深度學(xué)習(xí)的實(shí)踐邏輯
——基于認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的視角

● 唐玉溪

深度學(xué)習(xí)是當(dāng)今國際教育學(xué)界的熱門研究領(lǐng)域，亦是推動(dòng)教育變革的重要理念?！吧疃葘W(xué)習(xí)是如何發(fā)生的”成為當(dāng)前國外學(xué)界在深度學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域的前沿問題。［1］盡管學(xué)界為深度學(xué)習(xí)內(nèi)在機(jī)制提出了多種理論假設(shè)，但由于深度學(xué)習(xí)發(fā)生存在著情境、文化及個(gè)體差異等方面因素，學(xué)界尚未對(duì)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生機(jī)制達(dá)成一致認(rèn)識(shí)。要進(jìn)一步把握深度學(xué)習(xí)的發(fā)生規(guī)律，有必要深入到其涉及的腦神經(jīng)機(jī)制方面規(guī)律。有學(xué)者提出要從腦神經(jīng)作用機(jī)制及認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)等方面進(jìn)一步探索深度學(xué)習(xí)的發(fā)生學(xué)原理，［2］啟發(fā)學(xué)界進(jìn)一步探索深度學(xué)習(xí)相關(guān)的神經(jīng)機(jī)制及其對(duì)教育實(shí)踐的啟示。研究學(xué)生深度學(xué)習(xí)具有何種大腦神經(jīng)機(jī)制，既有助于為深度學(xué)習(xí)理論構(gòu)建提供基礎(chǔ)，亦可對(duì)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐提供參考。本研究從深度學(xué)習(xí)理論認(rèn)識(shí)出發(fā)，系統(tǒng)梳理學(xué)界相關(guān)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究成果，挖掘深度學(xué)習(xí)活動(dòng)背后的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制，以期對(duì)教學(xué)實(shí)踐有啟發(fā)作用。

一、深度學(xué)習(xí)發(fā)生的基本條件

課堂教學(xué)情境下的學(xué)生深度學(xué)習(xí)往往需要一系列的前提條件。由多樣化激勵(lì)價(jià)值所誘發(fā)的強(qiáng)烈學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)在推動(dòng)深度學(xué)習(xí)發(fā)生過程中扮演重要角色，而相應(yīng)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)為學(xué)生展開深度學(xué)習(xí)活動(dòng)提供支撐。在學(xué)生深度學(xué)習(xí)發(fā)生的過程中，充裕的認(rèn)知資源不可或缺。

（一）學(xué)習(xí)認(rèn)知富含激勵(lì)價(jià)值

由激勵(lì)價(jià)值感知所誘發(fā)的學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是其深度學(xué)習(xí)發(fā)生的邏輯起點(diǎn)。已有深度學(xué)習(xí)研究主要從如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)入手，如增強(qiáng)同伴對(duì)話反饋、［3］引發(fā)學(xué)生認(rèn)知失衡［4］及借助人工智能手段［5］等，但學(xué)界對(duì)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)何以誘發(fā)深度學(xué)習(xí)機(jī)理尚不清晰，以致在討論具體策略時(shí)過于泛化，具有情景局限性。從認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)視角來看，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是一種效應(yīng)現(xiàn)象。多巴胺系統(tǒng)是影響人類高級(jí)認(rèn)知及動(dòng)機(jī)增強(qiáng)的關(guān)鍵神經(jīng)結(jié)構(gòu)。［6］該系統(tǒng)能夠識(shí)別事物對(duì)自身的激勵(lì)價(jià)值，進(jìn)而控制主動(dòng)認(rèn)知行為。大量實(shí)證研究表明，人類神經(jīng)系統(tǒng)擁有識(shí)別獎(jiǎng)勵(lì)價(jià)值功能及控制執(zhí)行功能兩類神經(jīng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，其相互作用表現(xiàn)為動(dòng)機(jī)效應(yīng)。［7］為此，在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，采取系列讓學(xué)生感受激勵(lì)價(jià)值的措施相當(dāng)重要，如幫助學(xué)生獲得相關(guān)的成就感與愉悅感，讓學(xué)生對(duì)其學(xué)習(xí)內(nèi)容的意義有充分認(rèn)識(shí)，以及使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容產(chǎn)生積極目標(biāo)等。

學(xué)生能否開展教育者預(yù)期的學(xué)習(xí)行為取決于其是否感受到特定形式的激勵(lì)信號(hào)。學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知過程中具有多樣化激勵(lì)信號(hào)，且與學(xué)生個(gè)體需求密切相關(guān)。首先，外在獎(jiǎng)賞預(yù)期會(huì)對(duì)學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程產(chǎn)生影響。學(xué)生會(huì)無意識(shí)地將其學(xué)習(xí)行為與其預(yù)期獲得的結(jié)果聯(lián)系起來，而且近期有獎(jiǎng)勵(lì)的學(xué)習(xí)行為更能獲得強(qiáng)化。學(xué)生的背側(cè)前扣帶皮層、額葉蓋、前島葉等大腦區(qū)域的活動(dòng)與學(xué)生獲得的真實(shí)獎(jiǎng)勵(lì)感知有關(guān)，尤其是前額葉皮質(zhì)區(qū)域的活躍使學(xué)生傾向于選擇能獲得其感知持久獎(jiǎng)勵(lì)的學(xué)習(xí)方式。［8］當(dāng)學(xué)生感知其所進(jìn)行的深度學(xué)習(xí)過程會(huì)帶來預(yù)期獎(jiǎng)勵(lì)，就更有可能采取深度認(rèn)知模式進(jìn)行學(xué)習(xí)。其次，對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容價(jià)值的感知可促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)認(rèn)知，推動(dòng)深度學(xué)習(xí)發(fā)生。研究者通過對(duì)學(xué)生面臨不同學(xué)習(xí)主題時(shí)的事件相關(guān)電位N2pc 成分測(cè)量，發(fā)現(xiàn)學(xué)生更快響應(yīng)其感知到的最有價(jià)值的任務(wù)。［9］學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的意義認(rèn)識(shí)及潛在獎(jiǎng)勵(lì)的積極預(yù)期，使其在深度學(xué)習(xí)過程中更能獲得參與感、目標(biāo)感和挑戰(zhàn)感，從而激活深度學(xué)習(xí)發(fā)生。再次，相較于外在激勵(lì)而言，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容充滿好奇心及興趣所產(chǎn)生的內(nèi)在激勵(lì)更能夠促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生。探索式學(xué)習(xí)本身所帶來的獎(jiǎng)勵(lì)能通過多巴胺激活海馬體，從而使得更復(fù)雜的記憶結(jié)構(gòu)能夠形成。［10］概而言之，使不同情境條件下的學(xué)生認(rèn)識(shí)與感受到顯著的激勵(lì)價(jià)值是推動(dòng)深度學(xué)習(xí)發(fā)生的關(guān)鍵。

（二）知識(shí)經(jīng)驗(yàn)支撐遷移創(chuàng)造

學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)中遷移創(chuàng)造功能的基礎(chǔ)。有學(xué)者提出，深度學(xué)習(xí)需要在學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上理解、聯(lián)結(jié)及遷移知識(shí)。［11］然而，人們對(duì)學(xué)生知識(shí)經(jīng)驗(yàn)背景影響學(xué)生深度學(xué)習(xí)的機(jī)理尚未闡明。從認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)視角看，學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程中需要經(jīng)歷對(duì)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行檢索、處理及編碼等步驟。當(dāng)學(xué)生具備與課程內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)基礎(chǔ)時(shí)，其知識(shí)獲取、信息加工及記憶編碼過程將變得更加容易。這意味著學(xué)生深度學(xué)習(xí)發(fā)生，需要擁有與即將學(xué)習(xí)的知識(shí)相關(guān)的知識(shí)及技能儲(chǔ)備基礎(chǔ)。先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變了學(xué)生學(xué)習(xí)過程機(jī)制，使其從依賴大腦內(nèi)側(cè)顳葉處理轉(zhuǎn)向大腦新皮質(zhì)的記憶生成過程。［12］當(dāng)學(xué)生擁有相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)時(shí)，其后續(xù)對(duì)圖式一致知識(shí)內(nèi)容的加工、記憶及遷移更加容易。

先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)支撐學(xué)生深度學(xué)習(xí)發(fā)生背后存在著多種神經(jīng)機(jī)制，如神經(jīng)突觸捕獲機(jī)制、記憶分配機(jī)制及神經(jīng)元可塑性等機(jī)制，其中記憶方面的機(jī)制尤為關(guān)鍵。非神經(jīng)突觸形式的記憶痕跡，在特定情況下對(duì)學(xué)習(xí)的啟動(dòng)有重要影響。［13］在學(xué)生深度學(xué)習(xí)啟動(dòng)過程中，學(xué)生先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)差異會(huì)影響后續(xù)學(xué)習(xí)過程所需的時(shí)間、過程及效果。學(xué)者們通過核磁共振成像實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，右海馬體及右側(cè)前額葉皮層在學(xué)生通過對(duì)已有的知識(shí)進(jìn)行整合、進(jìn)行自我推導(dǎo)以生成及積累新的知識(shí)過程中扮演重要角色。［14］學(xué)生深度學(xué)習(xí)需要調(diào)用已有的知識(shí)，當(dāng)缺乏與所需要學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)時(shí)，學(xué)生就難以有效地建構(gòu)起新的知識(shí)體系。

學(xué)生深度學(xué)習(xí)需要對(duì)原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行批判反思。學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程并非對(duì)原有知識(shí)的簡單復(fù)制，而是要?jiǎng)討B(tài)關(guān)聯(lián)、反思及重構(gòu)原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。一方面，學(xué)生先前存在的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)觀點(diǎn)會(huì)影響深度學(xué)習(xí)發(fā)生，需要對(duì)錯(cuò)誤知識(shí)觀點(diǎn)加以批判。此種先前學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)阻礙后續(xù)學(xué)習(xí)的現(xiàn)象被稱之為記憶主動(dòng)干擾。［15］在一些科學(xué)概念的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生對(duì)一些自然現(xiàn)象的誤解會(huì)抑制其充分理解的過程。研究者通過功能性磁共振成像發(fā)現(xiàn)，記憶提取現(xiàn)象在對(duì)科學(xué)概念產(chǎn)生誤解的學(xué)生群體中較為普遍，表明了原有知識(shí)記憶導(dǎo)致了學(xué)生的誤解。［16］這意味著驅(qū)動(dòng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)發(fā)生所需要的相關(guān)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該是正確的知識(shí)觀點(diǎn)。另一方面，學(xué)生深度學(xué)習(xí)需要主動(dòng)對(duì)自身知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級(jí)，以提升創(chuàng)造力水平。對(duì)已有固定化、陳舊化知識(shí)觀點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別及抑制傳統(tǒng)慣性思維的創(chuàng)造性思維模式，有助于實(shí)現(xiàn)更高階認(rèn)知目標(biāo)，其與顳中回的神經(jīng)機(jī)制有關(guān)。［17］為此，深度學(xué)習(xí)發(fā)生需要建立在原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，并且持續(xù)展開批判、反思及遷移創(chuàng)造。

（三）合理調(diào)用必需神經(jīng)資源

深度學(xué)習(xí)發(fā)生需要學(xué)生擁有相應(yīng)的認(rèn)知思維神經(jīng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及合理的認(rèn)知資源調(diào)用模式。首先，學(xué)生深度學(xué)習(xí)活動(dòng)需擁有一定認(rèn)知思維神經(jīng)基礎(chǔ)。學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)不斷關(guān)聯(lián)及聯(lián)結(jié)是其深度學(xué)習(xí)的重要表征，而在實(shí)踐中常常能發(fā)現(xiàn)不同學(xué)生知識(shí)關(guān)聯(lián)能力存在顯著差異。學(xué)生知識(shí)關(guān)聯(lián)及創(chuàng)造新概念的能力與其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)連接功能有關(guān)。認(rèn)知神經(jīng)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，大腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間動(dòng)態(tài)連接能力與學(xué)生創(chuàng)造性思維表現(xiàn)密切相關(guān)。［18］這種大腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接能力既與先天遺傳因素有關(guān)，又可通過后天訓(xùn)練逐漸形成，還會(huì)隨著年齡增長而動(dòng)態(tài)變化。學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)和小腦網(wǎng)絡(luò)此種影響創(chuàng)造力的關(guān)鍵神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)隨著年齡增長而變化。［19］與高階認(rèn)知能力相關(guān)的神經(jīng)基礎(chǔ)是學(xué)生深度學(xué)習(xí)的核心條件。

其次，學(xué)生深度學(xué)習(xí)需要在認(rèn)知負(fù)荷之內(nèi)主動(dòng)投入認(rèn)知資源。一方面，學(xué)生需要主動(dòng)調(diào)動(dòng)認(rèn)知資源解決學(xué)習(xí)問題。由于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會(huì)無意識(shí)地避免投入過多的認(rèn)知成本及精神努力，使得深度學(xué)習(xí)的發(fā)生并非易事。在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，大腦背內(nèi)側(cè)和外側(cè)額葉皮質(zhì)中的活動(dòng)使其傾向于選擇預(yù)期認(rèn)知成本較低的路徑。［20］認(rèn)知成本的存在使學(xué)生在有意或無意中避免選擇耗費(fèi)較高認(rèn)知成本的深度學(xué)習(xí)方式，傾向選擇認(rèn)知需求較低的學(xué)習(xí)路徑。與采取新的學(xué)習(xí)策略相比，學(xué)生更有可能選擇慣用的學(xué)習(xí)策略，即使該學(xué)習(xí)策略并非該學(xué)習(xí)任務(wù)的最優(yōu)解。通過事件相關(guān)電位實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在處理不同類型問題時(shí)，更傾向于選取同質(zhì)的問題解決策略。［21］另一方面，學(xué)生深度學(xué)習(xí)需要保證在其認(rèn)知負(fù)荷之內(nèi)。認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為，由于學(xué)生的信息處理及記憶能力有限，過高的認(rèn)知負(fù)荷會(huì)影響學(xué)生學(xué)習(xí)及遷移。［22］學(xué)生處理高難度的學(xué)習(xí)材料同樣需要耗費(fèi)較高的認(rèn)知資源。對(duì)于抽象性的圖表、概念及知識(shí)點(diǎn)等需較高學(xué)習(xí)處理能力的學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生的大腦P3b 成分活動(dòng)更為活躍，說明需要學(xué)生投入較高的認(rèn)知成本。［23］對(duì)復(fù)雜性學(xué)習(xí)內(nèi)容的預(yù)處理可在某種程度上降低其認(rèn)知成本，使學(xué)生深度學(xué)習(xí)更容易發(fā)生。

二、深度學(xué)習(xí)發(fā)生的過程機(jī)制

學(xué)生進(jìn)行有效的知識(shí)加工、通過多種形式促進(jìn)知識(shí)理解及保持足夠的專注力是深度學(xué)習(xí)發(fā)生尤為關(guān)鍵且相互協(xié)同的過程機(jī)制。

（一）增強(qiáng)知識(shí)加工深度

學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程中需要對(duì)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行有效加工。師生共同對(duì)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行深度加工是深度學(xué)習(xí)應(yīng)有之義。［24］知識(shí)加工對(duì)學(xué)生深度學(xué)習(xí)而言是基礎(chǔ)性過程環(huán)節(jié)，在推動(dòng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程中理解相應(yīng)認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制活動(dòng)尤為關(guān)鍵。例如，學(xué)者發(fā)現(xiàn)額葉、前額葉皮質(zhì)及小腦后部的功能連接影響了學(xué)習(xí)者對(duì)文學(xué)故事的認(rèn)知處理過程。［25］又如，在數(shù)學(xué)知識(shí)加工過程中涉及到認(rèn)知控制、數(shù)量處理、陳述性記憶及工作記憶等多個(gè)腦回路系統(tǒng)，其中認(rèn)知控制腦回路調(diào)控了信息在不同大腦系統(tǒng)之間的流動(dòng)、整合及操作。［26］學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程需要多個(gè)大腦功能系統(tǒng)協(xié)同，且不同學(xué)科知識(shí)內(nèi)容加工所涉及到的大腦功能區(qū)域既有共同之處，又有差異，如除了共享雙側(cè)頂葉神經(jīng)區(qū)域之外，學(xué)習(xí)者數(shù)字思維還與左側(cè)頂內(nèi)溝激活相關(guān)，而空間思維則關(guān)聯(lián)額中回活動(dòng)。［27］教育者在掌握不同類型知識(shí)內(nèi)容加工神經(jīng)機(jī)制背后的關(guān)聯(lián)機(jī)理后，能更好地推動(dòng)學(xué)生知識(shí)的銜接及遷移。

推動(dòng)學(xué)生知識(shí)深度加工過程需要接受專業(yè)訓(xùn)練指導(dǎo)以及采取適切學(xué)習(xí)策略。學(xué)生可以通過輔導(dǎo)訓(xùn)練及反復(fù)練習(xí)獲得更有效學(xué)習(xí)的知識(shí)加工機(jī)制。研究者通過對(duì)學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練前后的問題處理表現(xiàn)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過短期培訓(xùn)后學(xué)生在處理相似問題時(shí)表現(xiàn)提高了11%，而在面對(duì)新問題時(shí)其近遷移能力也獲得有效的提升。在這過程中，右前海馬體和海馬旁回發(fā)揮主要的促進(jìn)作用。為學(xué)生提供合理的學(xué)習(xí)遷移策略能使得其知識(shí)獲得及遷移效果更加顯著。重視認(rèn)知靈活性的策略有助于學(xué)生實(shí)現(xiàn)技能的遷移。［28］合理的策略能夠提升深度學(xué)習(xí)效果。例如，在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，其處理圖像的大腦機(jī)制與處理語言交互的大腦機(jī)制并不一致，當(dāng)學(xué)生采取言語學(xué)習(xí)及視覺學(xué)習(xí)相結(jié)合的學(xué)習(xí)策略時(shí)，大腦處理學(xué)習(xí)信息的性能相應(yīng)加強(qiáng)。［29］此外，不同的個(gè)體存在著學(xué)習(xí)速度及其相關(guān)聯(lián)的神經(jīng)表征差異。學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生個(gè)體呈現(xiàn)出更加獨(dú)立的大腦神經(jīng)回路連接模式。［30］教育者需要因材施教引導(dǎo)學(xué)生個(gè)性化地完成知識(shí)深度加工及遷移任務(wù)。

（二）綜合理解知識(shí)內(nèi)容

對(duì)于學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程而言，理解無疑是其核心要素。有學(xué)者將促進(jìn)理解作為推動(dòng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的教學(xué)模式設(shè)計(jì)導(dǎo)向。［31］學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中達(dá)到對(duì)學(xué)科知識(shí)綜合理解的狀態(tài)往往意味著學(xué)生明白其所接觸的學(xué)科知識(shí)涉及的種種關(guān)系，形成對(duì)特定知識(shí)內(nèi)容的整體理解，并能夠在日后快速檢索及基于不同情景遷移應(yīng)用。此種綜合理解知識(shí)內(nèi)容的深度學(xué)習(xí)過程，可推動(dòng)學(xué)生從機(jī)械化淺層次知識(shí)記憶走向靈活性深層次知識(shí)應(yīng)用。

學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程中需要對(duì)學(xué)習(xí)材料進(jìn)行有效編碼處理。對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)處理有助于促進(jìn)學(xué)生的理解及記憶。生動(dòng)、詳細(xì)及情景性的學(xué)習(xí)內(nèi)容可保持在學(xué)生的大腦海馬體中，而陳述性的知識(shí)內(nèi)容通常保留在大腦皮層之中，這些大腦皮質(zhì)間的連接隨著時(shí)間而弱化，導(dǎo)致記憶痕跡的減弱。［32］學(xué)生應(yīng)與學(xué)習(xí)材料建立意義連接。當(dāng)學(xué)生能夠深度理解所接觸的學(xué)習(xí)材料后，其將建立新的腦回路連接關(guān)系，有助于學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移應(yīng)用。研究者對(duì)數(shù)學(xué)教學(xué)中案例學(xué)習(xí)和言語指導(dǎo)式學(xué)習(xí)兩種情況下學(xué)生大腦激活區(qū)域的差異進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在案例學(xué)習(xí)中前額葉和頂葉大腦區(qū)域顯著活躍，而在言語指導(dǎo)下負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)和視覺的大腦區(qū)域顯著活躍。但是在學(xué)生理解所學(xué)問題后，兩種情況下學(xué)生大腦的激活模式趨向一致。［33］學(xué)生需要避免理解過程存在的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。與理解相反的誤解時(shí)常存在于學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，從而妨礙了學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。研究者發(fā)現(xiàn)，專業(yè)人員和初學(xué)者在分析錯(cuò)誤電路問題時(shí)大腦激活方式存在差異，專家更傾向于抑制容易導(dǎo)致誤解的大腦區(qū)域，而初學(xué)者無法有效抑制，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤回答。［34］學(xué)生深度學(xué)習(xí)既需對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容有足夠的理解，也應(yīng)分辨容易導(dǎo)致誤解的認(rèn)識(shí)，并對(duì)容易產(chǎn)生誤解的思維模式進(jìn)行認(rèn)知抑制。

（三）專注參與知識(shí)學(xué)習(xí)

學(xué)生有效控制學(xué)習(xí)過程的專注力及注意力，增加學(xué)習(xí)參與度及投入度，對(duì)其促進(jìn)深度學(xué)習(xí)過程有重要作用。有學(xué)者指出，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)及學(xué)習(xí)投入是課堂教學(xué)實(shí)踐中普遍存在的問題，需要重新設(shè)計(jì)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生在行為、情感及認(rèn)知上的參與，以達(dá)到深度學(xué)習(xí)狀態(tài)。［35］學(xué)生學(xué)習(xí)過程中與外界交互方式影響深度學(xué)習(xí)過程。在課堂教學(xué)情境中，師生互動(dòng)、同伴關(guān)系與學(xué)習(xí)主題等因素均對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)注意力有一定影響。這種機(jī)制與學(xué)生了解自己及他人意向的社會(huì)認(rèn)知能力相關(guān)，均涉及延髓前額葉皮層的參與，可通過刺激引導(dǎo)的方式提高學(xué)生專注力。［36］另外，學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程需要恰當(dāng)?shù)那榫w狀態(tài)。積極的情緒提高注意力范圍，而消極情緒則對(duì)注意力有負(fù)面影響。［37］學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程中需監(jiān)測(cè)及動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)情緒，避免分散深度學(xué)習(xí)所需要的認(rèn)知資源。

學(xué)生深度學(xué)習(xí)發(fā)生過程需要注重持續(xù)認(rèn)知控制。學(xué)生學(xué)習(xí)需由多個(gè)神經(jīng)元集群的協(xié)調(diào)活動(dòng)所驅(qū)動(dòng)，并依靠神經(jīng)元群體活動(dòng)的改變而達(dá)到學(xué)習(xí)效果，但其在短期內(nèi)難以完成大規(guī)模的神經(jīng)重塑。［38］學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)活動(dòng)的過程往往需要進(jìn)行多次的知識(shí)加工及耗費(fèi)較大的認(rèn)知資源，這亦要求學(xué)生在深度學(xué)習(xí)過程中保持足夠?qū)Ｗ⒘?。學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程需要避免有限認(rèn)知資源爭奪。對(duì)于單線程的學(xué)習(xí)內(nèi)容處理而言，多線程的學(xué)習(xí)內(nèi)容處理會(huì)引發(fā)特定的神經(jīng)資源競爭，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果下降。例如，學(xué)生閱讀及聽力均共享左前顳葉和左角顱的神經(jīng)機(jī)制，同時(shí)要求學(xué)生進(jìn)行兩種形式的學(xué)習(xí)處理會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)資源間的競爭，降低學(xué)習(xí)效率。［39］當(dāng)存在著多維感知及交互形式的學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，學(xué)生需要避免使用引發(fā)認(rèn)知資源競爭的學(xué)習(xí)方式，以免阻礙深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

三、深度學(xué)習(xí)發(fā)生的結(jié)果表征

由于特定神經(jīng)機(jī)制的作用，學(xué)生深度學(xué)習(xí)最終指向高階思維形塑、多元素養(yǎng)培育以及良好學(xué)習(xí)習(xí)慣養(yǎng)成等方面結(jié)果，使得學(xué)生能夠更好地將知識(shí)技能遷移到新的問題情境解決上，逐步成長為符合社會(huì)需要的人才。

（一）高階思維形塑

學(xué)生深度學(xué)習(xí)以知識(shí)遷移應(yīng)用及問題解決為標(biāo)識(shí)，反映了學(xué)生高階思維的形成。學(xué)生深度學(xué)習(xí)，推動(dòng)其思維往更高的層級(jí)進(jìn)階，提升其未來解決新問題時(shí)的遷移能力。學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程中對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行主動(dòng)建構(gòu)、思考及轉(zhuǎn)化，可有效激發(fā)其大腦相關(guān)區(qū)域的活躍性，促進(jìn)新的腦神經(jīng)回路建立穩(wěn)定連接。研究者發(fā)現(xiàn)，在諸多需要學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性活動(dòng)的領(lǐng)域中，學(xué)生在開展此類活動(dòng)時(shí)其大腦活動(dòng)模式及腦區(qū)連接模式趨向一致，涉及大范圍的腦區(qū)交互。［40］學(xué)生通過多次深度學(xué)習(xí)所形塑的腦神經(jīng)回路，在面對(duì)不同形式的創(chuàng)造性任務(wù)時(shí)能發(fā)揮相似的功用，標(biāo)志著高階思維能力的形成。由額葉及頂葉腦區(qū)域組成的“默認(rèn)”“突出”及“執(zhí)行”的腦功能網(wǎng)絡(luò)同時(shí)大規(guī)?；顒?dòng)是表征高創(chuàng)造思維的大腦功能連接模式。［41］這些大腦功能連接模式可以有效提升學(xué)生后續(xù)的創(chuàng)造力水平及質(zhì)量。學(xué)生在經(jīng)過反復(fù)多次的深度學(xué)習(xí)實(shí)踐后，其預(yù)測(cè)思維、發(fā)散思維及創(chuàng)造思維等高階思維能夠獲得有效的培育，可達(dá)成深度學(xué)習(xí)指向高階思維形塑的目標(biāo)。

（二）多元素養(yǎng)培育

學(xué)生深度學(xué)習(xí)最終指向人際技能、自我發(fā)展技能以及認(rèn)知技能等有助于個(gè)體發(fā)展及適應(yīng)社會(huì)要求的素養(yǎng)生成，而這些素養(yǎng)生成的背后原因在于特定的神經(jīng)機(jī)制形成。技能學(xué)習(xí)的結(jié)果表現(xiàn)為分布式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間的同步連接發(fā)生變化。［42］學(xué)生深度學(xué)習(xí)有助于其形成展開人際交往及社會(huì)實(shí)踐中恰當(dāng)?shù)乃仞B(yǎng)。研究者發(fā)現(xiàn)，人們的社會(huì)學(xué)習(xí)及交往能力取決于過去經(jīng)驗(yàn)，其能夠利用過去經(jīng)驗(yàn)中的道德編碼信息指導(dǎo)未來實(shí)踐，這種刺激泛化機(jī)制與杏仁核中神經(jīng)激活模式有關(guān)。［43］學(xué)生對(duì)特定學(xué)科內(nèi)容所蘊(yùn)含間接經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行深度加工及直接深度參與社會(huì)實(shí)踐，有助于學(xué)生掌握社會(huì)學(xué)習(xí)及道德決策方面的技能，表現(xiàn)為學(xué)生建立起適應(yīng)社會(huì)規(guī)范的神經(jīng)機(jī)制。研究者發(fā)現(xiàn)，在亞屬前扣帶皮層區(qū)域的神經(jīng)活動(dòng)作用下，當(dāng)人們不斷將某些不道德的行為加強(qiáng)認(rèn)知，在遇到特定道德難題的情境時(shí)，更有可能自動(dòng)地將這些不道德的行為排除在道德決策范圍之外。［44］學(xué)生通過深度學(xué)習(xí)可形成相應(yīng)的道德決策方面的神經(jīng)回路。簡言之，學(xué)生經(jīng)過多種形式的深度學(xué)習(xí)，可促進(jìn)特定神經(jīng)機(jī)制的形成，從而使得學(xué)生在新的問題情境中表現(xiàn)出有效的問題解決能力及遵循社會(huì)規(guī)范的恰當(dāng)行為。

（三）學(xué)習(xí)習(xí)慣優(yōu)化

深度學(xué)習(xí)除了能幫助學(xué)生形成高階思維，提升元認(rèn)知能力及問題解決能力之外，還能提升學(xué)生在后續(xù)學(xué)習(xí)過程中對(duì)知識(shí)檢索、處理及建構(gòu)方面的效率，可從整體上優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣。學(xué)生經(jīng)常進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，可促使其對(duì)相關(guān)知識(shí)及技能之間的聯(lián)系理解更為深入，有利于其進(jìn)行高質(zhì)量的知識(shí)與技能遷移。在學(xué)生經(jīng)歷多次類比推理訓(xùn)練后，其相關(guān)大腦區(qū)域的耦合加強(qiáng)，呈現(xiàn)出功能性連接的特征。［45］學(xué)生在長期深度學(xué)習(xí)過程中會(huì)形成特定的神經(jīng)功能性連接，使得學(xué)生相關(guān)思維及行為更加流暢。通常而言，學(xué)生在面臨多重學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，其深度加工處理能力往往有所下降，但經(jīng)過長時(shí)間高頻次的訓(xùn)練后，可提高學(xué)生同時(shí)處理多學(xué)習(xí)任務(wù)的能力。學(xué)生的大腦中前額葉皮層在多次訓(xùn)練后可以將前額葉細(xì)胞分離成可獨(dú)立處理特定任務(wù)的神經(jīng)元集群，可減少不同任務(wù)之間的相互干擾。［46］此種大腦中的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)發(fā)生特異性變化能夠幫助其形成多學(xué)習(xí)任務(wù)處理習(xí)慣。此外，學(xué)生在深度學(xué)習(xí)過程中，可通過目標(biāo)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)機(jī)制引導(dǎo)自身開展批判性思考、主動(dòng)性認(rèn)知及高層級(jí)精神資源投入等深度學(xué)習(xí)相關(guān)的行為，促進(jìn)其學(xué)習(xí)習(xí)慣優(yōu)化。目標(biāo)導(dǎo)向?qū)W習(xí)系統(tǒng)涉及眶額皮質(zhì)、背內(nèi)側(cè)紋狀體和背外側(cè)紋狀體等大腦神經(jīng)區(qū)域，在特定情況下可轉(zhuǎn)向習(xí)慣學(xué)習(xí)系統(tǒng)。［47］此種學(xué)習(xí)模式的轉(zhuǎn)換，可使得深度學(xué)習(xí)成為學(xué)生無意識(shí)的默認(rèn)學(xué)習(xí)方式。

四、對(duì)課堂教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的啟示

在系統(tǒng)對(duì)深度學(xué)習(xí)涉及的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)理進(jìn)行探討后，可為課堂教學(xué)優(yōu)化提供實(shí)踐策略。具體應(yīng)從打造有深度教學(xué)特質(zhì)的課堂、教師加強(qiáng)對(duì)課堂教學(xué)的反思、長期推動(dòng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練以及給予學(xué)生高質(zhì)量的個(gè)性化反饋四個(gè)方面入手。

（一）打造有深度教學(xué)特質(zhì)的課堂

要推動(dòng)課堂教學(xué)中學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，需要教師對(duì)其課堂教學(xué)模式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以深度教學(xué)引領(lǐng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。首先，教師要對(duì)所面向的學(xué)生群體特征與學(xué)習(xí)狀態(tài)有充分了解。學(xué)生身心特征及已有的知識(shí)、技能和情感等方面的儲(chǔ)備是學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。教師在課堂教學(xué)中對(duì)學(xué)生群體的特征及學(xué)習(xí)狀況了解越充分，其在教學(xué)中所采取的引導(dǎo)方式就越有可能符合學(xué)生的深度學(xué)習(xí)發(fā)生需要。其次，教師在課堂教學(xué)中還應(yīng)重視識(shí)別學(xué)生是否具備進(jìn)入深度學(xué)習(xí)的狀態(tài)。學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)將影響學(xué)生對(duì)于非良構(gòu)知識(shí)、復(fù)雜性問題及抽象性概念等高階任務(wù)的深度學(xué)習(xí)效果。學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備狀態(tài)與其大腦學(xué)習(xí)信息處理能力及記憶生成速率有密切關(guān)系，且其學(xué)習(xí)狀態(tài)并不穩(wěn)定。教師在教學(xué)中需及時(shí)觀察并調(diào)整引導(dǎo)策略，使學(xué)生有意識(shí)地優(yōu)化學(xué)習(xí)準(zhǔn)備狀態(tài)，并針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)變化而改變教學(xué)任務(wù)及策略，以優(yōu)化學(xué)生深度學(xué)習(xí)進(jìn)程。其次，教師需要在課堂教學(xué)中合理設(shè)計(jì)、處理及呈現(xiàn)學(xué)生容易轉(zhuǎn)化吸收、蘊(yùn)含特定教育價(jià)值的教學(xué)材料。當(dāng)教師有意識(shí)地提供具有生動(dòng)知識(shí)特性、具備深刻情景體驗(yàn)屬性及豐富認(rèn)知內(nèi)涵的教學(xué)材料時(shí)，可使學(xué)生在深度學(xué)習(xí)過程中更易產(chǎn)生內(nèi)在的認(rèn)知聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)生深度理解及獲得可遷移應(yīng)用能力。

（二）教師需加強(qiáng)對(duì)課堂教學(xué)反思

教師能否有效地反思自己的課堂教學(xué)是影響學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程的重要因素。在課堂教學(xué)中，教師及時(shí)察覺自身教學(xué)狀態(tài)、提升與學(xué)生的互動(dòng)質(zhì)量以及達(dá)到教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)的同步，均對(duì)促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程產(chǎn)生影響。教學(xué)中學(xué)生顳葉前部的腦活動(dòng)狀態(tài)與教師顳頂聯(lián)合區(qū)的腦活動(dòng)狀態(tài)同步時(shí)，更能取得良好的教學(xué)效果。［48］這些腦區(qū)的活動(dòng)分別與學(xué)生知識(shí)認(rèn)知、教師的教學(xué)預(yù)測(cè)與反思有關(guān)，說明教師恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)反思與教學(xué)引導(dǎo)，對(duì)學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程有促進(jìn)作用。教師應(yīng)及時(shí)對(duì)課堂教學(xué)中學(xué)生知識(shí)加工程度、知識(shí)理解水平及學(xué)生學(xué)習(xí)參與度進(jìn)行反思。教師專業(yè)發(fā)展對(duì)其在課堂教學(xué)中的反思能力有促進(jìn)作用，教師可以通過專業(yè)發(fā)展方面的培訓(xùn)加強(qiáng)自身對(duì)課堂教學(xué)的反思能力。

（三）長期推動(dòng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練

從深度學(xué)習(xí)發(fā)生的神經(jīng)機(jī)理可以發(fā)現(xiàn)，深度學(xué)習(xí)背后的神經(jīng)機(jī)制形塑是長期、緩慢且復(fù)雜的過程。學(xué)生深度學(xué)習(xí)的過程及理想結(jié)果的產(chǎn)生需要諸多觸發(fā)前提。對(duì)于多數(shù)學(xué)生而言，其難以快速地達(dá)到深度學(xué)習(xí)狀態(tài)并形成深度學(xué)習(xí)習(xí)慣。學(xué)生學(xué)習(xí)過程需要大腦中特定的神經(jīng)元進(jìn)行連接與重組，而這些神經(jīng)元通常有相對(duì)穩(wěn)定的連接模式，使其建立起新的連接需要充分訓(xùn)練。在推動(dòng)學(xué)生走向深度學(xué)習(xí)的過程中，需要給予學(xué)生充分的深度認(rèn)知及深度加工時(shí)間，讓其在具體的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)、內(nèi)容和主題中有足夠的體驗(yàn)、練習(xí)及思考空間。在此過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多次訓(xùn)練也相當(dāng)重要。短期集中式學(xué)習(xí)訓(xùn)練并不能取得較好效果，而具有固定時(shí)間間隔的訓(xùn)練或不定時(shí)間間隔的訓(xùn)練可使得學(xué)生獲得更好的深度學(xué)習(xí)效果。神經(jīng)重塑難以在短期內(nèi)進(jìn)行，這主要源于學(xué)生學(xué)習(xí)涉及到神經(jīng)元信號(hào)級(jí)聯(lián)動(dòng)力學(xué)、樹突狀脊柱重塑和轉(zhuǎn)錄協(xié)同作用。［49］為使得學(xué)生獲得預(yù)期深度學(xué)習(xí)效果，教師應(yīng)采取多次訓(xùn)練及間隔訓(xùn)練的教學(xué)策略。

（四）給予學(xué)生高質(zhì)量個(gè)性化反饋

學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生需要強(qiáng)烈的動(dòng)機(jī)及足夠的專注力進(jìn)行支撐，教師給予學(xué)生高質(zhì)量個(gè)性化反饋有助于鼓勵(lì)學(xué)生采取積極的學(xué)習(xí)行動(dòng)，推動(dòng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程發(fā)生。學(xué)生在深度學(xué)習(xí)過程中獲得的學(xué)習(xí)反饋包括其自身對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的價(jià)值與意義感知、正式的學(xué)習(xí)測(cè)試，以及學(xué)習(xí)帶來直接及間接獎(jiǎng)勵(lì)的預(yù)期等。多種形式的學(xué)習(xí)反饋是維持學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程的關(guān)鍵因子，能促使學(xué)生在深度學(xué)習(xí)過程中充分調(diào)動(dòng)腦力資源及對(duì)深度學(xué)習(xí)過程充滿積極的信念。為此，教師在特定課程內(nèi)容課堂教學(xué)中應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)測(cè)試，并根據(jù)學(xué)生的測(cè)試情況給予個(gè)性化的指導(dǎo)。教師需要在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中實(shí)施適當(dāng)?shù)男纬尚栽u(píng)價(jià)，通過反饋的形式加強(qiáng)學(xué)生對(duì)自身學(xué)習(xí)的元認(rèn)知及學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，使其增加深度學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)投入。在學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力不足的情況下，教師個(gè)性化的關(guān)懷亦可推動(dòng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

五、結(jié)語

對(duì)深度學(xué)習(xí)涉及的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)理探索可以為學(xué)者及教師更好地把握學(xué)生深度學(xué)習(xí)如何發(fā)生提供神經(jīng)機(jī)制層面的參考。深度學(xué)習(xí)的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制是人們整體性認(rèn)識(shí)課堂教學(xué)中的學(xué)生深度學(xué)習(xí)發(fā)生的重要視角，人們可以將教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、深度學(xué)習(xí)的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)理及其他層次的深度學(xué)習(xí)理論三者進(jìn)行相互印證，指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐變革。隨著腦神經(jīng)科學(xué)研究技術(shù)的進(jìn)步，學(xué)生深度學(xué)習(xí)規(guī)律有望得到進(jìn)一步探明。在后續(xù)研究中，除了要進(jìn)一步推進(jìn)深度學(xué)習(xí)的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)理研究之外，人們還需要貫通不同研究視角的深度學(xué)習(xí)理論，并在教學(xué)實(shí)踐中審慎地及符合教學(xué)倫理地展開試驗(yàn)，以總結(jié)出可推廣的教學(xué)方法，以期推動(dòng)課堂教學(xué)中學(xué)生更好地進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。