智慧师训中自组织机制的理论研究和模型构建_曾海.pdf

科技视界Science&Technology Vision0引言当前，以人工智能、互联网+、大数据、云计算、5G技术等为代表的新技术驱动社会快速进入以数字化应用为基础的智能时代。教师教育振兴行动计划（20182022 年）指出：“充分利用云计算、大数据、虚拟现实、人工智能等新技术，推进教师教育信息化教学服务平台建设和应用，推动以自主、合作、探究为主要特征的教学方式变革1。”为此，培养新时代的卓越教师，探索信息化、人工智能等新技术与教师教育的深度融合，构建以人为本的“智慧师训”新生态，对提升新时代教师信息素养能力，助力教师教育高质量发展具有重要意义。本文的智慧师训是指运用大数据、云计算、人工智能和“互联网+”等新兴技术打造多元融合的智能学习环境，构建多维开放的资源供给体系，提供全方位的智能管理服务，建立大数据理念的智慧测评体系，最终形成一个具备自组织、自适应、自探索和自激励特征的教师培训生态体系2。因此，本文在明确智慧师训的概念内涵基础上进一步探析自组织机制的重要性以及框架模型构建。1自组织机制的必要性1.1学习者实现“合法的边缘性参与”的情景需要情境学习（Situated learning）是由让 莱夫（JeanLave）等人提出，她认为学习不仅是个体意义建构的心理过程，更是一个社会性、实践性、以差异资源为中介的参与过程。知识的意义连同学习者的意识与角色都是在学习者和学习情境的互动、学习者与学习者之间的互动过程中生成的，因此学习情境的创设应致力于将学习者的身份和角色意识、完整的生活经验、以及认知性任务重新回归到真实、融合的状态，力图解决传统学校学习的去自我、去情境的顽疾3。“合法的边缘性参与”是情境学习理论的核心概念，认为学习是由人类实践共同体的外围逐渐发展为中心成员的过程。首先，基于情境的学习者必须是共同体中的“合法”参与者，他们的学习活动应该在共同体工作的情境中进行。其次，“边缘性参与”是指作为新手的学习者一开始只能部分、不充分参与共同体的活动，在知识产生的真实情境中，通过与专家、同伴的互动，学习他们为建构知识所经历的过程和学习模基 金 项 目：2021年 广 州 市 教 学 成 果 培 育 项 目“构 建 教 师 发 展 新 生 态，提 升 教 师 信 息 技 术 素 养 的 智 慧 师 训 模 式 研究 与实 践”（2020123033）。作 者 简介：曾 海，硕士，副教 授，研 究方向 为远 程 继续 教 育，开 放 教育。杨 璐 偲，硕 士，研 究实习员，研 究 方向 为教育 技 术。邱 崇 光，本 科，教 授，研究方 向 为 远程 继续教 育，教 育信 息化。DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2022.31.25智慧师训中自组织机制的理论研究和模型构建曾海杨璐偲邱崇光（广州开放大学教师教育学院，广东 广州510000）【摘要】借 助人 工智能技术 群 赋能，实 现在 线 学习 共 同 体 的自 组织机 制 是 构 建 智慧 师训 生态 的有 效 措施之 一。本文 从情 境 学 习 理 论、现 代 生 态 学 习 理 论 和“逆 碎 片 化”现 实 需 求 出 发，基 于 熵 的 增 减 理 论 和 系 统 自 组 织 理 论，研 究 了 智慧师 训 中自 组 织 教学 生态的结 构特 征 和形成 的系 统 优 势。通过运 用实 现 自 组 织 机制 的 关 键技 术，经 过 构造、推 动、调 整和 优化，最 终 将 建设 理 念符号化 为 建设 蓝图，构 建了 智 慧 师训 体 系 的自组 织 机制 结 构 框架 模型。【关 键词】智 慧师 训；学习共 同 体；情境 学 习理 论；生态 学 习理 论；自组 织；框架 模 型科学课堂092Science&Technology Vision科技视界式，然后逐步转化为“充分参与”。情境学习论者认为，智慧师训学习过程是以小团队方式展开的，逐步由外及内、由表及里、由远至近、由浅至深、是彼此互动、合理分享经验的过程。1.2学习者参加到各种适应性学习共同体的生态需要戴维（G Davey）于 1989 年提出生态学习理论，认为其是一种试图诠释学习活动的综合视角3。对于学习生态学的研究主要是“学习生态系统论”，该理论认为学习生态系统由学习内容提供者、学习内容消费者、学习咨询者以及网络学习结构 4 个因子组成，即“混合”式学习生态系统4。它以学习者即学习内容消费者为中心，以教师即学习内容提供者为引导，为技术人员、教务人员等即学习咨询者提供学习支持服务，通过线上线下学习相融合，构成具有更为复杂的网络学习结构。现代学习生态中的学习群体是由各种优质智慧学习共同体组成，学习者必须参加到各种优质学习共同体中才能获得高效且人性化的学习进步和精神和谐。因此，对学习者群体进行合理的、科学的组织是必不可少的，自组织机制在其中发挥关键作用。1.3学习者实现信息时代“逆碎片化”的秩序需要信息技术和互联网时代的到来，特别是人工智能技术群的逐步运用，极大地改变了现实世界的面貌，也从根本上改变了教学生态。陈向东等人（2010）认为学习空间已经试图将教育理论和学习环境联系起来，其中包括物理学习环境设计与认知学习理论、新技术的开发和教学方法的创新、物理空间和新技术的整合等。李海峰等人认为学习空间是由虚实共生空间及资源、信息传输系统、智慧大脑系统、教与学支持系统等核心要素构成，能够支撑具有跨时空高保真体验、分布式跨区域协作、虚实共生数据驱动、面向设计的真实学习等特征的学习活动5。综上所述，本文认为学习空间是学习的场所，包括物理空间和虚拟空间。它涵盖的生态系统是“双层三元耦合结构”。双层是指基础层和投影层，它们都是由三因素耦合而成。基础层包括：教学主体，外部世界和内部世界。在投影层中，教学主体包括学习者、教师和支服人员；外部世界包括物理空间、人类社会和信息空间6。内部世界包括：神经网络、概念网络、信息网络7。空间的极大扩展，信息的迅速传递和廉价分发，在逐步实现处处学、时时学、终身学的同时也造成信息呈碎片化和学习时间空间碎片化，进一步导致学习过程碎片化和学习者孤独化。作为教育工作者，本文更关心在信息化和网络化条件下，如何在这些信息碎片化浪潮中，发挥人工智能的整合和组织作用，让系统促进学习者形成新的秩序、让教育生态逐步向互助协同的良性方向发展。人工智能技术可以熟练运用新算法，在逆碎片化运动和促进教育系统实现自组织中发挥重要作用，因此，关于自组织机制的研究正得其时，本文研究的自组织机制主要集中在教育者、学习者和支服者的智慧学习共同体的建立和运作，教育大系统的其他因素（例如教学资源）的有序性以及如何促进其有序性均不在研究范围之中。图1智慧学习共同体处于双层三元耦合的学习空间2自组织的相关理论及其启示2.1封闭系统的“增熵”现象2.1.1熵（entropy）的相关概念熵是反映系统有序程度的物理量，根据热力学第二定理，封闭系统总是自动趋向于熵增，组织系统的熵越大，系统越混乱无序，最终达到熵的最大状态，导致组织陷入停滞不前的状态，甚至直接淘汰8。但对开放系统而言，可将内部能量交换产生的熵增通过向环境释放热量的方式转移，也可由外部注入新的能量和有效信息而实现减熵。所以开放系统是有可能趋向熵减而提高有序状态，甚至达到较为理想的有序状态。2.1.2输入能量和信息，提高教育系统有序性长期运行的封闭系统，随着系统运行时间延长和系统规模的大型化、复杂化，随着熵增和信息的衰减、过时、无效化，系统会逐步衰落和甚至遭到破坏，成为科学课堂093科技视界Science&Technology Vision低效的无序状态。要克服系统内卷化倾向，必须排除系统运行产生的“废热”，同时向系统注入新的能量和有效信息，使系统在新的条件下实现减熵，走向新的有序。目前信息技术和人工智能技术群向各行业迅速渗透，但教育大系统还是没发生质变，吐故纳新不够，“废热”太多，增熵不可避免。依靠人工智能技术赋能，在智慧师训中实现自组织机制，是促进教育大系统重新走向新的高水平有序的契机。2.2自组织理论及其方法论德国理论物理学家哈克（H.Haken）认为组织是指系统内的有序结构或该有序结构的形成过程。从组织的进化形式来看，可以把它分为他组织和自组织。自组织理论的方法论很多，本文主要涉及协同动力学与混沌论。自组织的协同动力学方法论有三大要点：第一，在大量子系统存在的事物内部，在平权输入必要的物质、能量和信息的基础上，经过激烈竞争，形成影响和相互作用的网络；第二，提倡协同，形成与竞争相抗衡的必要的张力，并不受干扰地让协同的某些优势自发地、自主地形成更大的优势；第三，一旦形成序参量后，应按照体系的自组织规律，在序参量支配下组织系统的动力学过程。这可能产生两种有序运动，一种即数量化的水平增长其复杂性和组织程度的演化，另一种则是突变式的组织程度跃升演化。自组织的混沌论对研究复杂性的非线性方法具有重大贡献。首先，混沌不仅可以出现在简单系统中，同时也存在复杂系统论中。其次，非线性动力学混沌现象是内在的，固有的，而不是外加的、外生的。具有“无序性”“无规性”和“不可预测性”，是描述复杂性和无法预知未来远动状态的动力学系统理论9。3智慧师训中自组织教学生态的结构特征条件和优势智慧师训教育大系统由学习共同体构成，这个学习生态具有构建自组织机制的系统优势：3.1自主的学习群体结构使角色具有灵活性在共同体中，学习成员角色灵活，由边缘或外围开始，之后逐渐进入核心地带，进而不断深入参与实践，其特点是正向、积极、多元、包容、个性化。随时间的推移与学习者经验的增加，学习者能够合理分享和利用共同体所积累的相关资源，而分享与利用的程度随学习者之间或者个体与情境之间互动的水平提高而提高。学习者可以自主参加与退出某一学习共同体，也可同时参加几个学习共同体（例如图 2 中的成员 E）。3.2先进的协同学习模式推动创新生长学习生态系统的每一个生态位都与周边的生态因子发生交互，是获得生态“给养”的过程10。共同体里的学习是在开放、民主、和谐氛围中的互动学习，这是以讨论、交流、协作、创新为主的学习模式，特别适合成人和教师继续教育，每个学习者都可以提出自己的观点打破这种平衡使其保持不平衡，这种循环最终使得系统内部各要素、各教育资源的价值最大化。可以看出，这种“自组织学习”具有开放性、非平衡性、自发性、持续性和超越性的特征，是一种自发基础上的具有创生性和探究性的先进学习模式。图2学习共同体组成的智慧师训自组织生态3.3促进整体进步的自我进化现象教师对自我成长的强烈意愿是决定教师专业发展的关键因素，强烈的内在自觉驱动教师的自组织学习11。这种自主有序进行的种种进化活动可以提高整个系统的效率，促进学习共同体的不断进步。自组织机制使系统获得整体效率进步的良好倾向。3.4自组织机制更适合成人继续教育成人学习者（特别是教师），他们是带着这些经验参与学习活动的。他们学习目的明确，有较好的知识结构，有强烈的内在学习动机，有较好的组织能力表达能力，有较完备的信息技术培训基础，更加喜爱自主性、交互式的、情景性的学习环境，因此智慧学习型生态下的自组织机制更适合成人继续教育的内生性科学课堂094Science&Technology Vision科技视界的、可持续的发展。4智慧师训的自组织机制的框架模型的构建4.1构建自组织机制的行动研究过程自组织机制是一个复杂的结构，构建面对的是大量的影响因素、交叉的数据传递和相互作用的复杂关系，其推进路径分为四个阶段：一是初始构造，在全过程中落实智慧学习理念，便于低成本组装的模块化结构和适应不断迭代进步的机制设计；二是原始推动，包括组织优质多模态的资源，培养各科骨干教师和启动“种子”学员，设计包括内外取向的激励机制和有利于交互创新的生态；三是运用中调整，由大数据获得反馈信息，情境感知和学习行为数据可以反映学习共同体的真实运行情况，对教师和学习者的使用体验进行调查和分析，依此来调整行动路线，使相关要素与使用者的特征和需求相适应；四是反思中优化，建立面向使用者的信息反馈机制是优化和完善成人智慧学习共同体的关键，深度进行数据挖掘分析，确定进一步优化的方向和措施，调整策略和资源，开始新一轮生成和优化过程。（见图 3）图3优化自组织机制的行动研究设计经过迭代优化，自组织机制逐步建立、运行、升级，其优化过程如图 4 所示。随着学习共同体由无组织走向核心素养共同体，学习者的知识结构也在发展之中，逐步由量变的积累走向质变，由简单走向复杂，学习由浅层走向深度。4.2构建智慧师训自组织机制框架模型在创新领域，现在流行技术路线的可视化表达是使用“技术路线图（TRM，Technology Roadmap）”，它是一种具有结构化和可视化特性的技术管理工具，明确地把市场需求、技术能力和产品开发连接起来12。技术路线图为我们呈现出清晰简明的应用逻辑，按其层次性可分为顶层、中间层和底层。顶层呈现了由驱动要素和发展趋势转化而成的要求和需求；中间层反映了技术路线图的焦点内容，是连接技术路线图技术视角和商业视角的桥梁；底层呈现组织现有的或潜在的能力，包括知识、技能和技术13。图4自组织机制进步曲线本文依据上述的技术路线图作为参考，构建了自组织机制框架模型图。模型框架由大数据的获得和挖掘出发，最终落实到智慧师训的各项具体教学运用。关键在于自组织机制层，该层主要有四个模块组成：涨落算法包、非线性算法包、迭代优化算法包和自组织机制协同中心。协同中心一般使用两种方法：一种是通过反复使用和数据积累获得基本策略，另一种是在专家监督和指导下学习训练获得的适应策略。整个系统经几轮迭代优化，可以初步得到智慧师训自组织机制结构模型框架。如果智慧师训体系还要发展出其他先进的机制，例如自适应机制，可以设计类似的自适应机制层，与本模型中的自组织机制层并列，共同运用大数据和分析结论，达到多方面赋能智慧教育系统的目的。5结论自组织机制中成人智慧学习共同体的建设和作用需要全方位的支撑，不仅需要技术支撑，还需要全系统的其他方面的基础工作的支持服务。例如教育教学理论的科学运用，明确培训研修主体、客体、内容、方式和评价制度，组建和打造区域性骨干教师和示范学习者团队，要选取或构建起适切性强的课程内容体科学课堂095科技视界Science&Technology Vision系，相应教学设计中不仅要理念认知上引领、工具技术上提供方法，还要促进学习者的建立自己的学习地图和系统知识框架，以促进教师的综合素质和能力的全面提高。当前的多数成人学习生态距离“智慧性”的目标还有较大距离，这也客观反映出具有自组织机制的成人智慧学习共同体建设还面临诸多挑战，亟待从构建理论的完善和技术能力的提升入手加强相关研究和实践探索。【参考文献】1教育部等五部门关于印发 教师教育振兴行动计划（20182022年）的 通 知EB/OL.http：/ a blended learning ecosystem in the academicenvironment EB/OL.2010-08-13.http：/.hk/search.PDF/Adobe Acrobat.5李海峰数字孪生智慧学习空间：内涵、模型及策略J现代远程教育研究，2021，33（3）：73-80.6潘云鹤人工智能2.0与教育的发展J中国远程教育，2018.7陈丽.互联网+教育的知识观：知识回归与知识进化J中国远程教育，2019.8王锦熵增变熵减：领导者推进组织变革的熵理论视角J中外管理，2021.9尹怀琼，刘莉，郑红霞从哲学的角度探讨网络信息组织J现代情报，2003.10王艳基于生态理论的教师智慧学习创新路径J吉林省教育学院学报，2020.11杜海平外促与内生：教师专业学习范式的辩证J教育研究，2012（9）.12赵昶，黄纯等.基于技术路线图的技术赶超模式可视化呈现研究J.浙江工商大学学报，2015（2）：101-108.13隗玲，李姝影.技术路线图：方法及其应用综述J.数据分析与知识发现，2020，4（9）：1-14.图5智慧师训的自组织机制框架模型科学课堂096