学习的时间动态及其在教育技术领域的应用研究

刘曦 张哲 高正秀 王以宁

（1.东北师范大学 计算机科学与信息技术学院，吉林 长春 130117；2.朝鲜金亨稷师范大学 远程教育系统研究室，平壤；3.东北师范大学 传媒科学学院，吉林 长春 130117）

学习的时间动态及其在教育技术领域的应用研究

刘曦1张哲1高正秀2王以宁3

（1.东北师范大学 计算机科学与信息技术学院，吉林 长春 130117；2.朝鲜金亨稷师范大学 远程教育系统研究室，平壤；3.东北师范大学 传媒科学学院，吉林 长春 130117）

学习科学是一门关于教与学的交叉学科，以认知科学和计算机科学为基础，最早起源于美国。美国国家科学基金会资助的学习科学研究中心现主要共设立6个研究中心：教育、科学和技术中的卓越中心，非正规与正规环境学习中心，匹兹堡学习科学中心—强健式学习，空间智力与学习中心，学习的时间动态中心和视觉语言与视觉学习科学中心。学习的时间动态是学习科学的一个研究领域，主要从世界的时间动态、脑部的时间动态和行为的时间动态这三个角度研究时间动态影响学习的方式，其研究结果对于教育领域具有重要指导意义。

学习科学；学习的时间动态；教育改革与发展

一、学习科学的内涵与价值

学习科学（Learning Science）是近十几年兴起的一门关于教与学的交叉学科，主要涉及的学科有认知心理学、发展心理学、教育心理学、计算机科学、教育学和神经科学等。斯托克斯（Stokes，1997）认为，“学习科学是一种设计科学、一种综合科学、一种社会认知科学、一种描述性科学、一种实验科学，所有这些都在巴斯德象限中得以实施”[1]。根据斯托克斯对学习科学的描述，我们能够发现学习科学是一种复杂的、综合的学科。国内的学者韦钰院士认为：“学习科学是一门主要由生物科学和教育交叉而形成的前沿学科，旨在建立心智、脑和教育（Mind、Brain and Education）之间的桥梁，将生物科学的最新成果，应用于教育和学习过程，给学习、教育以及政策制定提供科学的指导，以迎接教育的重大变革。犹如150年前临床医学的诞生给医学带来了巨大变革一样，学习科学的出现正给教育和学习带来同样的变革。”[2]韦钰对学习科学的界定更倾向于生物科学和脑科学对学习的研究。

学习科学的研究成果为教育教学研究提供了科学基础，尤其是在教育技术学的研究领域中，有学者指出，“借助信息通信技术，在以学习者为中心的设计理念的催生下，学习科学逐渐演变成了教育改革与发展的核心动力与思想源泉”[3]。

二、学习科学的主要研究组织——学习科学研究中心

目前，世界范围内进行学习科学研究的机构与组织有很多，这其中美国国家科学基金会下设的六个学习科学研究中心被认为是学习科学研究领域具有代表性的研究组织之一。通过对其研究内容和成果的分析，能够帮助学习科学及相关领域的研究者了解该领域发展的前沿和趋势。

学习科学研究中心（The Science of Learning Centers）成立于2004年，由美国国家科学基金会（National Science Foundation）投资1亿美元支持建立。此中心设立的目的是通过整合研究内容来增加学习科学的边缘内容，将研究与科学、技术、教育和人力相联系，使得研究组成员在面对新的挑战时能够利用新的机遇和发现。学习科学中心相关研究项目的研究成果，长期为学习科学的相关研究提供知识援助、组织架构和物质基础设施的支持。研究工作主要是将跨学科的不同知识整合成基本原理，以帮助教育教学领域的研究者对教学有更深层次的思考和探寻。学习科学研究中心从动物、人类和机器这三面分别对学习进行了解释，主要探究学习的内涵以及影响学习的相关因素，在不同阶段学习是如何起作用的，学习原则是如何从生物体上导出并和人工系统相互间的传导等问题。

目前学习科学研究中心现主要设立以下6个研究中心：教育、科学和技术中的卓越中心（Center for Excellence for Learning in Education,Science,and Technology,CELEST），该中心主要目的是厘清真实学习情境中脑部的运作机制，并将其原理应用于科学技术的开发。为实现这一目标，此中心创新性地将实验、理论和技术方法相结合进行科学研究和研究生教育。该中心的首要工作是研究大脑，大脑作为一个完全自制的系统在动态环境或全新的环境中是如何进行学习的。CELEST收集实验内外的数据并通过集成的方式建模以探究大脑的复杂网络支持学习的方式。此中心的研究集中于对社会有重大影响的技术开发，比如智能学习技术。因此CELEST将研究成果划分为“基础—模型—应用”三类。非正规与正规环境学习中心（Center for Learning in Informal and Formal Environments，LIFE），该研究中心是一个由多元机构的科学家们组成的，其主要工作是发展和测试人类在正式和非正式的环境下学习的社会功能原则，目的是提高人类从婴儿到成人整个长成过程的学习效果。研究中心的研究者们以理解社会进程是如何影响着学习以及为什么会对学习有所影响为目的对人类一生的学习过程进行观察。该中心的研究成果会形成理论，并影响教育实践和技术的设计，最终达到加强学习效果的目的。匹兹堡学习科学中心—强健式学习（Pittsburgh Science of Learning Center for Robust Learning，PSLC)，该中心应用认知理论和计算机建模，来确定可以强化学生学习的教学指导。研究者通过在动态实验室中指导数学、科学和语言课程来研究强健式学习。通过开发数据库、数据超市分析学习数据，提供数据的输入、输出和可视化，统计分析和数据挖掘工具。空间智力与学习中心（Spatial Intelligence and Learning Center，SILC），该中心的目的是发展空间学习科学，并使用这些知识改变教育实践，支持孩子和成人获取科学、技术、工程、数学（STEM）所必需的技巧，以利于他们更好地融入日益加剧的高技术性社会和全球经济。空间学习领域研究者的主要工作是使用有关空间学习的研究成果来发展各种项目与技术以变革教育实践,帮助学习者掌握那些在全球化经济竞争中必需的技能,如帮助不同层次的学生解决较难的STEM学科问题并提高学科成绩。[4]视觉语言与视觉学习科学中心（The Science of Learning Center on Visual Language and Visual Learning，VL2），主要研究通过视觉方面处理人类高度认知方面是如何实现的，主要通过研究聋哑人和手语来研究人类思维的灵活性和思维结构。该中心的创新之处在于研究重心是在高度认知、学习和读写能力的发展过程中，研究视觉过程、视觉语言和社会经验的角色。最后一个是学习的时间动态中心（The Temporal Dynamics of Learning Center，TDLC）。国内外许多学者都对这六个中心的研究内容、研究方法与研究成果进行了不同程度的分析，但国内在针对学习的时间动态中心 的相关研究几乎没有研究者进行相关的梳理；然而，学习的时机问题的探究结论对于教育教学实践中技术的使用具有较大影响价值，因此本文主要针对学习的时间动态中心（TDLC）及其主要研究内容进行详细介绍。

三、学习的时间动态中心（TDLC）

（一）TDLC的组成与研究目的

学习的时间动态中心（TDLC）是美国国家科学基金会（NSF）设立的六个学习中心之一，由加州大学伯克利分校、美国罗格斯大学、美国范德堡大学共同协作构成，研究者们跨越多种学科，如机器学习、心理学、认知科学、神经科学、分子遗传学、生物物理学、数学、教育学，分别在各自领域进行实验研究。旨在研究时间元素和时机（timing）对学习的重要影响，研究领域涉及脑部系统和社会系统。本中心的科学目的是了解学习的时间动态，并应用研究结论提高教育实践水平。TDLC提出的主要研究问题有：1.关于世界的时态信息是如何习得的？2.脑细胞和脑回路的时间动态的本质特征是什么，又是如何促进和抑制学习的？3.如何利用学习的时间属性来促进教学？4.何种理论能在大脑内部和大脑之间建立学习的时间动态？

研究者们认为，学习活动的产生是源于脑部发展和外界社会交互的一种积极动态行为，但至今关于脑部是如何协助教育实践的内容甚少。随着时代的快速发展，科学技术手段已经达到前所未有的高度，如今的新兴技术已能够验证学习过程中脑部的运作机理。因此TDLC召集了一批研究专家和教育专家，将科学基础知识应用到实际课堂中，并利用课堂中总结的经验来填补和修正知识内容。

图1 学习的时间动态中心负责人职责一览表

此外，研究者们还得出了学习主要发生的阶段，即突触和神经阶段、脑系统中的记忆和回报（reward）阶段、复杂动作行为阶段、专业知识学习阶段、通过社交的学习阶段。

（二）TDLC的组织结构

学习的时间动态中心是通过网中网这样一种结构构建的，主要对学习的四个方面进行研究，分别是感知运动学习、交互记忆系统、知觉经验和与学习相关的社会交互系统。每一个分支网络都包括来自不同机构的项目负责人。不仅如此，所有的分支网络包括脑部动态、数据分享和动作捕捉设备，还有教育和延伸中心中的信息资源和成果都是彼此相通且可以互相利用的。交叉资源是由TDLC研究中心开发并逐渐被更多的研究中心所应用。图1是学习的时间动态中心负责人职责一览表。

图2是四个分支网络实验室的人员构成，交互记忆系统实验室的组长是安德里亚・奇布阿（Andrea Chiba）和罗伯特・克拉克（Robert Clark），小组成员有杰弗里・埃尔曼（Jeffrey Elman）等人。该小组成员的主要工作是研究记忆系统间交互的时机。知觉经验实验室的组长是来自范德堡大学心理学系的伊莎贝尔・戈捷（Isabel Gauthier）和汤姆・帕尔默瑞（Tom Palmeri），小组成员有马琳・贝尔曼（Marlene Behrmann）等人。这个小组的调查者们研究联机的知觉经验在时间进程方面的表现方式，如面孔加工。感知运动实验室的组长是霍华德・波兹纳（Howard Poizner），组员有丹・费尔德曼（Dan Feldman）等人。研究者们主要对突触间的学习和知觉运动学习的时间动态进行研究。社会交互实验室的组长是玛瑞安・斯图尔特・巴特利特（Marian Stewart Bartlett），组员包括哈维尔・莫维兰（Javier Movellan）等人。该小组的研究者们主要探究时间是如何影响着教育教学环境下儿童和成人之间的交互。对学习的观察是依赖于鲁比（RUBI），它是一个在儿童早教中心用于教小朋友数字、颜色和其他基本概念的机器人。

图2 实验室人员构成

TDLC研究中心的合作组织有加州大学伯克利分校、美国罗格斯大学和范德堡大学。附属机构有布朗大学、纽约州立大学、加州大学圣地亚哥分校、卡耐基梅隆大学、费城儿童医院、科罗拉多大学、纽约大学神经科学研究所、匹兹堡大学。教育机构有杨梅中学、数据密集网络环境中心、儿童早教中心、人类发展中心、高级技术中学、山脊中学、博物馆中学、圣地亚哥新儿童博物馆、普罗伊斯学校和维多利亚大学自闭症技术和教育研究中心等。负责知识转移的机构是科学学习公司。

（三）时间因素影响学习的原因

当学习新的知识时，与老师和同事进行交流会谈时，接触新鲜的事物时，或沉浸于其他学习活动时，时机（timing）在神经元功能、感觉系统、 大脑间不同区域交互中起到了重要作用。人们交流时使用的姿势、表情和语言同样受时机所影响。简言之，时机在学习的各个阶段都起到至关重要的作用，从学习声音的精确时间格局到学习动作的顺序，再到训练和学习的时间表和在课堂中为提高学习效果而解释社会符号的数据流，这些都充分体现了时机的有力角色。

大脑对感知经验的时间结构非常敏感，比如，听觉系统在毫秒范围内便可感知，学习的强化在秒的范围内便可发生，动觉和知觉在分钟范围内就可适应，在日和周的时间范围内就能巩固和达到成熟。

每一阶段的学习都各自具有自己的时间动态，并且自身的时机约束都会对学习产生影响。然而，这些学习阶段并不是独立自主的，恰恰相反，时机约束以一种嵌套的方式存在于每个阶段中并相互影响着。比如，在细胞阶段的时间动态，其感知时间在毫秒范围内，而整个大脑阶段和行为阶段其时间范围更广，其中记忆的反应时间伴随着个体终生。

通过过去几十年中对神经科学的研究，数据表明大脑内部所固有的时间动态对学习不仅有强化作用，而且还有抑制作用。比如，研究者们发现某些学习者接受知识较慢的主要原因是他们大脑领会信息和处理信息的速度慢。这种问题同样困扰着那些阅读能力较差的人，他们不具备快速感知声音变化的能力，而这一能力的基本原理与阅读能力的原理基本相同。如果对这类人进行神经系统方面的训练，可以提高他们时间处理的能力，同时，他们在听、说、读、写等方面的能力也能提高。

时机是否在一个连续的时间框架下发生都对学习的有效性起着决定性的作用，因此该中心的研究者就对学习的时间动态进行调查和分析，并企图通过改变小孩子对时间敏感度的能力和环境来帮助和提高他们的学习。然而时间动态对于学习灵活性和适应性的重要影响却只是在近几年才被科学家们所重视，而且也只是局限在教学环境设置这一单一领域，但事实上与时间因素有关的很多方面如学习、活动和神经编码，这些都具有深刻的研究价值和意义。

（四）TDLC的实验室

学习的时间动态中心下设四个实验室：交互记忆系统实验室、知觉经验实验室、感知运动实验室和社会交互实验室。四个实验室分别从记忆系统间的交互、知觉经验、突触间的学习和知觉运动学习还有教育教学环境下儿童和成人之间的交互四个方面对时间动态对其的影响和影响方式进行研究。每个实验室下还分别设立了多个子实验室从不同角度进行深层次的研究，下面是对每个实验室下的几个重点子实验室的详细介绍。

1.交互记忆系统实验室

（1）布兹萨基实验室（Buzsaki Lab）

该实验室以探究脑部神经电路是如何支撑脑部认知能力为主要研究方向，其研究工作为对脑部的认知功能从合理性和机械性角度进行解释。该实验中心的研究者们认为在认知能力方面，对于科学探究最有研究前景的便是记忆力，因为记忆力容易被界定并且可直接在动物体上进行实验，最主要的是在突触可塑性的分子机制方面已经存有大量的材料和资源。为解决以上问题，研究者们全面记录动物在行动时脑部的神经元和局部场电位。

（2）语言研究中心（Center for Research in Language）

语言研究中心是一个由对语言的本质、获取和使用过程及语言的中介作用有浓厚兴趣的老师、学生和研究者构成的组织，其地点坐落于圣地亚哥州的加利福尼亚大学瑟古德・马歇尔校区的认知科学大楼。语言研究中心的教学人员都是来自加利福尼亚大学认知科学、计算机科学、沟通紊乱学、发展心理学、语言学、神经科学、通信专业、小儿科学和语言心理学的专家学者。

（3）皮质处理实验室（Cortical Processing Lab）

从20世纪开始，大量关于脑部功能的文献如雨后春笋般涌现。但只是在近几年科学家们才能够通过记录大量的神经元细胞来验证理论的准确性。伴随着这前所未有的机遇而来的便是新的挑战和问题——如何从千兆字节的实验数据中得出简单明了的实验结论。

在神经科学实验研究中，信息数据如洪水般喷涌而来，传统的数据处理方法不能够应对这种挑战。不过幸运的是，现代统计学和机器学习理论恰巧解决了处理多元数据库这一难题。因此将现代统计学和机器学习理论这两种方法应用于处理神经元细胞有助于验证关于脑部功能的很多长期存在的假设。

左小龙成天叼着一只烟，戴着帽子，骑着摩托车无所事事。这是一种真正的无所事事，无所事事到让外人看着就仿佛是在谋划着干大事。

（4）木泽实验室（Mozer Lab）

木泽实验室在计算机建模的帮助下对人类学习和人类认知方面有了一定的理解和认识，因此该实验室的研究重点是视觉感知、选择性注意、记忆力和行政控制。而研究人员的主要工作是通过开发计算机软件来促进人类个体的学习和提高办事效率。实验室现正在进行的项目有探索实践（drill-and-practice）软件，主要特点是人们可以利用一些片段时间来学习，最终达到优化学习的目的；视觉突出技术，主要特点是针对一些复杂度较高的视觉任务，此项技术可以提高训练的效率；图像效果增强装置对分析员有很大帮助，比如卫星图像方面；提高关于概念学习方面的方法；通过自动机械剔除人们的偏见以提取出最真实的价值判断。以上所有的实验项目并非仅仅基于计算机建模的观念，还依据了最先进的统计技术方法，如协同过滤算法、深层网络和贝叶斯定理模型。

在过去几年的研究中，该实验室已经在机器学习技术的应用方面有所突破并解决了很多实际问题。比如，在自适应房子这个项目中，研究人员们设计并开发的控制系统能够控制整个房间的能量资源，比如室内温度、水温、灯光和通风设备，这样不仅能够提高住户对居住环境的满意度，更重要的是解决了能源浪费的问题。

2.知觉经验实验室

（1）物体知觉实验室（Object Perception Lab）

物体知觉实验室主要研究人类的知觉，还会根据不同孩子对物体的分类特点定义一些专有名词。该实验室使用一种综合的研究方法对孩子在面对不同的任务和物体时，研究他们的表达方式和策略加工是如何变化的，主要的研究工作是对变化过程的功能和神经轨迹进行调查。

（2）认知神经科学实验室（Cognitive Neuroscience Lab）

认知神经科学实验室的研究重点是人类在面对多种复杂的物体和人物是如何能够准确并快速地识别和区分的，并探究这种潜在的能力发生时所必要的心理过程和主要表现，潜在能力主要包括物体分割和面貌识别、心理意象、读写能力还有空间记忆。此实验室还同时进行着脑损伤的复原研究，精心设计的实验研究为视觉认知的机制等相关研究提供强有力的信息支持。

3.感知运动实验室

大萨实验室（de Sa Lab），该实验室的主要研究内容是对人类感知和人类学习的神经基础进行更准确的解释，并分别从神经和计算机科学的角度对学习的发生方式进行探究。实验室的研究人员们主要研究机器学习算法的计算属性，还对人的生理行为和人类行为的限制与约束进行探究，这两方面的研究结果有助于脑部学习方式的研究。机器学习算法是基于人类学习和脑生理学理论，关于人类及动物学习和计算的研究则以计算算法的观点为基础。

4.社会交互实验室

加利福尼亚大学的认知发展实验室（Cognitive Development Lab）是由教师、助教、研究生、本科生所构成的，他们的主要工作是研究婴儿和学前儿童的认知和语言发展。现正在运行的研究内容有家长与孩子之间的共享机制，孩子学习单词和符号的方式，还有他们是如何形成和发展自动转换功能的，如在适应新的环境或者面对前所未有的情况时，小孩子是如何通过转变自己的行为来解决这些问题的。

（五）TDLC的研究项目

科学知识是实现目标的基础，但学习时间动态的系统性观点尚不存在，而且靠预测猜想的方式并不现实。因此，此研究中心选择了三个方向以解析学习的时间动态，分别是外在世界的动因（感官刺激，人际互动，奖励）、脑内固有的动因和后天习得的动因、肌肉和身体活动的动因。于是研究中心便设立了三个中心项目：世界的时间动态、大脑的时间动态和行为与探究的时间动态。研究中心的最终目的是将其科学理论应用到教学实践中，所以TDLC又设立了一个中心项目——教育、延伸和差异（Education, Outreach, and Diversity），以完善这个科学研究工作。

1.世界的时间动态

该项目探究的研究问题为人类如何习得关于世界的时间动态以及世界的时间动态如何影响学习。我们的这个世界蕴含着丰富的时间格局，这些时间格局为人类的正常生 活提供准确的信息，如感知感觉、社会交流和社会生存。时间格局所提供的信息还引导着有意学习或无意学习的思 维与行为。比如，在语言感知方面，婴儿是通过在毫秒内识别出时间格局的频率，再将一个连续变化的声波解析成一个基本的语言发音（音素）。而且，人类对时序和序列的最长记忆时间范围也是从毫秒到秒。比如，记一段歌曲、电话号码或者一首诗。

该项目的另一个研究重点是探索世界的其他时间特性，如行为和回报（reward）的相应时机，此研究内容对于学习有十分重要的影响。比如，学生在课堂中学习、测试和复习的顺序以及时机可以直接影响学习的持续时间,这就是间隔效应。间隔效应就是当你将这部分知识重复地去学习、去吸收，隔一段时间就回来温习，除可以强化它在你大脑里所待的时间，还加强了它在大脑里的重要性。[5]因此在对世界的时间特性有了深入理解后，会提高教与学及记忆保持的效果。

2.大脑的时间动态

该项目探究的研究问题为脑细胞、脑系统和行为的时间动态，以及学习过程中，他们是如何变化的，又是如何影响学习的。外界环境的时间动态必然是与大脑内部的时间动态相联系的。因此若想提高学习效率，可根据大脑的内部动态来调整外部环境的时间动态。多年来，理论家们认为感官世界能够通过神经编码来表现，神经生物学研究者们认为这种形式是通过神经元的放电频率表现的。生物物理学模型提出一个名为脉冲时间依赖的突触可塑性（STDP）的学习机制，即突触前和突触后脉冲发放的相对时间差对神经元之间突触的改变方向和大小起着关键作用。[6]这种取决对突触前后脉冲发放时间差的学习规则称为脉冲时间依赖的突触可塑性(spike-timing dependent plasticity)。[7]突触效用的增强和减弱都遵循这种学习规则,并且不管是增强时还是减弱时均发生在突触前后神经元脉冲发放时间的毫秒级时间差的范围内。[8]突触前若在突触后之前放电，突触的效用增强；突触前若在突触后之后放电，突触的效用减弱。根据此科学原理，便可利用精确的时间编码来调节神经编码，以达到学习和记忆的最佳状态。早些年前，研究中心的主要工作是验证脑皮层的动态能够影响STDP的学习机制。因此，在这一研究阶段的重点是整体的动态，集中精力于脉冲时机和整体动态的集成。

通过脉冲间的精确放电时机或神经元在一定的频率下集体发生脉冲的时间相位编码，我们发现细胞集合和神经元集群的一个显著特点就是，甚至在没有外部刺激的情况下，每个成员都处于高度脉冲状态。研究表明，一个神经元脉冲时间的时间窗口是10赫兹～30赫兹，这意味着神经元集群在这一时间范围内同步。这个时间窗口与突触可塑性形成的时间窗口相匹配，因此可假设在脑皮层回路中存在着关于信息转移和存储的精确的时间范围。通过对脑电图频率或者脑电图的调节频率是如何影响信息处理过程的了解，可深入理解大脑中不同系统的信息呈现形式。

学习过程中，脑部系统的处理会对大脑的投入程度以及行为表现的程度有所影响，目的是能够正确地认识到知觉、学习和记忆的神经基础，而这是需要信息呈现的时间特性、强化相依和神经回路的投入与促进行为这三部分知识的支撑。信息通常是在社会环境中被呈现的，因此选择既与影响因素相关又准确的时间窗口十分重要，影响因素可以是社会个体间的强化及反应。

知觉的时间动态与决策的时间动态之间是如何相互关联的，伴随着经验的变化他们又是如何影响大脑和行为的时间动态。解决了以上两个问题，便能得知经验是如何影响行为，如何塑造快速判断的能力，如何获得准确的记忆甚至可以改变情绪效价。

3.行为与探究的时间动态

该项目解决的问题为行为与探究的时间结构以及人类习得行为与探究的时间结构的方式。人类的行为是无法受预设规定所控制的，而是由传感器、驱动器和内在表现共同作用。控制论中的闭环控制原则解释了这部分内容。闭环控制指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。在控制论中，闭环通常指输出端通过“旁链”方式回馈到输入。输出端回馈到输入端并参与对输出端再控制，这才是闭环控制的目的，这种目的是通过反馈来实现的。也就是在感觉信息、内部状态和控制信号间进行及时调整，再将其发送给驱动器。皮亚杰和维果斯基认为感觉运动阶段为更高级别的认知发展奠定了基础。

此项目主要研究人类是如何习得感觉运动控制规律的，这些规律又是如何与感知的过程和象征性过程相互作用的。不仅关注学习的特定顺序（开环控制），还关注学习知觉与行为间的调节（闭环控制）。研究者们希望感觉运动控制规律的学习能够“因地制宜”。比如，在学习走路或者骑自行车时不是简单的动作模仿与输出，而是在时间上控制和约束人的行为。通过不同领域的研究，研究者们总结出一些一般原则并设计一个模型，以解决这些原则是如何在感觉运动学习、知觉学习、社会交互和符号处理中应用的。研究方法则是记录人类在不同领域、不同时间段的行为表现，分析统计的数据以便用来解决实时控制的问题。

4.教育、延伸和差异

此项目的主要工作是以社会、教育专家、科学家、实习生和预科学校（包括学前教育、小学和高中）为教育对象，将上述项目的研究成果进行教育领域的应用及延伸研究，同时确保教育以及教育的延伸能够反映观点的差异性和社会的差异性。该项目的研究方法是将问题逐步细化，分成若干的分支分别进行研究，具体划分依据为研究对象的不同，包括k-12的学生和教师、本科生、研究生、博士后、研究人员和社会大众。

为保证研究项目的顺利实施，该研究中心还具备以下几个特点：（1）项目的合作学校加州大学圣迭戈分校（UCSD）的特许学校，普鲁斯学校（Preuss School）每年升入大学的升学率几乎达到100%，而72%的学生是少数民族。（2）与项目合作的教育技术公司、学习科学公司（Scientific Learning Corporation）为研究中心提供成千上百名教师和学校系统。（3）由多丽丝・阿尔瓦雷斯（Doris Alvarez）开发的教育者网络连接了教育专家和科学家，使他们能够沟通顺畅。（4）由罗杰・宾汉（Roger Bingham）设计的科学网络是一种基于网络并用于呈现原始数据的通道。这些合作者们为教育团体和大众提供可以增加少数人在科学方面的言论的平台。

四、学习科学研究对我国的启示

学习科学在国外尤其是美国已经发展得较为成熟，许多研究者已经意识到学习科学对人类学习以及以此为基础的教育实践具有深刻影响。其中，就教育教学中技术使用问题而言，学习科学的相关研究结论也为其提供了决策的科学依据。虽然学习科学的研究与教育技术的研究在方法上有所不同，但他们共同的目的都是为了改善和促进人类的学习，因此将学习科学的研究结论引入到教育技术研究中能够发挥事半功倍的作用。笔者认为教育技术的研究者们不应仅将研究视野局限于教育学与计算机科学两个领域，可以尝试在学习科学这个新兴领域进行探索研究，进一步发掘能够为教育技术服务的理论和方法，以更好地实现应用技术促进人类的学习提升绩效的目标。

然而，在我国此领域的研究甚少，尤其是在学习的时间动态方面几乎是空白。因此我国有必要对学习科学研究投入更多和资金的支持，以鼓励国内的相关领域的研究者的探索研究。在研究方向和方法方面，对学习的研究必须深入问题本身，从科学的角度探究学习的本质，否则学习科学的研究只能是纸上谈兵。

[1]焦建利，贾义敏.学习科学领域及其新进展——“学习科学新进展”系列论文引论[J].开放教育研究，2011，Vol.17.No.1：33.

[2]焦建利，贾义敏.学习科学领域及其新进展——“学习科学新进展”系列论文引论[J].开放教育研究，2011，Vol.17.No.1：34.

[3]焦建利，贾义敏.学习科学领域及其新进展——“学习科学新进展”系列论文引论[J].开放教育研究，2011，Vol.17.No.1：40.

[4]焦丽珍，江丽君. 空间学习:三维世界的“潜行者” [J].开放教育研究，2011，Vol.17.No.3：35.

[5]王爱平,张厚粲.在汉字加工中间隔效应对重复知盲效应的影响[J].心理科学,2002，(6)：646.

[6]阮承妹.基于STDP的脉冲神经网络学习算法的研究[D].福州：福建师范大学,2013.2.

[7]Song S.Miller,K.D.,Abbott,L.F.Competitive Hebbian learning though spike-timing dependent synaptic plasticity [J]. Nature Neuroscince,2000：919-926.

[8]Bi Q,Poo M-m.Precise spike timing determines the direction and extent of synaptic modifications in cultured hippocampal neiffons[J].Neuroscience,1998：10464-10472.

（责任编辑 杜丹丹）

A Study on the Temporal Dynamics of Learning and Application in Educational Technology

LIU Xi1, ZHANG Zhe1, GAO Zhengxiu2, WANG Yining3

(1.School of Computer Science and Information Technology,Northeast Normal University,Changchun,Jilin,China 130117; 2.Research Office of Distance Education System,Kim Hyong Jik University of Education,Pyongyang,DPRK; 3.School of Media Science, Northeast Normal University,Changchun,Jilin,China 130117)

Learning science is an interdisciplinary subject about teaching and learning based on cognitive science and computer science originated from America.A total of six research centers of learning science have been founded by USA National Science Foundation that is Center of Excellence for Learning in Education,Science and Technology;Center for Learning in Informal and Formal Environments;Pittsburgh Science of Learning Center for Robust Learning; Spatial Intelligence and Learning Center;the Temporal Dynamics of Learning Center and the Science of Learning Center on Visual Language and Visual Learning.The Temporal Dynamics of Learning Center is one of the learning science areas.It mainly explores the way of temporal dynamics that impacts on learning from three angles such as temporal dynamics of the world,temporal dynamics of the brain and temporal dynamics of behavior.As a result,it offers a significant instructional meaning in the field of education.

learning science;the temporal dynamics of learning;reformation and development of education

G434

A

2096-0069（2015）02-0018-09

2014-12-11

本论文获得2011年度教育部高等学校博士学科点专项科研基金课题“信息技术深层整合教学结构与教师教育技术学科化研究”（课题号20110043110013）、东北师范大学哲学社会科学校内青年基金团队项目“文化公平观与完善公共文化服务体系建设研究”（课题号12QN043）、国家社会科学基金项目一般项目“全媒体语境下日媒对中国形象塑造及中国对日传播策略研究”（课题号11BXW022 ）资助。

刘曦（1990— ），女，辽宁鞍山人，东北师范大学计算机科学与信息技术学院硕士研究生，研究方向为远程教育、教育信息；张哲（1988— ），女，黑龙江哈尔滨人，东北师范大学计算机科学与信息技术学院博士研究生，研究方向为教师教育技术；高正秀（1976— ），男，朝鲜民主主义人民共和国人，朝鲜金亨稷师范大学远程教育系统研究室主任，研究员，硕士，研究方向为远程教育系统设计和开发；王以宁（1957— ），男，吉林长春人，教授，东北师范大学传媒科学学院博士生导师，研究方向为教师教育技术。