论技术的进化机制与教育技术进化

Discussing on Evolving Mechanism of Technology and Evolution of Education Technology
论技术的进化机制与教育技术的进化*
杨开城
北京师范大学教育技术学院
摘要:技术进化的前提是技术的体系性.教育技术的"总和说"破坏了教育技术的体系性.教育技术的体系性决定了它的核心内容是教学设计和课程开发技术.技术体系是由技术效应件,技术系统和技术产品构成.技术的进化表现为技术效应件的进化,技术系统的进化和技术产品的进化.不同层次的进化其机制和动力都不同.本质上,技术进化的根本动力是人类自由实践的欲望.教育技术的进化源于教育理性实践的要求.技术的进化机制要求我们有意识地开发教育技术所需要的技术效应件以及按照功能需要将技术效应件耦合成教育技术,最终促使教育技术体系的成熟.
关键词:技术,技术进化,技术效应件,教育技术
如果我们将教育技术理解为某种技术而不是某种教育,那么教育技术自身的演化方式必然符合技术进化的逻辑.因此,教育技术的研究方法论必然与技术进化机制具有密切的联系.所以,探讨技术进化的机制对于教育技术学理论的发展具有非常重要的理论价值.同时,技术进化背后的谱系特性,也可以帮助我们找到"到底什么是教育技术"这一问题的正确答案.
技术进化的含义
"进化"一词源于生物进化论.但技术进化却不是指技术像生物一样在进化着.那么在何种意义上,技术是进化的呢
如果我们把人类历史上出现的所有技术整合起来考查,我们就会发现技术的体系特征以及新技术发明的组合性特征."技术发展的一个重要特征是通过转移与扩散展开其技术谱系,即根据类比原则将一个技术领域中的运行结构移植到另一个技术领域之中,从而使技术发明具有一种组合特征和积累性."[1]正是在这个意义上,我们说技术是进化的.
类似于生物进化论的研究,我们必须回答,对于技术进化而言"到底什么在进化"
一说到技术进化,人们很容易就认为是指技术产品的进化.然而TRIZ理论①已经明确指出,任何技术产品都有一个诞生,成长,成熟和衰退的生命周期.很多技术产品退出了人类的社会生活,但是技术却仍在进化.这说明技术进化不单单是指技术产品的进化.技术产品类似于生物个体的表型.表型的进化只是进化的表面现象.技术产品的变化并不总意味着技术的进化.
要想透过表面现象探究技术进化的细节,我们首先要探讨技术体系的构成模型.技术体系首先是指在一个时期内相对稳定的一整套技术相互依赖的关系[2],它是为技术建立一门科学的历史基石[3].我们认为技术体系是由技术效应件,技术系统和技术产品构成.
⑴技术产品
当然是指某种能实现特定物质,能量或信息变换的具体人工制品.并非所有的人工制品都是技术产品.技术产品的功能都具有特定的技术原理解释,而不仅仅具有科学原理的解释.
⑵技术系统
技术系统是指特定物质,能量或信息的变换方式的知识形态的表征.对于物质技术来说,技术系统又可以说成是指技术产品的技术原理.对于知识技术来说,问题相对复杂.知识技术只有与物质技术相结合才能转化为技术产品.这种技术产品的技术原理通常包含有物质技术的原理即硬件部分,又包含知识技术的原理即软件部分.
⑶技术效应件
所谓技术效应件(后简称效应件)是指在技术系统中能够完成特定功能的,相对独立的物件或者功能模块.比如,物质技术的效应件可以是某个功能物件(在机器设备中称为零件),比如钢轮,皮带等,它们本身并非技术系统.很多效应件是科学发现的结果,是自然效应的人工实现,比如X光效应,电磁效应等等.知识技术体系中,技术效应件通常包括具有某种结构的数据集,操作算法,映射表,库函数,对象(类),组件等等.效应件也可以是技术子系统.某些技术子系统由于自身的可重用性而成为技术效应件.
从技术效应件的概念出发,我们认为技术系统是技术效应件的结构化耦合,技术产品是技术系统的物理实现.有了这样的理解,我们就可以清楚地讨论技术进化的细节了.
技术进化的机制
一技术的起源
明确技术的起源和历史发展脉络,将有助于理解技术的进化机制.可是,即使在考古挖掘提供了丰富史料的今天,我们也很难恢复技术起源的细节.我们只能判断技术起源于什么以及技术发展的大致脉络,从中建立起对技术的进化机制的理解.
人类存在的标志是劳动,而人类劳动的标志是制作工具,而工具制作和使用都经历了从采用自然工具到人工制造简单物件作为工具再到利用技术产品作为工具的历史过程.由此我们判断技术起源于人类劳动.但是如此判断仍不具体.
由于技术系统是技术效应件的结构化耦合,技术必然起源于效应件.最早的技术效应件并不是技术,而是某种操作经验.随着人类劳动的发展,某些操作经验相对稳定,并相互耦合成稳定的技术过程.最早的技术必然以操作经验的形态存在."人类的早期,技术属于农业和手工业生产的直接经验技艺."[4]人类在劳动的过程中,对自然效应的认识也有所积累,这引发了对自然工具的改造,人工制品大量出现.随着人工制品使用经验的积累以及对自然效应的认识发展,人类才开始制造机械装置.伴随着近现代科学的发现,人类可以制造机器来应用自然中蕴涵的能源.机器的出现极大改变了人类的劳动操作,使得经验型的技术也发生变化.计算机的出现甚至开始代替人脑进行信息处理操作.这便是工具技术化和操作技术化的历史进程的简要描述.
二技术的进化机制
国内最清晰描述技术进化机制的是贾杲.贾杲认为,技术进化是以"技术域"为基本单位进行的,可以区分为"域内进化"和"域间进化"两种形式.后文将贾杲的理论称为技术域进化论."所谓技术域,是指在统一的背景技术下所形成的一系列体系,以及由这些技术体系所组成的技术发展及研究领域.……一般说来,技术域是以背景技术为基础和为中心,将与背景知识直接有关的设定技术项目(由这些项目编织成技术体系)联结成为发展和研究的技术领域."[5]域内进化的基本过程是:"背景技术(知识)元技术二次技术组合技术技术系统技术域. 就是说,在背景技术及背景知识的基础上,逐步产生出一些元技术,元技术间再相互交叉形成一些二次技术,二次技术再在分化生长的基础上产生出组合技术,这样由背景技术(知识),元技术,二次技术及组合技术等几个层次相互关联及组成了该背景技术(知识)下的技术体系,从而形成了该技术的技术域." [6]贾杲认为,技术域的这种变化经历了雏形态,定形态,成熟分叉态多种成熟水平.当一个技术域进化到了成熟分叉态时,该技术域就面临着由于新的元技术的出现而发生分叉(或分化),形成另一种技术域的雏形态,从而周而复始地不断进化,分化.这样技术域的相态就会形成单域态,复域态和超域态等不同复杂水平.技术的进化内在逻辑机制是"技术理解".无论技术的域内进化,还是技术的域外进化,它们都遵守技术理解的逻辑机制,这种逻辑机制包括三种形式:一是原理性理解;二是结构性理解;三是功能性理解.
这种对技术进化的过程和逻辑机制的描述是不充分的.它没有说明背景技术是如何出现的,元技术又是如何产生的.将技术域的科学背景称为"背景技术(知识)"也是不恰当的.在技术域进化论中,(元)技术间如何交叉产生更复杂技术的机制,没有得到清晰的描述.技术域的划分标准很难具有客观性,因为技术域的划分涉及到技术域之间的交叉关系问题.但实际上域内的技术交叉与域间的技术交叉没有什么本质区别.技术的体系性是现实特征而不是概念意义上的.技术体系的进化并不表现为树型结构,而是一种有向无环图的网络结构.这就使得强调边界的技术域的划分失去了理论意义.技术域的成熟水平也是一个模糊的概念.技术发明的不确定性决定了产生分叉进化的元技术的出现并不以技术域的成熟为前提.对于技术进化的微观机制,技术域进化论的观点虽然触及到了科学知识,技术功能,技术系统等概念,但是单单一种"技术理解"说显得过于单薄.
总体来说,技术域进化论并没有揭示出技术进化机制的细节.技术的进化实际上是指技术体系的进化,但通常表现为一项项的技术发明.从前面的论述我们知道,技术体系实际上是由技术效应件,技术系统和技术产品构成.下面我们区分为两种情况进行讨论.
⒈技术效应件的进化
技术效应件的进化表现为新效应件的出现和原效应件的改进.新效应件源于稳定的操作经验,新的人工制品,新自然效应的发现和成功复制,相对稳定可重用的技术系统.效应件的改进源于新的功能或者性能要求,比如将轮子由木轮子改为更好用的充气橡胶轮子,插入排序算法被更快捷的堆排序算法所代替,等等.
技术效应件最早来源于人类自身的操作.完成特定功能的稳定操作就成为技术效应件.后来随着人类劳动经验的增加,人工制品(比如轮子)开始出现,其功效也越来越稳定.这些功效稳定的人工制品也会成为效应件.随着人类对自然规律的深入理解,人类开始制造能够稳定重现自然效应的人工制品(比如弹簧,二极管,电阻丝,继电器),并将人工制品耦合成技术产品.某些技术产品及其原理在技术标准化的条件下具有很强的可重用性而成为技术效应件.物质技术如此,知识技术也是如此.知识技术最早出现在测量与计算领域,用于完成数值计算.随着知识技术的发展,特别是计算机的出现,知识技术开始涉足非数值计算领域,各种用途的数据结构和算法已经大量出现.
很明显,很多技术效应件的进化并非独立进行,它们的进化与技术系统的进化有着交互作用.
⒉技术系统和技术产品的进化
物质技术的技术系统进化与技术产品的进化是同时进行的,因为物质技术的技术系统进化必须通过技术产品这个载体来完成.而知识技术由于可以采用抽象的符号方式,所以它的进化可以不借助物质载体.
无论是以技术产品为载体还是独立进化,技术系统的进化也就意味着人类发现了技术效应件新的耦合方式.促成这种发现的原因是复杂的,但都可以解释为在效应件提供的耦合的可能性空间②中寻求某种功能的基本原理解或最优解.
技术进化的关键条件是效应件之间存在着可能的耦合关系,这决定了技术体系之间产生交叉移植是不受技术体系成熟度制约的.这种交叉移植的时机也是无法事先确定的.
通过效应件耦合进行技术发明的规律,已经在具体的技术发明理论中有所体现.以TRIZ理论为代表的发明问题解决理论以及软件工程理论的出现,使得我们能够看到一些技术进化的细节.总的来说,一种技术产品的发明一般经过一个如图1所示的过程.
⑴需求分析
功能是技术系统的属性之一,它必然来自技术系统之外.需求分析的主要任务是将人类的需要转化为对技术系统的功能要求的说明.这是将人类的需要映射到技术系统功能的结果.技术系统的总体功能是确定技术系统的功能耦合结构的前提.
理性的技术发明过程总是从需求分析开始的.TRIZ理论认为,"需求进化③的一般趋势是首先满足基本需求,之后满足智能的及创造性的需求.(需求)进化有两个方向:新需求的出现及已有需求的变型.需求进化具有多样性的特点,其定律包括需求理想化,需求动态增长,需求协调,需求合并及专门化等定律."[7]技术史表明,技术产品的功能也会顺应这种变化,向理想化,功能动态增长,功能协调,向单功能或多功能传递方向发展.这个规律也启发技术发明家放弃对社会需求的考察,直接沿着技术理想化,自动化的方向改进技术,以期能引发新的需求并领先占领市场.
⑵功能分析
功能分析的任务是确定技术系统的功能耦合结构,这个过程需要对总体功能进行分解和组合.功能分解只能确定总功能的过程成分,将子功能有效组合才是最终的目的.功能耦合结构的设计既可能是全新的设计,也可能对已知的功能结构的改进.无论是哪种情况,在功能耦合结构的确立过程中会遇到各种两难问题,即TRIZ理论所说的冲突.TRIZ理论特别重视两种冲突的处理,即技术冲突和物理冲突."技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果,也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统或系统变坏"[8],比如为了追求效率而导致生产材料的浪费,为了追求算法的效率而增加空间复杂度."物理冲突是指为了实现某种功能,一个子系统或元件应具有一种特性,但同时出现了与此特性相反的特性"[9],比如"飞机发动机罩既应该加大直径,以便吸入更多空气,但又应该减小直径,以增加与地面的距离."[10],为了自由控制内存而使用指针却增加了非法内存操作的可能性.当然冲突的消除不能不考虑完成功能的具体效应件.
⑶系统设计
功能的实现最终由技术效应件来承担.系统设计的主要任务是确定技术系统的技术效应件的耦合结构,所选择的效应件来自已知的效应件集合.技术效应件的耦合结构最终确立了技术系统中物质流,能量流或数据流的走向.功能耦合结构中的某个功能模块可能由一个效应件来完成,也可能由多个效应件耦合完成.
效应件的耦合源于技术系统功能的需要,逻辑上不受技术效应件所属技术体系的限制.技术发明家知道的技术效应件越多,发生技术移植的可能性就越大.
效应件的耦合既可能是全新的创造,也可能是在原由耦合结构基础上增加效应件,删除多余效应件或者替换效应件的结果.这个过程有时会对效应件提出改进的要求.这就影响到了技术效应件的进化.效应件的进化反过来又可能引发新的冲突,引发功能耦合结构的变化.
任何效应件的耦合都可能引发冲突,有些冲突在功能分析阶段就可以被发现,有些冲突只有在系统设计和产品设计阶段才能发现.效应件耦合的设计有时会因冲突处理上的需要而提出修正功能耦合结构的要求.
对于很多技术产品的发明来说,技术系统的功能耦合结构与效应件的耦合结构是同时确立的,但是在逻辑上这是两个不同的过程.越是复杂的技术系统,这两个过程分离得越明显.这两个过程的最核心问题就是要解决由于耦合带来的技术冲突和物理冲突.
为了能够快速解决这些问题,TRIZ理论提出了自己的技术进化定律(技术系统演化模式),进化路线,并为工程师们准备了各种有效的思考工具和技术效应库.软件工程理论也有自己的解决办法,比如使用框架约束,组件思想,分层思想,只不过没有TRIZ理论那样成熟.也就是说,一个理性的技术发明过程,必然应用着各种冲突处理策略.
⑷产品设计
产品设计的主要任务是将技术系统转化为具体的技术产品,具体工作是选定材料,外观设计,界面设计,空间设计等等.有一些技术冲突和物理冲突,在这个阶段才会被发现.
虽然知识技术的技术系统进化可以独立进行,但是仅仅依赖数学证明或理论推理,并不足以确保知识技术的完备性.最终知识技术都要转化为软件产品,利用计算机自身的计算能力来确保技术对于各种数据都是有效的.
总之,技术进化表现为技术效应件的进化和技术系统,技术产品的进化.技术效应件的进化与技术系统的进化又有着交互作用.技术系统的进化离不开需求分析,功能分析,系统设计以及产品设计等工作.虽然技术进化的具体表现多种多样,但是最本质,最稳定的特征是技术效应件集合的扩大.技术效应件集合的扩大意味着效应件耦合空间的扩大,这个耦合空间蕴含着人类的理性力量.
教育技术的起源与进化
对技术起源与进化的讨论必须以技术体系为前提.只有教育技术自成体系我们才可能讨论它的起源和进化.很明显,教育技术的"总和说"④破坏了教育技术的体系特征.从这种定位出发我们是无法讨论教育技术的起源和进化的.那么,可以在这里讨论的教育技术到底是一种什么样的技术体系呢
我们知道,教育实践领域中出现的技术包括硬件设备,教育软件系统,教学系统和课程系统(含教育方法之类内容),教学设计技术和课程开发技术以及教育测量与统计技术等.硬件设备和教育软件系统属于在教育实践中应用的媒体技术.如果把它们看作教育技术,我们便无法讨论教育技术的进化,因为到底何种媒体技术何时应用于教育,是永远无法事先确定的.这种外延的不确定性,使得我们无法在教育领域中确立它们的技术体系.媒体技术各有自己的技术体系,它们在教育领域中的产品进化隶属于原有的技术体系.教育测量与统计技术的情形也是如此.
有没有植根于教育实践,发展于教育实践并自成体系的技术呢 答案是肯定的.那就是由作为一种技术系统的教学系统,课程系统以及它们的构建技术的教学设计和课程开发技术构成的技术体系.这是一个随着教育实践的发展自然形成的技术体系,其中教学设计和课程开发是核心技术,也是最稳定的存在.后面的讨论主要集中在教学设计和课程开发技术的起源与进化方面.
教学设计技术和课程开发技术起源于它们所包含的技术效应件.那些效应件的出现源于教育实践的理性要求.教育技术发展的历史起点并不是媒体技术在教育中的应用,而是它的效应件的出现.
一目前教育技术的进化水平
⒈技术系统的发展水平
应该说,目前我国教学设计和课程开发的实践仍然称不上技术化的实践.也就是说,人们还没有可以直接利用的成熟的教学设计技术和课程开发技术.虽然教学设计和课程开发研究领域提供了一些操作模式或流程,但那些模式和流程还称不上技术.它们还没有表现为某种技术效应件的耦合结构.我们一直从事教学设计的技术化研究工作.我们所提出来的以学习活动为中心的教学设计原理[11],也只是教学设计的技术原型.这样对技术原型只有经过学科化才能最终转变为教师们可以理解和掌握的技术.
在课程开发方面,我们也曾提出过一个过程模式⑤,但它只能作为一种技术原型的构想来看待.目前还没有出现真正意义上的课程开发技术原型.
⒉技术效应件的发展水平
一项技术所需要的效应件是由这项技术的技术系统来决定.按照我们提出的教学设计原理,教学设计技术所需要的技术效应件至少包括:各种收集数据的方法(比如调查表,访谈提纲),学习者分析框架,教学目标分类框架,学习内容分析(比如层级分析,知识建模等),教学方案的结构框架,目标与教学方案某些成分的映射等等.这些效应件的发展虽然已经达到原型水平,但还有待于经过学科化走向成熟.
按照我们提出的课程开发过程模型,课程开发技术所需要的技术效应件至少包括:社会需求分析方法,学习者分析框架,学科知识分析方法,知识组件的构造与组织方法,课程方案的结构框架等.其中学习者分析框架相对成熟,社会需求分析也有一些具体的方法,比如工作任务分析的DACUM法,敏感事件法等,但是我们仍不清楚到底应该如何准确表达社会需求.其它技术效应件仍在构想开发当中.由于目前课程开发技术仍没有成熟的技术原型,课程开发技术所需要的技术效应件可能还不只限于这些.但可以肯定的是,这些效应件所对应的现实操作实际上已经存在着,只是还没有真正条理化并耦合成技术而已.
由于教学设计和课程开发技术本身还不成熟,目前也就不可能有基于教学设计技术和课程开发技术的自动化辅助系统等成熟的技术产品.
二教育技术的发展方向
经验不足以应对实践发展的需要时,就会催生技术发明.一种技术体系在实践中达到它的能力极限时,它的主流地位也会被另一种技术体系所代替.课程开发和教学设计实践的技术化是不可避免的,这不但因为人们通过教育技术来表达对教育教学规律的整体理解,而且基于操作经验的课程开发和教学设计实践已经触及到了它的极限.基于经验的课程开发和教学设计实践越来越不适应快速变化和需求丰富的教育实践的要求了.
我们研究教育技术的意图就是使我们的教育实践在操作层面上更加理性化,更加符合规律,并通过教育技术对教育构建独特的理解,这种理解反过来再指导教育实践.教育技术的进化方向就是将课程开发和教学设计实践理性化,条理化,将实践中的各种隐性操作外显化成技术效应件并将这些技术效应件耦合成技术系统.
三教育技术的进化机制
虽然目前课程开发,教学设计大多仍基于非结构化信息进行决策,但是分析和决策的各种操作是现实存在的.它们有时以孤立的某个方法表现出来,有时以操作者的隐性操作知识形态存在着.教育技术进化成为显式技术系统的历史条件已经具备.我们要做的就是从教育技术所要服务的教育实践需要出发,确立教育技术系统的功能,从教育技术系统的功能出发确立课程开发和教学设计的技术系统原型,经过细致的功能分解和组合确立可能的技术效应件及其耦合方案,从实践操作经验中提取技术效应件或者移植软件技术中的思想和算法,最终构建成教育技术的技术体系,并在此基础上开发教育技术的技术产品.
这里最大量的工作是创建教育技术的技术效应件.这可以通过将操作经验条理化,将信息结构化,移植软件技术中的思想和算法等方法来完成.当然,技术系统的发展还需要进行大量的缺陷分析工作.也就是说,教育技术的研究着眼点不是教育教学效果,而是它的技术功能.技术功能的提升必然要依赖缺陷分析的方法.
小结
技术进化的前提是技术的体系性.技术体系是技术进化的基石.教育技术的体系性源于教学系统和课程系统是教学设计和课程开发的技术产物,它们本身也是技术性系统.教育技术是起源于教育实践,发展于教育实践的,具有独特技术原理的技术体系.教育技术的进化源于教育理性实践的要求.这种技术进化的逻辑要求我们有意识地开发所需要的技术效应件以及按照功能需要将技术效应件耦合成教育技术,最终促使教育技术体系的成熟.
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[11]杨开城.《以学习活动为中心的教学设计理论》[M].北京:电子工业出版社,2005.139页
①TRIZ理论是前苏联Altshuller及其领导的一批研究人员,在分析研究世界各国专利的基础上,提出的一种创新问题解决理论.它的主要内容是解决技术问题和实现创新开发的各种方法,工具和算法.创新问题解决理论不仅仅用于技术发明,它适用于所有创新产品的发明.
②实际上是技术发明家,工程师们所能看到的可能性空间
③此处使用"进化"一词并不严格,应该使用"变化"一词
④这里"总和说"是指"教育技术就是人类在教育教学活动过程中所运用的一切物质工具,方法技能和知识经验的综合体,它分为有形技术和无形技术两大类."
⑤参见《中国电化教育》2004年第12期的论文"课程开发模式的新构想"
*本文是教育部人文社会科学研究项目《教育技术学的技术哲学基础研究》(批准号:05JC880045)阶段性成果
图1 技术产品的发明过程