[中图分类号]G434 [文献标志码]A DOI：10.13811/j.cnki.eer.2020.11.001 学习作为教育的一个基本范畴，是一个高度复杂的过程。它在实践中的改进既需要以学习科学为支撑，又需要以学习技术为杠杆。但学习科学和学习技术要真正走进学习实践，必须要经过学习工程这一关键环节，即基于学习科学对学习技术的工程化应用。学习科学、学习技术与学习工程共同构成了当代学习研究的基本架构。要真正把握当代学习研究的总体格局，首先必须正确认识科学、技术与工程之间的关系，而人类对科学、技术与工程之间的关系的认识是在历史实践中不断深化发展的。 二、学习研究中“科学—技术—工程”的三元耦合结构 (一)从线性相关到多级耦合：对科学、技术、工程关系认识的深化 科学是“对自然或现实世界的结构和行为的系统研究，或是通过对世界的仔细观察及试验中获得的知识”。它关乎对客观事实与本质规律的探索[1]。技术是“科学发现用于实践的方法”[2]，为科学知识的运用与发展提供了途径。而工程则是综合科学理论与技术手段，“将人工物的设计和结构组织起来以改变周围的物理世界，使之满足认知需要的实践”[3]，是基于自然规律、特定社会需求与目标而形成的可能的特定技术方案组合[4]，是一个从无到有的造物过程。 在漫长的历史进程中，科学、技术与工程构成了一个连续体。这一连续体首先展现出来的似乎是线性延展的特征。科学理论的深化为技术提供了扎实的基础与强大的动力，技术创新架起了科学与工程之间的桥梁，进而实现了工程的应用与推广[5]。然而，其后社会历史实践的进一步发展表明，科学、技术与工程之间又不只是这种正向延展的线性关系，在从理论向实践转化的过程中，工程化应用反过来又会推进技术的进步，而技术的进步又会给科学研究提供强有力的支撑，推动科学的发展。 在从理论到实践，又从实践反馈于理论这一螺旋式上升的过程中，科学、技术和工程形成了一种三元耦合的稳定结构。在这个结构中，它们相互作用、具有多层级结构和复杂因果循环反馈回路。工程通过将科学知识综合化、技术手段系统化，对科学理论进行验证，为技术应用提供反馈，最后为实践这个复杂性过程提供最优化的解决方案。相较于工程，科学与技术在发展的过程中，往往是在某一特定的方面有先进性与创新性的突破，但工程项目的实施则需要在技术现实性、经济可行性等多方面进行考虑。 科学的目的是获取知识，技术的目的是开发工具，而工程的目的则是创造“人工物”。由知识到人工物的转化过程，涉及多次的协调与优化，因此，设计与建模在工程中起到了重要作用。设计作为工程实践中综合性较强的统筹环节，主要对人工物的结构形式、功能特点和运作方式进行反复考量，以实现效用最大化，从而达到外部环境所期望的目的与要求[6]。工程设计通过对人工物进行系统的、智力的概括与评估[7]，以实现人工物由功能结构到物质结构的转译。而模型作为工程实践中表征性较强的认知工具，则主要是针对人工物的材料或设备创造、优化进程，以增进认识目的而构建的具体对象[8]。工程中的模型能够为人工物提供全面的、明晰的认知与构建，在这个特定的实践过程中[4]，模型因其较强的表征性、中介性及构建性而有助于理解、优化与完善人工物的创造。 (二)学习科学及其工程学隐喻 19世纪末20世纪初，心理学家转向教育，开启了征服教育学这一新世界的新征程，对学习的探索逐渐从猜想走向科学[9]。20世纪50年代以后，神经科学、心理学、语言学、哲学、人类学、社会学、认知科学、人工智能等领域不断交叉融合，对科学、全面地认识人类如何学习起到了重大的促进作用[10]。20世纪80年代后，“基于设计的研究”(Design-based Research)作为学习研究方法论创新的标志性成果，直接促成了学习科学这一新学科的崛起，实现了学习研究重心由单纯的理论解释向综合性的技术“人工物”构造的转化[11]，建立了学习研究的工程学隐喻。柯林斯(Collins A)指出：“教育研究同样具有工程科学的性质，因此，应该创立一门教育的设计科学……然而，它不能是一门分析的科学，诸如物理学或心理学，而应该是一门设计的科学，诸如航空科学或人工智能。”[12] 新生的学习科学具有浓郁的工程学气质。库伯(Paul Cobb)曾经指出：设计实验(即基于设计的研究)的典型特征即在于以工程实践的方式构造出特定形式之学习的同时，对这些形式的学习展开整体性的研究；无论是工程化的构造还是整体性的研究，都是在由支撑那些学习形式的手段所界定的境脉中完成的；这一经过设计的境脉要不断接受检验和修正，由此导致的逐次迭代过程所发挥的作用和实验中系统性波动所发挥的作用是类似的[13]。巴拉卜(Sasha Barab)等人也认为，作为一个新学科，学习科学所从事的研究，很关键的一点即在于：它超越了对世界的静观，而是深度参与到对研究境脉的系统性构造中，并以此促进新理论的产生与发展[14]。基于设计的研究作为一种新的学习研究方法论，为学习科学家以工程实践的迭代方式构造作为人工物的学习环境，进而改进学习实践，发展学习理论，提供了一个强有力的方法论的工具包[15]。 进入21世纪之后，在学习科学不断揭示人类学习机制的基础上，信息技术的发展催生了众多学习技术，极大地丰富了研究人员揭示学习机制和改进学习绩效的工具箱。学习技术不断走向各个领域，为学习者提供了多元化、系统化的知识建构平台，营造了个性化、智能化的学习环境。基础科学、技术创新和工程实践之间的交互关系日益密切。人工智能、交互式多媒体、可视化技术、计算机网络等学习技术的发展都与学习科学的基础研究有着密切关系[16]，如人工智能关注机器如何进行学习，而准确掌握人类学习的方式有助于实现机器学习。特别值得注意的是，以罗杰·尚克(Roger Schank)为代表的大批人工智能的科学家与技术专家从机器学习日益转向对人类学习的关注，使学习研究的工程化取向达到了新高度。
