深度学习核心要素的提取、论证和运用

刘哲雨，任 辉，刘 拓，张 滨

一、引言

党的十九大报告中指出：“建设教育强国是中华民族伟大复兴的基础工程”，提升基础教育水平是教育强国战略的重要组成部分。以增强学生对复杂问题的解决能力、发展学生核心素养为导向的深度学习为改善基础教育中的浅层学习问题、推进新时代的基础教育发展提供了新的契机。深度学习是学习者积极主动地、批判性地整合新知识，并以深度理解为起点、以新情境中的迁移为导向、以解决复杂问题和创新为目标的高层次的学习方式。［1］2016年美国新媒体联盟发布《地平线报告》指出“向深度学习方法转变”是技术应用促进教育发展的关键趋势。但由于深度学习受影响因素多、模型复杂、难于评价等问题，深度学习的常态化应用之路显得颇为曲折。纵观国内外深度学习的应用研究，主要包括基于某一学科的深度教学或深度学习的研究、促进深度学习的某一要素的实证研究等。由于跨学科研究结论难推广与难迁移、单一因素促进深度学习动力不足等问题，本研究明确研究的思路是提取便于推广的、更加全面的深度学习核心要素，简化深度学习的理念表达，形成由核心要素组成的深度学习框架，为形成易于实施的深度学习方案奠定基础。

二、深度学习核心要素的研究

（一）研究设计

促进深度学习的核心要素研究分为四个阶段，第一阶段为德尔菲法分析促进深度学习的要素及重要要素，能有效控制深度学习的研究广度；第二阶段为层次分析法量化重要要素的影响层次，提取核心要素，为有效实施深度学习提供可执行化的依据；第三阶段是对促进深度学习的核心要素进行综合理论论证和逐一理论论证；第四阶段是提出深度学习核心要素的实践运用策略（见图1）。深度学习核心要素的提取属于前期基础研究，能够为整个深度学习研究体系奠定坚实的基础。

图1.度学习核心要素的研究体系

（二）研究方法

本文采用德尔菲法与层次分析法相结合的研究方法。作为教育研究中常用的研究方法，德尔菲法（Delphi）在教育领域的应用集中在建立评价体系、确定影响因素（如教育质量影响因素分析）和事件层次分析等7个方面。层次分析法(Analytic Hierarchy Pro⁃cess，AHP)是将多重复杂的问题，通过质的研究与量的研究相结合的方法，降解为递阶层次结构。层次分析法是系统化的思维方法，能够充分体现参与调查的专家们的分析、综合、判断等主观能动性，并可将与决策任务有关的要素进行定量分析。在探求与研究对象有关的影响因素或构建判断矩阵的过程中，德尔菲法与层次分析法相结合的研究方法能够充分发挥专家的知识、经验以及主观判断能力，可提高并促进深度学习核心要素评价工具的可靠性与准确性。

（三）研究准备

调查者拟定调查主题或提纲，向专家征询意见，综合主观评价，经过若干次迭代循环，意见逐渐集中并获得具有统计学意义的研究结论。

首先选择25位专家参与第一轮研究，这些专家具有学术权威性，工作或研究领域与深度学习关系紧密，不仅包括国内外深度学习专家，同时也涵盖了心理学、语言学、教育技术学、教师教育、学习科学、人工智能等学科或领域的专家。设计两种征询方式：方式一，实时实地面对面访谈法；方式二，实时非实地电话（或视频）访谈法。

（四）提取要素

前期工作包括告知访谈目的，并向访谈对象介绍深度学习。基本内容为深度学习的界定、不同学科深度学习的表现、促进深度学习的要素（简称要素）。基本线索是教与学行为活动发生的时间顺序，要素出现时间与教学行为的发生时间一致。最后，向部分访谈对象征求未来研究发展的意见。

梳理第一轮研究成果，由于专家意见阐述的角度、程度不尽相同，因此将这些观点通过某一线索重新组织、深化联系，旨在将专家意见征询的价值系统化，该思路被称为“专家意见的解构与重构”。鉴于访谈内容都含有一个共同的时间轴线索，根据教与学的发生和发展过程的时间轴线索，分为三个阶段：前期、中期和后期。

第二轮研究以深度学习相关要素为研究内容，以教与学过程的时间轴线索为分段依据，以要素在促进深度学习过程中的作用力度为评定标准。需要强调的是，测量旨在找出对深度学习至关重要的促进因素，而不是评判这些要素在整个学习过程中的重要与否。

经过两轮德尔菲法调查，提取了14个深度学习的重要要素，包括早期要素：目标呈现、动机模型和启动元认知；中期要素：学习情境、行为投入、任务驱动、多媒体资源、生成性知识、策略知识和元认知；后期要素：评价指标、反思、拓展和创新。

（五）提取核心要素

基于促进深度学习的14个重要要素，来提取深度学习的核心要素。首先需要采用层次分析法(AHP)，寻找因素的重要性层级关系。基本步骤是：找出研究对象的影响因素；基于各因素间的上位、下位或平行关系建立层次结构基本模型；各个要素之间两两比较，构建判断矩阵；计算某个要素对其上位层级要素的相对权重，并检验要素矩阵的一致性；合成层次的权重，得出解决复杂问题的计算模型。

第三轮研究，旨在分析重要因素的层级关系，即提取核心要素。本轮研究共邀请了18位专家，采用9级量表，根据专家评分确定各项指标的权重，使用基于AHP算法的自编软件处理调研结果。最终，选择每个层次中权重最高的要素，作为促进深度学习的核心要素，即目标呈现（总权重=0.07920）、行为投入（总权重=0.08913）、学习情境（总权重=0.08913）和反思（总权重=0.08909）。

三、核心要素促进深度学习的理论论证

（一）目标呈现促进深度学习的理论论证

以学习者动机为中间变量，将目标呈现作用于深度学习。目标呈现的理论论证可以解释目标如何启动学习者的加工心向并预测加工深度，也可以解释核心要素目标呈现如何启动主动学习行为并促进深度学习行为。

在《人是如何学习的》一书中提到一个关于三位教师处理目标呈现和教学过程的不同方式的案例。［2］（P11-12）第一位教师围绕内容进行教学，即使不是在课堂上，其他传递系统中的教学材料也可以达到同样的结果；第二位教师实现了知识与过程并重的基本教育目的；第三位教师将教学上升到过程与方法、观念与态度这一高阶思维的层次，符合深度学习的标准，通过改变学习者的元认知达成教育的终极目标。通过案例分析发现，目标呈现与教学实践之间的联系最终影响了学习者实现目标的能力。

动机系统理论明确目标是学习动机的核心。动机系统理论将影响动机的要素视为复杂的作用系统。动机系统包含目标、情绪、个体能动信念三要素，而整个动机系统的核心是目标要素。由此可知，学习过程中的目标也决定着学习动机的水平与作用方向，能够引导其他的认知加工行为。

场理论揭示出目标通过动机可影响深度学习。

动机心理学对于目标的研究最早可追溯至勒温的场理论。勒温提出，学习者若想实现某一个环境目标，其动机受到三种因素的影响：因素一为紧张（t），源于学习者对某种意图或渴望的重要性判断；因素二为目标(G)，取决于环境目标物的正价吸引；因素三为心理距离(E)，指的是当前状态与目标的差距。其函数关系为：Force=f(t，G)/E。分析勒温的理论可以解释目标的正价作用与动机成正比关系，因此本文明确目标的正价吸引通过中间变量动机作用于深度学习，并推导出目标的正价吸引作用与深度学习是正相关关系。

成就目标理论诠释了目标促进深度学习的方式。本文借助Linnenbrink和Pintrich描述的目标作用的一般模型（如图2所示），阐述目标是如何影响深度学习结果的。通过分析该模型可以理解目标定向以怎样的方式、怎样的情绪态度参与学习活动，以及如何影响并使学习者向深度学习目标水平无限趋近。

图2.标作用的一般模型

成就目标理论关注的是如何能有效地激发学习者，强调学习主体如何看待自己、如何看待学习任务以及如何看待成绩，这些都与元认知密不可分。深度学习也离不开元认知的监控；元认知策略、元认知知识与元认知技能都在深度学习的过程中发挥着重要作用。以元认知为中介变量，成就目标理论通过影响高阶学习行为和结果，可实现对深度学习的促进作用。挖掘成就目标理论体系对深度学习研究的影响，可以得到以下结论：

一是所有成就目标理论的研究都验证了掌握趋近目标与元认知水平（自我监控和学习调节等）、掌握趋近目标与深度学习策略均为正相关，并且这一结论非常稳定。

二是成绩趋近目标与加工策略的关系受目标任务性质的影响。例如，实验要求学习者完成深度加工的任务时，成绩趋近目标组的学习者会倾向于采用深加工策略。采用深度学习策略还是采用浅层学习策略，会直接影响到深度学习的结果。

三是成绩回避目标与深度学习加工策略之间呈现出负相关关系，与浅层学习加工策略呈现出正相关关系。掌握型目标组、回避型表现目标组、趋向型表现目标组以及控制组四个组中，控制组迁移表现水平最低，说明目标呈现组迁移水平高于无目标呈现组，验证了目标呈现促进深度学习。

（二）行为投入促进深度学习的理论论证

学习投入理论明确提出行为投入可以作为深度学习的研究变量。凯勒认为“投入”是预测绩效的一个重要变量，高水平的投入与高水平的行为结果之间必然会存在显著性的联系。根据韦纳的理论，将投入作为具有预测性的自变量，研究因变量深度学习效果的实验方法是可行的。

投入学习理论明确指出行为投入符合深度学习的促进机制。投入学习理论的主要前提是“全身心”投入，强调学习者之间的协作、基于项目的学习任务设计和真实的关注投入三种方式，投入学习理论使学习具有了创造性与真实性。投入学习理论体现了合作、创造、贡献的精神，其中创造原则将学习过程视为一种有创造性价值的活动，与深度学习理论的基本原则一致。因此，核心要素中的行为投入符合促进深度学习的根本机制。

社会存在感理论指出行为投入对学习效果影响显著。社会存在感是人在与媒体交互的过程中，接近真实世界体验的感受。社会存在感理论认为，行为投入可以帮助学习者激发动机和灵感、促使主动制定计划、寻找问题解决方案、交流商榷、成就感展示以及必要的竞争等。

综上所述，学习目标与行为投入都能够影响或促进深度学习。与此同时，学习目标与行为投入之间也相互关联，无论是学习目标还是行为投入，都是出现在同一个学习系统内的要素，都是能够促进深度学习的核心要素。

（三）学习情境促进深度学习的理论论证

“行动、建构和生成”是情境促进深度学习的依据。情境理论认为，人类学习的实质是个体实践、个体参与、个体与他人相互影响、个体与环境相互作用的过程，并在这个过程中形成社会化水平和提高能力。根据认知理论的观点，人类学习的实质也正是获取并应用符号性的表征或结构的过程。在特定的环境或系统中，通过个体与环境的相互作用，对符号性表征进行编码→转换→解码，形成更合理的、更全面的认知结构，并用新建立的认知结构来生成新知识、解决客观问题和创新等，这就是在基于情境的学习过程中发生了深度学习。情境理论视域下，学习者的认知能力固然很重要，但是如果脱离具体的实践或应用环境，真正的认知能力难以形成，或者即使初步形成，也会由于缺少实践应用而成为纸上谈兵。

小组的协作学习有利于促进深度学习的迁移。

Dunbar等人的实验研究发现，对于学习者个体，逐渐地倾向于参与实践环境中的团体活动，就是对深度学习的保障和体现。情境理论中的三要素“行动、建构和生成”，为促进深度学习的情境设计提供了理论依据。基于“行动、建构和生成”三要素，构建面向深度学习的情境要符合“支持学生交互行动、支持学生意义构建和支持学生新知生成”三个原则。多媒体画面语言学指导下的新媒体技术可以根据不同的情境需求，满足以学生为中心的行动、建构和生成。

基于问题或任务的学习（PBL）情境能够有效促进深度学习。PBL（Problem-based Learning）影响深度学习的内在机制为提升学生的内在动机，外在表现为增强主动学习行为。Dolmans等人发现学生在学习中缺少自我效能感，学习策略也会从开始的深度学习策略转向浅层学习策略，于是采用PBL模式鼓励学生使用深度学习策略。教学实验几经调整，在教学干预之初，启动的是元认知学习活动计划，但未能扭转浅层化学习的趋势。转而采用PBL的课程模式，发现学生的感知能力变化引发了问题思考，学生也更加倾向于采取深度学习策略。［3］学习科学理论也验证了该结论，PBL情境作为学习背景，不仅有利于学生产生深层次加工的心向，更有利于学生选择深层次的加工方法，只有深层次加工的心向与方法才能产生深度学习的策略，只有深度学习的策略才会产生深度学习的结果。

（四）反思促进深度学习的理论论证

反思的动态协调与调控作用能够促进深度学习。“反思”一词要溯源至哲学领域的思想观念，通常表现为精神层面的自我思考活动与内省方式，其本质是具有批判性的、反省性的、探究性的思维活动。反思是在特定的学习情境下，学习者以元认知为指导，自觉地对自身认知结构、学习活动及其所涉及的相关因素进行批判性审视，对将要开展的学习活动进行创造性预见，对学习活动过程中发现的问题进行科学性探究，对整个学习活动过程进行有效地调控，以促进问题解决、学会学习、自我发展的学习活动方式。［4］因此，反思起到了协调众多因素的作用，能够动态引导与调控，逐步走向深度学习。

三种类型的反思活动可有效促进迁移。学习过程中的反思活动可以分为三种类型：学习活动前反思、学习活动中反思和学习活动后反思。其中，阶段性学习活动后的反思行为对促进深度学习的效果相对更加显著，即通过回顾整个学习过程，借助对学习结果进行总结性评价，及时分析成功经验和失败原因，思考补救方案，随时准备完成更高水平的迁移行为。通过反思可以促进学习者对新知识的深度理解，有助于学习者个体的主动意义建构，借助反思，学习者可以预测知识技能、经验方法的迁移应用过程［5］，最终达成复杂问题的有效解决，达到促进深度学习的目的。

反思的属性能够满足深度学习的要求。反思具有的很多属性特点吻合了深度学习的特征、满足了深度学习的需求，例如批判性、创新性、发展性和自反性等。反思的批判性，是指学习者用批判性的视角审视先前经验与当前信息之间的关系、分析自身与环境的关系，反思培养了面向方法、手段、观点的批判性思维，而批判性思维是深度学习的重要标志。反思的创新性，表现为创造新知识、提出新策略、解决新问题，创新则是深度学习中更加高级的阶段。反思的发展性，体现在学习者不仅能在反思中增长了知识和技能，更提升了能力、发展了素养，而知识的增长与素养的发展共同构成了深度学习结果评价中的重要指标。反思的自反性，包括广度自反和深度自反，广度自反是指将不同类型、不同时间空间的信息进行比较分析，例如反思过去的观点、整合跨学科知识等；深度自反是指挑战自我，不断产生更加深刻的、更加高层次的认知。反思的广度自反和深度自反有效地促进了深度思维的发展和深度策略的选择。

四、核心要素的实践运用策略

（一）基于核心要素构建深度学习框架

提取核心要素的线索是教学过程的时间顺序，因此四个核心要素之间暗含着教与学的时间属性，与教学过程的整体规划相吻合，基于核心要素构建深度学习框架包含四个阶段（见图3）。

图3.于核心要素构建深度学习框架

一是“有计划地学”。需要明确学习目标。这个目标所呈现的环节往往被忽视，主要原因是教师未充分认识到目标促进深度学习的始动作用机制。［6］二是“有互动地学”。更深度的行为投入能够产生更深层次的加工过程和加工结果。促进学生的行为投入，不仅包括控制学习进度等低水平的行为投入，也包括提出问题等深层次的行为投入。三是“有背景地学”。创设教学环境，尤其要突出与知识内容相匹配的情境。情境创设是促进知识之间的联结，促进面向真实问题的深入地思考，提升问题解决能力的重要手段，有利于提高学习者深层次认知加工的能力，以及在复杂学习环境下解决非良构问题的能力。四是“有联结地学”。核心要素中的反思，是最重要的要素。因为反思是联结深度学习各个阶段的桥梁，高阶思维的发展与深度学习层次的提高，都需要反思作为内生动力，反思的形式可以是多种多样的，例如可视化反思、有声思维反思、自我反思等。

（二）基于核心要素优化和开发教学媒体

基于核心要素的深度学习过程框架不仅适用于课堂教学设计，也适用于教学媒体，因此可以依据核心要素开发微课、慕课、课堂辅助教学软件和虚拟现实环境等教学媒体。［7］例如可以根据核心要素设计有明确目标要求、隐含问题或任务学习情境的微课，引导学生进行自主探究学习，以达到激发学生学习动机、增强行为投入、引发深度反思、促进深度学习的目的。同时也可以优化SPOC、翻转课堂等混合教学模式。例如，在翻转课堂教学模式中，首先应该设置明确的学习目标并呈现给学生，根据目标设计切合教学内容并具有生长性的学习情境，引发学生积极地行为投入，并在教学过程中适当给予学生反馈，促进反思和精细加工，提升高阶思维能力，实现深度学习的最终目的。

（三）基于核心要素构建课堂教学评价指标体系

面向深度学习设计教学过程、面向深度学习评价教学过程，参照标准需要一致化，核心要素既服务于设计又服务于评价。例如，构建基于深度学习核心要素的评课框架，既可以为教学过程的设计服务，又可以为教学过程的评价服务。

深度学习与核心素养同根同源，在追求发展学生核心素养的时代背景下，深度学习核心要素无疑是学生核心素养落地的重要抓手，而课堂教学是必由之路。将深度学习与评课的理念深度融合，将核心要素纳入评价体系，构建基于核心要素的评课框架，能够指导教师实施引发学生深度学习的深度教学。例如，创设引发学生高水平行为投入的真实化情境，呈现引导学生积极反思的教学目标等，这种框架体系既是教师教学设计的依据，反过来又能够作为标准评价教师的教学过程。将核心要素纳入课堂评价体系，一方面有助于促进学生高阶思维与迁移能力的产生与发展，实现深度学习，促进学生发展核心素养的落地；另一方面有助于达成面向深度学习教学改革的教评一致，发展深度学习理念下的教师共同体文化，实现以评促教、以评促改的最终目的，进而落实深度学习课堂，以加速基础教育中深度学习的落地。

（四）合理设计核心要素的表征形态

核心要素促进深度学习，并不意味着具备了这些要素就一定会发生深度学习，这就对核心要素的表征形态提出了要求。首先，教学内容类型的不同，核心要素的表征形态也要随之发生变化。例如在不同学科、不同知识类型（陈述性或程序性）和不同课程性质（新授课或复习课）中，核心要素的表征形态均有所不同；其次，在表征过程中要面向深度学习，起到高阶思维的支架作用。

实验表明，更高水平的核心要素能促进更高阶的思维过程［8］［9］，但同时也要“因课制宜”，尊重不同层次、不同水平的核心要素的价值，将任务复杂度与表征复杂度对应起来［10］，不盲目增加认知负荷，不一味追求核心要素的复杂表达形式。

借助促进深度学习的核心要素，可搭建深度学习研究的兼容性框架。例如，通过学科内容与核心要素结合，研究学科课程如何与深度学习整合；或通过教育媒体与核心要素结合，研究教育媒体如何促进深度学习等。总之，核心要素构成了兼容性框架，形成了促进深度学习的机制，铺就了深度学习常态化应用的发展道路。

［1］刘哲雨,王志军.行为投入影响深度学习的实证探究——以虚拟现实(VR)环境下的视频学习为例［J］.远程教育杂志,2017(1).

［2］［美］约翰·D·布兰思福特,安·L·布朗，罗尼德·R·科金.人是如何学习的——大脑、心理、经验及学校［M］.程可拉,孙亚玲,王旭卿,译.上海:华东师范大学出版社,2002．

［3］Dolmans DHJM,Loyens SMM,Marcq H.,etal.Deep and Surface Learningin Problem-based Learning:a Reviewof the Literature［J］.Advancesin Health Sciences Education,2016(5).

［4］吴秀娟,张浩,倪厂清.基于反思的深度学习:内涵与过程［J］.电化教育研究,2014(12).

［5］郭华.深度学习及其意义［J］.课程·教材·教法,2016（11）.

［6］刘哲雨,侯岸泽,王志军.多媒体画面语言表征目标促进深度学习［J］.电化教育研究,2017(3).

［7］刘红晶，谭良.SPOC助学群组、促进深度学习的策略和方法研究［J］.电化教育研究,2017(2).

［8］康淑敏.基于学科素养培育的深度学习研究［J］.教育研究,2016（7）.

［9］刘哲雨,郝晓鑫,王红,吴立宝.学习科学视角下深度学习的多模态研究［J］.现代教育技术,2018(3).

［10］姚建欣,郭玉英,阳熠,曾晨虹,布兰.中学生科学理解能力的进阶模型——以能量概念为例［J］.天津师范大学学报(基础教育版),2018(1).