深度学习理论框架及教学设计研究

刘 洁

(南昌师范学院教育教学评估中心,江西南昌 330032)

近年来,以“注重批判理解、强调信息整合、促进知识建构、着意迁移应用、面向问题解决”为特征[1]的深度学习相关理论引起了高等教育领域研究者的广泛关注。新时代核心素养培养的背景下,深度学习的提出既体现了教学规律,又回应了新时代高等教育的新理念和新要求。如何促进课堂教学中的深度学习以及如何有效地培养学生的深度学习能力是新时代高等教育改革发展的重要命题之一。

一、深度学习内涵及文献综述

深度学习(Deep Learning)一词最早出现于20世纪70年代,是美国著名学者马顿(Ference Marton)和赛尔乔(Säljö,R.)基于学习本质的层级理论所提出,在其1976年发表的《学习的本质区别:结果与过程》的文章中,马顿将“深度”首次运用于对个体学习过程的描述,被认为是首次在教育学领域提出了深度学习的概念。在研究中,马顿更加关心“为什么有些人要比其他人学得更好”[2]。然而,马顿和赛尔乔所提到的深层与表层所指的对象仍是指处理过程(processing),而非学习方式(approach)。比格斯(Biggs)认为,深度学习包含高水平或者主动的认知加工,对应的浅层学习则采用低水平认知加工,比如,简单记忆或者机械记忆。[3]在加拿大学者迈克尔·富兰(Michael Fullan)所提出的“新教学论”中,深度学习是指在现实生活中创造与运用新知识的能力,教学应从追求知识的数量向关注学生学习过程、自主学习能力方向转变。[4]

国外深度学习研究主要包括深度学习的内涵、深度学习影响因素、深度学习发生过程以及深度学习评价方法的研究。国外关于深度学习的评价研究为有效研究深度学习效果提供了理论指导。

国内深度学习研究起步相对较晚,最早是黎加厚[5]教授在《促进学生深度学习》一文中提出了深度学习的概念,之后国内研究者逐渐重视并开展了相关研究,主要以理论研究和实践应用为主,近年研究发展主要是三个方面:一是基于新环境平台研究;二是基于新技术工具研究,通过新技术工具在教学中的应用,探究影响深度学习的效果因素;三是基于新理念观念的研究,包括翻转课堂理念、微课理念、核心素养发展理念等,探究如何更好地促进深度学习。总体上看,深度学习已经成为专门的研究主题,其研究重点体现了新的教育教学理念、新工具以及新技术支持下的深度学习研究,包括了理论研究和基于具体学科的实践研究。

二、学习科学视域下深度学习的价值逻辑

深度学习作为培养学生学科核心素养的有效手段,强调的是“有意义的学习”,是一种主动的、批判性的学习方式,其目的是培养和发展高阶的思维能力,其核心思想体现了理解、建构、迁移、问题解决、反思等认知科学领域的内涵概念。[1]布鲁姆早在1956年就在《教育目标分类学》中将在认知学习过程中的教学目标从浅层到深层进行了层次划分,分别为记忆、理解、应用、分析、评价和创造等方面,这其中就蕴含了深度学习的思想。以培养学生理性思维、创新思维和问题解决思维的高阶思维为目的的深度学习属于高层次的目标层次,而以对知识简单提取、记忆和理解为主的浅层学习则仅培养了学生的低阶思维。

深度学习是符合学习科学基本原理的一种学习,深度学习的价值追求与当前以培养核心素养为目标的教育教学改革理念深度契合,有助于促进教育教学改革,解决当前课堂教学中存在的以记忆和理解为主的浅层学习等难点和重点问题,有效提高课堂教学的质量。为了更好地理解深度学习的价值逻辑,有必要从“学什么”“应学会什么”“怎么学”“学得如何”“怎么评”的逻辑关系对深度学习的学习内容、学习目标、学习方式、学习结果和学习评价等方面进行全面理解。

表1 基于布卢姆的教育目标分类的深度学习与浅层学习比较

(一)“学什么”:学习内容指向深度学习任务

“什么样的学习内容更有价值?”基于深度学习的学习内容不是学科知识的孤立的知识点,而是在学科结构中的系统的知识。因此,为促进深度学习,教师应充分发挥教学的主导作用,对学习内容进行选择和重组,并且基于对学习目标的认知和判断,重构学习内容,以帮助学生建构学科知识体系的原理和概念,在此基础上,设计具有挑战度的学习任务,引导学生深度参与和探究知识,使学生能够形成知识关联,学会在新的情景中迁移运用和解决问题。柴少明认为,深度学习要求设计连接真实世界的、有意义的、面向问题解决的学习任务,教师应设计能支持以上学习任务的学习环境,从而支持深度学习的发生。[6]由此可见,深度学习任务是建立在对学习内容和学习活动的重新建构的基础上,设计指向深度学习的具有真实性、合作性、挑战性的学习内容和学习任务,使得学习任务富有高阶性和挑战度,学生能够主动参与,并能表现出对学习的高投入行为。深度学习是为学生提供一种基于原有知识的真实的学习体验,学生能够将原有知识和新知识进行关联;深度学习是一种整合知识、注重经验积累的学习,学生学习结构化的学习内容,接受基于挑战的学习,参与解决复杂问题,并能够与同伴协作与交流,将学习内容与真实世界连接,对自己的学习进行反思,培养学生元认知能力。在深度学习的过程中,学生能够批判性地、主动地学习和接受新的知识,并能够将新知识与已有知识和经验联系起来,并且能够将所学的新知识迁移到新的情境中解决问题并作出决策。

(二)“应学会什么”:学习目标指向深度学习能力

“什么样的学习目标更有意义?”美国威廉和弗洛拉·休利特基金会(William and Flora Hewlett Foundation,简称之为Hewlett基金会)在2010年发起了深度学习战略计划,提出深度学习是21世纪必备的能力,主要包括掌握核心学科知识、批判性思维和解决复杂问题、合作能力、沟通与表达能力、学会学习和学习毅力六个维度的能力。[7]因此,深度学习目标应指向深度学习能力,包括核心学科知识、批判性思维、解决问题、有效沟通、团队协作、自主学习技能。张浩认为,深度学习实现问题解决能力、批判性思维、创造性思维、元认知能力等高阶能力的发展。[1]深度学习要设计有助于促进高阶思维培养的学习目标,在学习的过程中强调反思与元认知,并能够关注学生学习行为的高情感和高学习投入,从而达到知识的理解和迁移、学生的关键能力培养的学习目标要求。

(三)“怎么学”:学习方式指向有意义的学习

“什么样的学习方式更有利于学习目标的实现?”不同的学习目标会指向不同的学习内容和学习方式,学习方式的选择与学习目标和学习内容之间有着直接的联系。深度学习强调的是“有意义的学习”,“有意义的学习”是指学习新知识应与已有知识和经验建立明确的联系,并且能够将新知识整合进原有的知识的一种过程。相对于机械学习与以记忆为主的浅层学习方式,深层学习强调的是主动学习,在掌握理解的基础上寻求知识的联系与理解,从而实现知识的迁移,培养学生面向未来的核心素养。因此,在侧重培养学科核心素养的学习目标的背景下,强调自主性、任务性、情境性、合作性的学习方式,教师设计符合复杂的教学情境、具有挑战性的方案,帮助学生基于学科知识构建知识体系,同时能在新的情境中运用知识,实现知识的综合应用和转化。

(四)“学得如何”:学习结果指向有效学习迁移

“什么样的学习结果能体现深度学习?”BransFord认为,深度学习是指教师通过让学生深度理解课程内容而形成长时记忆,并可以在不同情境下解决新的问题。[8]美国国家研究会(National Research Council Panel)指出,深度学习的最终目的指向学生知识和技能的迁移,即学生能够将学习的知识和技能从一种情境应用到另一种情境的过程。[9]深度学习的最终目标强调的是学生的知识与能力的有效迁移,学生能够将所学知识从一个情境运用到另一个情境的迁移过程,学习结果在深度理解的基础之上产生的学习迁移。基于深度学习的有意义学习是学生在基于理解的基础上,所学的知识是可以迁移的,能够在新的情境下运用这些知识解决新的问题。

(五)“怎么评”:学习评价指向“为学习评价”

“什么样的方式能更好地检验学习效果?”Biggs提出的学习结果分类理论(Structure of observed learning outcome,SOLO)[10],认为需要从学习的“量”与“质”对学生的学习进行评价,而关注学生学习的质的问题就是指学习的深度。SOLO学习结果分类评价从前结构、单一结构、多元结构、关联结构和抽象拓展结构进行了分类,其中前结构实质上是“无学习”状态,单一结构和多元结构属于浅层学习,而关联结构和抽象拓展结构则属于深度学习状态,Biggs的SOLO学习结果分类是当前有关深度学习研究中比较常用的分析量表。

深度学习理念下的学习评价应该是基于促进学生的发展,评价方式要从“关于学习的评价”转向“为了学习的评价”。“关于学习的评价”主要侧重传统的总结性评价,而“为了学习的评价”则是学生在真实情景中的表现性评价,也就是形成性评价。因此,促进深度学习的评价应基于学生在真实情景中的表现性评价,指向过程性、理解性和自主性的学习评价方式[11],形成性评价与终结性评价相结合,以形成性评价为主,可采取的方式有教师对学生的学习行为采取的即时的面对面的评价以及反馈、学生自评、同伴互评等,采用分析量表评价学生的深度学习能力以及学习投入水平,采取多维度的评价方式检验学习效果,包括学生的学业成绩。

三、指向深度学习的教学设计原则

(一)强化“以学生为中心”的教学理念

Thomas提出,深度学习具有以学习者为中心,促进学生自主学习,激发学生自我效能感,注重积极反馈和过程性评价等特征。深度学习强调以学生为中心,因此,教师应该加强学生中心的教学活动设计,以培养学生的自主学习能力,积极使学生能够高投入参与到学习中,确保学习目标的达成。基于深度学习的教学要求,教学理念从“以教师为中心”向“以学生为中心”转变。建构主义学习理论强调以学习为中心,认为学习是一种学生主动的、积极的、带有明确意向的知识建构过程,但学生自主学习并不意味着完全放任学生自己学习。因此,教师应明确基于深度学习的教师和学生的角色变化,在此过程中,教师是组织者、引导者、促进者和评价者,而学生是学习过程中的创造者、参与者和合作者,在学习过程中占据主体地位。

深度学习可以理解为是一种在教师的引导下,学生针对具有挑战性的学习任务,高投入参与、体验成功并能迁移运用的有意义的学习过程。深度学习理论下,以学生为中心还体现在以下两个方面:一是教师应该熟悉并掌握学生的知识能力水平,也就是教师应该了解学生的认知起点。深度学习强调在学生已有知识和经验与新知识之间建立联系,新知识的学习是建立在学生所具备的知识经验上,如对学生不加区别地实施教学将使得学生的能动意识受到限制,从而丧失学习兴趣,因此教师设计深度学习的前提是关注学生已有的知识和经验,科学判断学生已具备的知识储备,充分考虑学生当前的生活经验,并准确预判学生通过学习后可能获得的知识、能力和情感等,分析后确定学习目标,在教学和学习的过程中,建立新知识和已有知识之间的联系,形成知识结构和概念框架,促进学生深度理解知识,并能够发生迁移,在新的情境中运用知识。二是更加关注学习过程,而非学习结果。教师通过设计以任务、项目、问题等为形式的学习任务,引导学生积极参与到学习中来,在“情境、合作、对话”的过程中,实现知识的建构。

(二)创设指向深度学习的环境

一是构建有效的师生关系。美国心理学家罗杰斯认为,成功的教学有赖于师生之间理解和信任的关系。[12]积极的师生关系有利于学生参与融入课堂学习之中,积极投入和思考,使其产生安全感,并能接受教师的教学和影响。因此,建立亲密、平等、民主的师生关系是达成深度学习的前提,教师应通过关心学生、满足学生的学习需求等与学生建立平等的师生关系。在深度学习的教学设计中,教师应注重“三个互动”,教师通过设计具有一定挑战度、指向培养学生高阶能力的学习任务,引导学生高投入、积极参与教学活动中,有效地促进学生和任务之间的互动;教师在教学活动过程中指导和引导学生完成教学任务,通过引入问题,搭设支架等方式,强化师生之间的互动,良好的师生关系将有助于深度学习的课堂教学顺利开展;教师组织学生开展研讨和小组活动,在此过程中,学生积极参与讨论,有助于增强学生之间的互动。在三个“互动”中,教师应起到组织者、引导者、促进者的作用,有助于构建师生之间和谐的、有效的关系。二是创设平等、合作、自由的学习氛围。安全感是影响学生学习的直接原因,学生只有在安全自由的学习氛围中才会发现问题,提出问题,并充分发展自身解决问题的能力和创新能力。教师要加强学习,不断提升自身的教学艺术,科学合理地为学生创设平等、合作、自由的学习氛围。

(三)设定指向深度学习能力的学习目标

清晰的学习目标是有效学习的前提。指向深度学习的学习目标不仅强调学生对学科专业知识的理解和掌握,同时要兼顾认知、人际、个人领域发展的三维目标,注重高阶思维能力、学会学习能力、合作与表达能力的培养,并落实在不同层级的教学目标上。因此,教师在设计和指定学习目标时,应充分认识到学习目标应该具有高阶性、挑战度和创新性。教师要了解并把握学生已有的知识水平和分析学生现有的生活经验,并能预测学生可能达到的高阶思维能力,以此设计相应的学习目标。

教师设立学习目标应重视以下关键环节。首先,教师设立课程和学习目标,应依据课程标准,立足于培养学生的核心素养发展,整体设计课程的单位模块学习目标。其次,在完善教学大纲的过程中,准确、明确地阐述本单位模块以及各课时的学生能力、素质和思政目标;学习目标还应开放、公开。再次,教师设计能引导学生深层次学习的课程目标,从培养学生知识获取、知识应用、知识整合、综合素养、兴趣拓展和学习能力等方面,多维度地设计“基于项目学习模式”的课程和学习目标。不同层次的学习目标要保持一致性,同时要具有发展性,既能符合学生的实际,又可以指向学生的未来发展,培养学生的核心素养。

(四)设计指向深度学习的学习任务

Merrill提出首要教学原理:当学习者被置身于解决现实世界的真实问题时、学习者已有知识被激活时、新知识被深度加工时以及新知识用于解决现实世界问题时,才能促进学习。[13]《剑桥学习科学手册》指出,促进深度学习的学习活动需要具备情景化、问题化、同伴合作和探究性特征[14]。深度学习对学习内容的要求体现在学习内容应该是教师在掌握学生已有的知识和经验的基础上精心设计、具有一定的教学目标的结构化的教学内容,在设计学习活动之后,将学科知识融入情景化的真实场景中,以情景化的学习活动引导学生积极参与和高投入的学习行为,从而促进学生对学科知识的理解,发展高阶认知能力,产生知识的有效迁移。

一是学习任务具有情景化、问题化特征,以真实的、有意义的项目或问题来设计学习任务,可以使学生将已有的经验和学习任务有机联系起来,帮助解决现实生活中的实际问题,既关注学生掌握核心学科知识的情况,又注重培养学生的高阶思维。设计这样的学习任务可以有效激发学生的学习动机,促进学生投入学习,有助于知识的理解和迁移。二是学习任务具有合作化特征。教师设计的学习任务需要学生在小组间通过合作的方式完成,学生在完成学习任务的过程中,要能清晰表达自己的想法,接受同伴或他人的认知和意见,相互学习。三是学习任务具有挑战性。维果茨基认为,应确定学生的两种发展水平,分别是现有发展水平和“最近发展区”[15]。最近发展区概念强调了教学本质不在于“强化”已经形成或存在的内部心理机能,而是是否激发和促进形成还未存在的心理机能。教师为了确认学生的最近发展区,必须以首先确认学生的已有水平为前提,同时还要确认学生在未来即将可能达到的水平,也就是预设学生在学习过程中的表现以及可能遇到的困难。为达到这个水平,学生需学习接受有一定难度、超越已有水平、具有一定挑战性的学习任务。为引导学生深度投入,学习任务的设计需要有一定挑战性。教师应在准确评估和理解学生的能力水平的基础上,选择适合学生发展的难度适中的学习任务,在教师的引导下,学生将更好地融入学习活动中。

(五)构建促进学生发展的评价方式

学生在真实情景中合作、主动探究、解决问题,并在问题解决的过程中反思并提升元认知和解决问题的高阶能力。评价标准的设计要依据深度学习目标来制定,评价方式可以从两个层面进行。一是促进深度学习的评价。此类评价主要以形成性评价为主,终结性评价为辅,由教师和学生共同实施,在整个学习的过程中,对学生的学习行为进行及时评价与反馈、同伴相互评价和学生自我评价,形成性评价和多元评价主体参与的评价,形成性评价和终结性评价相结合。二是针对深度学习效果的评价。可采取Biggs的SOLO学习结构分类评价量表,对学生的深度学习能力进行评价;同时基于课程考核如期末结课考试的学业成绩、通过量表开展问卷调查了解学生学习投入水平自我评价。多种评价方式结合,综合对学生的深度学习能力进行评价,通过由多元的主体参与的评价,帮助学生自我反思和自我提高,从而能够监控自己的认知和行为并不断地加以调整,逐步发展其元认知能力,最终实现个人能力的发展。