的關注轉移到對模型的研究上，并對模型求解。作者參考有關開發復雜巨系統問題的建模，及近年來復雜系統研究所采用的各種方法，這里歸納出6種建模策略或者方法：a基于機理的建模；b基于類比的建模；c基于規則的建模；d基于數據的建模；e基于演化的建模；f基于學習的建模。

以上三個問題：人機策略的選擇、從定性到定量的形式、建模方法的選擇，是教育技術“人—機”系統開發的關鍵點，直接關系到系統開發的成效。我們在開發教育技術“人—機”系統時，需要結合系統自身的特點，合理選取策略。

（2）教育技術“人—機”系統的一般開發模式的提出

作者認為，研究教育技術歷史上已經存在的大量的教育技術“人—機”系統，明確這類系統的開發模式，對未來將繼續出現的教育技術“人—機”系統的開發有著指導作用。

在具體開發中，這類系統的開發模式應以簡要的形式向系統開發者說明應該做什么，怎樣去做。在綜合集成思想的指導下，以上面提到的教育技術“人—機”系統開發中的三點關鍵問題為基礎，作者將綜合集成（MSM）指導下的整個教育技術“人—機”系統開發模式分為“問題”、“分析”、“收集”、“建模”、“設計”、“開發”、“實施”、“評價”、“修正”九個階段，如圖1所示：

A 模式各環節的說明

①“問題”環節，教育技術中通過技術促進學習遇到的復雜性問題，如計算機輔助教學、泛在教育、云計算教育、虛擬學習社區等，對這些復雜性問題進行描述。

②“分析”環節，根據形成的復雜問題描述，進行需求分析，可包括可行性分析、必要性分析、學習者分析、教學目標分析、教學資源分析、教學環境分析等，形成需求報告。

③“收集”環節，依據需求報告，收集人類歷史上存在的與所要研究的復雜問題相關的資料，這些資料可以是已有的方法、技術、模型、數據、信息、專家知識（顯性知識和隱性知識）和優秀教師的經驗等，對獲取的資料進行整理、精煉、排序與篩選等，形成信息清單。

④“建模”環節，基于綜合集成的信息清單，我們提出假設，進行集成建模，機器對收集轉換的數據信息進行數據存儲、計算與分析、輔助建模，最終給出模型。建模的模型包括學生模型、教師模型、環境模型等。學生模型是事先根據數據分析或某個教學理論確定幾種學生類型，生成幾個基本的學生原型，然后將每一個使用該系統的學習者根據分類標準歸屬到其中的一個原型中；教師模型是存儲教師教學經驗和教學策略，并在教學設施過程中產生因材施教個性化教學策略的“智能導師”的實體模型，包括教學策略的存儲裝置和產生教學策略的裝置兩個組成部分；環境模型涉及系統中的所有成員、資源、過程、外力、交互和系統或者子系統邊界。

⑤“設計”環節，根據所提出的模型，我們對其進行設計，其中可包括組織知識、闡明教學目標、設計可調整的教學策略和可操作的教學過程（準備學習環境、設計學習任務、創設學習情境等）、組織實踐等內容，最終制定設計方案。

⑥“開發”環節，以設計方案為指導，進行開發，開發時要選擇好開發工具和模型的開發方法以及搭建開發平臺，詳細給出實施程序，以便利用和管理。

⑦“實施”環節，按照實施程序的要求，制定實施過程和策略，推廣成果為在教學中使用提供支持，最終成為好的教學成果。

⑧“評價”環節，要知道教學效果如何，我們需要對教學成果進行評價，看它是否有助于教學目標的達成，是否有突破預設環境的收獲，形成評估報告。

⑨“修正”環節與傳統系統開發一致，我們將評估報告反饋到需求分析階段，根據評估結果這種總結性評價來進行系統修正，同時我們也可以在各個環節遇到新問題時依據形成性評價進行修正，以期最終達到預期需求。

B 模式的特點分析

該模式是將綜合集成方法論的問題解決過程應用于系統開發問題的基礎上，結合教育技術“人—機”系統的人機特性構建起來的。本模式與以往的工程技術的系統開發的其他模式相比，有以下幾個明顯的特點：

①該模式說明了每一個主要成分是怎樣跟其他成分相互聯系在一起的。實線表示從問題到評價的流程，虛線表示反饋路徑。評價活動可以揭示出在其他幾個成分中的何處需要修改。這個模式可以進行形成性和總結性雙向評價，可以滿足在教師教和學生學的過程中或后進行檢測的需要。模式圖中“虛線”代表各環節的形成性評價，而“實線”則是總結性評價，我們可以根據實際需要，自行選擇評價方式。

②綜合集成方法論思想貫穿全程。綜合集成方法論體現在A模式的九個環節中，其中①②⑧屬于定性綜合集成階段，在這個階段我們搜集不同學科、不同領域己有的資料，對所研究的復雜性問題進行優化篩選，在經驗性判斷的基礎上形成定性判斷；④⑤是定性到定量的綜合集成階段，在此階段我們針對前面所建立的數據和信息，提出經驗性假設，建立模型，形成定量描述；⑥⑦⑧⑨屬于從定性到定量的綜合集成階段，本階段，我們依次設計方案、實施程序、得到教學成果，每一個步驟可以反復修正，逐次逼近直到得到滿意的定量結果。如果定量結果否定了原有的需求和經驗性判斷，就必須依據定量結果提出新的經驗性判斷，形成新的模型，再重新循環直到獲得滿意的結論。

③本模式是在工程技術上的系統開發的原則的基礎上，加入了問題描述（教育技術中技術促進學習所遇到的復雜性問題）、集成清單（收集已有的與問題相關的資料綜合成集成清單）和建立模型三個環節，使教育技術“人—機”系統的開發更具綜合性，更人性化。

④該模式具有開放性，可以動態開放地進行修改。在具體的教與學的過程中，教師和學習者是具有主動性和適應性的主體，經常變更，另外隨著教師和學習者需求的改變，教學材料和環境也會隨之而改變，我們需要對其中的模型進行實時動態修改。本模式在每一個環節都具有反饋，可以滿足修改模型等需求。

綜上所述，大多教育技術“人—機”系統是復雜巨系統，而且各個系統的復雜程度不同，人機分工也不盡相同，簡單地直接應用面向多智能體的分析與設計，無法處理教育技術“人—機”系統中的諸多復雜性。而本研究中所給出的在綜合集成方法的指導下進行教育技術“人—機”系統的開發模式只是一個大的指導原則，至于具體系統的開發還需要結合各個系統本身的特點，選擇適合的人機結合策略，從定性到定量的形式，以及建模的方法，以便開發出預期的教育技術“人—機”系統。

四 小結

本研究通過分析、概括近現代教育技術歷史上出現的主流的教育技術系統的共性，作者抽象定義了教育技術“人一機”系統的概念，并以虛擬學習社區為例指出教育技術“人一機”系統一般是復雜系統。繼而，作者從“人—機”系統與學習的復雜性相關、“人—機”系統與技術促進學習遇到的困難性相關、人機結合對促進學習的合理性這三方面入手，找出了大量教育技術“人—機”系統的存在原因，同時指出了這類系統存在的客觀性和必然性。最后，作者以綜合集成方法論為基礎，提出了教育技術“人—機”系統開發的一般模式。

作者團隊曾嘗試用如上所提出的教育技術“人—機”系統的一般開發模式來開發系統，如教育技術學專業碩士學位論文評價系統研究，教育技術專業碩士學位論文優選研究，現代教育技術課程教學設計智能指導系統設計研究，等等。這些實際的實踐案例驗證了教育技術“人—機”系統一般開發模式的可行性。