国外深度学习研究评析
2020年09月21日 09:54 来源：《比较教育研究》2020年9期 作者：李松林 杨爽
关键词：深度学习;课程教学;核心素养;课程改革
作者简介：李松林，男，四川师范大学教育科学学院教授，院长，博士生导师；杨爽，女，四川师范大学教育科学学院硕士研究生。
“深度学习”（Deep Learning）概念源于人工神经网络的研究，在20世纪70年代被引入教育领域。以弗伦斯·马顿（Ference Marton）和罗杰·萨尔乔（Roger Saljo）正式提出深度学习概念为标志，国外的深度学习研究迄今已有44个年头。在核心素养导向的课程改革背景下，大量中小学校正在将深度学习付诸于具体的课程教学实践。鉴于此，本文拟对国外的深度学习研究进行梳理与分析，以期对我国的深度学习研究与实践有所裨益。
一、国外深度学习研究的进展与动向
在很长一段时期，人类主要是从哲学的认识论视域来研究自身的学习问题，主要探讨知识的来源、性质、过程、方法与结果等问题。到19世纪后期，自然科学得到蓬勃发展，实验心理学的诞生使心理学从哲学母体中脱胎出来，人类对自身学习问题的研究进入了实验研究阶段。然而，人类学习活动作为一种极其复杂的现象，基于实验室的心理学研究并不能准确地解释自然情境中真实的人类学习活动。在这种情况下，人类学习问题的研究又开始将关注点转向于自然情境，并由此进入关注自然情境的多学科整合研究阶段。国外兴起的深度学习恰恰是人类学习问题研究进入多学科整合研究阶段的产物。
（一）国外深度学习研究发展阶段
第一阶段：深度学习思想的早期孕育。早在20世纪初，约翰·杜威（John Dewey）倡导“做中学”，强调教会学生自主学习和反省思维。之后，威廉·赫德·克伯屈(William Heard Kilpatrick）提出设计教学法，本杰明·布鲁姆（Benjamin Bloom）倡导发现教学，戴维·保罗·奥苏贝尔（David Pawl Ausubel）和罗杰斯（Rogers） 强调有意义学习，当代建构主义学习论主张基于问题的教学，等等。所有这些，虽然没有明确提及深度学习的概念，背后却蕴含着深度学习的思想。此外，布鲁姆的目标分类学将学习的认知目标区分为记忆、理解、运用、分析、综合、评价六个具有层次性的项目。以此为基础，安德森（Anderson, L.W.）等人又将学习的认知目标区分为记忆、理解、运用、分析、评价与创新六个具有层次性的项目。所有这些学习分类，已经蕴含着学习有深浅之分的思想。
第二阶段：深度学习的正式研究。1976年，弗伦斯·马顿和罗杰·萨尔乔在《学习的本质区别：结果和过程》一文中首次提出深度学习概念，认为采用深层方式进行学习的学生，往往具有“更有内在兴趣、注重理解、强调意义、集中注意于学习内容各部分之间的联系以及系统地陈述问题或概念的整体结构假设”[1]等特征。这标志着国外的深度学习开始进入概念化的正式研究阶段。其后，比格斯（Biggs）等人在20世纪90年代前后发展了浅层学习与深度学习的理论，将深度学习界定为学习者运用多样化的学习策略来理解学习材料的学习。除此以外，纳尔逊莱尔德（Nelson Laird）、库伯（Kolb）和威格尔（Weigel）等学者又从不同角度对深度学习的内涵进行了界定。与此同时，国外众多学者又在对比浅层学习与深度学习的基础上揭示了深度学习的基本特征，其中较有代表性的是埃里克·詹森（Eric Jensen）和利恩·尼克尔森（LeAnn Nickelsen）将深度学习的基本特征描述为高阶思维、深度加工、深刻理解、主动建构和问题解决五个方面。[2]
第三阶段：深度学习研究的扩展。1999年，约翰·D·布兰思福特（John D. Bransford）、安·L·布朗（Ann L. Brown）与罗德尼·R·科金（Rodney R. Kokin）等人编著的《人是如何学习的——大脑、心理、经验及学校》一书在美国出版，该书基于当代知识观的转向，围绕学习的发生机制提出了很多突破性的观点，大幅扩展了深度学习研究的视野、领域与问题。2004年，美国教育传播与技术协会（Association for Educational Communications and Technology，AECT）对教育技术进行了重新界定，认为学习不仅仅是信息的记忆，单纯的记忆已不能适应社会发展的要求，进而将深度学习确定为未来教育技术发展的基本理念和努力方向。以此为契机，深度学习研究的地域、范围、内容和方法得到进一步扩展。
第四阶段：深度学习研究的聚焦。近十多年来，国外学者着重围绕“人的深度学习是如何发生的”和“如何促进人的深度学习”两个主题，分别从三个层面对深度学习展开了更为系统而深入的研究。一是理论探讨，主要关注深度学习的理论基础、发生条件、促进策略等问题，探索出了深度学习的若干实施模式。二是实践探索，一方面将深度学习的研究成果应用于具体的学科课程教学实践，另一方面结合学科教学实例探索深度学习的发生条件与内在机制。三是技术运用，运用各种信息技术工具来支持和优化促进学生深度学习的学习环境。
（二）国外深度学习研究的趋势与特点
国外的深度学习研究在整体上呈现出三个基本趋势：一是关注真实课堂条件下深度学习与学生素养发展的实证研究；二是从个别具体操作策略的探讨转向为一般化操作模式的建构；三是从单纯关注深度学习的技术性支持转向为情境性的环境支持系统设计。
深度学习研究又呈现出两个较为明显的特点。第一，关注真实课堂。既将深度学习的研究成果大量应用于分科课程教学和跨学科的综合性学习之中，同时又借助具体的课程教学实例进一步探讨深度学习的发生机制；既在深度学习的理论视域中催生出基于设计的学习、基于问题的学习、基于证据的学习、概念为本的学习和理解性学习等多种学习模式，又对这些学习模式在真实课堂中的应用效果进行实证研究。第二，完善实证研究。20世纪80年代至90年代前，国外学者采用实验研究方法，借助科学实验探究和验证深度学习理论。发展到21世纪，尽管国外学者仍然主要采用问卷调查、课堂观察和微型测验等研究方法，但为了准确评估学生学习的实时情况，又努力专注于优化线下测量和更多在线测量的方法和工具，包括眼动跟踪、线索回忆、出声思考、微分析、日记、观察量表、访谈工具、焦点报告、计算机跟踪数据等。[3]
二、国外深度学习的研究问题及其成果
自深度学习研究进入概念化的正式研究阶段以来，国外学者主要围绕深度学习的基本内涵、内在机制和实施模式三个问题展开研究，并取得了一系列的研究成果。
（一）深度学习的基本内涵
概括起来，国外学者在深度学习内涵的界定上形成了四种观点。[4]
1.深度理解说。这种观点侧重于学习者对知识的理解，认为深度理解是深度学习的基本标尺。无论是深度学习的目的与方式，还是深度学习的过程与结果，深度理解在其中都居于核心的地位。持这种观点的代表人物比格斯、恩特威斯尔（Entwistle）和拉姆斯登（Ramsden）等学者认为，深度学习是学习者善于选择多种不同的学习策略沟通知识与知识之间的纵横联系，灵活地迁移运用知识应对实践情境中具有挑战性的复杂问题，从而达成对学习材料的理解。[5]
2.理解-迁移说。这是国外学者在深度学习内涵认识上最为普遍的观点。这种观点既强调学习者对知识的深度理解，又强调学习者在问题解决中的知识迁移与运用。在埃里克·詹森（Eric Jensen）和利恩·尼克尔森（LeAnn Nickelsen）两位学者看来，深度学习不仅要求学习者通过多次的信息加工、精细的深度建构和复杂的高阶思维去获得新的知识和技能，而且还要求学习者能够主动改变自己的认知结构、思维模式和行为方式来迁移运用新获得的知识、技能去解决实践情境中的复杂问题。[6]
3.体验学习说。这一观点基于库伯的经验学习理论，将学习视为一个体验学习圈。库伯认为体验是人类学习与发展的源泉，学习则是学习者掌握经验、改造经验和运用经验适应外部世界的持续过程。由此出发，库伯等人将经验学习和深度学习加以整合，认为深度学习是“充分地整合了经验学习模式中的体验、反思、归纳、应用等环节的一种学习” [7]。
4.三元学习说。这种观点的代表人物纳尔逊·莱尔德（Nelson Laird）等人基于深度学习量表的实证分析，发现整合性学习、高阶学习和反思性学习是深度学习中至关重要且有机结合的三个成分。其中，整合性学习是指学习者基于自己已有的生活经验和认知结构，融通多个学科领域的知识，并通过多种不同途径和方式对知识进行学习；高阶学习是指学习者将更高层次的认知能力，运用于知识的建构和问题解决过程之中；反思性学习是指学习者对自己的思维模式、学习策略和问题解决过程进行认知、监控和调节。[8]
（二）深度学习的内在机制
在国外理论界，学者普遍将元认知理论、建构主义理论、分布式认知理论和情境认知理论作为揭示深度学习内在机制的主要理论基础。国外很多学者的实证研究表明：如果学生具有高的元认知水平，他就能够更好地认识、运用和调控自己的认知，进而展开更有深度的学习。在建构主义理论视角下，作为条件的真实情境、作为具体过程的协作和会话以及作为目的的意义建构，乃是创设深度学习环境的四个要素。根据分布式认知理论，深度学习必须突显知识的社会性，强调学习者与学习共同体和环境的多向互动。在情境认知（Situated Cognition）理论视角下，深度学习不是别的，而是学习者参与真实情境中的实践，与他人及环境相互作用的过程。[9]正是通过特定情境中的实践参与，学习者不仅更有深度地建构着外部的知识，同时更有深度地建构着自我的身份。因此，在情境认知理论的视域中，深度学习的实现必须从根本上突破“理论优于实践，理论先于实践”的错误认识以及“学用分离，先学后用”的学习模式。综合国外学者的诸多研究和著述，可以将深度学习的内在机制归纳为四个方面。
1.深度学习的发生机制：情境诱发—问题驱动
在学生具备学习基础的前提下，情境诱发和问题驱动乃是深度学习发生的两个重要条件。深度学习的发生首先需要触发学生内心的深层动机。没有深层动机的触发，学生便难以主动地将新旧知识联系起来，更不要说对新知识进行深度地加工和理解。其次，知识从它的产生开始，就根植于特定的情境之中。脱离了特定的情境，知识就只剩下一堆符号形式的外壳，毫无意义可言。脱离特定情境和特定情境中的问题，学生便难以理解和建构知识所蕴含的深层意义，因而难有深度学习的发生。正是借助情境诱发和问题驱动，既触发着学生的深层动机，又驱动着学生对知识的深度建构。
2.深度学习的维持机制：切身体验—高阶思维
如果说情境诱发和问题驱动引发了学生的深度学习，那么，切身体验与高阶思维无疑是维持深度学习的两个重要条件。唯有学生的切身体验和高阶思维，才能促使学生展开由外而内和由内而外的双向理解之路，才能促使学生展开由浅入深、由分到合和由知到行的渐进理解之路，从而维持学生的深度学习。正因如此，库伯才将体验提升到人的学习和发展的源泉的高度，并在他的体验学习模式中去界定深度学习。其他很多学者也将分析、综合、评价、创新、元认知和批判性思维等高阶思维能力视为深度学习的一个核心成分。
3.深度学习的促进机制：实践参与—问题解决
说到底，深度学习最终必须通过学生的实践应用能力和问题解决能力表现出来。反过来，实践参与又是促进学生深度学习的根本机制。而在课堂学习条件下，实践参与的实质则是让学生参与问题的解决。正因如此，国外学者看到实践参与和问题解决在学生深度学习中的促进作用。洛恩斯·索菲（Loyens M.M.Sofie）在真实课堂环境条件下对“基于问题的学习”（PBL）所展开的实证研究，则证明了“基于问题的学习”模式的确明显地促进了学生的深度学习。[10]如果说情境诱发和问题驱动是深度学习的两个发生条件，切身体验和高阶思维是深度学习的两个维持条件，那么，实践参与和问题解决则在情境诱发、问题驱动、切身体验和高阶思维中同时发挥着促进器的作用。
4.深度学习的支持机制：在线学习—虚拟现实
深度学习的实现，需要在学习环境的创设上进行一次真正的革命。这种学习环境需要确保学习者在意义建构中的中心地位，强调学习者先前经验和日常经验的重要性，注重知识的真实情境和学习者的情境化思维，促进个人看法与他人多种观点的协商和解释，需要运用技术来支撑更为高级的心智过程。[11]另外，吉莉安·阿米特（Gillian Armitt）和弗朗西斯·斯莱克（Frances Slack）通过实验证明采用实时通信方式的在线学习对学生的深度学习具有积极的作用，海伦·巴雷特（Helen Barrett）认为，新兴的数位叙事技术（Digital Storytelling）是促进深度学习的一种工具；安德鲁·约翰逊（Andrew Johnson）、斯特兰·奥尔松（Stellan Ohlsson）等人的研究则表明运用虚拟现实技术在学生的深度学习中具有明显的支持作用。正因如此，在线学习和虚拟现实乃是深度学习的重要支持机制。
概言之，情境诱发—问题驱动、切身体验—高阶思维、实践参与—问题解决和在线学习—虚拟现实分别&