作者：尚俊杰、裴蕾絲
引用：尚俊杰，裴蕾絲. 發展學習科學若干重要問題的思考[J]. 現代教育技術, 2018,28(1):12-18.
摘要：學習科學是近30年發展起來的新興研究領域，希望通過在心智、腦和教育之間搭建“橋梁”，來回答“人是如何學習的，怎樣才能促進有效的學習”這一根本性問題。發展學習科學涉及若干重要問題，針對這些問題，文章從本質內涵、歷史溯源、重要性、與教育神經科學和教育技術的關系、核心研究內容、未來發展等六個角度分別進行了探討。文章希望通過對發展學習科學若干重要問題的思考，一方面推動學習科學研究的進一步深入，另一方面吸引對學習感興趣的各領域研究者都參與到學習科學領域的研究中，共同探索并推動以學習科學為根本驅動力的教育變革。
關鍵詞：學習科學；教育神經科學；教育技術；教育變革
引言
隨著云計算、大數據、人工智能等信息技術的快速發展，整個社會都在討論“消費升級”的話題，人們特別希望借助這些最新技術提升工作效率、改變業務流程，實現經濟、社會等各領域的革命性變革——在教育領域更是如此，人們希望借助人工智能、大數據等最新技術，以及MOOC、微課、翻轉課堂、游戲化學習、移動學習、VR/AR等新型學習方式，全面深化新時代的教育結構性變革，促進教育公平，提升教育質量，培養創新人才，滿足人民美好生活的需要，實現中華民族的偉大復興。
為了應對教育發展的內在需求和外在壓力，在國家自然科學基金委與教育部的聯合推動下，第186期雙清論壇以“連接未來：教育、技術與創新”為主題，于2017年9月在浙江大學召開，國家自然科學基金委員會主任楊衛、教育部副部長杜占元、教育部原副部長韋鈺等領導出席論壇并作重要講話。與會專家一致認為，要結合中國實際，加強教育科學的基礎研究，注重自然科學與人文社會科學相結合，共同推進教育改革的不斷深入。在教育科學的諸多基礎研究中，學習科學可以說是重中之重，甚至可以說“教育發展急需加強基礎研究，基礎研究可從學習科學開始”。然而，發展學習科學涉及若干重要問題，這些問題也一直困擾著諸多研究者。為此，本研究圍繞這些問題進行思考，試圖去探討并回答這些問題。
一、學習科學究竟是什么？
學習科學（Learning Sciences）最早源于1991年的美國，涉及認知科學、教育心理學、計算機科學、人類學、社會學、信息科學、神經科學、教育學、教學設計等多個學科。國際學習科學領域的知名研究專家、美國北卡羅萊納大學教堂山分校的Swayer[1]教授在《劍橋學習科學手冊》一書中指出，學習科學是一個研究教和學的跨學科領域；它研究各種情境下的學習——不僅包括學校課堂里的正式學習，也包括發生在家里、工作期間、場館以及同伴之間的非正式學習。學習科學的研究目標，一是為了更好地理解認知和社會化過程以產生最有效的學習，即真實學習的基礎機制；二是為了用學習科學的知識來重新設計已有的課堂及其它學習環境，從而促使學習者能夠更有效、更深入地進行學習，即真實學習的有效設計與評價。簡而言之，學習科學主要就是為了弄清楚：“人是如何學習的，怎樣才能促進有效的學習？”
隨著腦成像技術的不斷發展，經濟合作與發展組織（Organization for Economic Co-operation andDevelopmen，OECD）先后于2002年、2007年出版了《理解腦：一門新的學習科學》（Understanding the Brain: Towards a New Learning Science）和《理解腦：新的學習科學的誕生》（Understanding the Brain: The Birth of a New Learning Science），正式宣告了將“腦功能、腦結構與學習行為結合起來”研究的“一門新的學習科學”即教育神經科學（Educational Neuroscience）的誕生，由此開啟了以腦科學為核心的新一代學習科學研究。目前，早期學習科學和教育神經科學這兩類學習科學的研究正不斷深入，雖然依托的研究方法和關注的層面不同（前者主要采取設計研究法，關注外在的學習行為；后者則主要采取以腦成像為代表的神經技術，關注內在的腦結構和功能連接），但其本質都是在回答“人是如何學習的，怎樣才能促進有效的學習”這一根本性問題。
二、為什么會提出學習科學？
人類對學習的關注自古有之，早在蘇格拉底時代，就已經出現了關于學習的論述。然而，早期對學習本質的探索，更多的是采用哲學思辨的方式探討有關學習的問題，如“知識是什么”、“知識來源于哪里”、“思維是如何產生的”等。直到19世紀，在瑞士民主主義教育家Pestalozzi提出“教育心理學化”主張的影響下，德國哲學家、心理學家和教育學家Herbart提出教育學研究要以心理學為基礎，并強調用心理學知識來解釋教育教學規律，這才使教育學成為了一門具有科學體系的學科，他也因此被世人譽為“科學教育學的奠基人”。從此，教育學便與心理學結下不解之緣，教育研究中的研究范式和成果，都或多或少會受到同時期心理學主流研究思想的影響[2]。
在歷經早期實驗心理學和行為主義心理學的探索與積累后，20世紀五六十年代，“認知革命”推動了以“心智及其產生過程”為核心研究內容的認知科學（Cognitive Science）的出現，成為當今時代具有里程碑意義的事件。1978年，在美國斯隆基金的持續資助下，研究者將原有的哲學、心理學、語言學、人類學、計算機科學和神經科學6大學科整合在一起，相互交織構成了認知科學的6個研究方向，分別是心智哲學、認知心理學、認知語言學、認知人類學、人工智能和認知神經科學。認知科學的出現，尤其是以信息加工和計算為核心特征的第一代認知科學研究成果的普及（如信息加工理論、知識的組塊化表征、“7±2”信息加工容量等），不僅極大地推動了人們對心智的理解深度，而且催化了教育教學新思想的萌芽，將這些“規范且抽象”的認知科學成果應用于人類真實學習的研究從此變得流行起來。
但是，為什么還會提出“學習科學”這一個嶄新的概念呢？這是因為，到了20世紀80年代前后，認知科學家逐漸發現傳統認知科學關注的對象和研究方法過于遠離人在真實世界中的學習，這些以脫離情境的認知建構和控制實驗為特征的學習研究成果，很難有效地指導“不規范且具體”的真實學習，故對于現實學校教育實踐的改進和教育質量的提升并不是十分理想。于是，這些具有超前意識的認知科學家紛紛從傳統的認知科學一派出走[3]，開始基于真實的學習情境來研究學習（包括課內的正式學習和課外的非正式學習），希望通過在心智、腦和教育之間搭建“橋梁”，將腦科學的最新成果（從基因到行為）應用于教育教學之中。
因此，在20世紀70年代末80年代初，隨著人工智能理論和計算機技術的發展，一批認知科學家和計算機科學家開始合作，逐漸形成了一個專門研究學習的嶄新領域——學習科學。1991年，國際學習科學協會（International Societyof the Learning Sciences，ISLS）正式成立，并在美國西北大學正式召開了第一屆學習科學國際會議，同時還發行了學習科學領域的第一本官方雜志——《學習科學雜志》（Journal of the Learning Sciences）。自此，現代意義上的學習科學正式宣告形成[4]。
三、學習科學為什么很重要？
當前，基于信息技術的教育變革正如火如荼地進行，以教育信息化帶動教育現代化已經成為了教育改革與發展的趨勢。事實上，過去幾年內教育信息化工作確實獲得了長足的發展。在高等教育領域，MOOC的發展轟轟烈烈，中國大學MOOC、清華學堂在線、北大華文慕課等網站也都上傳了大量精品在線開放課程，并已在部分高校中得到了扎扎實實的應用。在基礎教育領域，“三通兩平臺”、“一師一優課”等項目成果豐碩，翻轉課堂、移動學習、游戲化學習也都紅紅火火地開展起來了。隨著互聯網教育的影響力越來越大，人們對教育改革也越來越有信心，人們期盼信息技術能夠和教育深度融合，以促使教育現代化的早日實現。
不過，或許因為教育改革進入了“深水區”，隨著教育信息化的推進，教育改革碰到的問題似乎越來越多，教育信息化投入的效益也屢遭質疑。究其原因，可能會涉及經費、體制等多個方面，但如果對這些復雜的因素進行仔細分析，就一定會歸結到“技術到底能否改變教育？”這一本質性問題上；如果再做進一步分析，最終就會歸結到“人究竟是怎么學習的，怎樣才能促進有效的學習”這一根本性問題上。在這個根本性問題沒有得到徹底解決之前，希望利用信息技術將核心素養“買進學習者的腦中”以提升學習成效、實現個性化學習等，顯然是很困難的。從這個意義上來說，加大學習科學研究具有非常重要的意義——只有深入研究學習科學，理解人們的學習過程，重新設計學習環境，才能真正實現教育的深層變革、實現“精準教育和精細教育”、實現教育領域的“消費升級”[5]。
四、學習科學與教育神經科學、教育技術有什么關系？
目前，學習科學已經從一個跨學科概念逐漸演變為一個超學科概念，與很多人們已經耳熟能詳的學科領域存在或多或少的關聯。其中，與學習科學關系最緊密、也最令人難以區分的兩個學科概念——教育神經科學和教育技術，究竟與學習科學存在哪些區別和聯系？為什么“學習科學”是更適合這一領域的代名詞？
1.學習科學與教育神經科學
如前文所述，學習科學之所以興起，是因為一批認知科學家認為傳統的認知科學研究未能有效地推動真實情境中的學習，所以紛紛出來與當時興起的人工智能計算機科學家們合作，提出了學習科學。實際上，當時的認知科學家里面有一部分是認知神經科學家，他們始終堅持從認知神經科學的視角研究人的學習問題，此后隨著非侵入性腦成像技術的發展，他們可以更為方便地基于腦進行人類學習研究，所以慢慢成長為后來的教育神經科學家。與早期學習科學相似的是，這些教育神經科學的先行者也強調：傳統的認知神經科學家比較注重微觀的實驗研究，而不太關注實驗研究成果在教育中的應用，所以他們提出“教育神經科學”這個概念，借以希望自己的研究能夠往課堂多走一步，以真正對教育實踐產生積極的作用。
然而，目前學術界對于這種以腦科學為核心的學習科學研究領域的命名問題存在爭議：應該命名為“教育神經科學（EducationalNeuroscience）”還是“神經教育學（Neuroeducation）”？事實上，這兩種名稱在國際組織、學術會議、學術期刊、專業設置等方面都有著自己的廣泛應用，而且它們指向的研究領域也十分相似，即借助腦科學技術從腦—心理—行為層面研究“人是如何學習”的[6]。如果非要深究兩者的差異，那么可以這么說：“教育神經科學”強調整合教育學的神經科學，更重視新的教育規律的發現[7]；而“神經教育學”強調以教育學為核心的跨學科整合，更側重將基礎研究中發現的規律應用于解決教育的實際問題中[8]。
2.學習科學與教育技術
以教育信息化帶動教育現代化，已經成為了我國的基本國策。而當前教育信息化之所以獲得蓬勃發展，其中起核心作用的就是教育技術。教育技術良好的實踐導向，使其非常適合作為學習科學應用推行的政策抓手。因此，發展學習科學，自然離不開教育技術的支持。事實上，在提出“學習科學”這個概念時，就有一大批教育技術專家參與其中，而國際學習科學協會主辦的另一本重要期刊——《計算機支持的協作學習》（International Journal of Computer-SupportedCollaborative Learning）實際上也可以算作是教育技術研究期刊。
在當前學習科學領域開展的諸多研究中，有兩類最有吸引力：一類是偏向腦科學的研究，即教育神經科學研究；一類是人工智能、大數據等信息技術支持下的研究，即學習技術或學習分析研究。一般來說，采用學習理論、學習分析技術開展的教育技術研究可以算是比較純粹的學習科學研究，因此學習技術或學習分析的大部分研究屬于教育技術研究的范疇。而教育神經科學研究實際上也需用到教育技術——只了解人類學習中的腦認知過程，其意義并不大；只有當這些基礎知識進一步轉化成學習輔助的認知工具和環境，才能真正發揮學習科學對學生學習的促進作用。因此，學習科學與教育技術不是完全重合的關系，但卻緊密相連。
3.“學習科學”一詞的適切性
綜上所述，學習科學與教育神經科學、教育技術是一種相輔相成的關系，很難用一個概念完全替代另外一個概念。相對而言，學習科學的包容性更好，能夠較好地涵蓋學習這個研究領域，不同的學科都可參與進來一起做學習的研究，如教育神經科學可以來做學習基礎研究，教育技術學可以來做學習環境、學習技術研究，教育社會學可以來做社會學習研究等；而且，這些學科還可彼此跨學科合作，如開展基于教育神經科學的學習技術研究，以發揮更大的價值。
五、學習科學的核心研究內容是什么？
學習科學的跨學科或超學科性質，必然導致其涉及的研究內容十分廣泛，這就出現了一個問題：學習科學的核心研究內容是什么？針對這一問題，很多學習科學的研究者紛紛嘗試對學習科學的研究內容進行系統梳理，產生了很多種不同的內容分類。如《人是如何學習的》一書將學習科學劃分為五大主題：記憶和知識的結構、問題解決與推理的分析（專家分析）、早期基礎、元認知過程和自我調節能力、文化體驗與社區參與；《劍橋學習科學手冊》將學習理論、基于設計的研究、專家學習和概念轉變、知識可視化、計算機支持的協作學習（Computer SupportedCollaborative Learning，CSCL）和學習環境等作為學習科學的核心研究內容；在《學習科學的關鍵詞》一書里，學習科學的核心研究內容則被列為學習共同體、建構主義學習環境、認知學徒制、概念轉變、基于案例的推理、基于模型的推理、CSCL和多媒體學習[9]；如果對《學習科學雜志》（Journal of the Learning Sciences）已發表的論文進行內容分析，可以發現學習科學的主要研究內容涉及知識與認知、學習環境（如研究性學習環境和虛擬學習環境等）、研究工具與方法論（包括視頻分析方法、設計設計方法等）、設計、合作學習與共同體[10]。由此可以看出，學習科學核心研究內容的確定比想象的難度要大，除了學習科學自身所涉內容的復雜性，不同學科背景的研究者在學習科學領域的匯合，也造成了相關學習科學核心研究內容的觀點出現差異。
此外，美國國家科學基金會曾將學習科學研究大致分為三種取向[11]：①整合認知心理學、教學設計、計算機信息技術、智能系統的學習科學研究；②整合認知神經科學、神經科學、認知科學、醫學與教育領域的學習科學；③整合機器學習、工程技術、人工智能等領域的學習科學。在這三種取向的基礎上，本研究結合相關的學習科學內容分類研究成果，將學習科學領域的核心研究內容進一步歸納為：
①學習環境設計研究，大致對應于“整合認知心理學、教學設計、計算機信息技術、智能系統的學習科學研究”這一研究取向。該類研究更關注將已有的關于“人是如何學習”的科學知識，轉化為可以直接應用于真實教育情境的干預方案，如學習媒介（教材、教具、多媒體等）設計、實體環境（教室、桌椅等）設計、學習交互（教學模式、組織策略等）設計，因此也常被稱為學習技術研究。
②學習基礎機制研究，大致對應于“整合認知神經科學、神經科學、認知科學、醫學與教育領域的學習科學”這一研究取向。借助先進的腦成像技術和設備，該類研究試圖從微觀的神經聯結層面，研究真實情境中的教與學過程和特定教育干預對學習的影響。
③學習分析技術研究，大致對應于“整合機器學習、工程技術、人工智能等領域的學習科學”這一研究取向。該類研究發生于教育信息化全面普及的背景下，通過變革傳統學習評價測量技術，基于人工智能、大數據等技術，重建學習過程數據采集方法和規范，為深度有效地評估學習環境、促進教育實踐提供了新的可能。
六、學習科學的未來到底怎樣發展？
一路走來，學習科學雖然取得了令人矚目的成果，但我們仍需積極思考該領域在未來發展中可能面臨的挑戰，并提前部署可能的應對措施。未來，本研究認為應從三個層面保障學習科學的可持續發展：
1.政策支持層面，繼續加大對學習科學的支持力度
在學習科學發展的近30年來，世界各國紛紛投入巨資籌建專門的學習科學組織機構、支持學習科學研究課題、設立學習科學專業培養點，以此引領和推進本國教育教學模式的變革，并爭取在國際競爭中處于領先位置。相對而言，我國雖然一直關注教育科學研究，但對學習科學的重視還不充分，相關的機構建設、人才培養、經費支持等都處于剛剛起步的階段。值得高興的是，國家自然科學基金委已經將教育基礎科學研究列為未來重點資助的研究領域，相信很快便可以成為推動我國學習科學領域快速發展的中堅力量。當然，鑒于我國學習科學研究剛步入發展正軌，很多方面都需要人才和資金的投入建設，因此還需要國家從研究課題、學科建設、學術活動等各個層面提供更多的政策支持，加大對人才和資金的投入力度，以推動學習科學研究的進一步發展。
2.教師培養層面，全面加強教師的學習科學素養培養
學習科學的根本出發點和落腳點是回答“人是如何學習的”，具體到教育教學實踐中，就要圍繞“學生如何學”來設計教師如何教，因此未來的學校教師需通過專業培訓，構建起以學習科學素養為核心的教學知識能力體系，從實踐應用和意識形態兩個層面應對已經來臨的新時代教育變革。具體的學習科學素養教師培訓方案可以針對在職教師和師范生分別實施：一方面借助現有的教師系統培訓項目，層次傳導，實現從骨干教師到普通教師的學習科學素養普及；另一方面依托現有的師范生培養課程體系，通過開設學習科學相關專業課程、開展教育實習，雙管齊下，培養潛在教師的學習科學素養。
3.學校實施層面，保持對學習科學的冷靜思考，根據學校實際情況開展研究與實踐工作
學習科學畢竟是一門基礎學科，所以非專業出身的一線教師很難獨自開展學習科學研究，盲目跟風反而可能會對現有的教育現狀造成二次傷害。因此，本研究建議一線學校可以與普通高校以共建研究學校（ResearchSchool）的形式[12]，相互借力，共同開展更符合學校實際問題解決需求的學習科學研究——這里的普通高校既可以是師范類院校，也可以是非師范類綜合院校，兩者可以各有側重、相互配合，如師范類院校更偏重學習科學的應用研究，主要負責指導學校更好地基于學習科學設計并開展教學；而非師范類綜合院校雖然沒有成熟的師范生培養體系，但可以基于學校真實教學開展學習科學基礎機制的研究。
除此之外，促進未來學習科學發展的很重要的一點是在意識層面上轉變研究者固有的、只愿意由單一學科獨立承擔研究項目的工作態度，同時破除學科內外壁壘，加強跨學科資源整合，推動不同學科的研究者共同探索構建符合學習科學研究的新合作模式。為此，美國國家自然科學基金會已投入巨資，從2004年試行“學習科學中心”（NSFScience of Learning Center）項目，通過長期的項目合作形式，促進不同學科在學習科學研究中的快速融合，至今已經成功建立了6個運行良好的學習科學中心。相較而言，我國在學習科學上的跨學科融合工作還有待繼續深入，雖然一些知名高等院校已成立了與學習科學相關的研究組織，但這些組織主要依托于單一的教育技術或認知心理學院（如北京師范大學的腦與認知科學研究院、東南大學的兒童發展與學習科學教育部重點實驗室、華東師范大學的學習科學研究中心等），由于歷史原因，這兩類學院之間長期處于獨立研究的狀態，且缺乏較為統一的理論基礎，故想在現階段就實現跨學科合作困難很多、難度很大。總的來說，在學習科學的未來發展道路上，除了需從政策支持、教師培養和學校實施等層面多方發力，還需研究者積極轉變自身觀念，主動參與到學科融合探索的新潮流之中。最理想的狀態是，能夠讓各個學科的優秀人才都圍繞學習開展研究，而不單單只是教育學科或認知學科的人才進行學習科學研究——只有這樣，才能聚智聚力，才能在合力的作用下推動學習科學的快速發展，才能真正實現教育的偉大變革。
*基金項目：本文為國家自然科學基金2016年度應急管理項目“學習科學發展態勢、需求與科學基金支持機制研究”（項目編號：L1624017）的階段性研究成果；感謝馬斯婕、李樹玲對本文提出的寶貴建議。
作者簡介：尚俊杰，副教授，博士，研究方向為游戲化學習、學習科學與技術設計、教育技術領導與政策等，郵箱為jjshang@pku.edu.cn；裴蕾絲，碩士，研究方向為學習科學、游戲化學習、教育游戲設計與開發等，郵箱為peileisi@pku.edu.cn。
