小学数学实现深度学习存在的问题与对策研究

闫 茗

（扬州市江都区仙女镇中心小学 江苏扬州 225200）

深度学习至于学生高层次、高质量发展，是当前不少教师所追求的高阶教育目标。在中小学多个课程和学段，深度学习的研究和实践成为一个持续热点。但由于深度学习本身不是教育研究成果，而是从机器学习、计算机人工智能领域引入的外源概念和理论，因是跨领域，难免就存在着概念理解、理论把握、实践操作等方面的问题——教师花了很多心血，但实际效果不佳，甚至方向与当初的预期背道而驰、结果南辕北辙。这不仅是浪费了师资，而且还可能会对学生发展造成负面影响。这是值得教师们认真反思，并积极革新、优化的问题[1]。

本文结合小学数学，就当前深度学习教学中存在的问题进行分析，并针对问题给出几点优化、改革策略。

一、深度学习教学存在的问题

1.概念认知错误

深度学习概念源于机器学习、计算机人工智能研究和实践领域。在原领域也不是低端、基础，而是处于当前信息技术的前沿和高端。即便是计算机专业领域人士，也不见得就有能力参与研究和实践——不少高校没有能力设置人工智能专业研、博教学点，可见其层次难度之高。从这个角度看，大多教师作为非专业的跨领域研究，概念、理论理解错误是在所难免，甚至是情有可原的。但实际上这并不是问题的根源。虽然理解概念最好是有一定的信息技术基础，但教学中借用的是其概念理论原理，而不是技术，并不要求教师会计算机语言和编程等技术，只需有些常识即可领悟。

教师错误理解深度学习概念，多数是出于“望文生义”，也就是根本没有进行溯源性研究，一听“深度学习”四个字，就认为自己懂了：“所谓深度学习，就是带领学生学得深一些、难一些、广一些，实际就是拓展学习”。在这种认知下，教师组织的所谓“深度学习”其实是不符合学生发展规律的，也是课标及新课程思想所反对的“拔苗助长”超前教育。造成的后果是，学生学不懂、跟不上，信心下降、情感消极，超标知识没掌握、基础反而不扎实[2]。

以大家在生活中相对比较熟悉的人脸识别技术为例，应该更容易阐释深度学习概念及其理论：要想计算机通过面部快速、准确识别出某个特定的人，首先是要在计算机中输入足够多的海量人脸样本，然后计算机按既定程序进行分析，提炼出这些人脸图像的共性和差异，形成一个区分人脸的逻辑模型。之后，输入需要进行甄别的所有人脸信息，当录入某人面部信息时，计算机使用既定模型快速完成人的甄别任务——整个这个过程，称为深度学习。

从上述案例可以提炼深度学习的几个特征：第一，自主学习。计算机实现类人的智能现象，其实本质是海量信息的输入、存储和分析。第二，自动处理。深度学习的目标是实现人工智能，即计算机在没有人监督、驱动、管理的情况下独立、主动完成某项工作。

所以，深度学习理论在教学领域其实是抓住两个目标要素：第一，学生有能力、有意愿、有质量地进行自主学习；第二，学生使用自主学习成果独立解决问题、完成工作。可以看出，深度学习本质是基于生本理念，以学为中心为形式，以实践为标的，以信息为材料的素养和能力教育。深，其实是指信息和其逻辑的复杂性，而不是学习内容的难度——把握了概念、理论、目标和要素，教师才真正有可能带领学生实践和实现深度学习[3]。

2.忽视情感态度

在概念错误认知下，教师在理念上就会将深度学习界定为超标、超纲教学，是满足学生个性成长需求的分层教学，是少数“学有余力”学生的特权。这就出现了两个思想：一是教师认为深度学习的质效受学生个体能力因素影响，就是智商高的、有数学天赋的学生才有可能实现“深度学习”；二是认为深度学习还可以靠学习品质来达成，就是除了学生智力水平外，如果某学生有较好的学习意志品质，也可以达到一定程度的深度学习。即，学生越努力、越拼搏，越能达到深层次学习目的。这两种思想都造成了一个问题：教师认为深度学习与学生的学习兴趣、情感态度没有太大相关性，没必要考虑学生的情感态度。

而实际上，从上面的概念理论分析已经明确，深度学习不是精英教育，也不是拓展教育，而是课程标准所要求的最基础、最核心的教学任务：素养教育。必须公平和全员。而深度学习的中心词汇是“独立自主”，过程和结果都是学生自主——而小学生由于没有参与社会生活，学习发展观还没有真正形成，所以驱动其自主、自觉地学习，必须靠积极情感态度，而不是强迫，也不是靠理想、抱负或责任。当然，学生不是机器，所以更不可能靠“程序”（教师的指令）驱动保证学生能够真实有效地进行自主学习[4]。

3.教学方法失策

同样是基于对深度学习概念的错误认知，教师将教学的目标方向定位在知识技能的拓展、超前上，也就决定了教学方法的错误。即，因为知识难度超出了小学生的认知层次，学生不太可能独立自主完成学习，因而多采用了直接讲授、硬性灌输的方法。这显然与深度学习培养学生素养发展及其原理的本质相背。因为深度学习的过程和结果都是学生自主，而素养培养需要遵循自主建构理论，都决定了深度学习需要突出开放性、自构性、过程性以及自主性。教师直接讲授加拓展性习题（难题、怪题）训练的方法，无法达成真正意义的深度学习目标。

二、有效深度学习的策略建议

1.课程结构调整

小学数学的教学不可能完全脱离教师的教学，深度学习虽然突出自主性，但也不能是完全的自主，一些新知识的教学工作仍然需要保留讲授环节。但传统以纯知识技能传授为主体的课程结构是必须进行调整的，否则无法实现深度学习。在深度学习模式下，课程结构的调整主要是需要增加自主学习环节在结构中的占比。建议在保留课堂传授和课后巩固环节的基础上增加课前先学、课中互动、课后拓展或实践三个环节[5]。

课前先学的作用主要是学生独立自主的信息积累；课中互动主要作用类似于计算机对数据信息的分析和建模，旨在训练学生思维能力、解决问题能力、知识提炼和建模素养等，是深度学习的核心环节；课后拓展或实践是实现信息的增量或实践信息的采集，重点指向培养学生独立运用知识解决问题的能力。

比如，“负数的初步认识”一节的教学。教师在课前安排学生通过观察和经验回顾完成几项学习任务：第一，你听说过“负数”这个概念吗？想一想，在生活中的哪些时候、哪些场景中，你听到或见到过“负数”。比如，电视台的天气预报；第二，回顾自己的经验或向家长讨教，想一想，生活或生产实践中，有哪些场景需要用到负数？第三，阅读教材，初步了解负数的概念；第四，看一看、问一问、查一查，生活或生产中，有哪些计量、表达负数的工具和方式？

来到课堂，教师不直接进行讲授，而是将学生分成小组，让大家先交流在课前先学中搜集、观察、思考的现象和结果，然后小组同学进行自由讨论，集中回答几个问题：第一，负数是什么？第二，负数有什么用？负数都用于哪些地方，如果没有负数，会遇到什么问题；第三，负数怎样表达？第四，有哪些测量或表示负数的工具？第五，思考并尝试怎样进行负数计算。等学生在小组内完成了探讨、归纳、尝试之后，教师再根据学生汇报情况进行知识的归纳、梳理、纠正，完成主体学习。

最后，教师给学生布置家庭作业：第一，以家中某个平面为基点分别测量某事物在基点上下的长度，然后完成计算。如，在桌子边上立一根竹竿，以桌面为基点测量桌面上的长度和桌面下的长度，然后计算这根竹竿的总长度；第二，通过网络调查本地冬天最冷时段一天中的最高气温和最低气温，计算当天的温差是多少。通过这两个任务，训练学生运用知识独立实践的能力。

2.情感态度驱动

深度学习是以学生自主探究性学习为主要形式。在自主情态下，教师很难完全有效管理和监督学生的学习状态。学生表面上看似认真地学习，很有可能是盯着课本“发呆”。没有思维活动或思维处于迟滞状态的时候，深度学习目标是很难实现的。因而，为保证学生能真实、积极、主动、投入地进行学习，必须为其创设学习驱动。

构建小学生的自主学习驱动，特殊性主要在于学生还没有参与社会生活，没有承担责任义务，且在取消了升学考试的情况下，也基本没有学习压力感。所以，小学生的主动自觉学习，基本不会像成年人那样是基于工作、收入的需要，也不会像高中生有应对高考的学习压力。当其感到学习有意义、有趣味的时候，他们才会出现积极主动的学习行为。

教师想要引导学生建立积极的学习情感，对学习产生浓厚兴趣，就需要抓住小学生的心理特征和兴趣取向。一般来说，关联生活、童话情境、比赛展示、表演评价、游戏操作等方式能够激发学生积极的学习情感[6]。

比如，在学习“小数的意义和性质”时，教师创设一个情境：小白兔自己到商店去买一瓶饮料，小白兔发现饮料标签上标注的价格数值中有一个小点，“这个点是做什么用的呢？我该给售货员多少钱？老师没有教过带小点的数的计算啊！”这个情境融入了“小白兔”这个童话角色，又加上了购买饮料这个小学生比较感兴趣的生活内容，学生既会感到有趣，又会感到学习小数知识对自己有用，这样就产生了学习相关知识的情感需求和冲动。

再如，还是小数这一课，在学生理解了小数的意义后，组织学生进行“小数点搬家”游戏，教师发出指令，如“让这个数变大十倍、让这个数变小”等，让学生通过移动数值中小数点贴纸的位置使数值变大或变小。比一比谁的反应速度快，谁移动小数点的结果满足了教师指令要求。有了游戏、比赛元素，学生们学习热情变高，思维高度活跃和集中。

3.以信息为基础

前面分析，深度学习是信息、大数据时代的产物，数据信息贯穿整个深度学习的过程和结果。深度学习由信息采集开始，经历信息分析完成建模，最后是通过模型对信息的分析完成工作。信息是支撑学习完成深度学习的材料基础，没有信息、没有充足有质的信息，就没有深度学习。把握信息是教师组织学生进行深度学习的基本教学素养。

深度学习的信息可以从信息获取途径、信息的内容、信息的分析整合三个角度把握。

（1）信息途径

小学数学深度学习所需信息的获取途径很多，通常包括阅读、观察、经验、交流、体验、习题等。

下面以“负数的初步认识”为例分别进行阐释。阅读是指阅读课本、网络资料、拓展书籍等。如，“请同学们自己阅读课本，通过网络查一查，负数是什么，在生产、生活中负数有什么用，负数怎样表示，人们用哪些工具测量负数”；观察是指学生对实际生活中的相关数学现象、问题进行观察。如“在生活中看一看，哪些事物用到了负数？”；经验是指调动学生已经有的生活经验，“在日常生活中，你听说过、见到过负数吗？说一说你在哪些场景中见到过负数”；交流是指学生基于观察、阅读、经验的分享，旨在拓展学生的相关信息量；体验是指让学生亲自动手参与。如“想办法让家里的温度计数值上升或下降，说一说你是怎样做到的。在什么情况下，温度值下降；什么情况下，温度值上升。你能让温度值降到零度以下吗？”；习题是指教师直接向学生提出问题，或者让学生自己在生活实际中发现问题，供学生思考或训练其解决问题能力。如，“学校组织知识竞赛，让你来做记分员，答对一题加10分、答错一题减10分，你觉得应该怎样记分？”

（2）信息内容

课程和学段的不同，深度学习所需要的信息内容会存在差异。就小学数学深度学习而言，教师在为学生提供内容或让学生自己获取内容时，需要注意的是信息不仅包括知识和技能，还要以素养教育为导向为学生提供学习内容。为实现深度学习在素养导向下的综合育人价值，小学数学深度学习的内容应包括知识、技能、思想、文化、实践、价值等。如“多边形的面积”一课，“什么是多边形、多边形有哪些类型”是知识，“如何计算多边形的面积”是技能，“对一块多边形土地进行绿化，需要种多少面积的花草”是思想，“国旗、队旗上包含着多少个多边形，你知道这些多边形的内涵吗”是文化，“你在生活中见到过哪些多边形”是实践，“你知道把一个零件设计成曲尺形有什么作用吗”是信息价值。

（3）信息分析

信息分析是深度学习承前启后的环节，是将学习成果变为实践能力的关键。从前面的分析可以看出，一次深度学习包含着众多、复杂相关的信息内容，信息分析的主要任务是对这些信息进行整理、归纳、提炼，最后完成建模。也就是说，使信息由最初原始的散点状态，变为相互关联的拓扑结构。

由于深度学习涉及的信息相对复杂，建议教师指导学生使用思维导图来完成信息的归纳整理——注意，深度学习是自主学习，思维导图应由学生自己设计绘制，教师进行辅导、评价，而不是直接向学生展示结果性思维导图。

比如，“统计表和条形统计图（二）”是学习复式统计表和对应的条形统计图，教师根据知识特征和信息要素，建议学生使用ER图式（图1）。用思维导图可以直观清晰地表达复式统计表和条形统计图两个知识点的对应关系及相关学习要素。在图中，教师只给出了学习要素，但没有给出具体要素的信息要点，而是让学生自己提炼、填写。如条形统计图的“优点”项中，学生自己填写“直观”。这样，能够有效训练学生独立自主分析信息的能力。此外，思维导图的图式也只是建议，教师应鼓励学生自己选择图式，进一步挖掘学生的学习潜能。

4.重视思维训练

信息是深度学习的材料，而思维则是深度学习的工具。深度学习的整个过程包括获得信息、分析信息、存储信息和解决问题，这些都需要思维的参与。在组织深度学习时，教师不仅要调动学生的思维处于积极、主动、活跃状态，而且要注意对学生思维能力进行专项培养，以提升其深度学习的效率和质量。

基于小学数学深度学习的目标和要素，教师可重点培养学生四个方向的思维素养：规划思维、分析思维、记忆思维、创新思维。规划思维是指学生接受学习任务后，根据目标任务设计和规划学习内容、环节、步骤的能力；分析思维是分析、推理、归纳、建模信息的能力；记忆思维是存储信息和记忆模型的能力；创新思维是多角度灵活运用知识、技能解决问题的能力。

训练学生规划思维能力，可采用在展开学习前让学生分组探讨设计的策略来实现。如，“这里有一个多边形，你觉得要计算它的面积，需要学习哪些知识？学习这些知识按什么步骤？先学什么、后学什么。请各组同学经过商讨给出学习方案”。分析思维、记忆思维、创新思维的培养也是同理，将学生放在分析信息、进行记忆、解决问题的任务环境中，教师通过提问、引导、点拨等方式达到训练其对应思维的目的[7]。

5.关注实践迁移

从深度学习的概念上就可以看出，深度学习的结果以及深度学习的教育目标之一就是实践。即，人工智能的目标是使计算机自动完成任务，而深度学习是使学生独立自主地用知识解决实践问题，并培养其实践素养发展。因而，在学生完成信息获取、分析、建模等一系列学习活动后，教师必须重视引导学生完成学习成果的实践迁移，用所学知识、技能去解决实践问题。一般来说，引导学生完成深度学习的实践迁移，主要是两个途径，一是让学生进行应用题练习，二是给学生安排实践任务。比如，在学习“统计表和条形统计图”后，教师让学生回家后调查统计自己家几个月的用水量和用电量，绘制成统计表和条形统计图，然后给出简单的分析，如“我家的用水量逐月递减，说明节水措施取得了效果”。通过这个实践任务，使学生真正学以致用。

结语

本文结合小学数学的教学实践，就当前深度学习教学中存在的问题进行了分析，并给出了对应的优化对策。总的来说，深度学习是一种高阶教育诉求，对落实新课程素养教育目标具有积极意义。由于深度学习概念和理论源于教师不太熟悉的信息技术领域，教师容易望文生义，出现概念认知错误、忽视情感态度、教学方法失策等问题，影响深度学习教育价值的发挥。针对这些问题，建议教师在课程结构、学习驱动、信息处理、思维培养、实践迁移等几个策略方向进行优化，以切实保证深度学习的真实、有效。