義務教育信息化優質均衡發展的系統動力機制研究

摘" "要：從系統視角研究義務教育信息化優質均衡發展的演化規律和驅動力，對優質均衡發展失衡風險的預警和治理具有重要意義。使用系統動力學方法，構建義務教育信息化優質均衡發展仿真模型，結構化分析優質均衡發展的驅動因子和內在動力機制，明確義務教育信息化優質均衡發展的動力和未來趨勢。研究表明：義務教育信息化優質均衡發展的動力依次為信息化應用、信息化組織與管理、信息化保障機制、數字化教育資源平臺、信息化基礎設施，應該提升以教師信息技術應用能力為主的應用性投入，鞏固以信息化組織與管理隊伍、信息化激勵與考評制度建設為主的管理性投入，以及完善以數字化教育資源平臺、信息化基礎設施建設滿意度為主的建設性投入，以此來促進義務教育信息化優質均衡發展。

關鍵詞：義務教育；信息化；優質均衡發展；系統動力學；機制

中圖分類號：G434" " " " "文獻標志碼：A" " " " "文章編號：1673-8454（2024）03-0052-12

一、研究背景

2019年中共中央、國務院印發的《中國教育現代化2035》中明確提出，要著力提高教育質量，促進教育公平，到2035年實現義務教育優質均衡發展的目標。義務教育信息化優質均衡發展對當前促進教育優質均衡發展、實現教育公平具有重要的理論與實踐意義。在哲學社會科學領域，均衡是對事物發展狀況的一種描述，指向影響事物發展諸要素之間的一種穩定、有序、協調的狀態。[1]而優質均衡發展是指事物在時間和空間上以一種穩定、有序、協調的狀態發展。當系統內互相依存的各部分之間處于動態的運行平衡狀態時，我們稱這個系統處于均衡狀態。[2]社會系統結構與功能轉變的基本動力在于追求生存、發展及優化的愿望。[3]如果系統內部結構失去均衡性和協調性，也就會失去有序性和穩定性，系統整體的優化發展也就會喪失條件和基礎。[4]所以，義務教育信息化優質均衡發展是指，義務教育信息化系統內的各要素之間建立起一種穩定、有序、協調的發展狀態。其在空間結構上表現為不同地區之間，同一地區不同學校之間以及同一學校不同群體之間的均衡，在時間結構上表現為學生在接受信息化教育的起點、過程、結果等方面得到大致均等的教育條件和教育資源，[5]并盡可能地獲得發展與成長。

義務教育信息化是一個包含信息化基礎設施的物質循環、信息化組織與管理的信息傳遞，以及信息化應用的能量流動，并與外部教育系統不斷進行交互的復雜系統。分析影響義務教育信息化優質均衡發展的因素，不僅涉及多個變量動態性反饋問題，還存在信息化組織與管理、信息化保障機制等非線性問題。系統動力學主要是通過對系統內部變量間反饋結構關系的分析來研究系統整體行為的理論，也就是平衡條件下的變動對平衡態的影響。[6]系統動力學理論于20 世紀70 年代末引入我國，主要用于解決自然科學與社會科學領域中的預測、管理、優化等問題，近年來常被應用于教育信息化領域中解決復雜的非線性問題。有學者利用系統動力學方法，通過不同組合策略來觀察影響高等教育教學信息化系統發展的動態變化關系，為其科學發展提供決策與理論依據。[7]有學者基于系統動力學對教育信息化項目風險系統的演化進行仿真分析，明確提出不同變量對教育信息化項目風險的影響程度不同。[8]有學者構建的MOOCs環境下學習者個性化學習需求的預測模型，旨在優化學習者在MOOCs課堂中的參與度及學習體驗。[9]有學者利用系統動力學模型，科學地預測出中國“十四五”階段各級各類學校的教育規模比例，為教育管理部門制定相關教育發展目標等提供借鑒。[10]由此可見，系統動力學在預測與觀察不同變量影響相關系統動態行為變化關系上具有較大優勢。本研究利用系統動力學方法，一方面通過定性分析找準系統內部各要素之間的動態反饋結構，[11]構建出義務教育信息化優質均衡發展系統的動力學模型；另一方面通過定量分析，用流程圖及變量方程函數關系展現系統行為變化的趨勢，[12]找到影響義務教育信息化優質均衡發展的動力因素，模擬仿真出義務教育信息化優質均衡發展的未來路徑，為相關部門教育決策、政策制定提供參考。

二、測評體系的建立

為了明確義務教育信息化優質均衡發展中動力之間的結構及作用力關系，需要建立義務教育信息化優質均衡發展的測評體系。義務教育信息化優質均衡發展測評指標及指標權重的研究相對比較多，本研究測評指標的確定采用關鍵指標提取法，而指標權重的確定采用熵值法。 在中國知網中以“義務教育信息化”“測量”“評估（價）”“優質均衡發展”作為關鍵詞，按照主題相關性進行篩選，查找到有效文獻26篇，利用Bicomb2.01軟件對其進行關鍵要素指標的提取，提取過程中將相近同義項進行合并，以詞頻大于13次的關鍵詞為高頻詞，[13]最終確定義務教育信息化優質均衡發展系統的關鍵指標。在指標體系權重計算上采用客觀賦權法中的熵值法。[14]

首先，計算義務教育信息化優質均衡發展測評指標體系中第j項指標的熵值，用ej表示，ej巍蔥0，1]。

eij=-k■pijInpij公式1

公式1中，pij為指標比重，pij=■表示第j個指標下的樣本占該指標的比重，k為調節系數，k=■，n為樣本總量，Xij表示第i個樣本的第j項指標的得分。

其次，計算第j項指標的差異性系數dj，dj越大，那么指標數據包含的信息承載量越大，指標的影響力也就越大，則有：

dj=1-ej，j=1，2，...，n公式2

最后，計算第i個維度下第j項指標的權重系數，則有：

Wij=■公式3

由于熵值法得到的權重小數位數偏多，在實際統計過程中不利于指標間比較。為此，將在熵值法確立的指標權重基礎上，進行指標權重的歸一化處理。具體計算公式如下：

W*ij=■公式4

公式4中，W*ij表示第i個維度下第j項指標歸一化后的權重，Wij表示第i個維度下第j項指標在熵值法中確立的權重，■Wij表示第i個維度下第j項指標在熵值法中確立權重的總和。最終構建由5個一級指標、14個二級指標、51個三級指標的義務教育信息化優質均衡發展系統測評體系，如表1所示。

三、系統動力學模型的構建

要揭示義務教育信息化均衡條件變化對均衡態的影響，可以利用系統動力學方法分析影響義務教育信息化優質均衡發展因素之間的關系，對不同投入下義務教育信息化的優質均衡發展狀況進行模擬。所構建的義務教育信息化優質均衡發展系統動力學模型包括確定系統因果關系圖、系統流圖、變量關系方程式、模型檢驗等環節，[38]以此來表示系統內部結構的變動。

（一）因果關系

依據義務教育信息化優質均衡發展系統測評指標的構建，對義務教育信息化優質均衡發展系統內部五個優質均衡發展子系統之間的相互關系進行分析，利用Vensim PLE軟件繪制其因果關系圖，如圖1所示。其中箭頭帶有正負標向的弧線被稱為因果鏈路，因果鏈路上“+”符號為正因果鏈路，表示箭尾元素與箭頭元素呈正相關，反之為負因果鏈路。同時，由若干條因果鏈路所組成的回路稱為因果反饋回路，確定該因果反饋回路極性需要看其反饋回路中的負因果鏈路的個數，若為奇數個，則其極性為負，反之其極性為正。[39]義務教育信息化優質均衡發展系統的因果關系分析是從五個優質均衡發展子系統出發，以義務教育信息化優質均衡發展總投入及五個優質均衡發展子系統投入因子分配比例的變化為線索，明確義務教育信息化優質均衡發展各要素之間的因果關系。

（二）模型系統流圖

系統流圖是在因果關系確立的基礎上，對五個優質均衡發展子系統中的變量性質進行定量區分，并引入狀態變量、速率變量、輔助變量、常量及物質流、信息流等更加直觀的符號反映該系統變量之間的動態邏輯結構關系，[40]以便掌握義務教育信息化優質均衡發展系統的結構及行為特性。另外，通過各變量之間的數學方程式，也可以科學地預測與分析不同資金投入比例對義務教育信息化優質均衡發展系統的影響。借助Vensim軟件構建義務教育信息化優質均衡發展系統的流圖，為了便于觀察將線條交叉部分標為虛線，如圖2所示。

（三）動力學模型的檢驗

1.運行檢驗

在Vensim軟件中設定TIME STEP參數為1、0.5、0.25進行仿真比較，如圖3所示。結果發現仿真步長由1年降到0.5或0.25年時，義務教育信息化優質均衡發展輔助變量的行為模式并未發生明顯變化，并且均在第9年出現實現義務教育信息化優質均衡發展的拐點，說明仿真步長的流率變化不會使該系統運行結果產生較大誤差，表明該系統行為處于基本穩定狀態。以下將選取1年作為該模型仿真的步長進行系統模擬，結果如圖3所示。

2.靈敏度檢驗

以lt;TIMEgt;調整周期常量為例，將其參數值設定為1倍、5倍、10倍，觀察義務教育信息化優質均衡發展輔助變量的模擬結果，如圖4所示。

從圖4可以看出，當總投入為5且lt;TIMEgt;調整周期不斷增加時，一方面，實現義務教育信息化優質均衡發展的年限不斷延長，表明義務教育信息化優質均衡發展調整周期慢會嚴重阻礙其優質均衡發展的實現，這就需要相關部門增加義務教育信息化優質均衡發展調整周期的速度。另一方面，義務教育信息化優質均衡發展系統常量的極端改變，只會影響優質均衡發展系統數值的改變，但行為模式不會發生劇烈變動，對其他常量逐一重復上述步驟進行相應檢驗均未發現異常變化。

四、系統動力的確定

本研究以西部某地區中小學教師為研究對象，采用分層抽樣發放的方法，發放問卷260份，有效問卷227份。經過探索性因子分析對數據進行效度檢驗，得到KMO和Bartlett球型檢驗的值為0.943，累積方差解釋率為71.50%，在信度檢驗上所有題項的Cronbachα值為0.943，表明該數據具有良好的信效度，可進行下一步義務教育信息化優質均衡發展系統動力學模型的構建與仿真分析。

（一）增加總投入以助力均衡狀態的早日實現

增加義務教育信息化總投入有助于均衡狀態的早日實現。一是對五個優質均衡發展子系統建設投入因子的比例進行義務教育信息化總投入的平均分配處理。二是通過改變輔助變量義務教育信息化優質均衡發展總投入比例的參數值，觀察義務教育信息化優質均衡發展輔助變量的變化情況和該系統行為的演變過程，如圖5所示。

整體來看，當總投入比例為5時，將在第9年后實現區域教育信息化的優質均衡發展；當投入增大到目前的2倍（總投入比例為10）、3倍（總投入比例為15）、4倍（總投入比例為20）、5倍（總投入比例為20）時，將分別在第8年、第7年、第6年、第5年后實現區域教育信息化的優質均衡發展。說明隨著義務教育信息化優質均衡發展總投入比例的不斷擴大，義務教育信息化實現優質均衡發展的年限間距逐漸減小，一定程度上說明義務教育信息化高投入可以消解義務教育信息化的失衡發展狀況。但義務教育信息化優質均衡發展是一個復雜且漫長的調整過程，提高義務教育信息化優質均衡發展總投入只是改善其失衡發展的有效條件之一，要想利用有限投入獲得義務教育信息化優質均衡發展的高回報，就需要從五個優質均衡發展子系統中尋找具體的較優策略。

（二）以教育信息化應用為動力來源

義務教育信息化優質均衡發展的最強勁動力來自教育信息化應用。當義務教育信息化優質均衡發展總投入比例的參數值固定為5時，僅通過改變信息化組織與管理、信息化基礎設施等五個優質均衡發展子系統建設投入因子的分配比例，按照上述判斷依據，仿真預測出其對義務教育信息化優質均衡發展所產生的不同影響效應，如圖6所示。

由此可見，通過在有限投入比例中單個增加五個子系統的投入比例，發現其對義務教育信息化優質均衡發展的影響效應大小排序為：信息化應用gt;信息化組織與管理gt;信息化保障機制gt;各投入因子比例平均分配gt;數字化教育資源與平臺建設gt;信息化基礎設施建設，這說明，僅僅通過信息化硬軟件資源的優化配置，并不能大幅度提升基礎教育信息化優質均衡發展的效應。真正解決基礎教育信息化失衡發展的作用機制在于：確切落實信息化保障與激勵機制，組建以教育主體數字化學習需求為中心的信息化組織與管理隊伍，在有序的數字化教育場域中使信息化應用的過程與結果具有價值。此外，目前我國各級各類學校在信息化基礎設施、數字化教育資源平臺等技術準入性建設方面，已通過增加投入力度取得較大進展，但在信息化應用方面仍存在校際、城鄉、區域的使用鴻溝，原因就在于單一外延式投入雖能產生優質均衡發展效應，但教育主體未能掌握有效利用該類信息化硬軟件資源的知識與技能，并在認知系統內建立感知無用性的刻板印象，未能從根本上消解由教育主體技能與使用差異所帶來的發展差異，且所付出的經濟成本代價巨大。

（三）發展動力的多元性和結構性特點

1.提高信息化基礎設施建設滿意度

信息化基礎設施優質均衡發展子系統中，提高信息化基礎設施建設滿意度為促進優質均衡發展的最有效策略。

在信息化基礎設施優質均衡發展子系統中，通過對投入因子在三級指標上的分配變化進行仿真分析發現，促進優質均衡發展效應的大小排序依次為：各建設投入因子及三級指標平均分配（第9年）gt;信息化基礎設施建設滿意度投入（第10年）gt;信息化終端配備投入（第10年）gt;信息化教室建設投入（第11年），如圖7所示。

由圖7可以看出，信息化硬件設施搭建的信息化教育環境只有在全面滿足師生開展日常教學實踐的基礎上，才能促進義務教育信息化的優質均衡發展。但僅通過信息化基礎設施建設并不能及時縮短義務教育信息化實現優質均衡發展的年限，系統行為總體變化趨勢與上述分析結果相一致。

2.提高數字化教育資源平臺建設滿意度

數字化教育資源平臺優質均衡發展子系統中，提高數字化教育資源平臺建設滿意度為促進優質均衡發展的最有效策略。

在數字化教育資源平臺優質均衡發展子系統中，通過對投入因子在三級指標上的分配變化進行仿真分析發現，促進優質均衡發展效應的大小排序依次為：各建設投入因子及三級指標平均分配（第9年）gt;數字化教育資源平臺建設滿意度投入（第9年）gt;數字化教育資源與平臺建設投入（第10年），如圖8所示。

圖8的仿真結果表明，數字化教育資源平臺只有從學校教育教學的實際需求出發，建設出令人滿意的資源才能更快地促進各義務教育信息化的優質均衡發展。僅通過數字化教育資源平臺建設也不能及時縮短義務教育信息化實現優質均衡發展的年限，系統行為總體變化趨勢與上述分析結果相一致。

3.促進信息化組織與管理人才隊伍建設

信息化組織與管理子系統中，促進信息化組織與管理人才隊伍建設為促進優質均衡發展的最有效策略。

通過仿真分析發現，在信息化組織與管理子系統中，促進義務教育信息化優質均衡發展效應的大小排序依次為：信息化組織與管理隊伍建設投入（第5年）gt;信息化組織與管理建設滿意度投入（第6年）gt;信息化組織與管理機制建設投入（第7年）gt;各建設投入因子及二級指標平均分配（第9年），如圖9所示。

在信息化組織與管理方面，整體提升學校信息化組織與管理隊伍的領導與規劃力建設，能加快義務教育信息化實現優質均衡發展的年限，而均衡分配三方面的投入只會延緩均衡的實現。表明信息化組織與管理人才隊伍的建設是促進優質均衡發展的最有效策略。

4.加強信息化激勵與考評制度建設

信息化保障機制優質均衡發展子系統中，加強信息化激勵與考評制度建設為促進優質均衡發展的最有效策略。

通過仿真分析發現，促進義務教育信息化優質均衡發展效應的大小排序依次為：信息化激勵與考評制度建設投入（第6年）gt;信息化保障機制建設滿意度投入（第7年）gt;各建設投入因子及二級指標平均分配（第9年），如圖10所示。

在信息化保障機制優質均衡發展子系統中，加強信息化激勵與考評制度建設為促進優質均衡發展的最有效策略，平均分配是所有策略中效果最差的，因此，信息化激勵與考評的制度建設必須給予重視。

5.提升教師信息技術應用能力

信息化應用優質均衡發展子系統中，提升教師信息技術應用能力為促進優質均衡發展的最有效策略。

通過仿真分析發現，促進義務教育信息化優質均衡發展效應的大小排序依次為：教師信息技術應用能力投入（第3年）gt;信息技術應用的滿意度投入（第3年）gt;信息化學習應用投入（第4年）gt;信息化資源平臺應用（第4年）gt;各建設投入因子及二級指標平均分配（第9年），如圖11所示。

圖11的仿真結果表明，提升教師信息技術應用能力和信息技術應用的滿意度都可以最快實現義務教育信息化優質均衡發展，而所有方面均衡投入只會延緩均衡的實現，所以，應該在教師信息技術應用能力培養和信息技術應用的滿意度方面著力。

通過對以上五個方面的綜合比較，可以找到實現優質均衡發展的最優策略。由圖7—圖11的對比可以發現，義務教育信息化優質均衡發展的累積效應大小依次為：教師信息技術應用能力投入（第3年）gt;信息技術應用的滿意度投入（第3年）gt;信息化學習應用投入（第4年）gt;信息化資源平臺應用（第4年）gt;信息化組織與管理隊伍建設投入（第5年）gt;信息化組織與管理建設滿意度投入（第6年）gt;信息化激勵與考評制度建設投入（第6年）gt;信息化保障機制建設滿意度投入（第7年）gt;信息化組織與管理機制建設投入（第7年）gt;各建設投入因子及二級指標平均分配（第9年）gt;數字化教育資源平臺建設滿意度投入（第9年）gt;數字化教育資源與平臺建設投入（第10年）gt;信息化基礎設施建設滿意度投入（第10年）gt;信息化終端配備投入（第10年）gt;信息化教室建設投入（第11年）。由此可見，促進優質均衡發展的最優策略是以提升教師信息技術應用能力為主的、信息化應用子系統的應用型投入；穩固策略是以信息化組織與管理隊伍、信息化激勵與考評制度建設為主的，信息化組織與管理以及信息化保障機制子系統的管理性投入；基礎策略是以數字化教育資源平臺滿意度、信息化基礎設施建設滿意度為主的，數字化教育資源平臺以及信息化基礎設施子系統的建設性投入。

五、促進義務教育信息化

優質均衡發展的策略

（一）最優策略

提升以教師信息技術應用能力為主的應用性投入，是推進義務教育信息化優質均衡發展的最優策略。教師是教育工作的中堅力量，有高質量的教師，才會有高質量的教育。通過對教師信息技術應用能力的分析，發現僅有42.6%的鄉村教師在信息技術評估與診斷能力、信息技術與課程整合能力的自評上給予良好與優秀，且僅有22.3%的鄉村教師對自身信息技術應用能力十分滿意。此外，利用線性回歸得出教師信息技術應用能力對學生信息化學習應用有顯著正向影響（plt;0.01，t=2.143，β=0.261，調整后的R2=0.575），以教師為主的教育引導者，依據不同的信息素養在數字化教育中開展數字化教學活動產出的學習價值差異，導致學生利用信息化實現全面發展程度存在差距。信息化應用是基礎教育信息化最終建設的目的與效益體現，根據仿真預測結果分析，單維有限資金投入供給教師信息技術應用能力的培訓對義務教育信息化優質均衡發展效應的促進作用最為明顯。教育部把信息素養列為師范生教育實踐能力所屬的專業知識，使教師和教師儲備人才了解信息時代對人才培養的新要求。因此，結合全國中小學教師信息技術應用能力提升工程2.0，單維資金投入情況下，投入的資金除了用于增加教師與科研團隊開展線下信息化教學活動的交流機會，還要用于打造線上教師信息化技能培訓的全套課程、構建教師學以致用轉化的信息化教學活動課堂展示平臺。這不僅可以加強教師信息技術應用能力，還可以使教師在線上個性化選取自我專業發展所需的信息技能課程，并做到即時學習與復習。所提供的課堂展示平臺也是以營造全員研討為主的校本應用氛圍形式，使教師有效實現線上學習、線下應用，及時在所任學科中實現學與用的融合。

（二）穩固策略

鞏固以信息化組織與管理隊伍、信息化激勵與考評制度建設為主的管理性投入，是促進義務教育信息化優質均衡發展的穩固策略。信息化組織與管理隊伍建設是保障基礎教育信息化優質均衡發展穩步推進的支持力量，有分工明確、職責清晰的信息化組織與管理隊伍，才能合理規劃與建立基礎教育學校各項信息化發展措施和機制。通過對教師在信息化組織與管理、信息化保障機制中情況的分析，發現信息技術專業人員較少及其支持服務水平較低，城市與農村兩項指標總體滿意度均值占比分別為56.7%、58.9%，其中城市地區兩項指標總體滿意度占比分別為85.5%、88.1%。上述線性回歸分析顯示，信息化組織與管理、信息化保障機制建設會對信息化應用產生正向顯著性影響，信息化組織與管理對信息化保障機制也存在正向顯著性影響。建立以信息化組織與管理隊伍、信息化激勵與考評制度為主的信息化組織與管理，以及信息化保障機制的目的在于，科學地規范與保障基礎教育信息化的平穩推進、實施與運行，而這又依賴于學校信息化管理團隊的領導力。依據仿真預測結果分析，單維有限的資金投入供給信息化組織與管理隊伍、信息化激勵與考評制度，對義務教育信息化優質均衡發展效應具有明顯的促進作用。結合2021年教育部對加強新時代教育管理信息化工作的目標與任務，提出以下策略：首先，將單維資金投入應用于信息化組織與管理隊伍的高效組建中，明確校內外教育信息化組織與管理分工，補齊信息技術專業人員空缺的短板。其次，建立科學合理的信息化激勵與考評機制、經費使用監管機制。一方面落實各類教師定期參與多形式、重實效的信息化培訓，另一方面提升經費在校系統運行維護、安全維護、應用培訓及隊伍建設中的使用效率。最后，建立基礎教育信息化評估反饋機制與監管平臺，以師生、家長為主體對學校教育信息化發展水平進行相應評價，依據大數據平臺及時從信息化組織與保障的領導層面調整基礎教育信息化發展方向。

（三）基礎策略

完善以數字化教育資源平臺、信息化基礎設施建設滿意度為主的建設性投入，是推動義務教育信息化優質均衡發展的基礎策略。信息化基礎設施與數字化教育資源平臺是保障基礎教育信息化優質均衡發展的關鍵力量。通過對數字化教育資源平臺及信息化基礎設施建設的滿意度分析，發現僅有36.8%及51.3%的教師對其建設應用持十分滿意的態度。上述回歸分析也表明，數字化教育資源平臺受到信息化組織與管理、信息化基礎設施的正向影響，且對信息化應用產生正向影響。數字化教育資源平臺及信息化基礎設施是學生能否占有平等的信息化設備與資源開展數字化學習的關鍵。基于仿真預測結果分析，單維數字化教育資源平臺及信息化基礎設施建設并不能快速縮短義務教育信息化優質均衡發展的實現年限，這與當前學校存在的信息化硬軟件一次性配置投入、急于求成的現象相類似。基于此，采取長效投入的運行維護機制，建立和提供可持續性使用的數字化教育資源平臺及信息化基礎設施是奠定優質均衡發展的基石。首先，精準配置信息化終端及可移動性設備，并以統一購買數字化教育資源券的形式保障教育主體信息化準入的公平性。其次，建立企業參與學校信息化基礎設施建設維護的準入審查機制，確保學校能買得起與用得上。最后，開發具有多學科性、校本性的高質量數字化教育資源，目前，針對鄉村地區學生數字化學習需求開發的資源種類較少，且藝術類的占比量更少，進而需要以鄉村地區教育主體數字化學習風格及需求為主，著力建設校本性數字化教育資源，并豐富藝術類學科數字化教學資源建設，使學生可以擁有長效保障的信息化設備與數字化教育資源平臺使用權限，保證學生開展信息化學習機會的均等。

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