深度学习在实践教学中的应用研究

杜红乐，张燕

深度学习在实践教学中的应用研究

杜红乐，张燕

深度学习指在教师的引导下学生以有意义学习、自主学习、探究学习等方式充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，在深入分析深度学习的含义、现状的基础上，在《路由与交换技术》课程中进行深度学习尝试，从课程实践教学安排到各个教学环节的实施，到多元化的考核方式对深度学习进行探讨，培养学生实践能力、创新意识、创新精神及团队合作意识等综合能力，在该课程的教学实践过程中取得比较好的教学效果。

深度学习；自主学习；有意义学习；探究学习

0 引言

1972年5月，联合国教科文组织（UNESCO）的国际教育发展委员会提出的报告《学会生存》就曾指出：“未来的文盲不再是目不识丁的人，而是没有学会学习的人。”1996年4月11日，联合国教科文组织“国际21世纪教育委员会”正式提交了一份报告《学习——内在的财富》，该报告将学会学习作为21世纪教育的核心。《国家中长期教育改革和发展规划纲要》（2010-2020年）明确指出，教育改革发展要“坚持能力为重，着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力”。由此可见，学会学习的重要性是显而易见的，学会学习是时代发展的要求，是素质教育的重要目标之一。据统计，在大学所学的知识，能应用到工作中的不过10%左右，因此“授人鱼不如授人以渔”，教会学生自学能力比教授知识给学生更有利于学生以后的发展，另外在后续的工作学习中，发现问题、分析问题、在探索中解决问题，将有利于技术改进、创新，因此，现在的深度学习备受专家学者的欢迎。

1 深度学习

深度学习[1-4]与浅层学习相对，最早源于美国学者FerenceMarton和Roger Saljo的实验教学法研究，按照获取和加工信息的方式把学习者分为浅层加工者和深层加工者，即对应浅层学习和深度学习。国外学者早已把深度学习理论应用到教育实践中，Mellanby. Jane将深度学习中的批判思维用于牛津大学高考录取指标中；Wee Hoe Tan把深度学习应用到生物课程教学中。国内对深度学习起步较晚，研究也主要集中在对深度学习概念的理解、特征的详细阐述及促进深度学习的策略研究。

深度学习[5]是一种旨在提高学习能力、实践能力、创新能力的学习方式，学习者在理解的基础上同已有知识建立联系，并能灵活应用解决实际问题。深度学习是积极主动的自主学习，而不是消极的被动学习；强调新旧知识的有机联系，而不是孤立的知识碎片；强调学用结合的有意义的学习，而不是死记硬背的机械学习；强调自主探究的研究性学习，而不是盲目认同的接受式学习[6]。由此可见，深度学习通过调动学习者的积极性，注重知识间的内在联系，强调知识应用，在学习者自主探究的过程中培养学生的终身学习能力、知识应用能力和知识创新能力，适合当今知识时代培养创新人才的需要。文献[6]把研究性教学应用到计算机网络的实践教学中，从教学的各个环节调动学生的积极性，发挥学生的主体作用，培养学生自学能力。结合深度学习思想和文献[6]中的教学策略，本文探讨把深度学习思想引入到路由与交换技术课程的实践教学中，从实践教学安排到课堂内外每个环节的安排和实施进行介绍。

2 深度学习在教学中的实施

将美国两位学者Eric Jensen和LeAnn Nickelsen提出的深度学习路线（Deeper Learning Cycle，DELC）作为教学实施指导。

1）预评估，确定学习目标：预评估包括对课程的预评估和学生的预评估，对课程的预评估包括知识点花费的时间、知识点的难易程度、扩展学习所需的背景知识等；对学生的预评估主要针对学生的学习风格、兴趣爱好、知识背景等。预评估有助于设计激发学生深度学习的策略，更好的满足学习需要。教师在研究课程及学生的基础上，确定学习者应掌握的知识、技能，确定教学目标，目标难度设定要适中；

2）营造积极的学习文化：为学生营造一个良好学习环境，有安全的学习环境、良好的生生关系、友好的师生关系，让学生愉快的、积极主动的学习，让学生保持最佳的学习状态；

3）预备并激发先前知识，获取新知识：依据课程需要及学生的差异，教师采用多种途径让学生回顾已有知识，并在已有知识与新知识之间搭建桥梁，以便学生在已有知识与新知识间建立联系，实现新旧知识的整合，使学生在理解的基础上去学习；

4）深度加工知识：在教师的引导下学生将原始信息加工成完整的、有意义的知识，学生不仅能阐述、理解知识，更重要的是能在不同的实际场景中应用所学知识去解决问题；

5）评价学生的学习：评价和反馈都是教学过程中必不可少的还击，评价贯穿于整个教学过程中，采用多元评价方式，教师评价、同伴评价、自我评价，通过评价实时反馈存在的问题，不断修正学习，促进更深入的学习。

依据DELC路线图构建教学实施过程，如图1所示：

图1 深度学习在教学中的实施

深度学习能充分体现“教师主导作用，学生主体作用”的教学理念，调动学生的自主性、积极性，引导学生发现问题、分析问题、解决问题，培养学生自主、探究、合作、讨论的学习方式，让学生对所学知识能深入的理解、掌握、应用，有利于学生自主学习能力及创新思维的形成。各个教学环节中教师与学生之间的主要活动如表1所示：

表1 每个环节教师与学生的主要活动

旨在激发学生的兴趣，调动学生的主观能动性，发挥学生的主体作用，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。

3 深度学习实践

3.1 深度学习课程安排

针对《路由与交换技术》这门课程的特点，结合深度学习理论，该课程的实践教学安排如图2所示：

图2 教学安排

包括课内实验教学和课外实验教学两部分，课内教学分为三个专题：交换机、路由器和网络安全，学生完成基本实验，掌握基础知识、基本原理、基本技能，课内实验教学的安排如图3所示：

图3 创设场景及知识点覆盖

课外教学主要包括3个环节课外作业、兴趣小组和参加各类竞赛。课外作业分为必须完成部分和选择部分，选择部分是给出若干个难度不同题目，每个题目依据难度给出不同的分值（例如有10分题目、20分题目等），学生通过自由组合分组完成，选择不同难度的题目，完成的奖励加分，未完成的不扣分。在课堂要求内容外组建兴趣小组、构建讨论群，每组3-5个人，例如分成交换机组、路由器组、无线组、安全组等，实验室对兴趣小组开放，并且通过网上讨论和每周安排固定时间答疑，旨在培养学生自主、探究、合作、讨论的学习方式。此外，鼓励学生积极参加各类竞赛，如网络对抗大赛、信息安全大赛、电子设计大赛等，通过校内选拔和校外比赛，旨在让学生对所学知识进行应用，同时让学生找找自己的差距，激发学生的学习兴趣和求知欲。

课外作业主要针对一些重要实验，课内实践时间（尤其是对动手能力弱些的学生）不能完全达到教学目标，是对知识的补充、巩固、加深。实验室会在每周固定的若干个时间段对学生开放，采用的学生自行选择时间、自行（自行查阅资料、学生讨论等）完成的方式，课外必做部分包括四个内容：交换机部分、路由器部分、无线部分及安全部分，在10-16个学时内能够完成。课外作业选作部分对所学知识的一个综合应用，每个选作题的工作量应在8-12课时，可以以兴趣小组的形式完成，是对所学知识的巩固、综合、应用。

3.2 教学案例

根据深度学习的特点及路由与交换技术实验课程的教学目标，把该课程实验教学分为若干个专题，每个专题分为若干个教学环节，在路由与交换技术实验课程中进行深度学习的探讨，深度学习在教学实施过程如图3所示。每节课的教学中教师与学生的活动安排如表1所示，在各个教学关键环节中充分发挥教师引导和学生的主导作用，重在发挥学生的主体能动性，调动学生的积极性，激发学生的学习兴趣，让学生积极参与到教学的各个环节，而不是被动的听课。

3.2.1 创设场景

教师通过研究课程教学目标和课程教学内容确定概念、技能等要点，结合课程知识点把路由与交换技术分为四个专题：交换技术专题、路由技术专题、无线及新技术专题、安全技术专题，对每个专题分块设定目标，将其呈现给学生，让学生明确努力的方向。每个专题包含若干个场景，图2给出了交换技术专题和路由技术专题对应的知识模块、场景设计、知识点覆盖及培养学生的工程理念情况。

结合教学目标创设场景是深度学习的第一步，也是关键一步，直接影响后面各个教学环节的完成情况，场景设置的好，使学生感觉“身临其境”，设置的不好，会使学生不知所云；难度不能太高，让学生努力跳跳能够得着，不能让学生用完浑身解数仍然“可望而不可及”。创设的场景要有知识性、趣味性、应用性，还要具有一定的层次性，满足不同程度的学生。深度学习围绕某个场景展开，依据教学目标创设场景，创设的场景需要具有几个特点：（1）知识性，场景应该结合教学目标、覆盖相应的知识点，明确学生应掌握的基本原理、基本技能；（2）趣味性，场景能激发学生的兴趣，激发学生的求知欲，调动学生的主观能动性；（3）实用性，场景设计与身边事情相关，能与实际中的问题相结合，让学生感觉到“学有所用”，从而激发学生学习积极性；（4）挑战性，每个场景都有可扩展的地方，为学有余力的学生准备，充分挖掘此类学生的潜力，激发他们的潜能，培养“刨根问底”的意识。该阶段要求教师不仅具有完备的知识，还需要依据知识点和教学目标进行创设场景，增加了教师的备课难度和工作量。

3.2.2 研究、分析场景

场景确定后，需要对场景进行研究、分析，并引导学生进入场景，在场景中完成教学目标，该阶段教师首先要做的就是设定若干个富有启发性、能引起学生深入思考、并与当前学习对象密切相关的问题，然后引导学生对问题进行研究、分析，以便学生在教师的启发下尽快找到问题的切入点，该过程学生在教师的引导下对问题进行分析、自主学习、探索解决方法。这一环节至关重要，问题设定能否引起学生深入思考、场景分析是否透彻、引导是否具有启发性、问题分解是否恰到好处等都将直接影响到学生学习的效果，甚至导致达不到预期目标。该阶段教师角色由传统的“传道、授业、解惑”向“设计师、引路人、推进者”转变，因此对教师的要求大大提高，教师了解教学目标和课程知识点的基础上归纳如若干个好的问题，同时，要了解学生的学习基础、认知能力、自持能、兴趣爱好、心理特征等，然后启发、引导学生发现问题、分析问题，为下阶段学生自主探索解决问题做好铺垫，与第一个环节都属于有意义学习。

3.2.3 自主探究

深度学习采用“自主、探究、合作、讨论”的学习方式，有意义学习、自主学习、探究学习、交流学习是该教学模式的重要环节，结合路由与交换技术教学目标，课程实践教学实施过程分为以下几个方面：

（1）需求分析：在教师的启发下对场景从功能需求、性能需求、安全需求、可靠性需求、可扩展性、所需服务器等方面进行分析，确定需要那些设备、各种设备的类型、设备的性能、设备价格、通信介质、安全策略等，这一步至关重要，直接关系到后面能不能按要求构建网络。这个过程前后两个阶段教师的参与不太相同，刚开始学生不熟悉的时候，教师要引导学生进行分析，对学生分析不到位的部分，教师对其予以提示，让学生思考、解决、完善；完成若干个实验后，由学生自行分析，并且一旦所需设备确定，中间不能增加、撤销，如需增加、减少设备，需要学生分析出错的原因并形成文档，避免再次出错。

（2）绘制拓扑图，规划网络：根据需求分析确定的设备、功能等，在教师的引导下，让学生依据需求绘制网络拓扑结构图，对每一个设备进行规范命名、性能参数、安放地址、分配IP地址等，确定所需服务器、流量要求等；确定需要多少个VLAN，哪些端口属于哪个VLAN，建立相应的表；是否需要考虑安全性，对于需要考虑安全性的主机、服务器采用什么样的安全策略等。在这一步，无论场景的难易程度，都要求学生必须绘制网络拓扑图，对网络规划形成文档，这是一个良好工程人员应具备的基本素质，不能让学生随心所欲地进行相应的配置，否则后面的配置将会非常混乱，在具体的工程中导致实现困难甚至无法实现。这个过程让学生注重大局、规范细节、规范过程文档等，为后面的配置、测试、管理、功能升级做好前期规划，旨在培养学生的工程理念。

（3）具体实施：这一步就是依据需求分析、网络拓扑图及网络规划，选择介质进行设备连接，利用配置命令实现相应的功能，即在教师的引导下对上面规划的IP地址、布线方案、交换策略、路由策略、安全策略及服务器需求依照网络拓扑图进行相应连接、配置，实现功能分析中的功能要求、性能要求、安全要求等。每个场景可能只包IP地址、布线方案、交换策略、路由策略、安全策略及服务器需求中的一项或者几项，但是每个环节都不能少，旨在让学生在接近实际应用的场景下完成实施过程，培养学生的工程理念。

在此过程中所有线路完成后必须由教师验收通过后方能接通电源进行配置，一方面要找出学生规划中存在的问题，及时进行更正，另一方面，防止由于操作不当、连接错误等问题造成设备损坏。

（4）测试：是对配置好的网络进行测试，包括连通性测试、功能测试、压强性测试（不做要求）、安全性测试等，即在教师的引导下测试设备的连通性，测试功能是否实现，安全性能否得到保证。测试是伴随这个配置过程，是发现配置错误、功能完善、安全性保证的主要手段，也是网络维护人员必须具备的能力，这一步要在教师的引导下让学生掌握常用的测试方法和测试技巧，并及时发现需求分析、网络规划、具体实施中存在的问题，查找出需求分析中的漏洞、规划中的不足、实施中的错误等问题的原因，避免后面再次出现相同的问题。

这个阶段主要在教师的引导下由学生自主查询资料、小组合作探究完成，旨在培养学生在分析问题的基础上，查找资料、分析资料、利用资料解决相应问题，体现深度学习的自主学习和探究学习。

3.2.4 协作交流

深度学习采用“自主、探究、协作、讨论”的学习方式，因此协作交流环节是与自主探究环节紧密相连的。学生只有在经过了认真的问题分析、资料查询、自主探究、积极思考后，才能有所问有所答，才可能进入高质量的协作交流阶段。也就是说，在学生分析问题、查阅资料、自主探究的基础之上，协作交流才能为学生提供问题交流、理顺思路、观点碰撞、成果分享的平台。

协作交流分为组内协作和组外交流，组内协作伴随实验的整个过程，每个成员要积极查阅资料，确定要解决的问题及问题的解决方法等，在实验中才会相互补充、相互完善、相互促进，圆满完成实验；组外交流是通过问答的形式完成，针对完成中存在的问题对外组学生进行提问，在问与答的过程中相互提高。

教师在此过程中的作用是组织、协调、引导，控制课堂，不能使讨论对象偏离主体，对一些争论强烈的问题进行引导，以免学生进入死胡同；对一些难以解决的问题进行引导答疑，整个过程要充分发挥学生的主动性和积极性，发挥学生的主体作用。目的在于在讨论中加深对知识的理解、在知识应用中去感悟、在操作中去体会，最终使得在交流中相互提高、相互促进并体验成功。对学有余力的学生，提出新的问题、新的要求，并给出适当的分析、引导，让该部分学生思考完成。

在该阶段，主要通过学生报告、小组讨论、教师点评等，分析关键问题，引导学生深入思考、加深理解，在此基础上把学习引入一个更深的层次，该环节主要挖掘学生的潜力，培养学生团队合作意识、语言沟通交流能力。

3.2.5 总结提高

“没有总结就没有进步，没有积累就没有创新”，因此总结环节是深度学习的最后环节，是获得深层次学习的环节，是对所学知识进行深化、迁移、提高的环节，有没有总结、总结是否到位直接影响深度学习的效果。学生在教师的引导下对每个专题进行总结交流，对学习成果进行分析归纳，对当前知识点进行深化、迁移与提高，并撰写研究报告。对每个专题中的理论知识、关键问题、关键技术等进行分析归纳，遇到什么问题？存在什么问题？自己是如何解决？别人是如何解决？用到什么技术？该技术的优缺点？当前解决方案还存在那些问题？有什么解决方法？等等问题进行总结，并以小组为单位指派代表对这些问题进行陈述，回答教师及学生提出的问题，教师对个小组中存在问题与不足进行归纳、总结、点评，每个小组派代表进行陈述，但研究报告每个学生都要写。该环节主要引导学生学会分享、学会欣赏、学会反思以获得更深层次的学习体验，激发学生进一步探究的兴趣与愿望是该环节的主要目标。

4 多元化考核方式

对学生学习效果的考核是教学的一个重要环节，考核方法对教学过程起到指导作用，也为学生的学习方式起到引导作用，是为了促进学习而进行考核，在此采用理论与实践相结合、过程与结果相结合的多元化考核方式，考核方式体现自主学习、有意义学习、探究学习的学习方式。期末考试成绩包括：期末考试试卷成绩（50%）、实验成绩（40%）、书面作业（10%）、奖励分（0—20分），其中实验部分包括四个专题，对于课内实验和课外作业比作部分，成绩给定方法主要参照拓扑图绘制情况、网络规划情况、功能完成情况等，旨在让学生掌握基本原理、基本技能；对于课外作业选作部分和兴趣小组，成绩评定主要参考性能分析情况、文档书写情况、安全设计情况、报告书写、报告陈述情况等方面，旨在培养学生的工程理念，培养学生团队合作意识。

另外在教学中还采取进行奖励方法，对于课外作业选作部分，给出若干个难度较大、综合性较强的问题，学生每组1-3人分组完成，能够完成的学生进行答辩，然后依据完成情况、答辩情况、相关文档撰写情况等进行奖励分（0—20分），没有参与的学生不扣分。在分组的时候每个组最多3人，一个人为组长，相关文档每个学生都要撰写，答辩时每个学生必须介绍自己完成部分。该环节主要是针对学有余力的学生，挖掘这些学生的潜力。

5 总结

本文针对《路由与交换技术》实践性较强的特点，探索在《路由与交换技术》的实践教学中应用深度学习。本文把实践教学分为课内和课外两部分，旨在培养学生自主、探究、合作、讨论的学习方式，最后的考核方式重在学生实践过程，旨在培养学生发现问题、分析问题、解决问题的养成教育，该教法在具体的实践过程中取得比较显著的成效。

[1]张浩,吴秀娟.深度学习的内涵及认知理论基础探析[J].中国电化教育,2012,(10):7-11,21.

[2]张静,陈佑清.学习科学视域中面向深度学习的信息化教学方式变革[J].中国电化教育,2013,(4):20-24.

[3]王永花.深度学习理论指导下的混合学习模式的实践与研究[J].中国远程教育,2013,(4):73-77,82.

[4]张静,杨文正.面向深度学习的信息化教学案例评析与策略研究[J].教学与管理,2014,(5):147-149.

[5]胡丹.促进深度学习的教学策略研究[D].辽宁师范大学硕士学位论文,2011.

[6]杜红乐,张燕,辛建军.计算机网络实践课研究性教学的探索与实践[J].微型电脑应用2014,30(10):32-34.

Application Research of Deep Learning inPractical Teaching

Du Hongle, Zhang Yan
(School of mathematics and computer application, Shangluo University, Shangluo 726000, china)

In-depth learning is to fully play the leading role of teachers and subjective role of studentsunder the guidance of teachers with the learning styles of meaningful learning, self-regulated learning, inquiry learning, etc. Based on the deep analysis of the meaning and current situation of in-depth learning, this paper applies in-depth learning in the practice teaching learning of “Routing andSwitchingTechnology”. It cultivates students' innovative consciousness, initiative spirit, practice ability and team work consciousness by discussing tin-depth learning from the teaching arrangement of practice teaching to the implementation of every teaching process and then to the diversifiedevaluation mode. It acquires good teaching effect on the practice teaching of this curriculum.

Deep Learning; Self-regulated Learning; Meaningful Learning; Inquiry Learning

TP311

A

2014.12.28）

1007-757X(2015)04-0037-04

陕西省自然科学基金项目（No.2014JM2-6122）；商洛学院教学改革项目（No. 14jyjx123）；商洛学院科学研究项目（No. 13SKY024）

杜红乐（1979-），男，汉，河南洛阳人，商洛学院数学与计算机应用学院，硕士，讲师，研究方向：机器学习、数据挖掘，商洛，726000

张 燕（1977-），女，汉，陕西商洛人，商洛学院数学与计算机应用学院，硕士，讲师，研究方向：信息安全，商洛，726000