深度學習理論框架及教學設計研究

劉 潔

(南昌師范學院教育教學評估中心,江西南昌 330032)

近年來,以“注重批判理解、強調信息整合、促進知識建構、著意遷移應用、面向問題解決”為特征[1]的深度學習相關理論引起了高等教育領域研究者的廣泛關注。新時代核心素養培養的背景下,深度學習的提出既體現了教學規律,又回應了新時代高等教育的新理念和新要求。如何促進課堂教學中的深度學習以及如何有效地培養學生的深度學習能力是新時代高等教育改革發展的重要命題之一。

一、深度學習內涵及文獻綜述

深度學習(Deep Learning)一詞最早出現于20世紀70年代,是美國著名學者馬頓(Ference Marton)和賽爾喬(S?lj?,R.)基于學習本質的層級理論所提出,在其1976年發表的《學習的本質區別:結果與過程》的文章中,馬頓將“深度”首次運用于對個體學習過程的描述,被認為是首次在教育學領域提出了深度學習的概念。在研究中,馬頓更加關心“為什么有些人要比其他人學得更好”[2]。然而,馬頓和賽爾喬所提到的深層與表層所指的對象仍是指處理過程(processing),而非學習方式(approach)。比格斯(Biggs)認為,深度學習包含高水平或者主動的認知加工,對應的淺層學習則采用低水平認知加工,比如,簡單記憶或者機械記憶。[3]在加拿大學者邁克爾·富蘭(Michael Fullan)所提出的“新教學論”中,深度學習是指在現實生活中創造與運用新知識的能力,教學應從追求知識的數量向關注學生學習過程、自主學習能力方向轉變。[4]

國外深度學習研究主要包括深度學習的內涵、深度學習影響因素、深度學習發生過程以及深度學習評價方法的研究。國外關于深度學習的評價研究為有效研究深度學習效果提供了理論指導。

國內深度學習研究起步相對較晚,最早是黎加厚[5]教授在《促進學生深度學習》一文中提出了深度學習的概念,之后國內研究者逐漸重視并開展了相關研究,主要以理論研究和實踐應用為主,近年研究發展主要是三個方面:一是基于新環境平臺研究;二是基于新技術工具研究,通過新技術工具在教學中的應用,探究影響深度學習的效果因素;三是基于新理念觀念的研究,包括翻轉課堂理念、微課理念、核心素養發展理念等,探究如何更好地促進深度學習?？傮w上看,深度學習已經成為專門的研究主題,其研究重點體現了新的教育教學理念、新工具以及新技術支持下的深度學習研究,包括了理論研究和基于具體學科的實踐研究。

二、學習科學視域下深度學習的價值邏輯

深度學習作為培養學生學科核心素養的有效手段,強調的是“有意義的學習”,是一種主動的、批判性的學習方式,其目的是培養和發展高階的思維能力,其核心思想體現了理解、建構、遷移、問題解決、反思等認知科學領域的內涵概念。[1]布魯姆早在1956年就在《教育目標分類學》中將在認知學習過程中的教學目標從淺層到深層進行了層次劃分,分別為記憶、理解、應用、分析、評價和創造等方面,這其中就蘊含了深度學習的思想。以培養學生理性思維、創新思維和問題解決思維的高階思維為目的的深度學習屬于高層次的目標層次,而以對知識簡單提取、記憶和理解為主的淺層學習則僅培養了學生的低階思維。

深度學習是符合學習科學基本原理的一種學習,深度學習的價值追求與當前以培養核心素養為目標的教育教學改革理念深度契合,有助于促進教育教學改革,解決當前課堂教學中存在的以記憶和理解為主的淺層學習等難點和重點問題,有效提高課堂教學的質量。為了更好地理解深度學習的價值邏輯,有必要從“學什么”“應學會什么”“怎么學”“學得如何”“怎么評”的邏輯關系對深度學習的學習內容、學習目標、學習方式、學習結果和學習評價等方面進行全面理解。

表1 基于布盧姆的教育目標分類的深度學習與淺層學習比較

(一)“學什么”:學習內容指向深度學習任務

“什么樣的學習內容更有價值?”基于深度學習的學習內容不是學科知識的孤立的知識點,而是在學科結構中的系統的知識。因此,為促進深度學習,教師應充分發揮教學的主導作用,對學習內容進行選擇和重組,并且基于對學習目標的認知和判斷,重構學習內容,以幫助學生建構學科知識體系的原理和概念,在此基礎上,設計具有挑戰度的學習任務,引導學生深度參與和探究知識,使學生能夠形成知識關聯,學會在新的情景中遷移運用和解決問題。柴少明認為,深度學習要求設計連接真實世界的、有意義的、面向問題解決的學習任務,教師應設計能支持以上學習任務的學習環境,從而支持深度學習的發生。[6]由此可見,深度學習任務是建立在對學習內容和學習活動的重新建構的基礎上,設計指向深度學習的具有真實性、合作性、挑戰性的學習內容和學習任務,使得學習任務富有高階性和挑戰度,學生能夠主動參與,并能表現出對學習的高投入行為。深度學習是為學生提供一種基于原有知識的真實的學習體驗,學生能夠將原有知識和新知識進行關聯;深度學習是一種整合知識、注重經驗積累的學習,學生學習結構化的學習內容,接受基于挑戰的學習,參與解決復雜問題,并能夠與同伴協作與交流,將學習內容與真實世界連接,對自己的學習進行反思,培養學生元認知能力。在深度學習的過程中,學生能夠批判性地、主動地學習和接受新的知識,并能夠將新知識與已有知識和經驗聯系起來,并且能夠將所學的新知識遷移到新的情境中解決問題并作出決策。

(二)“應學會什么”:學習目標指向深度學習能力

“什么樣的學習目標更有意義?”美國威廉和弗洛拉·休利特基金會(William and Flora Hewlett Foundation,簡稱之為Hewlett基金會)在2010年發起了深度學習戰略計劃,提出深度學習是21世紀必備的能力,主要包括掌握核心學科知識、批判性思維和解決復雜問題、合作能力、溝通與表達能力、學會學習和學習毅力六個維度的能力。[7]因此,深度學習目標應指向深度學習能力,包括核心學科知識、批判性思維、解決問題、有效溝通、團隊協作、自主學習技能。張浩認為,深度學習實現問題解決能力、批判性思維、創造性思維、元認知能力等高階能力的發展。[1]深度學習要設計有助于促進高階思維培養的學習目標,在學習的過程中強調反思與元認知,并能夠關注學生學習行為的高情感和高學習投入,從而達到知識的理解和遷移、學生的關鍵能力培養的學習目標要求。

(三)“怎么學”:學習方式指向有意義的學習

“什么樣的學習方式更有利于學習目標的實現?”不同的學習目標會指向不同的學習內容和學習方式,學習方式的選擇與學習目標和學習內容之間有著直接的聯系。深度學習強調的是“有意義的學習”,“有意義的學習”是指學習新知識應與已有知識和經驗建立明確的聯系,并且能夠將新知識整合進原有的知識的一種過程。相對于機械學習與以記憶為主的淺層學習方式,深層學習強調的是主動學習,在掌握理解的基礎上尋求知識的聯系與理解,從而實現知識的遷移,培養學生面向未來的核心素養。因此,在側重培養學科核心素養的學習目標的背景下,強調自主性、任務性、情境性、合作性的學習方式,教師設計符合復雜的教學情境、具有挑戰性的方案,幫助學生基于學科知識構建知識體系,同時能在新的情境中運用知識,實現知識的綜合應用和轉化。

(四)“學得如何”:學習結果指向有效學習遷移

“什么樣的學習結果能體現深度學習?”BransFord認為,深度學習是指教師通過讓學生深度理解課程內容而形成長時記憶,并可以在不同情境下解決新的問題。[8]美國國家研究會(National Research Council Panel)指出,深度學習的最終目的指向學生知識和技能的遷移,即學生能夠將學習的知識和技能從一種情境應用到另一種情境的過程。[9]深度學習的最終目標強調的是學生的知識與能力的有效遷移,學生能夠將所學知識從一個情境運用到另一個情境的遷移過程,學習結果在深度理解的基礎之上產生的學習遷移?；谏疃葘W習的有意義學習是學生在基于理解的基礎上,所學的知識是可以遷移的,能夠在新的情境下運用這些知識解決新的問題。

(五)“怎么評”:學習評價指向“為學習評價”

“什么樣的方式能更好地檢驗學習效果?”Biggs提出的學習結果分類理論(Structure of observed learning outcome,SOLO)[10],認為需要從學習的“量”與“質”對學生的學習進行評價,而關注學生學習的質的問題就是指學習的深度。SOLO學習結果分類評價從前結構、單一結構、多元結構、關聯結構和抽象拓展結構進行了分類,其中前結構實質上是“無學習”狀態,單一結構和多元結構屬于淺層學習,而關聯結構和抽象拓展結構則屬于深度學習狀態,Biggs的SOLO學習結果分類是當前有關深度學習研究中比較常用的分析量表。

深度學習理念下的學習評價應該是基于促進學生的發展,評價方式要從“關于學習的評價”轉向“為了學習的評價”?！瓣P于學習的評價”主要側重傳統的總結性評價,而“為了學習的評價”則是學生在真實情景中的表現性評價,也就是形成性評價。因此,促進深度學習的評價應基于學生在真實情景中的表現性評價,指向過程性、理解性和自主性的學習評價方式[11],形成性評價與終結性評價相結合,以形成性評價為主,可采取的方式有教師對學生的學習行為采取的即時的面對面的評價以及反饋、學生自評、同伴互評等,采用分析量表評價學生的深度學習能力以及學習投入水平,采取多維度的評價方式檢驗學習效果,包括學生的學業成績。

三、指向深度學習的教學設計原則

(一)強化“以學生為中心”的教學理念

Thomas提出,深度學習具有以學習者為中心,促進學生自主學習,激發學生自我效能感,注重積極反饋和過程性評價等特征。深度學習強調以學生為中心,因此,教師應該加強學生中心的教學活動設計,以培養學生的自主學習能力,積極使學生能夠高投入參與到學習中,確保學習目標的達成?；谏疃葘W習的教學要求,教學理念從“以教師為中心”向“以學生為中心”轉變。建構主義學習理論強調以學習為中心,認為學習是一種學生主動的、積極的、帶有明確意向的知識建構過程,但學生自主學習并不意味著完全放任學生自己學習。因此,教師應明確基于深度學習的教師和學生的角色變化,在此過程中,教師是組織者、引導者、促進者和評價者,而學生是學習過程中的創造者、參與者和合作者,在學習過程中占據主體地位。

深度學習可以理解為是一種在教師的引導下,學生針對具有挑戰性的學習任務,高投入參與、體驗成功并能遷移運用的有意義的學習過程。深度學習理論下,以學生為中心還體現在以下兩個方面:一是教師應該熟悉并掌握學生的知識能力水平,也就是教師應該了解學生的認知起點。深度學習強調在學生已有知識和經驗與新知識之間建立聯系,新知識的學習是建立在學生所具備的知識經驗上,如對學生不加區別地實施教學將使得學生的能動意識受到限制,從而喪失學習興趣,因此教師設計深度學習的前提是關注學生已有的知識和經驗,科學判斷學生已具備的知識儲備,充分考慮學生當前的生活經驗,并準確預判學生通過學習后可能獲得的知識、能力和情感等,分析后確定學習目標,在教學和學習的過程中,建立新知識和已有知識之間的聯系,形成知識結構和概念框架,促進學生深度理解知識,并能夠發生遷移,在新的情境中運用知識。二是更加關注學習過程,而非學習結果。教師通過設計以任務、項目、問題等為形式的學習任務,引導學生積極參與到學習中來,在“情境、合作、對話”的過程中,實現知識的建構。

(二)創設指向深度學習的環境

一是構建有效的師生關系。美國心理學家羅杰斯認為,成功的教學有賴于師生之間理解和信任的關系。[12]積極的師生關系有利于學生參與融入課堂學習之中,積極投入和思考,使其產生安全感,并能接受教師的教學和影響。因此,建立親密、平等、民主的師生關系是達成深度學習的前提,教師應通過關心學生、滿足學生的學習需求等與學生建立平等的師生關系。在深度學習的教學設計中,教師應注重“三個互動”,教師通過設計具有一定挑戰度、指向培養學生高階能力的學習任務,引導學生高投入、積極參與教學活動中,有效地促進學生和任務之間的互動;教師在教學活動過程中指導和引導學生完成教學任務,通過引入問題,搭設支架等方式,強化師生之間的互動,良好的師生關系將有助于深度學習的課堂教學順利開展;教師組織學生開展研討和小組活動,在此過程中,學生積極參與討論,有助于增強學生之間的互動。在三個“互動”中,教師應起到組織者、引導者、促進者的作用,有助于構建師生之間和諧的、有效的關系。二是創設平等、合作、自由的學習氛圍。安全感是影響學生學習的直接原因,學生只有在安全自由的學習氛圍中才會發現問題,提出問題,并充分發展自身解決問題的能力和創新能力。教師要加強學習,不斷提升自身的教學藝術,科學合理地為學生創設平等、合作、自由的學習氛圍。

(三)設定指向深度學習能力的學習目標

清晰的學習目標是有效學習的前提。指向深度學習的學習目標不僅強調學生對學科專業知識的理解和掌握,同時要兼顧認知、人際、個人領域發展的三維目標,注重高階思維能力、學會學習能力、合作與表達能力的培養,并落實在不同層級的教學目標上。因此,教師在設計和指定學習目標時,應充分認識到學習目標應該具有高階性、挑戰度和創新性。教師要了解并把握學生已有的知識水平和分析學生現有的生活經驗,并能預測學生可能達到的高階思維能力,以此設計相應的學習目標。

教師設立學習目標應重視以下關鍵環節。首先,教師設立課程和學習目標,應依據課程標準,立足于培養學生的核心素養發展,整體設計課程的單位模塊學習目標。其次,在完善教學大綱的過程中,準確、明確地闡述本單位模塊以及各課時的學生能力、素質和思政目標;學習目標還應開放、公開。再次,教師設計能引導學生深層次學習的課程目標,從培養學生知識獲取、知識應用、知識整合、綜合素養、興趣拓展和學習能力等方面,多維度地設計“基于項目學習模式”的課程和學習目標。不同層次的學習目標要保持一致性,同時要具有發展性,既能符合學生的實際,又可以指向學生的未來發展,培養學生的核心素養。

(四)設計指向深度學習的學習任務

Merrill提出首要教學原理:當學習者被置身于解決現實世界的真實問題時、學習者已有知識被激活時、新知識被深度加工時以及新知識用于解決現實世界問題時,才能促進學習。[13]《劍橋學習科學手冊》指出,促進深度學習的學習活動需要具備情景化、問題化、同伴合作和探究性特征[14]。深度學習對學習內容的要求體現在學習內容應該是教師在掌握學生已有的知識和經驗的基礎上精心設計、具有一定的教學目標的結構化的教學內容,在設計學習活動之后,將學科知識融入情景化的真實場景中,以情景化的學習活動引導學生積極參與和高投入的學習行為,從而促進學生對學科知識的理解,發展高階認知能力,產生知識的有效遷移。

一是學習任務具有情景化、問題化特征,以真實的、有意義的項目或問題來設計學習任務,可以使學生將已有的經驗和學習任務有機聯系起來,幫助解決現實生活中的實際問題,既關注學生掌握核心學科知識的情況,又注重培養學生的高階思維。設計這樣的學習任務可以有效激發學生的學習動機,促進學生投入學習,有助于知識的理解和遷移。二是學習任務具有合作化特征。教師設計的學習任務需要學生在小組間通過合作的方式完成,學生在完成學習任務的過程中,要能清晰表達自己的想法,接受同伴或他人的認知和意見,相互學習。三是學習任務具有挑戰性。維果茨基認為,應確定學生的兩種發展水平,分別是現有發展水平和“最近發展區”[15]。最近發展區概念強調了教學本質不在于“強化”已經形成或存在的內部心理機能,而是是否激發和促進形成還未存在的心理機能。教師為了確認學生的最近發展區,必須以首先確認學生的已有水平為前提,同時還要確認學生在未來即將可能達到的水平,也就是預設學生在學習過程中的表現以及可能遇到的困難。為達到這個水平,學生需學習接受有一定難度、超越已有水平、具有一定挑戰性的學習任務。為引導學生深度投入,學習任務的設計需要有一定挑戰性。教師應在準確評估和理解學生的能力水平的基礎上,選擇適合學生發展的難度適中的學習任務,在教師的引導下,學生將更好地融入學習活動中。

(五)構建促進學生發展的評價方式

學生在真實情景中合作、主動探究、解決問題,并在問題解決的過程中反思并提升元認知和解決問題的高階能力。評價標準的設計要依據深度學習目標來制定,評價方式可以從兩個層面進行。一是促進深度學習的評價。此類評價主要以形成性評價為主,終結性評價為輔,由教師和學生共同實施,在整個學習的過程中,對學生的學習行為進行及時評價與反饋、同伴相互評價和學生自我評價,形成性評價和多元評價主體參與的評價,形成性評價和終結性評價相結合。二是針對深度學習效果的評價?？刹扇iggs的SOLO學習結構分類評價量表,對學生的深度學習能力進行評價;同時基于課程考核如期末結課考試的學業成績、通過量表開展問卷調查了解學生學習投入水平自我評價。多種評價方式結合,綜合對學生的深度學習能力進行評價,通過由多元的主體參與的評價,幫助學生自我反思和自我提高,從而能夠監控自己的認知和行為并不斷地加以調整,逐步發展其元認知能力,最終實現個人能力的發展。