[摘要]複雜科學的誕生為教育者提供了全新的視角、理論與態度重新審視具有不確定性、複雜多變但仍具有一定模式的教育系統。複雜科學對於意義、目的、系統的追求方法中所蘊含的全新邏輯已經超越了傳統分析哲學的框架，締結了一種關聯性、生成性與回歸性的複雜網絡。文章從複雜科學視角，採用系統分析方法對創客教育進行複雜性辨析，為複雜科學應用於創客教育的研究提供詮釋性的理論與方法論框架。研究表明創客教育的宏觀層：創客教育系統，中觀層：創客學習環境，微觀層：創造力與製品，均是一種複雜性存在；複雜科學對於創客教育的研究具有重要的理論與方法論意義；複雜系統的建模方法與技術能夠對創客學習環境中湧現現象的動力系統進行基於原則的、積極主動的、過程取向的分析，為創客教學模式的研究提供重要的補充工具。
[關鍵詞]複雜科學；創客教育；理論辨析；模式探索
一、引言
教育作為一種擁有最高不確定性的智慧行動，在不斷追求「科學化」的過程中也被一種簡化的、僵化的、分裂的意識形態所侵蝕：相信普世性的客觀規律；相信教育的可機械分解性與組合性；對於實證哲學、經驗主義以及行為主義的極端推崇；對於分析教育的原理與原則的盲目樂觀等[1]。教育的整體性、人文性、藝術性與豐富性在日趨簡化的過程中不斷扭曲與異化，以至於人們的信仰、道德、審美在簡單人格與簡單文化的培植中處於消逝的邊緣。自「複雜性」思潮誕生以來，人類仿佛看到了世界重生的希望，用一種全新的視角、理論與態度重新審視人與自然、社會以及世界的關係。將世界視為一個「複雜系統」，用「湧現」「混沌」「自組織」「生成性」等複雜科學的新興概念去詮釋我們的社會系統、教育系統以及認知系統，褪去簡單性的外衣，揭示世界的本真，可以說是21世紀最美麗、最振奮人心的藍圖。如今，創客文化已經成為新時代的主流文化之一，「人人皆為創客」的理念深入人心，然而，創客教育研究與實踐的視野還不夠深入，存在理論根基不穩、實踐經驗不足的問題。複雜科學的興起為創客教育的研究提供了全新的視角與工具。
「複雜性」一詞是一個概括性的術語，起源於拉丁語詞根「Plectere」，意思是編織、纏繞。新英格蘭複雜系統學會（NewEnglandComplexSystemInstitute，NECSI）在2000年對複雜系統進行了如下定義：複雜系統是一個新興科學領域，研究系統的各個組成部分怎樣引起整個系統的集體行為以及系統如何與其環境相互作用。社會系統由人類組成，大腦由神經元組成，分子由原子組成，氣候由氣流組成，所有這些都是複雜系統的例子。複雜系統的領域橫跨了所有傳統科學領域，如工程學、管理與醫學。它主要研究的是關於部分、整體與關聯性的問題。
美國聖塔菲研究所教授梅拉尼·米歇爾（MelanieMitchell）對複雜系統作了更為精確的定義：複雜系統是由大量分組所構成的網絡，不存在任何中心控制，通過簡單的運行規則生成複雜的整體行為和複雜的信息處理，並通過學習和進化產生適應性。如果系統有組織的行為不存在內部和外部的控制者或領導者，則稱為自組織（Self-organizing）。由於簡單的規則以無法預測的方式產生出複雜的行為，這種系統的宏觀行為也稱作湧現（Emergent）。複雜系統又可以定義為：具有湧現和自組織行為的系統。
「複雜科學」並沒有一個明確的定義，我們通常將複雜適應系統理論、耗散結構理論、混沌動態學的探索與研究作為「複雜科學」的研究領域。「複雜系統」一詞正式出現於1999年4月2日美國《科學》期刊上出版的《複雜系統》專欄上，其中「複雜系統」被描述為：通過對一個系統的子系統的認識，無法完整地解釋該系統的性質，這樣的系統便是複雜系統。複雜系統通常具有多層次的系統結構、多樣性的子系統、複雜的關聯度、多重性的目標、不確定的信息以及多途徑的方法等特徵。
複雜科學在教育領域的應用日益受到關注。複雜科學與後現代研究觀點相結合，對於我們理解課程與教學有著重大的啟示作用。複雜理論使得我們能夠使用不同的鏡片觀察世界，也能夠使我們摘掉鏡片直面客觀現實，用一種後現代觀點來探索課程與教學中的潛在問題。複雜科學的誕生，仿佛為人們帶來了一種創造性、關聯性與生成性的模式之舞，使得大批學者沉浸其中為之讚嘆。近年來，教育領域的學者們開始探索如何將現代主義的思維範式轉換為具有變通性的後現代主義思維範式。
創客教育的複雜性辨析
（一）宏觀層：創客教育系統的複雜性
教育是人類世界複雜問題之最。一場方法論的革命正在席捲教育領域，複雜科學為教育研究提供了全新的方法與範式。社會的發展與變革深刻地影響著教育領域，其複雜性聯結不僅涉及經濟、文化、政治等外圍因素，還與教育的理念、內容、制度、目標、方法等內在因素息息相關。教育系統內部要素的豐富性與作用機制的複雜性，外部環境的龐雜多端，充分印證了其複雜性存在。教育的生成性特徵造就了教育的複雜性———教育是一種循序演進與發展中的回歸性開放系統。隨著複雜性問題在教育領域的出現，傳統分析法已經無法解釋不斷湧現的複雜現象。「複雜科學」的出現為教育者提供了新的分析工具，以應對具有不確定性、複雜多變但仍然具有一定模式的教育系統。
通過一系列以創新為主要目標的綜合性課程，創客教育旨在培養學生的創新意識、創新思維以及創新能力，是現行中小學教育中的一種補充性教育形式。創客教育是一項需要對教育的特性、複雜性以及要素之間的複雜聯結進行綜合考慮，從教育的本質特徵入手駕馭創客運動在教育領域的運行規律的系統工程。從複雜性的視角來審視，創客教育系統是由指導者、學習者、學科課程、技術工具、項目案例、學習評價等諸多因素交互作用所構成的社會複雜系統，其創造力模型應與複雜系統創造力模型相一致。以複雜系統創造力模型審視創客教育的各個組成要素，能夠為創客教育系統的構建，提供理論與實踐意義上的借鑑.
創客教育系統具有多樣性、生成性、回歸性以及關聯性等複雜系統特徵。多樣性指學科的多樣性：創客教育涉及語文、數學、外語、科學、藝術、信息技術等多學科；教育環境的多樣性：創客教育受家庭教育環境、學校學習環境以及社會文化環境的影響；教育目標的多樣性：創客教育具有計算思維、設計思維、創新思維、社交能力、語言能力等多維度的培養目標；教育群體的多樣性：創客教育包含幼兒生、小學生、中學生、高中生、大學生等不同學齡層次的教育群體。生成性意味著注重具體的教育過程：相對於傳統學校教育過分關注教育目標，創客教育更加關注教育過程；關注表現性教育目標：創客教育關注教育過程中學生的個性化表現以及個人意義的獲得，而非預設的教學性目標；關注偶發性教學事件：在傳統教育中受到排斥的偶然性事件，被創客教育視為有利的教學資源；關注互動性的教學方法：創客教育摒棄灌輸式教學，採用多邊互動的方式促進資源與信息的再生。回歸性意味著項目的回歸性：創客教育採用迭代的項目式學習方法，不同項目之間穩定性與轉變共存；體驗的回歸性：在創客教育中學生迭代地去感知、認知、創造，以變革性循環的方式豐富知識、磨鍊思維、提升能力；關聯性包括情境的關聯性：創客教育採用情境化教學，重點關注學科課程與真實情境的關聯性；學科之間的關聯性：在創客教育中學科與學科之間的關聯性高，知識與知識之間的聯結性強；人與人的關聯性：創客教育中的協作問題解決與合作共贏的理念促進了人與人之間的互動與交流。
（二）中觀層：創客學習環境的複雜性
創客教育的核心在於創客學習環境的創設。學生在與環境相互作用的過程中學習並學會如何學習[13]。教學模式是對學習環境的描述，其中包括作為教師的我們在應用教學模式時的行為[14]。學習科學家們致力於將「去中心化」「非線性」等複雜系統的關鍵性概念應用到學習環境的研究中。伯雷特（Bereiter）和斯卡達瑪利亞（Scardamalia）曾表示：隨著自組織和湧現這樣的複雜系統的概念被引入主流教育心理學，對該領域的任何研究就沒有簡單的因果解釋了，這一點越來越明顯。總的來說，社會認知過程所導致的結果是無法用進入該過程的相關因素來解釋或完全預測的。創新工作、理解以及認知的發展都是從一些簡單成分的互動中湧現出來的複雜結構的例子。無論是在神經元的層面還是在知識的層面，學習本身都具有湧現特性。
創客學習環境主要由社群（教師和學生）、空間和工具組成。在創客學習環境中，學生通過導師引導、親身實踐、使用各種工具和技術，合作創建和重塑物理和數字世界。在創客學習環境中創新思維、認知發展以及製品的生成都是一種湧現現象。湧現指在複雜系統的自組織過程中形成新穎和連貫的結構、模式和屬性的現象。湧現理論描述了複雜系統中大規模集體行為模式的形成過程。戈爾茨坦（Goldstein）觀察到，湧現現象具有以下相互關聯的屬性：完全的新穎性，連貫性或相關性，全局性或宏觀性，動態性和明顯性。完全的新穎性意味著在複雜系統中尚未觀察到，並且既不可預測又不能從低級或微觀層次組件中推導出來。連貫性或相關性指湧現表現為綜合的整體，隨著時間的推移傾向於保持一定的同一性，並將單獨的低級組件貫穿且關聯成更高級別的統一體。全局性或宏觀性指涉湧現現象的軌跡。動態性特徵指湧現現象不是預先給定的整體，而是隨著時間的推移由複雜系統演變而產生。明顯性意味著湧現通過展示自己得到廣泛的認可，它們在現象層面是得到認可的。
創客學習環境具有湧現、去中心化、自組織等複雜系統特徵，因此可將其視為複雜系統。複雜系統中的分形模式、有限之無限性以及不可預測性等混沌理論視角同樣與創客學習環境相關聯。在創客學習環境中小組的每個人都共享一個小組，小組與小組之間具有相同的結構與模式，所有小組的集合構成了創客社群。這種具有自相似性，類似於分形的模式充分展現了創客學習環境中的教師、學生、工具、材料之間的動態關聯性以及結構與彈性的結合。有限之無限性指涉在創客學習環境中，指導教師可能會受到國家政策、地區標準、學校法規、課程目標等客觀因素的限制，但在這些限制之內存在著無限的可能性。教師與學生、工具、材料之間的潛在關聯性不受任何的限制。這種對教師的賦權使他們擺脫了限制的束縛，獲得了創造的自由。創客學習環境中的學習行為既有一定的模式，又具生成性，是確定性與隨機性的聯結。教師既可以確定一定的教育目標，又要對學生的隨機互動進行反饋。教育目標與學生行為的不可預測性相結合使得創客學習環境中的學習具有創生性與開放性。
（三）微觀層：創造力與製品的複雜性
創造性活動包括生成、鞏固、孵化和闡述的連續階段，創意製品的產生也是一個動態的流程。思想的聯結隨著時間的推移展開，新事物的發明也會隨著時間的推移而產生。創造力是一種系統現象，創造者、媒介、問題、經濟因素、文化和技術以及他人（群體、評論家、競爭對手、觀眾和贊助人等）都在創造過程中發揮作用。當工作的意義和期望值隨著文化背景和生活階段而改變時，創造性工作會改變一個人的生命周期。創造過程發生在歷史和文化環境中，在創造過程中創造者並非完全獨立，這意味著創造力也是一種開放系統現象。創造性的努力涉及適應環境中的事件，創造性行為必須具有環境適應性和環境敏感性。這種適應性定義了溝通的可能性，互惠的反饋循環連接創造者與公眾。創意活動還需要與對社會和自然世界的感知相關聯。感知者之間存在反饋，創造性的個體通過調整，並試圖以塑造世界的方式去適應和同化。「適應性」是創造性活動的重要特徵，這個詞意味著創造性活動與現實密切相關。
創造過程還包括自我刺激和內部反饋。託比·昭斯納（TobiZausner）提出，藝術似乎涉及「自動催化」，因為藝術家對作品本身以及環境反饋作出回應。這一理念與馬圖拉納（Maturana）的「自創生理論」有關，是生命系統的自我創造屬性。創造力涉及自我組織的過程，與「自創生」組織有關，這些組織「不斷自我生產」。可以將藝術作品、新科學理論和工程問題的新穎解決方案視為湧現結構，是問題解決的耦合過程的結果。湧現提供了一種文化歷史中產生新信息的方法。許多科學家探討了處於混沌狀態的系統如何產生創造性行為以及混沌的幾個特徵如何與創造性過程和創意作品相關。例如，佐斯納（Zausner）指出創造過程如何對刺激因素敏感，並談到創意作品的不可預測性。她提出創意作品更多是一種湧現現象，而不是預先可視化的目標進程。弗雷德裡克·亞伯拉罕（FrederickAbraham）將創造力稱為「自組織的分叉」，主張混沌和不穩定狀態促進創造力的產生。霍華德·內梅羅夫（HowardNemerov）將創作之前的原始秩序比喻為混沌。本·戈澤爾（BenGoertzel）和羅納德·芬克（RonaldA.Finke）正在開發混沌邏輯和混沌認知的概念。
創意產品，無論多麼複雜，都可以被視為從相對簡單和易於理解的心理和社會過程中產生的製品，但前提是這些簡單的系統涉及辯證、對立、耦合或非線性過程。與創造力相關的許多社會心理現象的指涉也是一種動態過程。創造過程具有不可預測性與初始條件敏感性。不可預測性在於創造性過程無法使用數學意義上的分析進行描述，創造性軌跡也不能簡化為簡單的方程式，並且需要從啟發式而非精確的算法中產生洞見。特定的指導與程序可以輔助創意的產生，但絕不可能像寫食譜一樣將其固化。這並不是說創造性工作不能使用確定性過程建模或實施，但這些過程必須是動態的迭代活動，且其結果通常無法提前預測。創造力理論家們正在考慮如何用動態模型闡明原創性現象。具有時間術語的心理模型，潛在的非線性，參考辯證過程，都是這些新模型和技術可以應用的面相。
（一）實驗性與描述性方法的限域
教育系統、學習環境以及人類的思維均是複雜系統，其中線性和非線性可以共存，湧現現象是其重要特徵。湧現現象由主體之間的交互引起，又制約著主體之間的後續交互，似乎有自己的生命，獨立於局部交互而存在，因而不能還原為系統的個體或局部。因此，任何對複雜系統動力學的解釋都一定要解釋自下而上和自上而下的因果性。目前，教育研究中的研究方法可以歸類於實驗性研究、描述性研究以及設計研究。然而，基於設計的研究在方法論層面上是運用描述性方法與綜合性方法（描述性方法結合實驗性方法）來解釋學習。
實驗研究通常將實驗組與控制組相對比後作出因果關係的解釋。由於數學建模工具本質上都是線性工具，無法對動力學系統中線性與非線性的辯證共存加以解釋。線性方法試圖將系統拆分成部分，通過研究部分而得出總體。然而，學習的湧現現象無法通過將部分相加而得到整體的方式進行分析，且當異質的參與者被聚合或平均為因素時，一些關鍵信息就丟失了。因此，實驗方法並不能解釋複雜現象中的湧現行為，也不可能為之建模，而只能將其應用於複雜系統中線性特徵較為明顯的維度。
描述性方法可以在一定程度上理解湧現現象，但其局限性也很明顯，比如無法對幹預和設計決定進行歸納以及相對於理論應用而言過於強調理論建構等。同樣，對於湧現現象的解釋，實驗性方法也具有簡化性。描述性方法與實驗性方法的區別在於兩者簡化的程度不同。不同程度的簡化導致了不同類型的解釋和理解，兩者都有見地，都很重要。從時間的角度來看，湧現行為常常在一個現象演變過程中的非常狹窄的時間段中發生。通常，描述性研究無法覆蓋湧現現象的時空全景。
實驗性方法與描述性方法共同的局限是兩者對於理解和解釋已經湧現的現象時存在很大的局限性。如果一些模式已經湧現，實驗性方法與描述性方法只能用來解釋它們在聚合層次上的關係以及模式的演化過程。然而，如果逆轉時光，即使初始條件相似，同樣的演化軌跡也不一定出現。因此，我們不但需要理解和解釋湧現的演化軌跡，還需要解釋演化軌跡的可能空間。學習是一種複雜現象，對於理解學習湧現的可能空間而言，實驗性方法與描述性方法都存在著局限性。
（二）複雜系統的建模方法與技術
通常，複雜性理論試圖回答不同學科領域中令傳統從業人員感到困惑的問題。複雜理論表明，這些情況是由單個主體交織在一個非線性網絡中，形成了複雜的自適應系統，而後這些系統便有了單個主體不具備的特徵。這些情況很難研究的原因是，研究人員養成了使用「解剖分析」技術研究現象的習慣。他們將機器、有機體、生態系統以及任何其他實體的組成部分進行分解，並假設對這些部分進行研究將揭示整體的本質。但是，當組成部分不能提供系統的湧現特性的信息時，此分析方法將無用。因此，必須在「湧現水平」上研究複雜的自適應系統。
研究複雜系統，就是研究它的演化規律。系統的演化模型可用於描述系統的湧現性。聖塔菲學者們提出一種新的思路，其基點是：系統出現湧現的時間、地點以及類型均是自下而上的，這些取決於系統的組成要素及其非線性交互。聖塔菲學者們稱組成要素為主體（Agent），並使用算法程序來表述規則，使用計算機模擬仿真技術探測系統的湧現行為。這種方法被稱為「基於主體的建模方法」，它是生成性的研究方法。它建立在歸納邏輯之上，所用模型是由電腦程式表示的，根據模型讓系統在計算機上產生、演化，讓宏觀整體行為由下而上、自然而然地湧現出來，使研究者能夠直接觀察系統的生成、演化過程，從觀察現象中發現規律，提煉概念，形成洞見，建立理論。
基於主體的建模（Agent-basedModeling，ABM）是一種基於主體的複雜系統模擬仿真技術。在過去的二十年間，使用基於主體的建模已經成為科學家尋求理解複雜的物理、生物和社會現象的重要工具[29]。作為一種基於計算機的模擬仿真技術，ABM用於模擬自治主體（個體或組織）的行為和相互作用，以評估他們對系統整體的影響。它綜合了博弈論、複雜系統、湧現、計算社會學、遺傳編程等不同理論與學科的思想元素。ABM是一種微觀模型，通過模擬多個主體的同步行為和交互，以再現和預測複雜現象[30]。這個過程是從微觀層次到宏觀層次的湧現。因此，這個模型的關鍵就是簡單的行為規則能夠產生複雜的行為結果。ABM是研究者對「現實中的事物如何運作」的理想化的近似方法。
對於創客教學模式的研究，本文主張使用複雜系統研究、人種志研究、基於設計的研究相整合的方法論，以下簡稱為複雜人種志設計研究。這種整合的研究方法論對於創客群體的學習環境研究有著顯著的優勢：複雜系統研究從複雜性理論視角分析創客教育系統的複雜性、創客學習環境的複雜性、創新思維的複雜性；人種志研究充分、詳實地解釋了教學活動所發生的環境背景，為研究者提供了深層次的環境知識，使研究者聚焦於創客群體的心理、行為以及信仰，指導研究者開展符合創客群體需求的研究；基於設計的研究的幹預主義、前瞻性、反思性以及迭代等特徵能夠使研究者從最初的模式原型（基於一些假設的學習軌跡和特定設計特徵）逐步優化模式，從而得出最終的模式。複雜系統研究作為一種生成性研究靈活地整合了宏觀與微觀視角，為教學模式的特徵分析、原型設計、評價以及修正的研究提供了豐富的理論視角與可操作性方法，但複雜系統研究應用於教育研究時需輔以人種志觀點以及迭代的現象學校驗。人種志強調長期的真實情境的參與性，但缺乏幹預立場；基於設計的研究通過幹預以及迭代的評價與修正獲得形成性的理論與實踐，但缺乏人種志視角；複雜人種志設計研究補充了單一方法論在創客教育研究中應用的缺陷，有機地整合了生成性研究與形成性研究，為創客教學模式研究提供了切實有效的方法論。綜上所述，方法論與具體方法如圖1所示。
複雜性方法論為創客教學模式研究提供了重要的補充工具。複雜系統研究主張把創客教學系統的研究焦點從因素轉為參與者，研究者不用再帶著把同質的參與者聚合成因素這樣的假設去研究現象。相反，研究者可以保持創客群體中主體的多樣性，把他們看作是異質的參與者，各自具有自身的基因和文化特質，並實施簡單的行為規則。ABM最大限度地利用複雜性的主要原則，即動力學極簡主義原則：局部層面的簡單規則能夠充分地促成複雜的湧現行為在集體層面上發生。創客學習環境中異質的參與者在一定的時間和空間跨度內互相作用可以導致全局性結構和模式的產生，這些結構和模式反過來又辯證地規定和制約著主體間的後續交互。ABM通過計算手段模擬主體間的交互，「自下而上」地表徵創客學習環境中的湧現行為並讓系統在計算機模擬中演變。如此一來，研究人員不再局限於分析創客教學現象中的靜態平衡———對已經湧現的現象進行分析———或將主體看作聚合的因素這種假設的基礎上進行分析。ABM為研究者提供了方法論上的可能性，對創客學習環境中湧現現象的動力系統進行基於原則的、積極主動的、過程取向的分析。
教育的複雜性就在於其生成性———教育是一個以生成性、湧現性、自組織為特點的回歸性開放系統。隨著複雜性問題在教育領域的出現，傳統分析法已經無法解釋不斷湧現的複雜現象。「複雜科學」的出現為教育者提供了新的分析工具，以應對具有不確定性、複雜多變但仍然具有一定模式的教育系統。複雜性理論與方法論作為一種新興科學與後現代研究觀點為我們理解創客教育有著重大的啟示作用。複雜性理論使得我們能夠使用不同的鏡片觀察世界，也能夠使我們摘掉鏡片直面客觀現實，用一種後現代觀點來探索創客教育中的潛在問題。該文通過對複雜性的內涵與外延界定，創客教育的宏觀層、中觀層以及微觀層的複雜性辨析，創客教育研究中複雜性的方法論含義，創客教學模式探索中複雜性方法論的應用作了詳盡的闡述，為複雜科學應用於創客教育研究提供了詮釋性的理論與方法論框架。