促進深度學習的信息化教學設計的策略研究

隨著學習科學的興起和不斷發展，深度學習越來越成為教育教學追求的目標。在探求信息技術與課程融合的今日，如何設計技術促進深度學習的教學已經是需要重視和思考的問題。文章從深度學習的概念和內涵出發，分析了深層學習與淺層學習的差異，構建了深度學習的教學設計框架，具體描述了促進深度學習的信息化教學設計的要點與策略。　　[關鍵詞] 深度學習； 教學設計； 高階思維能力； 認知工具　　[中圖分類號] G434 [文獻標誌碼] A　　[作者簡介]杜娟（1976—），女，遼寧瀋陽人。副教授，碩士，主要從事教學設計理論、基礎教育信息化、數字化學習等方面研究。E-mail：dujuansy@126.com。　　《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》明確提出了「推進信息技術與教學融合、培養學生信息化環境下的學習能力」的發展任務，強調了通過「學生多樣化、個性化學習方面的改變」，「全面提升運用信息技術發現、分析和解決問題的能力」等維度完成任務。這就要求我們從信息技術的特點出發，重新審視其對人類思維發展的多維度影響，從創新人才視角反思我國技術支持下的信息化課堂教學現狀。　　技術工具能促進學習環境的轉變，使學習者積極地構建知識（Linn，1997；White&Fredrickson，2000）。但在常態化教學中，信息技術的作用仍以低水平的「呈現事實」為主，其次是「創設情境」與「提供示範」，而尤為缺乏較高水平的「解釋原理」與「設疑思辨」。[1]甚至是出現了資源應用方法不當、有效性不高的現象。[2]這也印證了華中師範大學校長楊宗凱教授的「我國的教育信息化發展正處於初步應用整合階段」的論斷，如圖1所示。[3]如何利用信息技術促進學習，加快教育信息化融合創新成為現代教育工作者研究的重要課題之一。而深度學習理論將在這個過程中發揮重要的作用，逐漸成為人們研究的對象和關注的目標。　　二、深度學習概念及內涵　　（一）深度學習的概念和綜述　　深度學習（Deep Learning）也被譯為深層學習，是美國學者Ference Marton和RogerSaljo在1976年做了一項有關學生閱讀學術文章的實驗研究後，在聯名發表的《學習的本質

載入中...內容載入失敗，點擊此處重試載入全文 區別：結果和過程》一文提出的。它是與孤立記憶和非批判性接受知識的淺層學習（SurfaceLearning）相對的一個概念，強調了學習者積極主動地學習，靈活、熟練地運用知識解決實際問題。　　之後，Ramsden（1988）、Entwistle（1997）以及Biggs（1999）等人發展了淺層學習和深度學習的相關理論。隨著信息技術的發展，近年來國外學者逐漸開始研究信息技術支持下的深度學習。2002年以來，一批深入研究深度學習的論文先後發表，從技術支持高等教育的深度學習、虛擬環境中的深度學習、形成性評估對深度學習的影響、學習環境對學生進行深度學習的影響等方面進行了論述。　　國內對於深度學習的研究起步較晚。研究結果散見於期刊論文，研究主要集中在對深度學習的認識、特徵概括等理論描述性層面。2005年，我國學者黎加厚教授在《促進學生深度學習》一文中指出：深度學習是指在理解學習的基礎上，學習者能夠批判性地學習新的思想和事實，並將它們融入原有的認知結構中，能夠在眾多思想間進行聯繫，並能夠將已有的知識遷移到新的情境中，作出決策和解決問題的學習。[4]此定義在國內學者中較為認可。　　（二）深度學習的基本特徵　　深度學習主要具有注重批判理解、強調信息整合、促進知識建構、著意遷移運用、面向問題解決等五個基本特徵[5]，如圖2所示。　　這五個基本特徵，可做如下進一步的闡釋。　　1. 批判理解　　深度學習是一種基於理解的學習，強調學習者批判性地學習新知識和思想，把它們納入原有的認知結構中，在各種觀點之間建立多元連接（Warren，2004）。這要求學習者在理解事物的基礎上善於質疑辨析，用懷疑的眼光去看待事物，以充分的理性和客觀事實進行理論評估與客觀評價，在審度評價的同時加深對知識的理解。　　2. 信息整合　　信息整合包括內容整合和過程整合。其中內容整合是指多種知識和信息間的聯結，包括多學科知識融合及新舊知識聯繫，將其整合到原有的認知結構中。過程整合是指形成內容整合的認知策略和元認知策略，使其存儲在長時記憶中。如利用圖表、概念圖等方式更利於梳理新舊知識之間的聯繫。　　3. 建構反思　　建構反思是指學習者在信息整合的基礎上通過新、舊經驗的雙向相互作用實現知識的同化和順應，調整原有認知結構，並對建構產生的結果進行審視、分析、調整的過程。這不僅要求學習者主動地對信息作出理解和判斷，運用原有的知識經驗對新概念（原理）或問題進行分析、鑒別、評價，形成自我對知識的理解，構建新知序列，而且還需要不斷對自我建構結果審視反思、吐故納新，形成對學習積極主動的檢查、評價、調控、改造、修鍊。可以說建構反思是深度學習和淺層學習的本質區別。　　4. 遷移運用　　深度學習要求深入理解新情境的基礎上，對關鍵要素進行判斷和把握，新情境中分析判斷概念的複雜性和差異性並將原則思路進行重組性遷移運用。　　5. 問題解決　　深度學習與淺層學習的另一個重要區別就在於是否能夠利用知識運用到新情境中解決問題。這裡所指的問題不是那種套用規則和方法就能夠解決的良構領域（Well-StructuredDomain）的問題，而是需要在原有的基礎上重新分析能夠解決複雜的、劣構領域（Ill-StructuredDomain）的問題，而學會解決複雜的、劣構的問題正是學習深度的體現和必由之路。　　實際上，在我國新課程改革中所提倡的拋錨式教學、基於問題的學習、基於項目的學習、基於設計的學習等眾多現代教學模式中，一定程度上也都有深度學習的理念，這些學習模式均要求學習者進行有意義的學習、批判性的高階思維、對知識的主動建構、積極的反思性學習、有效的知識遷移及真實問題的解決。　（三）與淺層學習的對比分析　　深度學習以建構主義、分散式認知理論、元認知理論、情境認知理論等認知理論為基礎。通過文獻整理，[6][7]對深度學習與淺層學習的記憶方式、知識體系、關注焦點及學習者的學習動機、學習投入程度、學習中的反思狀態、思維層次和學習結果的遷移能力等方面進行對比，見表1。　　通過以上差異對比，我們可以從受眾角度分析得出以下結論。（1）深度學習是一種高水平、高階思維的認知，是一種高級學習狀態，更接近知識和智慧的本質；淺層學習則限於較低水平的學習，為數據的獲得、信息的單向獲取。（2）深度學習和淺層學習不完全對立，我們提倡深度學習但並不徹底否定淺層學習。兩者之間從時間維度存在著延續性，即淺層學習是深度學習的基礎和前提，深度學習是淺層學習的深化與升華。我們必須有一定的淺層學習得來的知識（如事實、程序和定義）才能進行深度的更有意義的學習。這種關係可以用一種遞進圖示來解釋，如圖3所示。[8]　　三、促進深度學習教學設計框架構建　　毫無疑問，深度學習理論對教學提出了更高的要求，在此更新變化下，教學設計的目標、內容、策略、媒體及評價等要素在微觀層面上都會有相應的變化，而這些變化的問題求解，需要我們結合教學設計的相關理論框架和實踐驗證來進行解析。　　教學設計主要是為了促進學習者的學習，運用系統方法，將學習理論與教學理論的原理轉換成對教學目標、教學內容、教學方法和教學策略、教學評價等環節的具體計劃，創設教與學的系統「過程」或「程序」。（何克抗，2002）根據深度學習的內涵和理論基礎，我們可以構建一個促進深度學習的教學設計框架，如圖4所示。　　該設計框架說明，促進深度學習必須注意以下幾個方面。　　1. 目標定位不是局限於知識的識記，而在於促進學習者發展高階能力，特別是高階思維能力。　　2. 教學內容不是一個簡單的信息組合，而是基於問題的多維知識整合。　　3. 教學策略注重以學為主的策略，如主導、支架、建模、反思、元認知策略等。　　4. 信息技術充當學習工具，即定位於Learn With IT（用信息技術學習），關於這一點，後續將進一步討論。　　5. 在評價方式上關注元認知的發展，注重對思維品質的測評。　　6.教師和學習者的角色必須超越傳統的角色定位，教師是幫促者，學習者的學習是建構性學習。　　四、促進深度學習的信息化　　教學設計要點與策略　　本文以深度學習教學設計框架為模型，結合信息技術的作用和特點，對促進深度學習的信息化教學設計進行剖析。　　（一）目標的確定——發展高階思維能力　　如圖5，布盧姆（Bloom）等人（1956）對認知領域的學習結果/目標分為「知道、領會、應用、分析、綜合及評價」六個層次，其中「知道、領會」這兩個層次主要是事實的描述、記憶和初步理解；而深度學習則更多地對應「應用、分析、綜合、評價」這四個層次，是在記憶和理解的基礎上更注重高級認知水平的發展和技能的獲得，是一種高階思維能力（Higher-OrderThinkingSkills）的體現。可以說，高階思維能力是深度學習的核心特徵。發展高階思維能力有助於實現和促進深度學習，同時深度學習又有助於提高學習者的思維品質和學習效能。[9]要取得深度學習設計的成功，首先需關注是否能夠促進學習者高水平思維的發展。我國各門新課程的標準都把培養和促進學習者的高階思維能力作為重要的發展方向。因此，從目標的設定上不能將教學目標僅僅停留在前兩個層次，需要深刻領會課程標準，深度挖掘教材，從發展學習者高階思維能力的角度確定教學目標。如在進行數學學科的教學目標設計時，除了注重學生的計算與證明等基本知識和基本技能外，還要注重分析性思維、創造性思維和實用性思維，拓展數學思維內容。　　（二）內容的重組——設置知識建構的主題（或問題）　　知識是相互聯繫的一個整體，但傳統課堂存在著知識碎片的問題，如經常會聽到教師的提問「那麼，三角形的內角和是多少呢？」「這段文字運用的什麼樣的描寫方法？」「某某事件發生在什麼時間？」等等。這種片斷和分散式的學習只適合對基礎知識的考核，不利於知識的深入推進。深度學習的內容特點是基於問題的多維知識整合，知識建構是適合各階段學生深度學習的活動。以主題（或問題/項目）為形式的知識建構，有效地實現知識的系統化學習。主題（或問題/項目）通常是課堂所要學習的重難點，即把學習設置到真實複雜的劣構的問題情境中，結果通常是情境化、問題化、任務化和多維化的，如模擬演示、多媒體展示、情境化學習、微型世界、虛擬實驗（情境化）；問題導向學習、專題學習、專題探究學習（問題化）；多元智能導向學習、多學科綜合學習（多維化）；調查研究、問題解決、作品創建（任務化）。[10]　　在進行教學內容分析和設計時，需要教師全面地分析教材、深度地挖掘教材、靈活地整合教材，即將教材的內容打散並重新組合，並提取極具有問題探究性的核心問題，使內容具有「彈性化」和「框架式」特徵。例如，在《奧斯維辛沒有什麼新聞》這節高中語文課堂上，教師結合文本中闡述的三個問題：為什麼說奧斯維辛沒有什麼新聞，那個年輕的姑娘在臨死前為什麼還會溫柔地微笑，為什麼說最令人毛骨悚然的是和煦明亮的太陽、高大的白楊樹和兒童嬉戲、打鬧。學生在思考、質疑、激辯、共鳴等活動中開展讀者與文本、作者的對話，促進了對文本的感悟，體現了語文閱讀的本質。　　在重新組織和設計教學內容時還應注意：　　（1）知識的哪些特徵使它易學或難學，哪些內容更適合或不適合哪種類型的學習，修改前的哪些知識內容能促進學習者的深度學習而非淺層學習；　　（2）改進後的內容是否對學習者知識建構有一定的發展；　　（3）設計的主題是否能夠有效地吸引學習者的注意力，是否能讓學習者有足夠的空間自由發揮？是否能體現集體的智慧和力量；（4）修改後的內容是否使學習者在新舊知識、概念、經驗間建立聯繫，是否要求學習者將他們的知識歸納到相關的概念系統中，是否要求學習者尋找模式和基本原理。　　在教學內容的設計上，還要考慮到教學（學習）內容設計的可視化特徵，盡量將教學材料中多元表徵信息進行「信息組塊」設計。可考慮將大量的常識性信息等淺層知識藉助技術中介，作為資源鑲嵌/分散式存儲於學習環境中供學習者隨機訪取，盡量的降低外在、內在負荷，增加有效負荷。並注意信息組塊原則、時空鄰近原則、一致性原則、雙通道原則、標記性原則等五大原則。[11]　　（三）策略的運用——以學習者為中心　　在傳統課堂上，教師是大量陳述性知識和程序性知識的持有者，他們的工作就是將這些知識傳授給學生。而在課堂深度學習中，教師更多地擔當學科專家、方法引導者和任務諮詢者等多重角色，應該關注以下策略。　　1. 主導策略　　主導策略貫穿於整個活動過程，包括任務的制定、問題的診斷、小組的建立、給學生提供反饋、挑戰和獎勵以及做事的程序等。教師要做的就是隨時觀測學生的行為，一旦發現學生有困難並且解決方法嚴重偏離時給予支持，待學生思路逐漸邁入正軌後撤出。　　2. 支架策略　　支架是起支撐作用的構架。教師為學習者搭建向上發展的平台，引導教學的進行，使學習者掌握內化所學的知識技能，並為下一階段的進一步發展再建構平台。架設支架包括搭腳手架、進入情境、獨立探索、協作學習、效果評價等過程。支架策略有利於提高學生知識的縱橫聯繫與貫通，有利於具體問題和抽象問題的靈活轉換和形成解決學科問題的有效的思維策略。　　3. 建模策略　　建模有顯性的行為建模和隱性的認知過程建模兩種不同的類型。（Jonassen，1999）行為建模用來表明學生在學習活動中應執行哪些活動以及如何執行這些活動；認知建模則說明學生在從事這些學習活動時應當使用的推理方法。在問題解決的過程中，通過對同類問題多個實例的研究，總結出解決某一類問題的固定程序和步驟，形成一個問題解決模型。　　4. 反思策略　　反思即學習內省，是培養高級思維能力探究過程、梳理新生信息、完善認知結構的一種重要策略。教師可以採用製造認知的矛盾衝突、採用開放性問題進行訓練、探尋假設反思等方法對知識點進行整理匯總，形成概括的表達或解決方法，提高學生深化認知和問題理解能力、思想方法提煉反思能力。自我反思是一種學習品質，教師要引導和支持學生反思自己的學習，把問題的思維過程上升到一定的高度，構成一定的認知策略，最終實現深度學習。　　5. 元認知策略　　元認知（MetaCognition）是一種重要的認知能力，是以各種認知活動的某一方面作為其對象或對其加以調節的知識或認知活動，也被稱為「關於認知的認知」。[12]即明白什麼時候用什麼策略解決問題更有效，更要知道在什麼情境使用什麼策略最適當，達到目標也最佳等。　　元認知是認知活動的核心，在認知活動中起著重要作用。教學過程中，教師要在知識獲得的同時，向學生滲透元認知策略，如計劃策略、監控策略、調節策略等。即不僅教給學生有關的認知策略的知識，告訴學生應用策略的步驟和解決問題的方法等，而且要在教給學生時，使學生明白教師應在課堂教學過程中不斷滲透元認知知識和策略的訓練內容，並使之成為學生知識學習和能力訓練的組成部分，使學生不斷改進自己的認知過程。　　（四）技術的支持——成為學習者的認知工具　　學習科學認為教育軟體是學習科學的中心，因為計算機的可視化功能和處理能力可以支持深度學習：（1）計算機能夠把抽象的知識用具體的形象的形式進行表徵；（2）計算機工具可以讓學習者以可視化、語言化的方式表達自己的知識；（3）計算機能讓學習者通過用戶界面運用和修改他們正在學習的知識，計算機以一種複雜的設計過程支持同步的表達（Articulation）、反思和學習；（4）計算機能支持視覺、聽覺相結合的反思模式；（5）互聯網能讓學習者分享、整合他們的理解，並從協作學習中獲益。[13]　　用技術來推動學習方式的變革，是目前教育技術的主要研究內容。信息技術作為學習工具主要表現為效能工具、信息獲取工具、認知工具、情境工具、交流工具和評價工具等六大工具作用（Jonassen，1999）。每種工具作用都通過一些軟體系統對深度學習給予支持，如圖6所示。運用信息技術促進學習者深度學習則尤其重視充當認知工具的作用。本文也將重點闡述這一方面。　　認知工具（CognitiveTools）是支持、指引和擴充學習者思想過程的心智模式和設備，能幫助和促進認知過程，在培養學習者批判性思維、創造性思維和綜合思維中起著重要作用。一切能促進學習者認知、幫助學生進行思維的工具，包括紙、筆、模型等都可稱為認知工具。基於心理學、知識科學、教與學而開發的計算機認知工具能極大地便利學習過程並促進深度學習。[14]例如：概念圖、語義網、專家系統建模、資料庫、電子製表、可視化工具、計算機化通訊等軟體系統。　　圖6表明：（1）技術支持的深度學習需要充分發揮信息技術作為學習工具，特別是認知工具的作用；（2）學習者與信息技術之間的關係是智能夥伴關係，深度學習需要學習者利用信息技術主動的完成知識構建；（3）深度學習重視自我評價和反思，信息技術可以作為評價工具促進反思。　　認知工具的信息技術之所以能有效地促進深度學習，主要有以下幾方面的理由。　　1.工具軟體固有特徵有利於深度學習的產生——充當學習者的智能夥伴　　Jonassen將認知工具劃分為語義組織工具（如概念圖、語義網路、資料庫）、動態建模工具（如電子報表、專家系統、微世界、系統建模工具）、信息闡釋工具（如視圖化工具）、知識建構工具（如多媒體建構工具）及交流協作工具（如計算機會議系統）等五大類。[15]　這些工具兼具思維的可視性、具體化、動態性、控制性等特徵。例如，概念圖、語義網路等語義組織工具可以幫助學習者表達各觀點間的語義關係，反映了學習者的思維重組和認知結構變化，加深學習者對知識的理解。再如，電子報表、專家系統、微世界、系統建模工具等動態建模工具用於標示各觀點間的動態關係，體現心智發展的動態過程。其中，如電子報表的突出功能是可以幫助進行預測「如果」「那麼」，它廣泛地應用在商業中，能夠擴展和重組高級思維，對預算進行重新組織。而微世界包含了許多複雜的自然現象實例，並提供了呈現這些現象的環境，鼓勵學習者通過一系列學習活動探究自然現象，為學習者探究提供了便利工具。[16]　　2. 學習者要投入高階思維才能有效促進高階思維的發展　　能夠促進高階思維的發展是認知工具最核心的特徵，這與深度學習的目標不謀而合。Jonassen認為，高階思維能力主要由基本思維、批判性思維及創造性思維等三大能力構成。學習者在使用認知工具時，必須要運用評價信息、分析信息和貫通觀點的批判性思維，又可以在完成活動的過程中產生新的知識，展現創造性思維能力。學習者在使用認知工具時，必須通過進行複雜的思維解決問題和表徵知識，包括問題求解、設計產品或觀點和做出決策。[17]例如，專家系統是一種能夠像人類專家那樣解決有關領域專門問題的計算機程序，如地質勘探諮詢系統、醫療模擬診斷系統等。完整的專家系統包括知識庫、動態資料庫、推理機、人—機界面、知識獲取或預處理程序。在使用這種專家系統的同時，學習者必須要利用資料庫組織內容時，要清楚區分陳述性、策略性和陳述性知識，在創建動態資料庫系統規則時要求他們考慮好想法之間的因果關係，這正是基於理解上的高階思維的體現。又如，在使用Powerpoint為代表的多媒體完成活動時，學習者必須自主地參與到作品的創建過程中，並對他們支持的觀點進行設計性的闡述，體現了學生綜合能力的運用。而幾何畫板、物理實驗室等多媒體創作工具，為學生提供了一個探索幾何圖形內在關係（物理規律探究）的環境，學習者可以自主的觀察現象、動態測量、收集數據、完成數學（物理）實驗。　　如果學生不能對他們正在學習的東西進行深度思考，那 么 思 維 工 具 就 不 能 作 為 學 習 策 略 使用（Jonassen，1998）。誠如 SusaneLajoie總結的，計算機認知工具具有能夠為學生提供問題解決的情境、能夠提高學生的認知能力、能夠幫助學生建構思維模型、能夠呈現學生頭腦中的知識、能夠幫助學生獲得並對知識進行表述、培養學生的自學能力、能夠為學生提供合作學習的環境的主要功能。[18]　　（五）評價的設計——是否促進元認知的發展　　元認知包括三方面的內容：元認知知識、元認知體驗和元認知監控（董奇，1989）。元認知發展在深度學習中都有所體現，見表2。　　元認知與思維品質實質上是同一事物的兩個方面，它們都是完整思維結構的重要組成部分。思維品質是思維整體結構的功能的外在表現形式，而元認知則是思維整體結構的功能的內在組織形式。實驗研究結果表明：元認知（元認知知識和元認知監控）與思維品質（敏捷性、靈活性、深刻性、批判性、獨創性）存在顯著或非常顯著的相關，這種聯繫的實質是因果聯繫。[19]　　在深度學習的評價環節設計中要注重對思維品質的測評，目的是發展學生的元認知能力。適合採用辯論、情景測驗、觀察、調查、項目評價、談話評價、同伴評價等。如在項目評價中，對於教師拋出的問題或任務，如果學習者報告的策略數量反映了元認知的廣度，策略的質量則反映了元認知的技能水平，策略的複雜性反映了元認知覺知力。　　五、總 結　　深度學習是當代學習科學理論提出的新概念，為實施有效教學提供了科學依據，是教學設計的基點、觀察課堂行為的標準、評價教學效果的依據。深度學習的思想為信息化教學促進學生素質發展、提高教學質量提供了新的支點。我們認為，要有效發揮技術促進深度學習的作用，必須要把握深度學習的內涵，認識技術的隱喻和作用，理解教學設計的框架。信息化教學將是近十年追求信息技術與學科深度融合的基礎和關鍵，值得從理論和實踐層面展開進一步的探索。　　[參考文獻]　　[1]沙景榮，姚勇偉，王艷艷.信息技術支持中小學課堂教學的作用到底是什麼[J].中國電化教育，2009，（9）：89～93.　　[2] 杜娟，李兆君.遼寧省農遠資源課堂應用現狀的調查與分析[J].中國電化教育，2012，（5）：60～63.　　[3] 圖說《教育信息化十年發展規劃》發布背景及歷程[DBO/L].[2012-05-11].http：//www.edu.cn/zong_he_news_465/20120511/t20120511_775932_5.shtml.　　[4] 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