深度学习视域下的课堂教学过程研究

——深度学习的五个基本特征，促进“深度学习”的五个阶段

作者｜张春莉 王艳芝

作者，张春莉，北京师范大学教育学部课程与教学指导委员会主席；王艳芝，北京师范大学博士研究生。文章原载《课程·教材·教法》2021年第41卷第8期。

【摘  要】当今世界正面临学习的革命，人们对学习的认识发生着巨大转变，期待创造出一种真正意义上尊重人的主体性、激发人的创造性的学习方式，深度学习应运而生。深度学习的课堂教学过程主要包含学习阶段和教学事件两个维度，其中学习阶段主要分为经验调取、概念失稳、概念解构、意义建构、重构概念网络五个环节。与之相对应的教学事件分别是：创设情境；聚焦问题，比较前概念；与情境、他人、自我对话；刺激感官，整体思维；变式练习，社会实践。

【关键词】深度学习  课堂教学  教学过程  学习活动  教学事件

在信息爆炸的时代，每个人都生活在一个日益复杂且不断变化的环境中，信息的来源变得多样，学会学习、终身学习便显得尤为重要。社会需求的转变必然引发学校教育培养目标和方式的变化，“深度学习”的理念应运而生。自20世纪90年代以来，认知科学、脑科学等领域都飞速发展，学习机制的黑匣子逐渐被打开，人们对学习的本质有了突破性的认识与理解。关于深度学习的内涵、特征、机制等问题，研究者从理论、实践等不同层面作出了众多探索。然而，当教师试图将深度学习的理念落实到课堂教学中时，发现这是一个更为复杂和艰难的问题，常常感觉无从下手甚至背道而驰。因此，对深度学习的研究有必要回到课堂教学中来，从深度学习的本质特征出发，建立起对深度学习内涵及其外延的整体 认识，进而提出促进课堂深度学习的教学实践路径。
   一、深度学习的内涵
  “深度学习”概念最初源于人工智能领域, 作为机器学习的一类多层神经网络学习算法被提 出［1］。人工智能领域对深度学习的研究，引发了教育研究者对深度学习的关注。1976年，美国 学者费伦斯•马顿(F. Marton)和罗杰•萨尔乔((Roger Saljo))开展了一项关于学习的实验，该研究让学生学习文章并进行测验，然后依据布卢姆教育目标分类学提出了深层学习和浅层学习两种水平。研究表明经历不同学习过程的学生在学习结果方面存在差异，相较于浅层学习，采用深度学习的学生采用更高水平的认知加工水平，对阅读本文有更加深刻的理解。［2］以此为开端，教育学领域的学者针对深度学习开展了多视角、多维度的深入探索。
  关于深度学习的内涵，主要有四种诠释角度。第一种角度是在马顿研究的基础上进行发 展，认为深度学习是一种相对高认知水平的学习活动，强调知识的理解、应用与迁移，促进学生高阶思维和复杂技能的发展。［3-4］第二种角度认为深度学习体现出学习观的转变，是一种知识意义的主动探寻而不是灌输。深度学习是知识、教学、学习和认知等要素动态转化的结果［5］，是以学生的理解为基础，深入探究，寻求知识的内在意义，以达到彻底解决问题和情感的满足［6］。第三种角度则是基于对信息加工理论的反思，综合考虑学习的认知与情感因素、个人与社会因素，认为深度学习是学习者全身心投入的过程，强调学习的整体性。深度学习既是大脑内部信息加工的过程，也是充满着情感、意志、精神、兴趣的过程［7］，是在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程［8］。第四种角度则是受到社会文化一活动理论的影响，认为知识建构是个体外部环境与内部环境共同作用的结果，强调社会互动的重要作用。学生的深度学习是与师生间、学生间的交流、沟通与合作等活动同时展开的，产生于与他人的主体间性的交往之中，是一个对话的过程，［9］深度学习的意义不仅在于知识内容的建构，更重要的是利用蕴含在社会人际网络中的集体智慧，形成丰富的社会知识网络。［10］ 

不同视角的内涵解读使我们对深度学习有了更为全面、深入的理解，但是在实践层面上往往陷入概念的二元论，将深度学习与浅层学习、讲授法等概念进行人为的对立，认为深度学习是对浅层学习和讲授法的纠偏和超越。这种带有偏见的、简单化的理解方式容易导致矛盾焦点的转移，即将深度学习的实践问题转变为单一的教学目标定位问题、教学方式改革问题、师生关系问题等。一味地将问题简单化并不有利于深度学习的实践探索，反而导致重“高”轻“低”、重“难”轻“得”、重“学”轻“教”等一系列问题［11］。只有将学与教同时置于真实的课堂生态系统中，对这两者之间的互动关系进行整体的思考，才能够真正实现深度学习。
  二、深度学习的基本特征
  深度学习，尤其是课堂上的深度学习，核心在于发挥学生在学习活动中的主体性和主动性, 主要呈现出高层次、整体性、意义关联以及社会性的基本特征。
  （一）高层次：深度学习的目标
  相较于知识的机械记忆与简单应用而言，深度学习更多指向高级心理机能的发展，即包含观察（有目的的知觉）、随意注意、词的逻辑记忆、抽象思维、高级情感、预见性意志在内的一系列心理机能［12］，而不仅仅是认知技能的发展。为了更好地认识“高层次”这一目标特征，我们必须正确解读布卢姆的教育目标分类学。布卢姆认为教育的两个最重要的目的是促进学习的保持和学习的迁移。［13］在一定程度上可以将这两者简单区分为浅层学习和深层学习，其中学习的保持更多表现为记忆、回忆过程，而学习的迁移与理解、应用、分析、评价、创造过程的联系更为密切。可见，深度学习虽然以培养学生的高级心理 机能为目标，却并不意味着忽略浅层学习，反之，低水平认知过程是高水平认知过程的基础, 在深度学习过程中发挥着重要的作用。      深度学习与机械学习的不同之处还在于，即使是低水平的认知过程，如科学概念的记忆与再认，也需要将其融入一个更为真实的、复杂的任务背景中，而不仅是回忆抽象的概念本身。就像直接回忆“圆柱体的体积公式是什么”和在“解决保温杯包装问题”的过程中回忆圆柱体的体积公式是两种截然不同的学习过程，虽然它们都涉及记忆。
  （二）整体性：深度学习的内容组织方式

深度学习反对碎片化、割裂式的知识获取方式，强调多种知识和信息间的联接，包括多学科知识融合及新旧知识联系。大脑不存在学习中枢，深度学习是一个整体性的学习状态，需要学习者调动视听说等多重感官机能，全身心地投入，既包含一直以来所强调的信息加工过程，也包含情绪、意志等非认知因素的调动。脑科学的研究表明，大脑具有空间记忆系统，能够在同一时间内处理并组织多件事情，这种记忆系统唤起的是完整的影像。［14］因此，整合的经验有助于高级心理机能的发展。教师可以根据教学目标，依托学习主题，对学科内和学科间的课程内容进行整体性设计。对课程内容进行整合，一方面有助于学生在学科概念和生活概念，以及不同学科的概念之间建立意义关联；另一方面整合后的课程 内容更加贴近生活实际，适合组织研究性学习，有助于学生在实践探究的过程中进行概念的应用、迁移与反思，实现深度学习。
  （三）意义关联：知识的转化与重构
  意义关联指的是学习者对学习内容进行重新建构，赋予其与自己的经验与认知相容的特殊意义。深度学习重视知识的理解、迁移运用和问题解决，学习情境必须和学习者的感官形式（表达、倾听、交换）联结在一起，才能引发个体的深层兴趣，将学习重点导向根本性问题。［15］      

关于知识加工问题，信息加工理论更多是从个体内部出发，用计算机的信息处理过程来类比人脑的认知过程，用信息的接收、存储和提取来解释学习的具体过程，对信息加工过程进行探索。［16］建构主义理论则从意义建构的视角对学习活动进行解释，为学习者与外部环境的互动发展提供基础。建构主义强调个体的知识是由人建构起来的，对事物的理解不仅取决于事物本身，也取决于个体原来的知识经验背景。个体需要将新概念与已知概念和原理联系起来，整合到原有的认知结构中，从而引起对新的知识信息的理解、长期保持及迁移应用。这同样得到了脑科学研究的证实。大脑的神经连接是在突触的形成过程中产生的，主要有两种方式。第一种方式通常发生在人的早期，作为吸收经验信息的基本机制，突触会经历产出过剩，然后选择合适的连接、去除掉不恰当的连接，为后期的认知发展奠定基础。第二种方式通常发生在人的中晚年，由经验来进行驱动，表现为对现有突触的修正和添加全新突触。［17］也就是说，大脑的发展既是生理驱动的结果, 也是个体从经验中主动获得基本信息的过程。
  （四）社会性：深度学习的途径与结果
  人之所以为人，除了是人类作为种系发展（机体的成熟过程）的结果之外，也受到人的历 史发展（文化发展过程）的影响，而人的高级心理机能的发展更多是历史发展的产物。［12］学习者对概念的认识都来源于环境，是与环境进行互动的结果。参与广泛的社会活动可以内化由别人共同工作所产生的成果，［18］儿童的对象活动以及与成人的交往都是获得发展的重要成分及动力。［19］因此，课堂上的深度学习不仅是学习者不断进行内部意义建构的过程，还是学习者与教师、同伴、学习内容和工具、室内装饰等外部环境不断交互的过程。只有当学习者的心智活动和他所处的环境之间建立起丰富的互动时，他的知识水平才能有所进步。［15］在高级心理机能的发展过程中，教师作为水平更高的成人指导者, 需要在学生和知识之间起到“中介者”的作用， 帮助学生与环境建立良好的互动关系，完成知识的理解与迁移，丰富社会互动的经验。换言之, 个体的知识建构是社会文化作用的结果，而深度学习也帮助学生更好地实现社会化发展。
  三、促进深度学习的课堂教学过程
  教学是教师教与学生学的特殊认识活动。课堂上的“教”与“学”必然是相伴相生、彼此影响的，教师根据学生学的基础来组织教学，学生学的行为和结果也同样受到教师教的影响。本文以学生的学习过程为逻辑线，从学生的学习活动和教师的教学行为出发，对促进深度学习的课堂教学过程进行整体阐释。
  该过程主要由学习阶段和教学事件两部分组成，学习阶段和教学事件相互影响，共同促进学生深度学习的发生。如图1所示，其中学习阶段主要分为五个阶段，分别是经验调取、概念失稳、概念解构、意义建构和重构概念网络。与之相对应的教学事件分别是：创设情境，概念外化；聚焦问题，比较前概念；与情境、他人、自我对话；刺激感官，整体思维；变式练习，社会实践。

 图1  促进深度学习的教学过程

 （一）经验调取阶段

一个好的问题情境必须基于学生的已有经验、学习内容和学习环境进行综合考虑，充分激 发学生的好奇心和求知欲，引发学生的深层兴趣，促使学生携带自己对学习内容的已有理解卷入学习活动中来。问题情境与学生的真实生活产生强烈的意义关联是达成这一目标的关键所在, 只有当学生意识到新知识的学习能够对自己的生活产生积极的影响，才会调取经验投入其中。就像师范生练习教学技能，建筑师学习绘图知识, 这些知识与技能直接与他们的生活、工作息息相关，卷入学习的过程则变得水到渠成。而对于学生来说，生活中的神奇现象（例如，古代数学家如何通过太阳光的影长来证明地球是圆的和计算地球的周长）和不便利（例如，如何帮助父母在送自己上学的路上避开高峰）都是很好的学习素材来源。反之，有些情境虽然来源于学生的生活却与他们的关联甚小，或者探究的空间不大，则不适合作为问题情境出现，如车辆加油问题、手机充话费问题等，因为油价无论涨还是降都得加油，而手机话费往往都选择包月的套餐。除了提升学生的学习兴趣之外，该阶段的另一个重要任务便是帮助学生将前概念外化，这种外化需要教师和学生都能够清晰地意识到并予以理解。一方面，前概念外化可以帮助教师根据学生基础及时调整自己的教学安排，促进教学的生成性和适切性；另一方面，可以帮助学生认识自己的前概念，为后续反思、优化已有概念，理解新概念提供可能。
  （二）概念失稳阶段
  对新知识的理解往往伴随着学习者心智表征的根本性改变，学习者关于概念的参照框架在很大程度上得到重构，产生意义的方式也将发生变化，而这需要经过冲突和干扰阶段。［15］脑科学的研究表明，杏仁核作为边缘系统的一部分, 参与内隐性的情绪反应（例如，突然的惊吓）和外显性的情绪学习（例如，对电、火等危险事件的学习与记忆），这种参与使得我们更容易记住充满情绪性的事件。［20］因此，认知冲突往往使学生产生深刻的体验，即使这种体验在最开始的时候并不美好。当个体面对问题情境的改变，意识到这些概念将不再能够为解决新问题提供帮助时，才会产生修正或抛弃原有概念、学习新概念的内在发展需求，进而建构新的经验网络。但是这种对概念局限性的客观认识，即概念的失稳，往往不是自然发生的，需要教师的介入。教师可以通过提出核心问题的方式，引导学生围绕关键概念阐述自己的概念解读方式。在将同学的前概念与自己的前概念进行差异比较的过程中，学生会逐渐意识到自己前概念的局限性，产生认知冲突，前概念俨然不再坚固。在学习“负数”时, 教师可以抛出“一1和一2哪个数值大”的问题, 引发学生思考。基于学生们前概念的不同，有的学生通过2比1大，迁移到负数的比较，认为一2比一1大；有的学生认为一1楼比一2楼高，所以一1比一2大；也有的学生已经在家庭或者辅导机构中学习过负数，知道一1比一2大这一数学事实。不同的回答、不同的解释，这样的认知冲突可以引发质疑、对话和反思，这时候概念陷入失稳状态，个体需要新的解释来保持概念的稳定性。      
  需要注意的是，这种认知冲突需要控制在学生可接受的范围内，不能过强，否则可能会使学生无法清晰地思考，从而放弃概念的更新。［15］研究表明，积极情绪能够提高受试者的注意广度、整体性思维和想象中的行动反应［21］，持续性的消极情绪（例如压力）则会减少信息的获取、保持和再认。［22］为了将学生的概念失稳状态维持在可控范围内，教师首先要创设安全的学习环境，让学生无论是对老师、同伴还是学习材料都足够信任，安心投入学习活动。其次，教师要悦纳学生的前概念，不能简单地进行对与错的价值判断。前概念是学生在以往的学习或生活中提炼而成的，必然是能够解释某些问题（即使效率较低）才被学生纳入自己的知识网络，对他产生一定意义。教师需要做的就是通过前概念来预测学生的行为并改进教学，而不是进行价值判断，以免破坏学生的自信心和安全感。最后，教师需要为学生提供帮助（例如，问题提示、活动体验、同伴交流等），让学生获得经验和策略上的支持，提高接受认知干扰的可能性，进而实现概念的转化。
  （三）概念解构阶段

学生意识到自己的前概念不适用于新的问题情境，这只是真实学习过程的开端。新概念替代旧概念并不是一个非常容易的过程，学生在课堂中学习的知识往往是高度概括化和抽象化的结果，对于缺乏学科训练的学生来说，从生活概念直接提升到科学概念，这种概念水平的跨越是非常困难的。前概念就像学生知识宝塔中的一根塔柱，与塔体（其他概念）紧密地连接在一起，共同成功抵挡过无数狂风的侵袭（解决问题）。除非学生能够强烈地意识到这根塔柱（前概念）已经不够坚固，否则他们将不会尝试去修补甚至替换它。因此，教师接下来的一个重要任务便是帮助学生进行概念解构，为新概念的学习和理解奠定基础。教师可以通过引导学生与情境对话（调取概念）、与他人对话（分析概念）、与自己对话（反思概念），帮助学生搭建思维的脚手架，引导学生对自己的前概念进行解构，通过追根究底、层层剖析，暴露出前概念的局限性，让学生主动地去修正甚至替换前概念。最为理想的情况，当然是学生围绕核心问题和关键概念，不断寻找证据来“攻击”对方观点的“瑕疵”，并且努力捍卫自己的观点。在这种你来我往的倾听、质疑、提问、回答中，学生的概念认知越发清晰、客观，学生的旧概念不再“坚固”，新概念的建构成为可能。     

 但是，学生对核心问题的把控能力以及将想法语言化的能力往往是非常有限的，偏离主题的对话时有发生。这时候，教师可以通过追问、反问等提问方式参与对话，让对话的焦点重新回到核心问题的探讨。例如在解决“四边形的内角和是多少度”这一问题时，有的学生认为是360°, 还有的学生认为是720°。教师引导学生之间进行对话，发现同样是将四边形分割成三角形，却产生截然不同的结果，学生都坚持认为自己的方法正确。这时候，教师及时抛出问题“为什么多画一条线，就多出了360°。”引导学生找到问题的焦点。学生通过将分割出的角进行对比，发现多出360°，是因为在两条线的交点处，新增加了一个周角，而这个角不属于四边形的内角，所以在计算四边形内角和时需要将其减去。至此，学生才建立起对内角、内角和等概念的初步认识。只有当个体开始提问、质疑，他才试图去解释；只有当学习者超越观察、记忆的阶段，他才真正开始学习。［15］但是这个过程往往是充满对抗性和竞争性的，为了让学生不回避对抗和竞争的过程，教师要为学生营造安全、平等、信任的学习环境，让学生愿意将自己的概念暴露出来，为实现概念的重构奠定基础。
  （四）意义建构阶段
  教学不是知识由教师向学生单向传递，学生需要充分认识到自己与知识之间的关系，作为学习活动的主体，能够基于自身经验主动地对知识（客体）进行意义建构，满足自己的发展需要。学习者只有在为学习制造出一层意义时才能占有知识。［15］这种意义建构的过程不是其他人所能够代替的，也不是一蹴而就的，需要学习者尽可能地维持概念的稳定状态，直至新概念能够与已有的知识网络相互融合。需要注意的是，新概念和旧概念可能会在很长一段时间里共同存在，甚至在经历一段时间的发展后回到原点。例如概率问题，从学生时代起就让许多人感到困扰，凭借直觉作出的判断总是与事件的实际概率相差甚远。在生活中我们往往会通过抽签的方式来决定比赛的上场顺序或者抽取奖品，这也是数学课上常见的问题情境。例如5名同学依次抽取2个奖品，5名同学获奖的概率是否相等，这种方式是否公平？大部分学生都认同这种方式的公平性, 但是当前面的抽签者抽完并公布结果，尤其是前面的同学将2个奖品都抽中的时候，最后一名同学容易产生“其他同学抢了自己的得奖机会”或者“我还没抽为什么输了”这样的想法。这时候，学生大脑里建构起的是生活概念或经验概念——“抽签顺序影响获奖概率”，而生活概念或经验概念作为一种建立在直觉或经验基础上的概念，往往是不正确的，或者说是非科学的。这也是为什么当学生从学校毕业后，科学概念被用到的机会越来越少，并且随着时间逐渐淡忘，最后留下的只有原先的生活概念。      

毋庸置疑，对于学生来说，他是自己概念系统唯一的意义建构者。但是，这并不意味着意义建构的过程与其他人毫无关系，教师可以通过设计丰富的学习活动、提供多样的学习工具、及时提问与解惑等多种方式来刺激学生的多重感官体验，辅助学生进行概念的比较与理解，甚至参与学生重构意义关联的过程。在教师的帮助下，学生更加容易形成对概念的整体感知，实现概念的意义重构。同样以概率问题为例，从天气预报、比赛、买彩票，到抢红包、抽取电子游戏中的游戏装备，概率隐藏在我们生活中的每个角落，教师需要做的便是帮助学生将在数学课堂上学习的概率概念与生活中的随机事件进行关联。教师可以通过设计动手操作(例如摸球、掷色子)，或者在电脑上模拟随机事件的学习活动，引导学生 亲身经历猜想一操作一验证的学习过程，体验数据的随机性与确定性。但是，仅仅如此还不能够支持学生完成概念的意义建构。教师可以通过设计核心问题和探究活动，促使学生关注并解决概念之间的矛盾，引导学生在条件概率的概念本质层面对“中间公布结果和最后公布结果”的情况进行深入的比较与讨论，帮助学生将科学概念与生活概念进行比较，修正只是根据直觉或者经验得出的非科学的认识，形成对概念科学的意义建构。
   (五)重构概念网络阶段
  概念网络不是简单的学科概念解释，或者测试题的概念解答。个体的概念网络既包含生活概念，也包含科学概念；既包含概念形成后的稳定状态，也包含建构概念的过程；既包含概念的内涵解读，也包含概念的组织、管理和具体情境应用。以核心概念为枢纽，形成单个概念的意义网络，无数个这样的单个概念意义网络再次进行相互关联，进而形成个体的整个概念网络。      

概念网络是一个复杂且精细的系统，重构概念网络主要分为两个阶段。第一阶段，学习者通过变式练习对新形成的神经连接进行强化。新情境能够帮助学生澄清知识，创造、完善概念图式。［15］该阶段，教师需要为学生提供丰富的任务情境，给予学生对知识进行应用和迁移的机会。在不断的练习中，学生通过多次正向强化和错误规避逐渐形成单个概念的意义网络。第二阶段，学习者通过参加综合实践活动对概念网络进行反思、修正，打通新概念与已有概念的连接通道，形成不同概念网络之间的连接。将概念从特定的学习情境迁移到复杂而多变的生活情境，对于儿童甚至是成年学习者来说是一件非常具有挑战性的工作，这是对多个概念进行同步提取、组合、应用、调节等活动的高度综合。在综合实践活动中，学生不仅能够实现对概念的应用与迁移，还能够在真实的情境中对概念进行反思，对原有的概念系统进行审视、分析与调整［4］，将科学概念与情境进行意义连接，扩大知识组块，重构概念网络。
  真实的课堂教学过程是一个非常复杂的系统，具有很强的不确定性。教师在组织课堂深度 教学时，在理论认识上可以尽可能忠实于这个过程，但是在实践过程中还取决于要开展什么样的教学、面对的学习者是谁、教师及其受教育程度如何等因素，教师要根据实际情况合理地进行课堂创生。