大數(shù)據(jù)環(huán)境下深度學(xué)習(xí)模型構(gòu)建研究

張 潔

(曲阜師范大學(xué) 傳媒學(xué)院，山東 日照 276826)

0 引言

黨的十八屆五中全會(huì)明確提出，實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，發(fā)展分享經(jīng)濟(jì)，實(shí)施國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略。在此背景下，構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)模型，以促進(jìn)學(xué)習(xí)者能夠達(dá)到深度學(xué)習(xí)的要求。采用文獻(xiàn)分析法和內(nèi)容分析法，研究深度學(xué)習(xí)較之淺層學(xué)習(xí)更能有效促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)，研究證明，這種深度學(xué)習(xí)的模型具有一定的推廣作用與價(jià)值。

1 大數(shù)據(jù)內(nèi)涵

最初大數(shù)據(jù)(Big Data, Mega Data)或稱(chēng)巨量資料，概念由1996年John Mashey[1]提出。維克托·邁爾-舍恩伯格及肯尼斯·庫(kù)克耶的《大數(shù)據(jù)時(shí)代》[2]認(rèn)為大數(shù)據(jù)是指不用隨機(jī)分析法(抽樣調(diào)查)，而分析處理所有數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)具備5V特點(diǎn):Volume(大量)、Velocity(高速)、Variety(多樣)、Value(價(jià)值密度)、Veracity(真實(shí)性)。

李馨在《高等教育大數(shù)據(jù)分析:機(jī)遇與挑戰(zhàn)》[3]一文中提到：大數(shù)據(jù)基本上描述為太大的、超過(guò)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)處理能力的數(shù)據(jù)。它還包括創(chuàng)新的技術(shù)，以捕捉、存儲(chǔ)、分發(fā)、分析和管理不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集。可見(jiàn)，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)相比，大數(shù)據(jù)有著更快的更新速度，更大的存儲(chǔ)量。然而大數(shù)據(jù)的大并不在于數(shù)量之大，而是價(jià)值之大。

2 深度學(xué)習(xí)概念

國(guó)外最早提出深層學(xué)習(xí)的是美國(guó)學(xué)者Ference Marton與Roger Saljoa，兩位學(xué)者在1976年發(fā)表了文章《學(xué)習(xí)的本質(zhì)區(qū)別：結(jié)果和過(guò)程》，提出了深層學(xué)習(xí)與表層學(xué)習(xí)概念并且進(jìn)行了詳細(xì)論述。從最開(kāi)始的理論研究，進(jìn)而發(fā)展為探討深層學(xué)習(xí)影響因素的研究，從學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)者自身、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)等方面分析其對(duì)深層學(xué)習(xí)的影響[4]。

國(guó)內(nèi)較早提出深層學(xué)習(xí)概念的是黎家厚教授，從布魯姆的教育目標(biāo)分類(lèi)學(xué)角度分析，總結(jié)發(fā)現(xiàn)深層學(xué)習(xí)特點(diǎn)為理解與批判性、聯(lián)系與構(gòu)建和遷移與應(yīng)用。段金菊[5]概括了深層學(xué)習(xí)特征，以深層學(xué)習(xí)交互層次模型為依據(jù)，深刻剖析了E-Learning環(huán)境下深度學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)策略，并通過(guò)實(shí)踐分析了其促進(jìn)深層學(xué)習(xí)的效果。

對(duì)于深度學(xué)習(xí)的定義，國(guó)內(nèi)外作出不同解釋。Biggs[6]認(rèn)為深度學(xué)習(xí)包含高水平的或主動(dòng)的認(rèn)知加工；Beattie[7]等人認(rèn)為深度學(xué)習(xí)方式意味著學(xué)生為了理解而學(xué)習(xí)，主要表現(xiàn)為對(duì)新知識(shí)的批判性理解等。國(guó)內(nèi)，焦建利[8]指出：深度學(xué)習(xí)是一種基于理解的學(xué)習(xí)，他強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者批判性地學(xué)習(xí)新思想和新知識(shí)，把它們納入到原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，將原有的知識(shí)遷移到新的情境中，從而幫助決策、解決問(wèn)題。而對(duì)深度學(xué)習(xí)的概念較為認(rèn)可的觀點(diǎn)當(dāng)屬上海師范大學(xué)黎加厚和何玲[9]于2005年在《促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)》下的定義，即：深度學(xué)習(xí)是基于原有知識(shí)能力之上的、以學(xué)習(xí)者主動(dòng)參與為前提、重視知識(shí)結(jié)構(gòu)的建立和認(rèn)知策略的元認(rèn)知過(guò)程，以知識(shí)遷移和認(rèn)知策略遷移解決實(shí)際問(wèn)題為最終目標(biāo)。本文采用黎加厚教授對(duì)深度學(xué)習(xí)的定義。

3 深度學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)

深度(層)學(xué)習(xí)是與淺層學(xué)習(xí)(機(jī)械學(xué)習(xí))相對(duì)應(yīng)的一種學(xué)習(xí)方式，Marton等人[10]發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)可以分為深度(層)學(xué)習(xí)和淺層學(xué)習(xí)兩種，從而分別提出了深度學(xué)習(xí)和淺層學(xué)習(xí)(Surface Learning)的概念，并進(jìn)行了闡述。之后Entwistle、Ramsden等人對(duì)深度學(xué)習(xí)和淺層學(xué)習(xí)的特征及相關(guān)理論分別作了進(jìn)一步闡述。

3.1 淺層學(xué)習(xí)概念

David Mioduser[11]認(rèn)為簡(jiǎn)單活動(dòng)是不需要高階思維能力的參與就可以完成的學(xué)習(xí)任務(wù)，如提交作業(yè)，下載教師提供的相關(guān)資料等都是淺層學(xué)習(xí)。因此，可以對(duì)淺層學(xué)習(xí)進(jìn)行以下形式的描述：淺層學(xué)習(xí)(Surface Learning)是一種低水平思維能力，淺層學(xué)習(xí)行為僅需要低情感投入、低行為投入和簡(jiǎn)單活動(dòng)即可，并且認(rèn)知結(jié)果是概念之間沒(méi)有建立意義聯(lián)系的一種學(xué)習(xí)方式。淺層學(xué)習(xí)是一種機(jī)械學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)者為了單純完成任務(wù)被動(dòng)接受學(xué)習(xí)內(nèi)容，把信息作為孤立、不相關(guān)的事實(shí)接受并記憶。淺層學(xué)習(xí)者需要外部力量驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，如通過(guò)評(píng)分等級(jí)、考試過(guò)關(guān)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)目的就是在測(cè)試或考試中避免失敗，學(xué)生僅關(guān)心下一次考試的知識(shí)內(nèi)容。

3.2 深度學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)

根據(jù)布魯姆教育目標(biāo)在認(rèn)知領(lǐng)域進(jìn)行的分類(lèi)，概括出深度學(xué)習(xí)與淺層學(xué)習(xí)的區(qū)別，如表1所示。

表1 深度學(xué)習(xí)和淺層學(xué)習(xí)特征比較

從表1中可看出，深度學(xué)習(xí)在認(rèn)知結(jié)果上較淺層學(xué)習(xí)會(huì)有更高級(jí)別的表現(xiàn)，如作出決策和解決問(wèn)題；而淺層學(xué)習(xí)在概念方面并沒(méi)有建立起聯(lián)系。在認(rèn)知結(jié)果上，深度學(xué)習(xí)更傾向于使理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)對(duì)概念知識(shí)的認(rèn)知、理解，進(jìn)行概念遷移，最終作出決策和解決實(shí)際問(wèn)題。淺層學(xué)習(xí)則只停留在概念學(xué)習(xí)表面，并沒(méi)有與舊知識(shí)進(jìn)行有效聯(lián)結(jié)，以形成另一種新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。深度學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)習(xí)者的影響及作用比淺層學(xué)習(xí)要深遠(yuǎn)和重要。由此可見(jiàn)，深度學(xué)習(xí)較之淺層學(xué)習(xí)更有利于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果的提升。

4 大數(shù)據(jù)環(huán)境下深度學(xué)習(xí)模型構(gòu)建

4.1 模型構(gòu)建依據(jù)

Eric Jensen和LeAnn Nickelsen[12]認(rèn)為，有意義學(xué)習(xí)是深度學(xué)習(xí)的宗旨，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)意義建構(gòu)對(duì)深度學(xué)習(xí)模型建構(gòu)有著重要指導(dǎo)意義，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)要重視創(chuàng)建外部環(huán)境，以利于學(xué)習(xí)者對(duì)新知識(shí)的意義接受，同時(shí)也有利于學(xué)習(xí)者喚醒已有知識(shí)。根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，應(yīng)該注重學(xué)習(xí)過(guò)程，以支持有意義的學(xué)習(xí)，通過(guò)環(huán)境交互、師生交互、生生交互達(dá)到對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步調(diào)整；還應(yīng)該重視大數(shù)據(jù)環(huán)境下深度學(xué)習(xí)認(rèn)知過(guò)程，進(jìn)一步評(píng)估是否達(dá)到深度學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)結(jié)果。這為本研究框架模型的提出提供了建構(gòu)主義理論依據(jù)。

信息加工理論認(rèn)為，不同學(xué)習(xí)結(jié)果(學(xué)習(xí)目標(biāo))需要不同學(xué)習(xí)條件，需要不同教學(xué)事件的支持，而教學(xué)事件又以學(xué)習(xí)者內(nèi)部條件為基礎(chǔ)，即學(xué)習(xí)者的內(nèi)部認(rèn)知。人們?cè)谶M(jìn)行信息加工時(shí)都會(huì)發(fā)生信息的輸入、處理和輸出這3個(gè)過(guò)程，而且每一個(gè)環(huán)節(jié)的輸出都是下一個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，這為本研究的框架模型的提出提供了信息加工理論的依據(jù)。

黎加厚教授認(rèn)為[9]：深度學(xué)習(xí)是基于原有知識(shí)能力之上的、以學(xué)習(xí)者主動(dòng)參與為前提、重視知識(shí)結(jié)構(gòu)的建立和認(rèn)知策略的元認(rèn)知過(guò)程，以知識(shí)遷移和認(rèn)知策略遷移解決實(shí)際問(wèn)題為最終目標(biāo)。筆者在黎加厚教授定義的基礎(chǔ)上加上了學(xué)習(xí)目標(biāo)分析和教師引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生動(dòng)機(jī)這兩個(gè)階段。大數(shù)據(jù)背景下深度學(xué)習(xí)模型的構(gòu)建，分為前期分析、認(rèn)知過(guò)程和學(xué)習(xí)結(jié)果3個(gè)模塊，如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)背景下的深度學(xué)習(xí)模型的構(gòu)建

4.2 模型分析

從圖1看出，前期分析包括3個(gè)階段，即包括學(xué)習(xí)者分析、學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)、教師引導(dǎo)激發(fā)學(xué)生動(dòng)機(jī)。深度學(xué)習(xí)模型最底層的就是學(xué)習(xí)者分析，學(xué)習(xí)者分析是深度學(xué)習(xí)模型的基礎(chǔ)內(nèi)容，即通過(guò)應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)得出的學(xué)習(xí)者分析結(jié)果對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)作進(jìn)一步的指導(dǎo)。學(xué)習(xí)者分析包括學(xué)習(xí)者需要分析、學(xué)習(xí)內(nèi)容分析和學(xué)習(xí)者風(fēng)格分析，而這些結(jié)果的得出需要大數(shù)據(jù)支持。在我國(guó)，比較公認(rèn)的是譚頂良[13]對(duì)學(xué)習(xí)風(fēng)格所下的定義：學(xué)習(xí)風(fēng)格是學(xué)習(xí)者持續(xù)一貫的帶有個(gè)性特征的學(xué)習(xí)方式，是學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)傾向的總和。這一思想與維果斯基的"最近發(fā)展區(qū)"的思想相一致。教學(xué)不是單純知識(shí)傳遞過(guò)程，而是將知識(shí)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換的過(guò)程并產(chǎn)生積極結(jié)果?？梢?jiàn)，對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行分析就是因材施教的過(guò)程。只有認(rèn)清了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)風(fēng)格，再針對(duì)學(xué)習(xí)者總體或個(gè)體需要來(lái)設(shè)計(jì)和進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，才能實(shí)現(xiàn)完整的教學(xué)組織過(guò)程。

在進(jìn)行學(xué)習(xí)者分析而得出結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定適當(dāng)目標(biāo)。教學(xué)活動(dòng)應(yīng)以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，且始終圍繞實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行。由此可見(jiàn)，教學(xué)目標(biāo)對(duì)整個(gè)教學(xué)過(guò)程實(shí)施都是具有重要指導(dǎo)意義。

教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，作學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和合作者，以激發(fā)學(xué)生動(dòng)機(jī)，讓學(xué)生作學(xué)習(xí)的主人，以學(xué)生為中心。根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，教師不僅是知識(shí)的呈現(xiàn)者，還應(yīng)該重視以及尊重學(xué)生自己對(duì)各種現(xiàn)象的理解，傾聽(tīng)他們時(shí)下的看法，思考他們這些想法的由來(lái)，并以此為依據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生重新認(rèn)識(shí)自己的解釋。教學(xué)應(yīng)在教師指導(dǎo)下以學(xué)習(xí)者為中心，既強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主體作用，也不能忽視教師的主導(dǎo)作用。教師作用從傳統(tǒng)知識(shí)傳遞的權(quán)威者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的輔導(dǎo)者和引導(dǎo)者，成為學(xué)生學(xué)習(xí)的伙伴或合作者。教師是意義建構(gòu)的幫助者、促進(jìn)者，而不是知識(shí)的提供者和灌輸者。學(xué)生是學(xué)習(xí)信息加工的主體，是意義建構(gòu)的積極者、主動(dòng)者，而不是知識(shí)的被動(dòng)接收者和被灌輸?shù)膶?duì)象。教師是教學(xué)的引導(dǎo)者，最終要使學(xué)生實(shí)現(xiàn)獨(dú)立學(xué)習(xí)。

認(rèn)知過(guò)程包括知識(shí)建構(gòu)和認(rèn)知策略形成這兩個(gè)過(guò)程，“知識(shí)建構(gòu)”理論(Knowledge Building)是多倫多大學(xué)安大略教育研究院Marlene Scardamalia和Carl Bereiter上世紀(jì)90年代提出的。

對(duì)于元認(rèn)知策略，雒國(guó)慶[14]在《基于元認(rèn)知策略的負(fù)遷移研究》指出：1976年,美國(guó)斯坦福大學(xué)佛拉維爾教授提出了元認(rèn)知理論。元認(rèn)知是指反映或調(diào)節(jié)認(rèn)知活動(dòng)方面的知識(shí)或認(rèn)知活動(dòng)。Brown進(jìn)一步指出,元認(rèn)知的知識(shí)是學(xué)習(xí)者關(guān)于自身習(xí)得的知識(shí)資源與學(xué)習(xí)情境之間交互的兼容性知識(shí),是關(guān)于認(rèn)知以及策略選擇的知識(shí),是學(xué)習(xí)者在不同語(yǔ)境下如何選擇已貯存的知識(shí)和策略解決問(wèn)題的能力。因此在學(xué)習(xí)過(guò)程中,學(xué)生不再是知識(shí)被動(dòng)的接收者,而是知識(shí)的發(fā)現(xiàn)者和建構(gòu)者,只有具備良好的元認(rèn)知能力的學(xué)生才能夠積極主動(dòng)控制學(xué)習(xí)過(guò)程，構(gòu)建適合自己的學(xué)習(xí)模式，能夠培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力。

鐘志賢[15]在《教學(xué)設(shè)計(jì)的宗旨：促進(jìn)學(xué)習(xí)者高階能力發(fā)展》中指出了高階思維能力的內(nèi)涵及其對(duì)學(xué)習(xí)者未來(lái)發(fā)展的重要性。還指出元認(rèn)知能力、問(wèn)題解決能力等各種高階能力并不是孤立、彌散的,而是以高階思維為核心的能力整體。培養(yǎng)高階能力最有效的方法是與課程內(nèi)容和教學(xué)方式整合,讓學(xué)習(xí)者投入到需要運(yùn)用高階能力/高階思維的學(xué)習(xí)活動(dòng)(如問(wèn)題求解、任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、項(xiàng)目學(xué)習(xí)、反思學(xué)習(xí)等)中。這種學(xué)習(xí)活動(dòng)一般稱(chēng)之為高階學(xué)習(xí)。

5 結(jié)語(yǔ)

教育信息化在繼續(xù)前行，如何使教學(xué)能夠趕上這一時(shí)代背景而不至于落后于國(guó)家政策，這就需要在大數(shù)據(jù)背景下，構(gòu)建一種深度學(xué)習(xí)模型，在大數(shù)據(jù)挖掘、分析等技術(shù)的基礎(chǔ)上有效促進(jìn)學(xué)習(xí)者深度學(xué)習(xí)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的推行。