【混沌理論】“梅花銀行”：基于混沌理論和區塊鏈技術的教育評價設計

劉東風

<h5 style="text-align: center"><font color="#9b9b9b">集無序與有序、線性與非線性、確定與隨機于一體的世界</font></h5> <b>【摘要】</b>“梅花銀行”是梅山小學近三年來實踐的一項師生評價設計方案，它是仿照銀行運行機制而設置的師生教育教學以及學習行為檔案袋記錄方式，是將師生行為軌跡化、數據化的過程。其理論基礎即混沌理論并基于區塊鏈技術，要使數據富有生命力和更具價值，更需要 AI 賦能，為教育評價走出一條新路。<br><b>【關鍵詞】</b>“梅花銀行” 混沌理論區塊鏈 AI賦能教育評價<br><b>【作者】</b>劉東風副高職稱現居深圳電話 13509659616 <b>一．關于混沌理論</b><br>１.什么是混沌理論？<br> 混沌理論是上世紀繼牛頓力學和量子力學之后出現的第三大理論，它集確定論和隨機論于一體。其基本概念有：非線性系統的非因果性、對初始條件的極端敏感依賴性（蝴蝶效應）、能量法則、分形、自相似性、自組織性、奇怪吸引子、以及過程的有序與結果的不確定性、臨界狀態、缺口原理、反饋原理、對流原理等等，這些都是混沌體系的有機組成部分。圍繞“世界究竟是偶然的還是必然的”這一核心問題，學界在哲學的自然觀層次進行著長期的爭論。而混沌理論的建立，在確定論和隨機論之間架起了一座橋梁。混沌理論集確定論和隨機論于一體，認為世界是一個十分復雜的非線性系統，復雜源于簡單，分形后的非線性系統又是簡單的，簡單的多次迭代才有復雜的混沌。在同一個混沌系統中，既有確定性的周期運動，又有隨機性的混沌運動，且兩者之間互相轉化：周期運動的失衡將會進入混沌運動，而在混沌區周期窗口處的混沌運動失衡則又會轉化為周期運動。在混沌世界里，是簡單性與復雜性的辯證統一、偶然性和必然性的辯證統一、有序性與無序性的對立統一、穩定性與不穩定性的對立統一。<div><br>２.對線性思維模式下的教育評價方式的批判<br> 當今教育評價中充斥著線性思維習慣，猶以教育結果的確定性、可預測性和偶然性為甚。殊不知：①線性思維是將教育過程簡單化：“只要更努力，就會有更多回報”是線性思維形象的表達方式。它在觀念上把人引入誤區，認為學習的過程就是知識與努力、情感與態度、汗水與時間的簡單疊加。教育是混沌的，是非線性的，其不確定性決定了不可預測性（盡管短期內可以做冰山一角式的簡單預測）。教育的混沌性反映了教育過程的復雜性。這一方面體現在對初始值的敏感性且呈現非線性、非因果關系，一方面體現在人腦學習運動生物化學過程的非線性，還有一方面是考試的信度和效度與被試的適應性。在混沌系統中，若A不一定就是B，有可能是C，甚至是其它。如同眼睛的視敏度一樣，假如一只眼睛的視敏度為1，兩只眼睛的視敏度不是2而是5或6了。②線性思維將教育功利化：線性思維在將教育簡單化的同時又將教育功利化，因為在這種思維模式下產生的觀念認為，有投入就一定會有回報，且投資教育是一件沒有風險、回報較快的行業，并以重知識輕育人、重學歷輕學力、重書本知識輕實踐體驗、重短期目標輕人生規劃、重科技知識輕人文素養為表現形式而大行其道，這樣的教育自然是將學校辦成利益工場、將人培養成考試機和答題器，我們的后代定然會是人文精神沒落、奇怪吸引子缺失的偽學霸。③線性思維導致教育評價方向性錯誤——對牛頓范式的批判：在討論素質教育與應試教育的關系時，一些人總喜歡將二者對立起來。而其實，二者為母子關系、包含關系。素質教育是一個大系統，是混沌的、非線性的；應試教育是一個小系統，是量化的、線性的、是從非線性簡化而來的。它們各自代表著不同的科研范式：前者為復雜的范式，后者為簡單的范式。應試教育以單一的、固定的、標準化的評價模型將每一個學生當做標準件（產品）來衡量，忽略了教育混沌特性的不確定性、不可重復性、不可預測性，統一、機械、線性、確定性的聚斂吸引子扼殺了學生的個性和創造力。混沌教育系統是自由的、開放的、可特例和隨機的。在該系統中，既需要道德標準等聚斂性吸引子的聚斂作用，又需要個性的甚至帶有破壞性的奇怪吸引子的擴散作用，打破舊的平衡態、構建新的動態平衡，這樣的教育才是開放的、率性的、富有生機的、可持續發展的混沌體系。素質教育離不開應試教育，考試在素質教育中不是洪水猛獸。考試應當成為素質教育策略調控的依據，考試應當成為學生能力發展的激勵機制，要摒棄牛頓范式的確定論，完善考試，要從多維度、多形式和高頻度等方面建立高信度、高效度、科學的混沌教育評價體系。</div><div><br>３.教育混沌學。</div><div> 教育混沌學是一門嶄新的學科，是將混沌理論運用于教育領域的研究，是從認識論和方法論出發，把教育和人的成長過程視為典型的混沌體系，以非線性思維方式重新審視教育的復雜性和不確定性。當今已有人嘗試地在教學設計、教育技術等教育分支中運用混沌理論并取得初步成果。加強混沌理論在教育領域的運用研究，必將迎來對教育的深刻認識，正本清源，走出誤區，并帶來教育評價的革命。</div> <h5 style="text-align: center"><font color="#9b9b9b">集無序與有序、線性與非線性、確定與隨機于一體的世界</font></h5> <b>二．區塊鏈技術與ＡＩ（人工智能）賦能教育</b><br>１.什么是區塊鏈<br> 區塊鏈涉及數學、密碼學、互聯網和計算機編程等很多科學技術問題，本質上是一個共享數據庫，其數據具有不可偽造、全程留痕、可以追溯、公開透明、集體維護等特征，是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式，因為其信任度高、合作的粘合度也很高，在教育評價中具有很大的運用前景。<div><br>２.以5G為基礎、AI為內核的新技術將成為學校的“新基建”內容<br> 2020年4月20日國家發改委首次明確新基建主要包括三方面的內容：以5G、數據中心、人工智能、云計算為代表的信息基礎設施，以智能交通、智慧能源為代表的融合基礎設施以及重大科技與產業技術等創新基礎設施。“新基建”的終極目標是驅動產業轉型與升級，從而建設“智能社會”，要建設“智能社會”，5G、人工智能、云計算這類信息基礎設施必不可少：５Ｇ以高穩定性、高效率讓萬物互聯并完成數據采集、傳輸、存儲，云計算以自己高強算力對海量數據進行分析，使人工智能服務于人，并讓復雜的學習過程簡單化，尤其是簡單的、機械的、重復的識別、記憶，機器要遠遠優于人類，且永不遺忘、永不丟失。據市場調查，目前百度、阿里云、騰訊、華為（簡稱“bath”）等知名企業，分別在人臉識別、智能推送、智能畫像、智能監測等方面已經推出諸如百度教育大腦、智慧校園、訊飛學習機、Alios智慧教育解決方案等，這些產品或方案，或直接用于教育，或可“拿來”用于教育。</div><div><br>３.區塊鏈與AI賦能的關系<br> 區塊鏈與AI賦能本屬兩種不同的技術，所面臨的問題和適應的應用場景也不盡相同。前者是行為數據的采集，重點在于高信任度（不可偽造）、痕跡管理（全程留痕、可以追溯）、集體維護（公開透明、自組織、去中心化）；后者的本質在于以強大的算力處理人工不能處理的龐大數據、并從中挖掘有用的信息。數據是區塊鏈和AI賦能的紐帶，將二者連接在一起：區塊鏈提供安全可靠的數據，AI賦能借助于區塊鏈的技術支持保證數據運算的精確、迅速和隱私安全。需要說明的是，區塊鏈技術中的公共賬號和匿名在用于“梅花銀行”教育評價設計中時，個人賬號需要實名制，甚至同學籍號、身份證號聯系在一起。</div> <b>三．“梅花銀行”的設計雛形</b><br>１.“梅花銀行”設計方案：仿照銀行運營機制，為學校師生建立成長記錄檔案并發行虛擬貨幣“梅花金幣”。師生在某一方面成績突出可以獲得“梅花金幣”若干枚，學校、年級、班級設立財富榜，金幣積攢到一定數額可以兌換獎品（獎品分為精神和物質兩大類）。根據梅山小學的章程和“十三五規劃”，梅花文化作為學校文化主題、梅花精神作為梅山精神，“梅花銀行”的名稱即來源于此。<br>①學生評價：以核心素養為主要內容的幾大分行：德育分行、智育分行、喜閱分行、才藝分行、健康分行；分行下面又設支行，如器樂支行、聲樂支行、書法支行、足球支行等等。每位學生以自己的學號獲得一個永久性的賬號，當某位學生輸入自己的賬號和登錄密碼可以進入到自己的界面時，不但能查詢到某一時刻的行為痕跡，還可以看到有關的財富值、“診斷報告”、學習建議、資源推送等。<br>②教師評價（專業成長記錄檔案）：如何評價具有創造性而又無形的教師勞動一直是個難題，如果在一定的模式框架下評價教師業績勢必會以偏概全，這種只考慮聚斂性吸引子而忽略奇怪吸引子的做法勢必會泯滅教師的創造性和教學個性，教師的工作就會變成僵化的、沒有生氣的工業生產，學校就會變成生產標準件的流水線。“梅花銀行”針對這一問題，雖然只是按照評價對象的德、能、勤、績、廉五個維度來考核（如圖１.），但將創新、教學風格、策略調整等因素考慮進來，尤其是“蝴蝶效應追蹤”，既強調系統對初始條件的依賴性，又是對教育的混沌表達，即教師的某一次教育教學活動，有可能是無功而返，也有可能帶來颶風效應，每個人對初始條件依賴的程度不同且表現的方式大相徑庭。同時更強調教育評價不能鼠目寸光；只看眼前的一得一失、守株待兔般地將偶爾的經驗當做一輩子的行動指南甚至有必然的結果。 <h5 style="text-align: center;">圖1</h5><div>２．“梅花銀行”的實踐：梅山小學自2017年開始試行“梅花銀行”評價方案，以其新、實、趣深得師生的喜歡，尤其是每學期末兌獎更是將學期評比掀起了高潮。但是采集數據手段太原始（存折、貼金幣）、考量不全面，亟需信息化和AI賦能。<br></div> <b>四．“梅花銀行”運用前景展望</b><br>１.數據分析與運用之一：<br> 學習任務變布置為個人定制——推送。“梅花銀行”為每位師生建立一個高信度的成長記錄袋即海量數據庫，借助于高運算能力的計算機用統計、分析的方法，提取有價值的內容，使數據活起來。這是一個將隱藏在一大批看似雜亂無章的數據中提煉有效信息、從而發現師生成長的內在規律的過程，以分形的手段將非線性的對象無限放大到線性狀態下來研究，在雜亂中尋找規律，在無序中尋找有序，這便是數據分析。如果說數據分析賦予了數據的生命，那么數據運用則是為生命注入了生命的意義，而推送算法又是人工智能賦能于教育的重要運用之一。<br> 以“喜閱分行”為例：以國家課程標準課外閱讀書目（課外閱讀量）為標準值、以年級組和班級為比較值，再比對個人閱讀量，然后一方面分析出個人閱讀的興趣傾向，一方面為個人提出閱讀指導、依序推送相關書目。如圖2： <h5 style="text-align: center;">圖2</h5><div> 再以“健康分行”為例：設立身高、體重、視力、熱量攝入量、體育鍛煉時間等維度進行數據采集，通過數據分析再向學生推送運動項目和健康飲食菜譜，如圖３.<br></div> 值得說明的是，相對“群推”而言的“個推”，是一種個人定制，是個性化教育的需要，它重視的是人的差異性和教育的復雜性。“個推”又稱“場景化智能推送”，而實現場景化推送必須具備三個要素：冷數據畫像——年齡、性別、興趣、身份、常駐地等相對穩定的數據畫像；溫數據回溯——近期具有一定時效性的行為數據；熱數據場景——當前地點、打開的應用等場景化明顯的、稍縱即逝的學習熱情和需求。張小龍有言：“推送改變世界，因為用戶更懶了！”推送，不僅僅是微信、抖音等重要的經營手段，可能還是未來學校主要的任務。２.數據運用之二：<br> 生涯教育的依據與升學、晉級的佐證。依托于區塊鏈技術的“梅花銀行”的海量數據以其可靠性、開放性與社會共享，教育評價從單一的甄別性評價走向診斷性評價乃至人生規劃。混沌理論告訴我們：每個人的人格發展是一個非線性動態過程，是一個不確定且難以準確預測的過程，個體作為一個自適應的實體在與內部外部環境交互中不斷選擇與放棄、不斷地調適與接納。混沌理論的“蝴蝶效應”又告訴我們：在一個系統中，初始條件的微小差異在時間趨向無窮大時系統處于混沌狀態而出現奇特的效應，其影響并非以固定的線性方式增加，而是以非線性方式不斷放大到顯著的差距程度。這表明：教育主體對初始條件的敏感、依賴性導致微小的變化引起結果的巨大差異預示早期教育的重要性，我們對兒童所施加的每一次教育活動甚或是傳遞一個微小的信息都有可能對其人格發展帶來巨大的影響。<br> 混沌理論之分形理論還告訴我們要“不拘一格降人才”。分形(fractal)是指系統中部分與整體以某種方式相似的形體。分形理論為自然科學和人文科學提供了新的研究手段和方法，借助系統內自相似性原理而對混沌現象管窺全豹、一葉知秋，從局部到整體、從有限到無限的認識世界。運用分形理論，可以重新定義人才的概念。如果說從學術型到技術型轉型是人才結構的分形，那么還應該創設育人環境的分形結構，如多形式的辦學機構、獨具個性的育人氛圍等以適應不同人才成長的需要；還要以分形手段將學生的某一次考試成績視為整個成長過程中的一個像素單位而不是全部。分形讓教育評價更趨向寬泛和多維，才能讓各類人才脫穎而出以滿足社會發展的各個方面的需要。混沌理論中的奇異吸引因子還告訴我們要注重創新人才的培養。“不拘一格”除了人才標準的多維度，還要有創新我們的創新人才培養的機制。混沌理論中有兩類吸引子，那種起著限制的作用、使系統性態呈現出平衡、周期性特征的叫聚斂性吸引子，它與常態、規范有關。而奇怪吸引子是一種分形，屬于擴散性吸引子，具有無限嵌套的自相似結構，使系統偏離聚斂性吸引子的區域而導向不同的性態，它通過誘發系統的活力創造出不可預測性，它與打破常規有關。過往的教育評價過多強調聚斂因子的聚斂作用雖然制造了整齊劃一的標準件，但學生缺少個性，尤其是創造性被泯滅。而學生的怪異行為、奇思妙想甚至荒誕不經的課堂突發事件等奇怪吸引子使教學系統偏離聚斂性吸引子的區域而導向不同的性態使其偏離預設軌道，常常受到教學任務、傳統的課堂倫理等聚斂干擾和抑制，從而迫使教學系統朝著一維性目標發展。法古而不泥古、效人而不同人，才能以新的手段培育新的人才。<br> 處于“奧德賽期”的師生成長過程充滿著選擇與徘徊、嘗試與失敗、迷茫與混沌。而通過對“梅花銀行”的大數據即成長檔案的分析，不但發現人才標準有千千萬，連走向成功的道路也有萬萬千，要選擇就選擇最合適自己的那一條，這也是混沌理論中的能量法則：如同水的運動一樣，能量總是指向阻力最小的途徑。<div><br>３.“梅花銀行”是一個開放性的平臺。<br> “梅花銀行”的成長記錄檔案的設計，將以非線性思維模式取代線性思維模式，把人格成長的過程視為一個混沌體系；借助于“銀行”的運營模式其職能得到進一步開發，如教職員工的績效管理，銀行的借貸、捐贈、客服等功能的開發與仿生，“情緒銀行”的設立等。它是一個開放性的平臺，使用者即為開發者、創新者。<br><br><b>結束語：</b>2019年5月，習近平主席在致國際人工智能與教育大會賀信中指出：“積極推動人工智能和教育深度融合，促進教育變革創新，充分發揮人工智能優勢，加快發展伴隨每個人一生的教育、平等面向每個人的教育、適合每個人的教育、更加開放靈活的教育”。“梅花銀行”這一基于混沌理論和區塊鏈技術的教育評價設計，在智慧校園建設和AI賦能的行動研究中未來可期。<br>（本文發表于《福田AI賦能教育簡報》第二期2020.09）</div> <h5><b>參考文獻：</b><br>１.劉東風《教育混沌論》（《特區教育》２０１２０２）<br>２.劉東風《從混沌理論看全體成才的可能性》（２０１４年深港校長論壇）<br>３.李開復《從“AI+”到“+AI”：以技術重構中國經濟》<br>４.劉鵬志、金琦《生涯混沌理論及其對生涯教育的啟示》（《中小學心理健康教育》2016０9）<br>５.袁凱《場景化智能推送》（2017年7月8日網絡演講）</h5>

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