深度學習導向的智慧混合課堂研究與實踐

吳鵬飛 孟凡

摘? ? 要：深度學習是提升高校教育教學質(zhì)量的必要路徑，同時也是新工科人才培養(yǎng)的新訴求，如何構建智慧混合課堂實現(xiàn)深度學習是當前高等教育領域研究的熱點問題。文章基于深度學習相關理論，設計了深度學習導向的智慧混合課堂學習質(zhì)量評價模型，構建了深度學習導向的智慧混合課堂教學模式，分析了實施的智慧混合課堂實踐案例，探討了信息技術環(huán)境支持下深度學習導向的智慧混合課堂構建問題，以期為新工科背景下高質(zhì)量人才培養(yǎng)提供理論和教學實踐參考。

關鍵詞：新工科；深度學習；智慧課堂；開放學習資源；社會知識網(wǎng)絡

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2024）04-0085-04

隨著世界科學技術的發(fā)展和我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構的轉(zhuǎn)型升級，我國迫切需要大批創(chuàng)新型人才。為了引領新一代科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，教育部2018年“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0”提出要面向工業(yè)界、面向世界、面向未來培養(yǎng)高質(zhì)量新型工程技術人才[1]。為了進一步提升我國高等教育教學質(zhì)量，在國家層面提出了新工科、新農(nóng)科、新文科等建設工程。新工科強調(diào)人才培養(yǎng)要滿足社會工程領域人才需求，要培養(yǎng)工程能力強、具備國際競爭力的卓越工程技術人才。在國際工程教育領域，OBE作為一種先進的工程教育模式和教育理念，強調(diào)以學生為中心、產(chǎn)出導向和持續(xù)改進，突出了學生的學習主體地位、學習成果導向和教師主導持續(xù)改進與評價[2]。

新工科環(huán)境下的人才培養(yǎng)是目前高校教育教學質(zhì)量重點關注的內(nèi)容，在傳統(tǒng)課堂教學模式下，學生常常處于被動灌輸狀態(tài)，學生知識學習和能力培養(yǎng)存在“淺層學習”問題，已經(jīng)不能很好滿足社會對于高素質(zhì)工科人才的要求[3]。深度學習強調(diào)學生的人際協(xié)同合作能

力、批判思考能力、復雜問題解決能力、創(chuàng)造能力等的培養(yǎng)[4]，突出培養(yǎng)學生高層次的思考活動[5]，是提升高校教育教學質(zhì)量的必要路徑，同時也是新工科人才培養(yǎng)的新訴求?；旌鲜浇虒W是在互聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)環(huán)境支持下傳統(tǒng)線下面授教學與網(wǎng)絡在線教學的有機融合，是對傳統(tǒng)課堂中教學資源、教學策略、教學方法等的優(yōu)化組合，為新工科背景下學生的深度學習提供實現(xiàn)途經(jīng)，深度學習和混合學習在人才培養(yǎng)目標上是契合的[6]。智慧混合課堂是開展混合式教學主陣地，能夠?qū)鹘y(tǒng)學習方式的優(yōu)勢和E-Learning的優(yōu)勢有機融合，能夠利用人工智能和大數(shù)據(jù)學習環(huán)境作為支撐，實現(xiàn)傳統(tǒng)面授教學與網(wǎng)絡在線教學優(yōu)勢互補，同時也是對傳統(tǒng)課堂中教學資源、教學策略、教學方法等的優(yōu)化組合[7]。

一、深度學習相關理論基礎

對深度學習的研究，國內(nèi)外學者從不同的角度進行了探討和實踐，并從不同的視角給出了不同的定義。Bentz認為深度學習是一種集智慧、情感，技能、心理，個人和社會經(jīng)驗為一體的能力，這種能力能夠遷移和分享，且具有積極的活力和提升空間[8]。國內(nèi)學者譚爽對深度學習從學習目標、學習結(jié)果、學習策略和學習過程四個維度進行了探討[6]。深度學習評價是判斷深度學習效果的核心內(nèi)容，圍繞著評價維度和評價體系構建，國內(nèi)外研究者和機構提出了多元化的深度學習評價理論模型，例如深層—淺層學習關系理論、深度學習品質(zhì)刻畫、3P學習過程模型、深度學習三維投入理論、知識深度模型、深度學習兼容性框架（NRC）、目標分類模型等[9-14]。

目標分類模型側(cè)重于從記憶、理解、應用、分析、評價、創(chuàng)造六層認知目標維度，單一結(jié)構、多元結(jié)構、關聯(lián)結(jié)構、抽象拓展結(jié)構四層思維結(jié)構維度和接受、反應、價值評價、組織、價值體系個性化五層情感目標維度對深度學習進行度量。除了目標分類模型關注的知識結(jié)構、思維結(jié)構、情感目標外，學習方式、動機表現(xiàn)、自我目標、遷移能力、元認知、行為投入等也是深度學習研究關注的視角。另外，從全球教育領域21世紀人才能力培養(yǎng)和學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)方面來看，除了認知領域維度，人際領域和自我領域也是深度學習研究所需要關注的方向。相對于淺層學習，深度學習雖然不同的學者和機構有不同的定義，但通過梳理國內(nèi)外研究現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)學者們對于深度學習有明顯的特征描述。深度學習的典型特征包括良性知識結(jié)構、高階思維能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力、知識遷移能力、復雜問題解決能力、人際合作能力，積極參與投入行為和有意義學習的過程。另外，大量的教育教學理論研究和實證研究表明，學習者的學習態(tài)度和行為是深度學習品質(zhì)的核心[9]。

基于上述深度學習理論，深度學習評價方法可以分為過程取向、結(jié)果取向和綜合性三種評價方法[15-16]，過程取向評價方法主要從認知投入、情感投入、行為投入等方面進行評價，結(jié)果取向的評價方法主要從概念圖法、思維導圖法、開放型項目問題任務、學業(yè)成就評價等方面進行評價，綜合性評價方法是綜合采用過程取向評價方法和結(jié)果取向評價方法。

二、深度學習導向的智慧混合課堂學習質(zhì)量評價模型構建

基于深度學習模型理論和深度學習評價方法，并采用綜合性評價方法，設計和構建了深度學習導向的智慧混合課堂學習質(zhì)量評價模型，該模型具體包括四大維度：學習動機、學習投入、學習態(tài)度和學習成果。

學習動機維度包括外部動機和內(nèi)部動機指標，外部動機和內(nèi)部動機都是影響學生深度學習的重要因素，因此學習動機維度將外部動機和內(nèi)部動機綜合考慮評價。學習投入維度，參考了深度學習三維投入模型，包括學生在學習過程中的行為投入、認知投入和情感投入指標，具身認知理論也強調(diào)學生全身心積極主動投入?yún)⑴c各種學習活動，能夠帶來思維結(jié)構、知識結(jié)構和情感價值方面的積極改變，為深度學習提供條件。學習成果維度借鑒了國際上比較認同的NRC深度學習兼容性框架模型，包括認知領域、人際領域和自我領域指標，對應知識結(jié)構、思維結(jié)構、問題解決，有效溝通、團隊協(xié)作，學會學習和情感價值三級指標。在學習態(tài)度維度，學習態(tài)度是否良好是學生能否完成深度學習的重要影響因素。深度學習導向的智慧混合課堂學習質(zhì)量評價模型體現(xiàn)了以學生為中心的工程教育理念，突出學生學習成果維度評價，同時也包括了學習動機、學習態(tài)度和學習投入方面的評價，既面向過程，又面向結(jié)果，運用了綜合性評價方法進行深度學習多維度評價。

三、深度學習導向的智慧混合課堂教學模式構建

智慧混合課堂借助了互聯(lián)網(wǎng)、教學平臺、學習資源等優(yōu)勢，可以為深度學習提供實現(xiàn)方法、途經(jīng)和技術保障。雙螺旋深度學習模型是一種基于學習元和社會知識網(wǎng)絡構建的深度學習模型，體現(xiàn)了社會互動、群建共享、認知遞進教學理念[17]。筆者基于雙螺旋深度學習模型和智慧混合課堂學習質(zhì)量評價模型，設計并構建了智慧混合課堂教學模式，如圖1所示。

（一）教師活動及學生活動

教師是智慧混合課堂的設計者、指導者和評價者，需要創(chuàng)建真實的問題情境，使學生從被動式學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃邮綄W習，激發(fā)和調(diào)動學生內(nèi)在的學習需求，并采用多種學習活動和教學策略激發(fā)學生進行深度學習，基于任務驅(qū)動和項目探究引導學生解決復雜問題，促進學生對學習內(nèi)容進行深度加工、遷移反思，保障學生深度學習目標的達成。教師根據(jù)課程目標創(chuàng)設學習情境、呈現(xiàn)學習問題并指導學生分組。學習情境應貼近學生的實際需求，學習問題包括簡單問題和復雜問題，學生分組采取自由結(jié)組或者指定分組。教師在簡單問題解決過程中提供學習支架、引導學習交流并指導協(xié)商論證，提供實時監(jiān)控指導、及時反饋評價，以促進學生個體和群體知識建構。教材在復雜問題解決過程中通過指導小組匯報、評價智慧作品和反饋，引導學生反思學習過程，并指導學生總結(jié)得失和幫助學生提升元認知策略。

學生通過個體、小組和班級形式參與各種活動，感知情境問題，思考解決思路，形成協(xié)作分組；通過分析學習問題，小組成員會產(chǎn)生認知沖突，通過協(xié)商論證達成小組共識；學生通過各種角色任務完成個體知識的建構，通過協(xié)作交流進行小組群體知識建構；在各個小組作品展示過程中，通過分享、觀察、評價作品，并修改完善小組作品，反思學習過程，總結(jié)學習得失，進一步提升元認知策略，從而完成解決復雜問題的過程。學生在個體知識建構和群體知識建構過程中，通過認知投入、行為投入和情感投入，全身心、全過程參與復雜問題的解決過程中，實現(xiàn)深度學習。

（二）深度學習導向教學實施過程

做的經(jīng)驗、觀察的經(jīng)驗和抽象的經(jīng)驗是戴爾的經(jīng)驗之塔三個層次，在教學中需要將參與活動、演示活動和講授活動有機融合、形成合力，為學生提供多層次經(jīng)驗的生成與優(yōu)化，更好地為深度學習的實現(xiàn)提供支持。學生個體、小組群體和班集體的組織形式使得線上教學和線下教學有機融合，通過融合知識網(wǎng)絡和社會網(wǎng)絡的社會知識網(wǎng)絡支持，為學生解決復雜問題提供知識聯(lián)通服務、社會人際資源聯(lián)通服務、協(xié)作學習策略和智能化學習資源支持。復雜問題的解決是通過多個簡單問題的解決才能實現(xiàn)的，在這一過程中，教師基于

OBE理念，通過設計簡單問題和復雜問題，在協(xié)作知識建構和具身認知過程中，完成簡單問題的淺層學習，并在淺層學習基礎上邁向更加深層次的復雜問題的學習。

四、實踐案例及分析

（一）“教學設計原理與方法”課程案例

教育技術學專業(yè)是石家莊鐵道大學開辦的一個工科專業(yè)，“教學設計原理與方法”是教育技術學專業(yè)的一門核心必修課程，也是一門專業(yè)理論與實踐相結(jié)合的綜合性課程，共64學時，包括理論32學時和上機實驗32學時，其為學生后續(xù)的教育軟件項目實踐和開發(fā)奠定基礎。“教學設計原理與方法”課程的教學目標是使學生掌握教學設計的基本思想、基本原理和基本方法；掌握教學設計過程中各個環(huán)節(jié)的編寫方法和技巧；能夠把教學設計的理論與方法應用于教育教學實踐中。在實際的“教學設計原理與方法”課程中，深度學習導向的智慧混合課堂是以學生為中心、以學生教學設計產(chǎn)出為導向和基于設計的研究持續(xù)改進的。以學生為中心建立在學生的教師資格證考試需求、考研升學需求和教學軟件設計開發(fā)需求之上。以學生教學設計產(chǎn)出為導向體現(xiàn)在教案作品、教學課件作品和微課作品等外在產(chǎn)出上?；谠O計的研究持續(xù)改進體現(xiàn)在實際教學過程中，教師通過講授、案例觀摩為學生提供教學設計相關的抽象的經(jīng)驗和觀察的經(jīng)驗，是一種間接經(jīng)驗的生成過程；小組協(xié)作、交流分享為學生提供教學設計相關的做的經(jīng)驗，是一種直接經(jīng)驗的生成過程。

學習資源和學習策略是深度學習導向的智慧混合課堂的基礎，在學習資源方面選用了“教學設計原理與方法”國家級教材和MOOC資源，并在此基礎上聚合了教學設計相關的案例學習資源，為學生提供知識網(wǎng)絡服務，為學習者教學設計相關知識構建提供條件；學習策略方面為學生提供自主學習和協(xié)作學習策略，提供社會化人際聯(lián)通學習服務。在自主學習策略方面，采用任務驅(qū)動方式，學生通過完成線上MOOC資源自主學習任務和教案作品、教學課件作品設計任務，并結(jié)合教師線下評價反饋方式，實現(xiàn)教學設計相關原理與方法的學習；在協(xié)作學習策略方面，采用基于項目的學習方法，學生組建小組項目團隊，協(xié)作完成微課作品設計與開發(fā)項目實踐（復雜問題解決），通過小組討論、協(xié)商、論證分享、觀察、評價實現(xiàn)個體知識建構和小組群體知識建構。

（二）案例分析

2018級29名和2019級31名教育技術學專業(yè)學生參與了深度學習導向的智慧混合課堂實踐，實踐結(jié)束后，學生提交了實驗報告。

學生實驗報告數(shù)據(jù)反映了學生在學習過程中的學習投入、學習動機、學習成果和學習效果。例如，一名學生實驗報告中總結(jié)到：“這是教學設計原理與方法的第二個實驗，同時也是最后一個實驗。我們的此次實驗是通過小組合作來完成一次微課的設計制作，首先我們先設計了PPT的相關文稿，然后利用萬彩動畫大師來制作動畫微課，總體過程還是很順利的，圓滿成功完成此節(jié)課程的最后一次實驗。在實驗過程中，我充分體會到同學之間合作的樂趣，大家一起努力，去大膽的交流自己的想法。此次實驗中，我認為最有趣的事情就是在設計教學內(nèi)容時，要去揣摩小學生的心理，去想怎么設計出來既簡單易懂又讓孩子們感興趣的教學內(nèi)容，我個人認為這個過程是最有趣的同時也是最重要的。最后感謝老師能給我們這個機會，去提前適應一下當老師的感覺，這是一段不錯的實踐經(jīng)歷，給以后的工作奠定了基礎，讓我們體會到老師在備課時的良苦用心?！?/p>

通過對學生實驗報告數(shù)據(jù)進行分析，可以發(fā)現(xiàn)深度學習導向的智慧混合課堂以復雜問題解決作為核心問題，能夠調(diào)動學生的學習積極性，使學生能以教師的角色全身心投入到教學設計和教學過程中。對于沒有教學實踐經(jīng)歷的學生而言，在這一過程中可以把獲取到的教學設計相關理論與方法生成自身的間接經(jīng)驗和直接經(jīng)驗，而不是停留在淺層次的教學設計相關概念和原理的記憶與理解之上。另外，通過小組協(xié)作，提升和鍛煉了學生的有效溝通能力和團隊協(xié)作能力，學生通過完成小組任務，能夠加深集體榮譽感和集體價值感，獲得認知策略并提升學習能力，在社會知識網(wǎng)絡的協(xié)同支持下實現(xiàn)了多維度深度學習和復雜問題的解決。

五、結(jié)論

深度學習導向的智慧混合課堂教學模式不僅是對傳統(tǒng)的以教師為中心的教學模式的變革和突破，而且是對傳統(tǒng)教學模式下教學中“淺層學習”的變革和突破。深度學習導向的智慧混合課堂不僅豐富了新工科背景下混合式教育教學模式理論研究，而且也為解決傳統(tǒng)課堂教學模式下的弊端提供了一定的途徑。在 “互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代，該模式的優(yōu)勢具體表現(xiàn)在以下兩個方面。

1.運用深度學習導向的智慧混合課堂教學模式，有助于提高學生的學習積極性，激發(fā)其創(chuàng)造性。開展深度學習導向的智慧混合課堂，以復雜問題的解決貫穿于教學全過程，使學生在課前、課后根據(jù)自身興趣和偏好去學習教學設計相關知識點，遇到的困難能夠得到教師和同學的幫助并能得到及時解決，激發(fā)了學生的學習主動性。線下課堂上通過協(xié)作知識建構解決復雜問題，在團隊協(xié)作、相互啟發(fā)、相互借鑒的智慧課堂中，能夠最大程度激發(fā)學生的創(chuàng)造性、學習積極性和學習動機，學生在學習過程中不僅是知識的接受者，更是知識的創(chuàng)造者。通過小組和集體活動，個人智慧和集體智慧在智慧課堂中不斷提升。知識網(wǎng)絡和社會網(wǎng)絡作為兩條基本支架，使學生能夠在知識內(nèi)容和人際資源方面建立起知識之間、知識與人、人與人之間的聯(lián)通關系。

2.運用深度學習導向的智慧混合課堂教學模式，有助于教師將更多的時間和精力投入到設計深度教學中。在智慧混合課堂中，教師能夠有更多的時間進行課程學習資源的整合、網(wǎng)絡精品課程內(nèi)容的聚合和拓展，關注學生的教案、微課等作品創(chuàng)作和設計過程，側(cè)重培養(yǎng)學生積極主動的學習興趣和解決復雜問題的能力，激發(fā)學生的創(chuàng)造和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)良好的團隊合作意識。教師在線上線下教學過程中的各個環(huán)節(jié)利用網(wǎng)絡化教學平臺和工具給學生及時、有效、充分的引導和幫助，使每位學生得到個性化發(fā)展，獲得自主學習、協(xié)作學習和混合式學習體驗，對于學生解決專業(yè)復雜問題、發(fā)展專業(yè)技能和培養(yǎng)專業(yè)學習興趣具有長遠和積極的意義。

本文基于深度學習相關理論，設計并構建了深度學習導向的智慧混合課堂學習質(zhì)量評價模型，豐富了智慧混合課堂學習質(zhì)量評價理論。在此基礎上，構建了深度學習導向的智慧混合課堂教學模式，并以“教學設計原理與方法”教學實施案例進行了分析與評價，從而驗證了該模式的有效性。在目前教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，特別是在國家提出建設新工科的背景下，設計與構建智慧教育環(huán)境下的智慧混合教學模式具有重要意義。后續(xù)研究將結(jié)合專業(yè)課程特點，繼續(xù)在其他專業(yè)的課程中深入實踐，并融合教學全過程數(shù)據(jù)進一步完善深度學習導向的智慧混合課堂教學模式和智慧混合課堂學習質(zhì)量評價模型。

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