教育信息科学融合研究的系统框架与路径.pdf

第 期（总第 期）成人教育 ：教育信息科学融合研究的系统框架与路径谭璐，彭海蕾（北京开放大学 首都终身教育研究基地，北京 ；北京联合大学 师范学院，北京 ）【摘要】从系统观出发，构建信息科学知识理论框架，明确教育信息科学属于教育领域的学科信息学。从项目和论文梳理教育信息科学研究框架和现状，定位和凝练这一研究领域存在的关键问题，即缺少学科研究的统一立场、系统化主导思维和持续深入的实践检验，又缺少对信息技术和教育系统相互作用或融合的基本原理、深层机制、价值导向的整体认知和辩证思考。教育信息科学的建立和发展，应加强基础研究和哲学指引，深化对教育系统多层次研究对象的认识；借鉴系统方法论确立社会科学和自然科学方法有机融合的研究路径；在复杂性视野中反思纯粹的理性主义，建立超越数据和算法的综合性、整体性和创造性研究逻辑。【关键词】教育信息科学；教育系统；学科信息学；系统观；学科融合【中图分类号】；【文献标识码】【文章编号】（）【收稿日期】【基金项目】年度北京市属高校高水平创新团队建设计划项目“教育信息化 时代推进开放教育现代化”，项目编号为 ；年度北京市社科基金一般项目“京津冀学前教育协同发展资源共享机制与实践研究”，项目编号为 【作者简介】谭璐（），女，贵阳人，博士，副研究员，研究方向为开放教育、教育系统论；通讯作者：彭海蕾（），女，上海人，博士，教授，研究方向为教学论、学前教育。教育是一种与“物质能量型实践”相对的以输出信息为主要特征的“信息型实践”。将信息技术引进教育场域，催生并发展了现代远程开放教育实践，也驱动着其他教育的数字化转型，一系列深刻而协调的文化、劳动力和技术变革，正促成新的教育模式和运行模式。然而，随着信息技术在教育中的作用越来越大，学者们发现了新的问题，比如：“技术与教育的逻辑错位”带来技术使用风险，“工具理性的蒙蔽与僭越”带来的教学功能隐匿、关系异化和主体消解，信息技术与教育单向融合导致的“技术精神与人文精神之间的尖锐对立”，“把潜能当成事实”引致的对技术应用成效抱有过高期望等。站在教育学或信息技术的单一学科视角去研究该类问题难免失之偏颇，有必要引入系统观念，借助跨学科、整体性的思想方法，站在教育学与信息科学的学科融合视角去研究。系统方法是教育技术解决实践问题的研究立场、指导思想和根本方法，信息科学的建立和发展也融汇于系统科学的兴起和发展之中，本文将从系统科学的理论、观点和方法出发，明晰教育信息科学的相关概念和基本属性，总结其研究现状并进行系统性反思，期冀对教育信息科学的学科发展有所助益。一、教育信息科学的相关概念和基本属性（一）从信息、信息技术到信息科学的学科知识理论框架质量、能量、信息都是物质的基本属性，系统科学将其作为描述客观世界三位一体的概念体系。质量和能量分别刻画系统包含物质的多少和系统运动能力的大小，辩证唯物论中两者均为“客观实在”，爱因斯坦的质能关系式（）揭示了质量和能量相互转化的规律。信息也是系统的属性，不同于物质和能量，有学者称其是“间接实在”。目前还没有关于信息的精确定义和统一描述。系统科学借助统计学上的熵的概念描述信息，把排除冗余信息后的平均信息量称为“信息熵”，信息源越混乱，事件的不确定性就越大，信息熵也越大；当系统输入有效信息时，系统不确定性减少，信息熵下降而有序性提高。简言之，信息就是人们对事物了解的不确定性的减少或消除。可见，信息概念的外延较为宽泛，系统的多种属性都可以视为信息，涉及刻画系统性质、行为和演化的各类变量。随着人类对于自然和社会认识的不断深化，描述世界多元属性及其复杂相互关系的信息，凸显其重要的研究价值。正如耗散结构理论创始人普利高津（）所言：“我们的兴趣正从 实体 转变到 关系，转变到 信息，转变到 时间 上”。无论是自然科学，还是社会科学，通过关注信息，开展信息的识别处理、数据挖掘等工作，可以扩展传统方法以外的研究路线与手段，带来新的启示。为了更好地认识和研究信息，需要实现信息的获取、传输、分析、加工、处理和存储等操作，这就需要使用相应的工具设备和方法技术，统称为信息技术。狭义上，信息技术特指基于现代电子通讯技术并依托网络技术和多媒体技术而发展的新兴技术，是对信息进行处理和应用的电子化手段。系统科学关注学科之间的相互关系和作用，以当前信息科学发展现状为依据，对于信息的研究已经拓展到自然和社会领域的诸多方面，设想存在关于信息过程的统一的理论框架，按照钱学森构建的现代科学技术体系对学科部类的划分，可以尝试构建信息科学的学科知识理论框架，如表 所示。表 信息科学的学科知识理论框架马克思主义哲学横向联系与纵向层次信息科学相关学科知识桥梁系统观（方法论）、信息哲学、技术哲学基础理论信息科学（信息论、计算机科学等）技术基础学科 领域信息学实际应用信息技术（人工智能、模式识别、云计算、大数据等）横向来看，马克思主义哲学反映了自然界、人类社会和思维发展的普遍规律，是指导各门科学发展的基础，通过系统观（方法论）、信息哲学、技术哲学等“桥梁”与信息科学的学科知识理论相联系。纵向来看，信息科学的学科知识体系由下至上包括：在生产实践中直接加以应用的工程技术，即“实际应用”层次的信息技术；为信息技术应用于各领域直接提供理论支撑的技术科学，即“技术基础”层次的学科信息学，也有学者称其为领域信息学；以及揭示信息基本原理和规律的基础理论，即“基础理论”层次的信息科学，包含信息论、计算机科学等。该框架初步揭示了信息科学相关学科知识之间的有机联系。（二）教育信息科学是教育领域的学科信息学各学科研究各自领域的信息的采集、分析、存储、显示、管理、传播与应用，以及信息传输和转化规律等问题，形成了各门学科的信息学，可称为学科信息学。学科信息学是在信息科学中承上（基础理论）启下（实际应用）的技术基础层次的学科，其意义不仅在于应用信息技术原理由上至下地解决该学科的一些现实问题，也在于对信息科学基础理论由下至上的奠基与促进作用。通过各学科对信息的广泛研究，才能建立贯通各领域的统一的信息概念和方法体系，补充和完善信息科学基础理论。某一学科信息学的建立，得益于该学科产生数据技术（通常是实验和测量技术）的重大进展。生物学、化学、地理学等学科更早地建立了学科信息学。如生物信息学，随着基因组测序、基因芯片、质谱技术等高通量实验技术的应用，带来了描述 、和蛋白质的线性序列数据呈几何级数增长，构建了庞大的生物信息数据库，为生物信息学的发展提供了丰富的实证材料。在教育领域，由于教育活动的复杂性和不确定性，其信息内涵较为宽泛，涉及多种类型、不同层次的非线性数据。在互联网、大数据、人工智能等技术兴起之前，信息技术的教育应用多在技术作为通信中介手段的教学媒体层面，而未深入到数据分析层面。近年来，信息科技的快速发展不仅使传统教学形态发生改变，也使得教育教学过程的诸多信息得以采集和分析，教育与信息技术融合的维度增加、深度延伸，教育学与信息科学交叉研究的专门领域出现，即教育信息科学（或称教育信息学）。它研究教育场域中各类数据和信息的处理、分析及应用，探索其基本性质和规律特征，推动信息技术环境下教育教学理论和实践创新。需要明确的是，教育信息科学和教育技术学的研究范畴与研究方法相近，都关涉信息技术方法在教育系统中的应用，不过两者在内涵和侧重点上仍有区别。教育信息科学是教育学和信息科学的交叉学科，从信息维度去研究教育系统，旨在应用信息科学理论和方法深化对教育系统的认识，其学科研究的核心是教育场域中数据信息的分析、处理和应用。教育技术学是教育学的分支学科，研究对象是“学与教的过程和资源”，研究内容是“策略设计、管理和实施”，以“提升知识、调节和促进学习与绩效”（定义），其学科研究的核心是“信息技术支持的学与教设计”。不管是交叉学科还是分支学科，都是教育学适应分化、融合趋势而自我建构学科体系的发展进程。二、教育信息科学研究框架和现状（一）基于项目的教育信息科学研究框架 年，国家自然科学基金委在信息科学部增设“交叉学科中的信息科学”项目申请方向，设置“教育信息科学与技术”申请代码（），旨在通过项目资助推动教育信息科学这一交叉学科的基础研究和应用研究。借助学科下设的研究类别，可以搭建一个初步认识该领域的参考性研究框架，具体见表 。表 教育信息科学研究框架研究领域分类（申请代码）教育学研究对象信息技术应用重点教育信息科学基础理论与方法（）交叉学科的基础理论和基本方法在线与移动交互学习环境构建（）学习环境、学习支持系统互联网技术、人机对话虚拟与增强现实学习环境（）智慧学习环境虚拟与增强现实技术教学知识可视化（）知识网络、概念图可视化技术、语义信息教育认知工具（）学习过程、认知规律人工智能、神经网络教育机器人（）教学辅助角色机器人技术、人工智能教育智能体（）教学辅助角色人工智能、机器学习教育大数据分析与应用（）教育活动、教学行为、教育管理数据挖掘、统计分析学习分析与评测（）学习行为、过程、效果统计分析、人工智能（机器学习）自适应个性化辅助学习（）学习者、知识体系、学习过程自适应学习技术由表 可知，教育信息科学的研究范畴从基础理论与方法（）出发，立足教育教学系统，从信息化环境构建（）、知识与思维信息研究（）、信息反馈与适应调节（）、信息统计与关联分析（）等角度搭建起信息技术针对教育的应用框架。从研究尺度来看，教育信息科学的研究对象可以分为宏观、中观、微观三个层次。宏观上，着眼于教育系统与社会系统的相互关系和作用，通过对教育大数据的统计分析，把握基本现状，预测发展趋势，支持教育治理和决策；中观上，着眼于教学动态系统，通过对知识、环境的数字化建模，对教学状态、教学行为数据的跟踪分析，构建教学外部环境和教学行为主体之间的相互联系，优化教学过程及成效；微观上，着眼于人的学习活动本身，通过对人类思维与个体学习过程的研究，探讨学习的脑科学原理和机制，探索人工智能的学习应用。总体而言，教育信息科学将信息科学的研究方法、建模与数据处理手段移植到教育研究中，旨在利用信息技术加强教学主客体之间及与环境之间的多元互动，加深对于教育系统中信息及其相互关系的认识和理解，以改善教育系统的结构和功能。（二）基于文献的教育信息科学研究现状下面采用文献计量学分析，对国内教育信息科学的研究现状做一概观。用主题“教育 信息科学”或“教育 信息技术”在中国知网期刊数据库进行检索，年，教育信息科学研究领域论文成果数量颇丰，以 和 来源期刊发文量为代表，年来发文量逾 篇，总体呈上升趋势，在 年达到年发文量峰值后有所下降，近年来基本稳定在 篇的区间内。进一步，关注近 年的研究成果，对 条检索结果清理后得到 篇文献，运用 软件进行作者、机构和关键词的可视化分析，结论如下。师范院校成为教育信息科学研究主阵地在作者及机构合作网络中（见图 ），教育信息科学研究以各地师范院校学者为主导，研究成果多来自教育学院（系、部），目前仅东北师范大学的成果是以信息学院为主，表明了该领域教育科学为主、信息科技为辅的研究主体构成。这与近两年“教育信息科学与技术”国家自然科学基金项目依托单位主要分布在各地师范大学的结果一致，也与教育技术学核心期刊发文数据统计结果一致，表明师范院校是引领和推动我国教育信息技术相关学科发展的中坚力量。同时网络集团化特征较明显，各院校内部形成一个个连接紧密的作者合作群，而院校间、机构间的连接较少，不利于学术团体之间的合作及学科之间的交叉融合。教育信息科学的未来发展，需要促进教育和信息科技领域的双向跨域合作。教育与技术创新成为研究趋向关键词共现网络中（见图 ），有两个超高频词：信息技术和教育信息化。信息技术的频数为 ，中心性为 ，说明教育信息科学强调信息技术在实际应用层次上的方法和工具价值。教育信息化的频数为 ，中心性为 ，它代表信息技术与教育深度融合的状态目标和方法手段，是教育现代化的显著特征之一。除了信息技术和教育信息化，互联网 、智慧教育、人工智能等高频词，也是近年来进入公众视野的热门词汇，反映了当前信息技术应用于教育领域的鲜明特征。新兴技术赋能传统教育关注技术的创新（如大数据、人工智能）、