余勝泉 徐劉杰

[摘 ? 要] 大數(shù)據(jù)為教育研究帶來(lái)新機(jī)遇，全樣本的數(shù)據(jù)來(lái)源、因果分析向相關(guān)性研究的轉(zhuǎn)變、計(jì)算機(jī)仿真方法的應(yīng)用以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)推動(dòng)了教育研究范式轉(zhuǎn)變。教育計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究借鑒了計(jì)算社會(huì)學(xué)的思路，基于教育系統(tǒng)的客觀事實(shí)，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)教育系統(tǒng)模擬，通過(guò)參數(shù)演化，自動(dòng)化、快速生成大數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)分析觀察教育系統(tǒng)演化過(guò)程，總結(jié)教育演化規(guī)律，使教育研究可量化、可檢驗(yàn)、可重復(fù)?；诖髷?shù)據(jù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)為教育提供了新的研究方法與分析技術(shù)?；诖髷?shù)據(jù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究在宏觀層面可用于研究教育資源配置，在中觀層面可以研究教育公共服務(wù)，在微觀層面可以研究各要素及個(gè)體對(duì)教育系統(tǒng)的影響作用，幫助人們科學(xué)制定教育政策，改進(jìn)教育系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞] 大數(shù)據(jù); 教育研究; 研究范式; 教育計(jì)算實(shí)驗(yàn); 計(jì)算機(jī)仿真

[中圖分類號(hào)] G434 ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 余勝泉（1973—），男，江西鄱陽(yáng)人。教授，主要從事移動(dòng)教育與泛在學(xué)習(xí)、信息技術(shù)與課程整合、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)、區(qū)域性教育信息化等方面的研究。E-mail：yusq@bnu.edu.cn。

一、引 ? 言

教育研究范式分為思辨研究與實(shí)證研究，而實(shí)證研究又分為定量研究、定性研究和混合研究。思辨研究有著獨(dú)特的本體論價(jià)值和突出的認(rèn)識(shí)論價(jià)值，它關(guān)注解決“應(yīng)然”問(wèn)題，主要建構(gòu)概念、理論和觀點(diǎn)，并通過(guò)邏輯推理來(lái)解決概念的、規(guī)范的問(wèn)題[1]。但是，思辨研究以個(gè)體經(jīng)驗(yàn)材料作為論據(jù)對(duì)論點(diǎn)進(jìn)行論證，研究結(jié)論受個(gè)體理性認(rèn)識(shí)能力和主觀經(jīng)驗(yàn)影響痕跡大，對(duì)個(gè)體的理性推演能力和理論功底要求也較高。而且，思辨研究過(guò)分注重對(duì)事物內(nèi)部統(tǒng)一性的探求，從而容易忽視對(duì)事物內(nèi)部的矛盾性或變動(dòng)性的認(rèn)識(shí)，容易出現(xiàn)用靜止的觀點(diǎn)看問(wèn)題的傾向[2]。

實(shí)證研究是基于事實(shí)和證據(jù)的研究，具有客觀、量化、有定論、可檢驗(yàn)等特征[3]。教育實(shí)驗(yàn)研究是實(shí)證研究中最常用的一種方式，具有嚴(yán)格的實(shí)施規(guī)則，也是目前大多數(shù)研究者較易把握和使用的研究方法。但是，教育實(shí)驗(yàn)研究仍然存在一定的局限性。首先，教育中與人的行為相關(guān)的情境比較復(fù)雜，許多干擾因素難以徹底排除，每個(gè)研究在時(shí)間、樣本、情境方面都具有特殊性，一個(gè)獨(dú)立的研究有時(shí)難以幫助人們?cè)陬愃魄榫持谢谠撗芯拷Y(jié)果做出決策，由此導(dǎo)致研究結(jié)果在教育實(shí)踐中的應(yīng)用效果受到質(zhì)疑[4]。其次，人的生理特征、心理特征和社會(huì)特征的復(fù)雜性導(dǎo)致教育的數(shù)據(jù)化程度極其有限，無(wú)法保證教育實(shí)驗(yàn)研究在給定的完全相同的條件下進(jìn)行，不可能真正控制各種內(nèi)部與外部變量[5]，這就使得教育實(shí)驗(yàn)研究不同于自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)，無(wú)法還原和重復(fù)。即便是相同的情境，相同的被試，由于人具有主觀性，加上心理變化導(dǎo)致被試對(duì)干預(yù)手段的反應(yīng)發(fā)生變化，致使研究結(jié)果發(fā)生改變，導(dǎo)致教育研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可驗(yàn)證。因此，教育實(shí)驗(yàn)研究存在不可重復(fù)性、不可驗(yàn)證性、研究結(jié)果無(wú)法應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)等問(wèn)題，導(dǎo)致教育研究的科學(xué)性無(wú)法確保。

隨著數(shù)據(jù)密集型科學(xué)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)成為教育研究和利用的主要對(duì)象，大數(shù)據(jù)技術(shù)以“大數(shù)定律”為基礎(chǔ)，通過(guò)相關(guān)性或關(guān)聯(lián)性分析，尋找教育活動(dòng)的內(nèi)部主導(dǎo)因素和高關(guān)聯(lián)性外部因素，為教育決策、教育管理和教育研究提供技術(shù)支持，大數(shù)據(jù)技術(shù)引起了教育研究的范式轉(zhuǎn)變。計(jì)算社會(huì)學(xué)使用計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法，仿真模擬真實(shí)的社會(huì)系統(tǒng)，通過(guò)改變輸入變量屬性觀察社會(huì)系統(tǒng)的演化過(guò)程和結(jié)果，總結(jié)社會(huì)系統(tǒng)的演化規(guī)律。大數(shù)據(jù)技術(shù)與計(jì)算社會(huì)學(xué)思路的結(jié)合，為教育研究提供了新的思路。

二、大數(shù)據(jù)教育研究新機(jī)遇

大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、涵蓋面寬、結(jié)構(gòu)形態(tài)多樣、動(dòng)態(tài)變化等特征[6]，為教育研究帶來(lái)新的方法論和研究手段。

（一）教育研究的數(shù)據(jù)來(lái)源于全樣本

雖然實(shí)證研究能夠突破思辨性研究的局限，在一定程度上保證教育研究的科學(xué)性，但是在教育實(shí)證研究中，觀察、實(shí)驗(yàn)和調(diào)查等方法獲取的是小樣本數(shù)據(jù)，是特定情境下的教育現(xiàn)象數(shù)據(jù)，是局部范圍內(nèi)的個(gè)體樣本數(shù)據(jù)，是研究者主要關(guān)注的部分變量的數(shù)據(jù)，大部分屬于結(jié)果性數(shù)據(jù)，而非過(guò)程性數(shù)據(jù)，由此得到的實(shí)證研究結(jié)果并不能夠科學(xué)地代表復(fù)雜的教育系統(tǒng)，得出的結(jié)論也難以適用于整個(gè)教育系統(tǒng)。而且，抽樣的數(shù)量和代表性會(huì)影響研究結(jié)果的質(zhì)量。

過(guò)去通過(guò)收集小樣本數(shù)據(jù)研究教育問(wèn)題和教育現(xiàn)象的方法已不能滿足現(xiàn)代復(fù)雜的教育系統(tǒng)發(fā)展和教育研究的需求，當(dāng)前亟須來(lái)源于整個(gè)教育系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)支撐教育研究。教育大數(shù)據(jù)不受樣本選擇的影響，可以處理和某個(gè)教育現(xiàn)象相關(guān)的所有變量和所有數(shù)據(jù)，并由此發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的教育規(guī)律。教育大數(shù)據(jù)包括教育系統(tǒng)大數(shù)據(jù)和系統(tǒng)要素的個(gè)體大數(shù)據(jù)，是全樣本、全過(guò)程的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)大數(shù)據(jù)針對(duì)教育系統(tǒng)的所有要素以及所有要素的全部個(gè)體，涵蓋了教育系統(tǒng)的全體樣本和全體變量。對(duì)系統(tǒng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析所得到的研究結(jié)論能夠覆蓋所有教育現(xiàn)象和教育問(wèn)題，能夠面向整個(gè)教育系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確地揭示和反映教育規(guī)律。個(gè)體大數(shù)據(jù)針對(duì)教育系統(tǒng)要素的每一個(gè)個(gè)體，數(shù)據(jù)來(lái)源于個(gè)體教育活動(dòng)的全過(guò)程，涉及與個(gè)體相關(guān)的所有變量。個(gè)體大數(shù)據(jù)記錄的是每一個(gè)個(gè)體的發(fā)展全過(guò)程，是連續(xù)性數(shù)據(jù)而不是局部數(shù)據(jù)，對(duì)個(gè)體的大數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析不僅能夠揭示個(gè)體特征，而且能夠?qū)€(gè)體進(jìn)行微觀分析，了解個(gè)體的發(fā)展歷程，發(fā)現(xiàn)個(gè)體成長(zhǎng)規(guī)律，預(yù)測(cè)個(gè)體發(fā)展中可能遇到的問(wèn)題，從而針對(duì)個(gè)體實(shí)施有效的干預(yù)，以促進(jìn)個(gè)體成長(zhǎng)和發(fā)展。

（二）教育研究的數(shù)據(jù)具有豐富的多態(tài)性

傳統(tǒng)教育研究的數(shù)據(jù)來(lái)源具有明確的目的和對(duì)象，且多是通過(guò)調(diào)查、訪談、觀察等獲得數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)維度比較單一。而且傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集方法無(wú)法排除人們因主觀性以及對(duì)概念的誤解等因素造成的數(shù)據(jù)不真實(shí)、不客觀等問(wèn)題，從而降低了教育研究的信度和效度。基于大數(shù)據(jù)的教育研究不再局限于單一維度的數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計(jì)分析，而是收集教育現(xiàn)象中所有形態(tài)的數(shù)據(jù)，包括結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，然后對(duì)多模態(tài)的數(shù)據(jù)從多種維度出發(fā)做統(tǒng)計(jì)性分析，從而精確地找出事物之間的相關(guān)關(guān)系，為研究者提供新的研究視角。例如：使用多態(tài)性數(shù)據(jù)分析不僅能夠研究與學(xué)習(xí)有直接相關(guān)的認(rèn)知因素，還能夠探索影響學(xué)習(xí)的非認(rèn)知因素。

大數(shù)據(jù)的多態(tài)性及大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的全面采集，突破了傳統(tǒng)教育研究中只能通過(guò)收集結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)實(shí)施“觀察現(xiàn)象—發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—分析原因—提出對(duì)策”的因果研究的范式，使得教育研究者能夠?qū)w量龐大、類型多樣的數(shù)據(jù)集合進(jìn)行對(duì)比分析、交叉檢驗(yàn)和聚類統(tǒng)計(jì)，它更加強(qiáng)調(diào)發(fā)現(xiàn)而非證實(shí)，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)集之間的相互關(guān)聯(lián)，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)正負(fù)誤差的相互抵消，能夠更多地從發(fā)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)集之間的相關(guān)關(guān)系中找出問(wèn)題、探索規(guī)律和預(yù)測(cè)趨勢(shì)[7]。因此，大數(shù)據(jù)使得教育研究在不受樣本影響的情況下處理與某個(gè)現(xiàn)象相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)多模態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，能夠幫助人們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，幫助人們高效、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來(lái)，從而建構(gòu)教育研究的科學(xué)意義。

（三）教育研究的關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向相關(guān)性研究

教育系統(tǒng)的復(fù)雜性、人的行為的復(fù)雜性、教育結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、教育系統(tǒng)各要素間相互作用的復(fù)雜性等均導(dǎo)致教育系統(tǒng)中各要素之間具有復(fù)雜的因果關(guān)系。而傳統(tǒng)的教育研究通過(guò)對(duì)局部現(xiàn)象的研究，并將研究結(jié)論推廣到整個(gè)教育系統(tǒng)中，希望解決整個(gè)教育系統(tǒng)存在的問(wèn)題，這種以點(diǎn)帶面的推廣范式存在很大的局限性和不足。大數(shù)據(jù)時(shí)代，教育研究不再僅僅探索教育現(xiàn)象復(fù)雜的、難以定論的因果關(guān)系，主要通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析海量數(shù)據(jù)中的相關(guān)性來(lái)探求教育規(guī)律。

大數(shù)據(jù)研究不同于傳統(tǒng)的邏輯推理研究，而是對(duì)大數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)性的搜索、比較、聚類、分類等分析歸納，關(guān)注數(shù)據(jù)的相關(guān)性[8]?；诖髷?shù)據(jù)的教育研究范式側(cè)重于對(duì)客觀數(shù)據(jù)的挖掘和分析，能夠幫助人們研究與分析教育現(xiàn)象、教育活動(dòng)、教育結(jié)果等，探究教育系統(tǒng)中各要素之間的相關(guān)性，確定教育與個(gè)人因素、群體因素之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)教育系統(tǒng)與其他社會(huì)系統(tǒng)之間的相關(guān)性。大數(shù)據(jù)教育研究可以對(duì)教育現(xiàn)象和教育問(wèn)題的相關(guān)研究作因果關(guān)系解釋，幫助人們尋找教育系統(tǒng)的內(nèi)部主導(dǎo)因素，尋找與教育系統(tǒng)具有高關(guān)聯(lián)性的外部社會(huì)因素，從而為推動(dòng)教育改革尋找突破口，為教育決策、教育管理和教育研究提供技術(shù)支持，為教育改革和實(shí)施教育實(shí)踐活動(dòng)提供理論依據(jù)。而且，教育大數(shù)據(jù)分析所得的相關(guān)關(guān)系不存在模糊性、不確定性和易變性，可以通過(guò)重復(fù)實(shí)踐和研究加以檢驗(yàn)、校正與論證。

（四）教育研究采用計(jì)算機(jī)仿真方法

教育實(shí)驗(yàn)研究方法通過(guò)嚴(yán)格控制一種或幾種變量來(lái)驗(yàn)證、探討教育現(xiàn)象的因果關(guān)系。但是在現(xiàn)實(shí)情境中，影響教育的因素眾多且錯(cuò)綜復(fù)雜，使得教育實(shí)驗(yàn)研究與現(xiàn)實(shí)的教育活動(dòng)存在很多不一致，研究結(jié)論在教育應(yīng)用中往往產(chǎn)生偏差。而且，人作為教育研究的對(duì)象，具有不確定性、不可逆性、不可控制性，這對(duì)教育實(shí)驗(yàn)提出了更高的要求，教育實(shí)驗(yàn)不允許出現(xiàn)差錯(cuò)或者失敗，尤其是大規(guī)模實(shí)驗(yàn)更是不允許失敗，失敗不僅會(huì)造成資金和資源的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)學(xué)生造成傷害。由此可見(jiàn)，通過(guò)單因素、嚴(yán)格的變量控制來(lái)尋求教育的局部改變，強(qiáng)調(diào)對(duì)教育實(shí)驗(yàn)因果關(guān)系的解釋，追求實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性、純粹性的教育研究范式已經(jīng)越來(lái)越難以適應(yīng)現(xiàn)實(shí)情境中的教育實(shí)踐活動(dòng)的需要[9]，而計(jì)算機(jī)仿真為教育研究帶來(lái)新的契機(jī)。

計(jì)算機(jī)仿真是依據(jù)系統(tǒng)原理，建立描述實(shí)際系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或行為過(guò)程的模仿系統(tǒng)，即利用具有一定邏輯關(guān)系和數(shù)量關(guān)系的仿真模型，在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以獲得對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的正確認(rèn)識(shí)，確定決策方案[10]。在教育研究中，通過(guò)界定現(xiàn)實(shí)的教育系統(tǒng)要素之間的關(guān)系，建立起教育系統(tǒng)要素關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，然后利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估與分析，幫助人們了解教育系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，從而支持人們做出準(zhǔn)確的教育決策。利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)開(kāi)展計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究，不僅可以降低成本，而且能夠避免在真實(shí)情景中開(kāi)展教育實(shí)驗(yàn)存在的風(fēng)險(xiǎn)。此外，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)可以重復(fù)實(shí)施，不斷迭代，生成大數(shù)據(jù)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)地反映教育現(xiàn)象，揭示教育規(guī)律。

三、計(jì)算社會(huì)學(xué)的啟示

傳統(tǒng)教育研究范式雖然注重理論推演與實(shí)證研究相結(jié)合，但是由于教育實(shí)驗(yàn)的不可重復(fù)性和不可檢驗(yàn)性、教育數(shù)據(jù)的小樣本特征，使得教育研究結(jié)果的推廣與實(shí)踐檢驗(yàn)受到限制。大數(shù)據(jù)為教育研究提供了新機(jī)遇，但也帶來(lái)了新挑戰(zhàn)。全樣本的大數(shù)據(jù)采集與分析對(duì)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和可視化分析技術(shù)提出了更高的要求，增加了教育研究的難度。這就需要新的研究范式、研究方法和技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)教育研究范式的弊端，解決大數(shù)據(jù)教育研究的缺陷。計(jì)算社會(huì)學(xué)能夠捕捉、獲取和處理有關(guān)人類行為與社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)的大規(guī)模數(shù)據(jù)[11]，通過(guò)研究人、社會(huì)行為、社會(huì)系統(tǒng)以及與計(jì)算技術(shù)互動(dòng)中的相互作用[12]，能夠獲得對(duì)人類的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治等更深刻和更準(zhǔn)確的理解，為教育研究帶來(lái)了新的啟示。

計(jì)算社會(huì)學(xué)立足于客觀事實(shí)，利用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)社會(huì)現(xiàn)象進(jìn)行分析，能夠得到確切的發(fā)現(xiàn)或結(jié)論。計(jì)算社會(huì)學(xué)將社會(huì)系統(tǒng)涉及的所有主體納入研究對(duì)象中，并從整體論出發(fā)研究各個(gè)主體之間的相關(guān)關(guān)系，通過(guò)改變主體行為屬性值來(lái)觀察主體和客體在互動(dòng)的關(guān)系中重新建構(gòu)客體的演化過(guò)程，該演化過(guò)程強(qiáng)調(diào)研究過(guò)程的互動(dòng)性，強(qiáng)調(diào)在自然情境下通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)、仿真模擬等技術(shù)手段理解被研究者的行為和思想[13]。計(jì)算社會(huì)學(xué)使用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，可以自動(dòng)化、快速、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行并生成大數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)的演化，幫助人們洞察現(xiàn)實(shí)和預(yù)測(cè)未來(lái)。將計(jì)算社會(huì)學(xué)的方法應(yīng)用到教育研究中，通過(guò)設(shè)計(jì)教育情境，理清教育系統(tǒng)所有主體、變量之間的相互作用關(guān)系，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)實(shí)施社會(huì)計(jì)算實(shí)驗(yàn)，能夠全面模擬教育演化過(guò)程，探尋教育規(guī)律。此外，基于計(jì)算機(jī)的社會(huì)計(jì)算實(shí)驗(yàn)可以改變各種變量的屬性值以反復(fù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)教育實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)、可驗(yàn)證、可檢驗(yàn)、可量化，從而推進(jìn)教育研究范式發(fā)展。

計(jì)算實(shí)驗(yàn)通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真模擬教育系統(tǒng)，處理的是連續(xù)動(dòng)態(tài)的教育過(guò)程，生成的是連續(xù)型大數(shù)據(jù)，這既能保證數(shù)據(jù)的豐富和全面，又減少了由人的主觀性判斷帶來(lái)的誤差，幫助人們精準(zhǔn)提煉教育規(guī)律。將計(jì)算實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到教育研究中能夠窮盡所有變量的所有數(shù)據(jù)，演示教育系統(tǒng)演化的全部可能性，有助于確定教育系統(tǒng)在何種狀態(tài)下、在哪些行為屬性值下會(huì)出現(xiàn)瓶頸問(wèn)題，并明晰在何種狀態(tài)下可以突破瓶頸問(wèn)題，改變哪些屬性能夠解決問(wèn)題。計(jì)算實(shí)驗(yàn)讓人們能夠提前預(yù)知可能出現(xiàn)的演化路徑，并通過(guò)改變決策來(lái)引導(dǎo)產(chǎn)生最優(yōu)的演化路徑。

計(jì)算社會(huì)學(xué)通過(guò)仿真模擬真實(shí)的教育系統(tǒng)，將教育系統(tǒng)中的所有變量納入仿真系統(tǒng)中，模擬多元變量之間的相互作用，可視化分析教育現(xiàn)象的變化規(guī)律。計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)⑷说恼J(rèn)知、心理、態(tài)度、行為等主觀和客觀因素作為變量，將自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境作為變量，通過(guò)建立人、自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境等因素之間的數(shù)學(xué)模型，在計(jì)算仿真實(shí)驗(yàn)中同時(shí)考慮多元變量及其相互關(guān)系。通過(guò)對(duì)教育系統(tǒng)內(nèi)部各因素之間的關(guān)聯(lián)性、教育與社會(huì)系統(tǒng)外部因素之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行模擬，演示教育系統(tǒng)中各要素之間的作用關(guān)系，多元變量作用下的教育演化規(guī)律，如學(xué)生的成長(zhǎng)規(guī)律、人類的發(fā)展規(guī)律、教學(xué)規(guī)律、教育決策執(zhí)行規(guī)律等，可以驗(yàn)證教育系統(tǒng)各要素行為的有效性，驗(yàn)證教育決策的有效性，評(píng)估教育決策的效益，為預(yù)測(cè)教育決策帶來(lái)的教育結(jié)果提供數(shù)據(jù)支持。

四、基于大數(shù)據(jù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究

大數(shù)據(jù)為人們研究社會(huì)科學(xué)現(xiàn)象的變化以及研究社會(huì)科學(xué)現(xiàn)象中的高度關(guān)聯(lián)和影響作用創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)，能夠交叉融合社會(huì)行為和數(shù)據(jù)計(jì)算處理系統(tǒng)，用以研究復(fù)雜社會(huì)系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)律與發(fā)展趨勢(shì)，帶來(lái)了社會(huì)科學(xué)研究范式的轉(zhuǎn)變[14]?，F(xiàn)代社會(huì)條件下的教育系統(tǒng)涉及自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域，具有系統(tǒng)性、復(fù)雜性特點(diǎn)，因此，教育系統(tǒng)被認(rèn)為是非線性的、復(fù)雜的大系統(tǒng)。根據(jù)已有數(shù)據(jù)建立計(jì)算仿真模型，進(jìn)行可重復(fù)、可復(fù)原、可驗(yàn)證的“仿真計(jì)算實(shí)驗(yàn)”，通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)生成教育大數(shù)據(jù)，從整體論、系統(tǒng)論出發(fā)進(jìn)行情景分析與政策模擬，分析教育現(xiàn)象和教育問(wèn)題，是解決教育系統(tǒng)治理的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)。計(jì)算社會(huì)學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的結(jié)合，為教育研究提供了方法論基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)，基于計(jì)算社會(huì)學(xué)思想，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究可以成為教育研究的新范式。

（一）基于大數(shù)據(jù)的教育計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究方法

在教育研究中，數(shù)學(xué)模型的介入使教育系統(tǒng)中各要素的關(guān)系能夠量化處理，這為應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)仿真模擬研究提供了技術(shù)和方法支持。計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究利用計(jì)算機(jī)仿真模擬現(xiàn)實(shí)教育系統(tǒng)的演化規(guī)律和教育結(jié)果，在建立教育系統(tǒng)各要素關(guān)系的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)實(shí)施實(shí)驗(yàn)，通過(guò)設(shè)定不同的輸入來(lái)產(chǎn)生不同場(chǎng)景的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析來(lái)觀察輸出，為教育決策提供支持。

基于大數(shù)據(jù)的教育計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究是采用定性與定量相結(jié)合的方法進(jìn)行問(wèn)題的研究。用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和方法分析真實(shí)的教育系統(tǒng)，利用教育計(jì)算方法，建立概念與定量一體化的模型，并借助計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)教育問(wèn)題進(jìn)行各種條件下的演化，模擬教育系統(tǒng)的演變過(guò)程和行為，模擬決策對(duì)象或決策過(guò)程發(fā)展變化的規(guī)律，并根據(jù)模擬出的定性與定量結(jié)果調(diào)整政策以獲得最佳決策效果。計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究在非線性的復(fù)雜教育系統(tǒng)的仿真研究中體現(xiàn)出了優(yōu)越性。

基于大數(shù)據(jù)的教育計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究，將現(xiàn)實(shí)中教育系統(tǒng)的各要素及其關(guān)系映射到仿真模型，將研究問(wèn)題所涉及的顯變量、潛變量及其相互作用關(guān)系一一表達(dá)出來(lái)，建立基于計(jì)算機(jī)的人工仿真教育系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)是真實(shí)教育系統(tǒng)的鏡像。因此，可以將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的教育實(shí)驗(yàn)表示為：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的教育實(shí)驗(yàn)=真實(shí)教育系統(tǒng)+仿真教育系統(tǒng)+數(shù)據(jù)分析引擎，它們之間的關(guān)系如圖1所示。

基于大數(shù)據(jù)的教育計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究用虛擬現(xiàn)實(shí)、決策仿真對(duì)教育系統(tǒng)進(jìn)行建模，抽取真實(shí)教育系統(tǒng)中的運(yùn)行要素，梳理要素之間的關(guān)系與規(guī)則，建立虛擬的仿真教育系統(tǒng)。同時(shí)，在進(jìn)化的思想指導(dǎo)下，對(duì)仿真教育系統(tǒng)進(jìn)行演化，并根據(jù)真實(shí)的教育情境設(shè)定所有自變量參數(shù)，使自變量參數(shù)從極小值向極大值演化，實(shí)現(xiàn)全樣本數(shù)據(jù)輸入，輸出的是教育系統(tǒng)在每一個(gè)樣本變量值下的演化過(guò)程和結(jié)果，據(jù)此能夠窮盡所有教育現(xiàn)象。在計(jì)算機(jī)仿真模擬決策支持的整個(gè)過(guò)程中，人們可以通過(guò)對(duì)仿真模擬系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤和分析來(lái)研究真實(shí)教育系統(tǒng)及其運(yùn)行過(guò)程，通過(guò)模擬教育系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的各項(xiàng)參數(shù)及其變化趨勢(shì)，以此來(lái)預(yù)測(cè)和推斷實(shí)際教育系統(tǒng)對(duì)象或教育系統(tǒng)的真實(shí)演化規(guī)律，從而為人們的科學(xué)決策提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)和依據(jù)。此外，針對(duì)教育系統(tǒng)演化過(guò)程和結(jié)果數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行深度挖掘與解析，可視化展示數(shù)據(jù)分析結(jié)果，能夠有效幫助人們直觀理解教育現(xiàn)象，抓住教育問(wèn)題的本質(zhì)，可以發(fā)現(xiàn)如何改進(jìn)教育系統(tǒng)的具體要素和變量以解決教育問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)教育系統(tǒng)的最大價(jià)值。參照仿真系統(tǒng)的邏輯調(diào)節(jié)教育系統(tǒng)要素的關(guān)系，改變教育系統(tǒng)要素的屬性，從而指導(dǎo)真實(shí)的教育實(shí)踐活動(dòng)，優(yōu)化教育系統(tǒng)。

基于大數(shù)據(jù)的教育計(jì)算實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制教育系統(tǒng)的變量，促使大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，探索教育現(xiàn)象的演化規(guī)律，屬于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的特征表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是控制變量不再是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)或若干個(gè)變量，而是將所有可能的變量都考慮進(jìn)去，實(shí)現(xiàn)控制變量的全樣本考慮，并根據(jù)教育系統(tǒng)各要素之間的相互作用關(guān)系設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，從而能夠真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)教育系統(tǒng)的復(fù)雜性。二是控制變量的取值不再是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)值或者若干個(gè)值，也不是若干個(gè)以等級(jí)表示的模糊值，而是變量所有可能的取值，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生大數(shù)據(jù)?？刂谱兞康拇髷?shù)據(jù)輸入為教育實(shí)驗(yàn)提供了所有可能性的條件，改變了傳統(tǒng)教育實(shí)驗(yàn)中只輸入能夠獲得顯著效果的變量值，實(shí)現(xiàn)能夠觀察在正常狀態(tài)下和極端條件下的教育現(xiàn)象變化，這種變化不僅涵蓋教育實(shí)驗(yàn)的顯著性效果，還包括所產(chǎn)生的不良后果，從而使得教育實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘鎸?shí)反映教育規(guī)律。三是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)不僅關(guān)注輸入和輸出，還強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各種信息的數(shù)字化、數(shù)據(jù)化，記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中生成的大數(shù)據(jù)，以此分析變量變化過(guò)程中相互之間的作用機(jī)制，打開(kāi)教育現(xiàn)象變化的“黑箱”，使得教育演化過(guò)程透明化。

（二）基于大數(shù)據(jù)的教育計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究框架

基于大數(shù)據(jù)的教育計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究利用仿真系統(tǒng)和演化引擎對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，以研究計(jì)算實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教育系統(tǒng)的演化規(guī)律，提出改進(jìn)真實(shí)教育系統(tǒng)的干預(yù)政策和方法，其框架如圖2所示，核心要素包括教育系統(tǒng)的模擬仿真、影響教育系統(tǒng)關(guān)鍵要素的參數(shù)化及其演化、度量效果的教育價(jià)值計(jì)算與趨勢(shì)識(shí)別。

1. 教育復(fù)雜系統(tǒng)的計(jì)算仿真

教育計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究首先要針對(duì)復(fù)雜的教育系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，在此基礎(chǔ)上建立仿真系統(tǒng)。教育系統(tǒng)分析的流程主要包括：（1）社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、教育、技術(shù)系統(tǒng)與環(huán)境的劃分;（2）系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)及其層次的劃分，基于真實(shí)的教育系統(tǒng)進(jìn)行定性模型框架的建立;（3）關(guān)鍵利益相關(guān)者及其行為的定義，關(guān)鍵參與對(duì)象之間的互動(dòng)模式及其作用關(guān)系;（4）宏觀、微觀要素及指標(biāo)體系的建立、系統(tǒng)間相互作用的研究;（5）基于已有學(xué)校的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種定量模型的建立及系統(tǒng)參數(shù)的擬合;（6）定量模型結(jié)果的解釋與預(yù)測(cè)以及系統(tǒng)政策參數(shù)對(duì)結(jié)果的影響研究等。其次是開(kāi)發(fā)教育仿真系統(tǒng)。教育仿真系統(tǒng)的各要素及其關(guān)系、規(guī)則來(lái)源于真實(shí)教育系統(tǒng)和教育系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)。從真實(shí)教育系統(tǒng)中提取教育要素及其行為規(guī)則;從教育系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中提取各要素及其作業(yè)規(guī)則，從而建立教育個(gè)體層次、教育組織層次和教育系統(tǒng)層次等不同層面融合的仿真引擎。最后，基于仿真引擎，利用真實(shí)教育系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)，提取教育系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中的演化規(guī)則，通過(guò)輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)），利用仿真系統(tǒng)演化引擎實(shí)施教育系統(tǒng)的仿真演化。

2. 系統(tǒng)演化、大數(shù)據(jù)的生成與深度挖掘

教育仿真系統(tǒng)演化的實(shí)施依賴于仿真引擎對(duì)歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，對(duì)教育要素及其規(guī)則的提取與設(shè)計(jì)。根據(jù)教育系統(tǒng)內(nèi)的主體要素，仿真系統(tǒng)演化引擎從歷史數(shù)據(jù)中提取相關(guān)主體要素的行為模式及其行為規(guī)則，構(gòu)建教育系統(tǒng)的仿真演化規(guī)則，在仿真系統(tǒng)演化規(guī)則控制下，任何變量的屬性變化所引起的教育系統(tǒng)變化都會(huì)被記錄并生成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。而且在教育系統(tǒng)演化預(yù)測(cè)中引進(jìn)智能演化算法（如遺傳算法），可以使教育系統(tǒng)演化計(jì)算中教育主體的行為不再是事先給定的固定數(shù)據(jù)，而是在自組織和廣義進(jìn)化機(jī)制作用下，主體根據(jù)外部環(huán)境和自身屬性適應(yīng)性地調(diào)整行為規(guī)則，并在對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)判斷的基礎(chǔ)上生成的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成輸入數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)全樣本數(shù)據(jù)的收集。演化只生成原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的規(guī)律、意義及其解釋需要進(jìn)一步通過(guò)深度挖掘來(lái)處理，并通過(guò)可視化的方式展示出來(lái)，讓決策者以直觀形象的方式理解復(fù)雜變量影響下的教育系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律。利用仿真系統(tǒng)實(shí)施動(dòng)態(tài)演化，生成教育大數(shù)據(jù)，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析和深度挖掘，一方面把教育系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)和每個(gè)個(gè)體在教育行為層面的微觀決策聯(lián)系起來(lái)，另一方面在演化計(jì)算中，從微觀層面上模擬了教育系統(tǒng)的動(dòng)力機(jī)制。

3. 演化趨勢(shì)及教育價(jià)值的極值計(jì)算

在教育計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究中，教育價(jià)值是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中期望效果的量化表示。仿真模擬教育系統(tǒng)的演化趨勢(shì)和計(jì)算教育價(jià)值的變化趨勢(shì)可用于指導(dǎo)并預(yù)測(cè)真實(shí)教育系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析與挖掘以探索教育各要素之間的作用關(guān)系，通過(guò)改變教育要素的屬性值和利用仿真系統(tǒng)觀察教育價(jià)值的變化趨勢(shì)，從而識(shí)別出教育價(jià)值的極值及引起極值變化的教育要素屬性值。此外，根據(jù)教育仿真系統(tǒng)中教育價(jià)值的極值計(jì)算結(jié)果可以指導(dǎo)真實(shí)教育系統(tǒng)的發(fā)展，并有效引導(dǎo)良性教育價(jià)值的極值發(fā)展，同時(shí)，規(guī)避惡性極值。另外，根據(jù)教育系統(tǒng)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果做聚類、相關(guān)、關(guān)聯(lián)等數(shù)據(jù)挖掘，可以提煉出影響教育系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵因素并對(duì)其進(jìn)行解釋，還可以以可視化的方式理解關(guān)鍵要素相互作用的傳導(dǎo)鏈條。最后，對(duì)計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論解釋，有利于產(chǎn)生應(yīng)對(duì)真實(shí)教育系統(tǒng)發(fā)展變化的干預(yù)措施，有助于對(duì)真實(shí)教育系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警和干預(yù)，為教育決策提供依據(jù)。同時(shí)，對(duì)教育系統(tǒng)演化中出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象進(jìn)行解釋和討論，有助于發(fā)展和形成新的教育科學(xué)理論。

4. 真實(shí)教育系統(tǒng)的改進(jìn)實(shí)踐與檢驗(yàn)

通過(guò)教育仿真系統(tǒng)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)與演化能夠發(fā)現(xiàn)影響教育系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵因素及其影響程度。將教育仿真系統(tǒng)產(chǎn)生的最優(yōu)解、教育價(jià)值最大化的極值、教育仿真系統(tǒng)演化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的規(guī)律等用于設(shè)計(jì)教育實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用到真實(shí)的教育場(chǎng)景中，改進(jìn)真實(shí)的教育系統(tǒng)，同時(shí)，實(shí)踐還可以檢驗(yàn)教育仿真系統(tǒng)的信效度和科學(xué)性。教育計(jì)算實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，再結(jié)合人類的主觀經(jīng)驗(yàn)和洞察力，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合的群體決策，在仿真演化的基礎(chǔ)上，綜合集成專家的專業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)以及各種模型運(yùn)行結(jié)果，引入人機(jī)智能對(duì)話系統(tǒng)，基于專家的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)和模型的模擬力量，可以充分展現(xiàn)假想情境下的系統(tǒng)演化，幫助人們進(jìn)行情境分析與策略選擇，并為制定相應(yīng)的、主動(dòng)的教育政策或被動(dòng)的教育事務(wù)應(yīng)急方案提供科學(xué)的決策依據(jù)。同時(shí)，在教育實(shí)踐中產(chǎn)生教育大數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)新的變量與教育系統(tǒng)演化規(guī)則，并反過(guò)來(lái)用以改善教育仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)教育仿真系統(tǒng)的迭代發(fā)展。通過(guò)對(duì)改進(jìn)的教育仿真系統(tǒng)進(jìn)行新一輪的演化，生成新的教育系統(tǒng)演化狀態(tài)最優(yōu)時(shí)各影響變量的值，以及當(dāng)教育價(jià)值達(dá)到最優(yōu)時(shí)各影響變量的極值，從而生成新的教育決策，并將其應(yīng)用到真實(shí)的教育系統(tǒng)中，幫助實(shí)施新一輪的教育系統(tǒng)改進(jìn)，不斷迭代完善真實(shí)教育系統(tǒng)。

五、基于大數(shù)據(jù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究層次

計(jì)算實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教育研究，使得教育實(shí)驗(yàn)研究可以綜合考慮多種因素，使得教育實(shí)驗(yàn)更加接近現(xiàn)實(shí)情境，使得教育實(shí)驗(yàn)可還原、可重復(fù)、可檢驗(yàn)、可驗(yàn)證。根據(jù)教育系統(tǒng)涉及的范圍、范疇，可對(duì)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的研究層次進(jìn)行劃分，宏觀上可研究教育資源配置，中觀上可研究教育公共服務(wù)，微觀上可研究教育政策和策略的實(shí)施過(guò)程及各教育要素的演化過(guò)程，從而分析教育政策和策略的實(shí)施效果，為改進(jìn)教育政策和策略奠定基礎(chǔ)。

（一）宏觀：教育資源配置

教育資源不僅包括教育信息資源和人力資源，還包括教育經(jīng)濟(jì)資源和教育政策資源。教育資源配置就是對(duì)教育信息資源、人力資源、教育經(jīng)濟(jì)資源和教育政策資源等進(jìn)行合理的分配。在教育資源配置研究方面，更多的研究是從理論演繹和思辨出發(fā)分析和構(gòu)建教育資源配置方法、機(jī)制;還有一部分研究是通過(guò)局部調(diào)查，從實(shí)證角度分析教育資源配置現(xiàn)狀，從而發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提出解決方案;也有研究通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)的教育系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)系分析，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法、數(shù)學(xué)建模方法等分析教育資源配置的效益。但是，思辨性研究并不能真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)教育資源配置現(xiàn)狀;基于小樣本的實(shí)證研究不能發(fā)現(xiàn)教育資源配置的全局特征，靜態(tài)的截面數(shù)據(jù)不能發(fā)現(xiàn)教育資源配置的動(dòng)態(tài)特征，數(shù)據(jù)演化不能預(yù)測(cè)教育資源配置相關(guān)要素的變化;系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和數(shù)學(xué)建模方法是在獲取現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上進(jìn)行的仿真模擬，其只能分析主要的教育系統(tǒng)要素，難以涵蓋所有教育要素，尤其是對(duì)與人有關(guān)的社會(huì)性屬性（認(rèn)知水平、心理狀態(tài)等）方面難以量化處理。

教育資源配置涉及教育系統(tǒng)中政府、學(xué)校、社會(huì)、學(xué)生、教師、家長(zhǎng)等多個(gè)主體，受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、地理環(huán)境、社會(huì)文化等因素影響?；诖髷?shù)據(jù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驈恼w上分析教育資源配置涉及的所有要素，全面把握教育要素之間的相互關(guān)系，分析教育資源配置的實(shí)施對(duì)教育系統(tǒng)、教育公平的作用，分析不同資源配置方案對(duì)提升教育生產(chǎn)力的關(guān)系。通過(guò)參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)演化可以觀察不同資源配置下的教育系統(tǒng)的演化規(guī)律。計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究能夠分析多主體之間的博弈關(guān)系，能夠研究實(shí)現(xiàn)教育資源配置效益提升的主體屬性，能夠在滿足各個(gè)主體均衡的、最優(yōu)的收益基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)教育資源配置的效益最大化。計(jì)算實(shí)驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)實(shí)施可重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)研究，將過(guò)去排除在教育決策之外的海量的、異構(gòu)的數(shù)據(jù)納入教育問(wèn)題的決策過(guò)程中，形成教育大數(shù)據(jù)，找到教育資源配置的關(guān)鍵點(diǎn)與盲點(diǎn)。通過(guò)相關(guān)分析、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析、高維度數(shù)據(jù)分析、聚類分析、關(guān)系挖掘等關(guān)聯(lián)性和深度化的分析與挖掘，可以洞悉教育行為和現(xiàn)象背后所蘊(yùn)含的深層邏輯，并對(duì)特定資源配置條件下未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，進(jìn)而為解決現(xiàn)實(shí)的教育治理難題、促進(jìn)教育資源配置的科學(xué)化和治理過(guò)程的精細(xì)化提供全新的技術(shù)支撐。

（二）中觀：教育公共服務(wù)

新時(shí)代的教育矛盾是人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的高質(zhì)量教育需求與教育質(zhì)量不平衡、不充分發(fā)展之間的矛盾，表現(xiàn)在教育公共服務(wù)需求上就是人們對(duì)教育公共服務(wù)的質(zhì)量公平需求逐漸增強(qiáng)。如何實(shí)現(xiàn)教育公共服務(wù)質(zhì)量公平供給是需要解決的難題，在研究教育公共服務(wù)理論基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)服務(wù)供給主體、供給方式、供給效益的實(shí)證研究是非常重要的，它將直接影響教育公共服務(wù)供給實(shí)踐，影響通過(guò)分析供給效果、效率和效益得到的政策的有效性和評(píng)價(jià)的科學(xué)性。由于研究方法、研究手段和技術(shù)工具的限制，傳統(tǒng)方式難以做到大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)研究，教育公共服務(wù)供給的政策實(shí)施也大多是在理論研究基礎(chǔ)上實(shí)施的教育公共服務(wù)試驗(yàn)，或者是在小范圍內(nèi)試驗(yàn)成功后的大面積推廣，這顯然沒(méi)有考慮到地區(qū)差異、文化差異和人的差異。一旦大規(guī)模實(shí)施出現(xiàn)問(wèn)題，造成的損失就比較大且難以彌補(bǔ)。

教育作為公共服務(wù)最具影響力的領(lǐng)域之一，勢(shì)必要突破傳統(tǒng)的僅提供有限的數(shù)據(jù)管理和查詢的服務(wù)范疇，教育管理者的決策也不能僅僅依靠直觀經(jīng)驗(yàn)和簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。將基于大數(shù)據(jù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教育公共服務(wù)供給實(shí)驗(yàn)研究中，通過(guò)模擬教育公共服務(wù)供給系統(tǒng)，改變各種變量和屬性來(lái)觀察教育公共服務(wù)供給的效果、效率和效益，同時(shí)，洞察有效的教育公共服務(wù)的結(jié)構(gòu)，從而窮盡公共服務(wù)供給過(guò)程中存在的所有可能性，為人們應(yīng)對(duì)和解決教育公共服務(wù)供給可能遇到的問(wèn)題提前做好準(zhǔn)備和支持。在區(qū)域教育層面，基于多元數(shù)據(jù)融合，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和空間分析方法，為教育管理者提供全面客觀的教育問(wèn)題分析，并通過(guò)智能算法為區(qū)域教育供給側(cè)改革提供決策支撐模型，促進(jìn)“基于數(shù)據(jù)說(shuō)話”教育公共服務(wù)方式和“動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)”教育公共服務(wù)模式的實(shí)現(xiàn)[15]，輔助提高管理與服務(wù)效能，提升服務(wù)質(zhì)量與獲得感。

（三）微觀：教育改進(jìn)策略

要設(shè)計(jì)微觀上解決各類教育實(shí)踐問(wèn)題的解決方案，就需要進(jìn)行教育實(shí)驗(yàn)研究，要在教育實(shí)施場(chǎng)景中研究教育的運(yùn)行過(guò)程，分析教育系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，從實(shí)證角度分析教育政策的價(jià)值和結(jié)果，獲得對(duì)教育政策的實(shí)然性認(rèn)識(shí)，為決策者改進(jìn)教育過(guò)程提供依據(jù)。由于傳統(tǒng)教育實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象主要是學(xué)生，不能做長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，以免實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生產(chǎn)生不良后果，影響學(xué)生身心發(fā)展，因此，部分對(duì)人的發(fā)展有高利害的實(shí)驗(yàn)應(yīng)該結(jié)合計(jì)算仿真來(lái)實(shí)施，以預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生的不良效果，避免教育實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生造成持久的負(fù)面影響?；诖髷?shù)據(jù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍抡婺M教育實(shí)踐活動(dòng)，模擬干預(yù)措施的實(shí)施過(guò)程，使得研究者能夠全面觀察教育干預(yù)措施的實(shí)施，并且能夠避免現(xiàn)實(shí)中產(chǎn)生的不良后果?；诖髷?shù)據(jù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋F盡教育干預(yù)措施實(shí)施中出現(xiàn)的所有現(xiàn)象、問(wèn)題和困難，觀察它們產(chǎn)生的因素及其屬性，借此幫助人們預(yù)測(cè)真實(shí)環(huán)境下教育干預(yù)措施實(shí)施中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題和困難，為決策者改進(jìn)教育策略，完善教育干預(yù)措施提供數(shù)據(jù)支撐。

教育計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究通過(guò)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真模擬真實(shí)的教育系統(tǒng)，以觀察教育系統(tǒng)演化狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，探究影響教育系統(tǒng)演化的關(guān)鍵因素，發(fā)現(xiàn)教育系統(tǒng)演化規(guī)律、推演控制和影響教育系統(tǒng)發(fā)展的干預(yù)措施，而將這些影響因素、教育系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律、教育干預(yù)措施應(yīng)用于真實(shí)的教育系統(tǒng)中，可以推進(jìn)教育系統(tǒng)良性發(fā)展。根據(jù)教育系統(tǒng)演化中產(chǎn)生最優(yōu)教育價(jià)值和最佳教育演化狀態(tài)時(shí)各個(gè)教育系統(tǒng)影響因素的取值，設(shè)計(jì)真實(shí)教育系統(tǒng)中相應(yīng)影響因素的取值，制定教育干預(yù)措施，以指導(dǎo)和推進(jìn)真實(shí)教育系統(tǒng)的發(fā)展。

六、大數(shù)據(jù)時(shí)代教育研究的第四范式

從研究方法角度看，科學(xué)研究范式主要包括四類：一是經(jīng)驗(yàn)科學(xué)研究范式，偏重于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的描述，主要的研究方法是對(duì)自然現(xiàn)象的描述論證，對(duì)自然現(xiàn)象的系統(tǒng)歸類;二是理論研究范式，偏重于理論總結(jié)和理性概括，強(qiáng)調(diào)較高普遍的理論認(rèn)識(shí)，主要采用建模方式，由特殊到一般進(jìn)行推演;三是計(jì)算仿真研究范式（第三范式），偏重于數(shù)據(jù)模型構(gòu)建，利用定量分析方法及計(jì)算機(jī)來(lái)分析和解決科學(xué)問(wèn)題，主要方法為利用計(jì)算方式模擬復(fù)雜現(xiàn)象，其中科學(xué)數(shù)據(jù)通過(guò)模擬的方法獲得，而不再依賴于單一的實(shí)驗(yàn);四是數(shù)據(jù)密集型科學(xué)研究范式，又稱為第四范式[16]，主要利用計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)計(jì)分析工具對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)象背后隱含的模式，并從中獲取知識(shí)。

由于教育研究的對(duì)象主要是人，教育系統(tǒng)具有復(fù)雜性，研究活動(dòng)與研究對(duì)象（被試）具有高利害關(guān)系等特征，且教育實(shí)驗(yàn)難以重復(fù)和檢驗(yàn)，這就使得單純依靠真實(shí)教育場(chǎng)景中的實(shí)驗(yàn)研究難以真正揭示教育系統(tǒng)的本質(zhì)。此外，通過(guò)教育實(shí)驗(yàn)研究獲取數(shù)據(jù)的操作非常復(fù)雜，難度大，采集的數(shù)據(jù)量小，一般是小規(guī)模的教育實(shí)驗(yàn)研究，很難做到全樣本的數(shù)據(jù)采集，由此很難探索教育發(fā)展規(guī)律。這種情況下，數(shù)據(jù)密集型研究范式難以實(shí)施。計(jì)算仿真研究能夠解決數(shù)據(jù)量小和數(shù)據(jù)覆蓋面有限的問(wèn)題，但是由于教育計(jì)算仿真研究范式無(wú)法真實(shí)還原教育系統(tǒng)，需要對(duì)真實(shí)教育系統(tǒng)做大量調(diào)研，模型擬合，檢驗(yàn)和驗(yàn)證，迭代改進(jìn)系統(tǒng)，即計(jì)算仿真研究必須在大數(shù)據(jù)結(jié)合下才具有存在的意義與價(jià)值，對(duì)教育研究才能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

因此，需要利用計(jì)算實(shí)驗(yàn)仿真研究，通過(guò)數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)擬合教育系統(tǒng)模型，通過(guò)計(jì)算仿真演化生成教育大數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析，發(fā)現(xiàn)影響教育系統(tǒng)演化的關(guān)鍵因素，提煉教育系統(tǒng)演化規(guī)律。同時(shí)，將計(jì)算實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果應(yīng)用到真實(shí)教育系統(tǒng)中進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)證，改進(jìn)教育系統(tǒng)，并生成新的教育數(shù)據(jù);再次擬合教育系統(tǒng)模型，可以進(jìn)行新一輪的教育仿真實(shí)驗(yàn)，探究新的影響因素，改善或發(fā)現(xiàn)新的教育規(guī)律。這種“教育實(shí)踐—數(shù)據(jù)生成—數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)—模型擬合—仿真演化—教育實(shí)踐”的迭代循環(huán)以及教育仿真系統(tǒng)的迭代改進(jìn)，就是將第三范式與第四范式相結(jié)合，從計(jì)算實(shí)驗(yàn)角度分析教育問(wèn)題，挖掘教育數(shù)據(jù)。因此，教育科學(xué)研究應(yīng)將第三范式與第四范式加以融合，形成具有教育計(jì)算實(shí)驗(yàn)形態(tài)的第四研究范式。

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