面向深度学习的电子教材设计与开发策略

杨琳　吴鹏泽

摘要：随着电子教材的不断开发及推广应用，电子教材在某些方面取得了一定的成绩，但也暴露出很多问题。大多数电子教材强调学习内容的系统性及完备性，缺乏合理的教学设计，未能将教学活动融入其中。究其原因，这是由于电子教材的设计及开发是基于浅层学习的。浅层学习关注信息的被动接受和机械记忆，忽视对知识的深层加工及深度理解。该文以深度学习对学习资源的需求为切入点，以基于问题的学习为主线，从需求分析、学习设计、媒体开发及作品发布四个方面提出面向深度学习的电子教材设计与开发策略，将问题情境创设、基于学习共同体的协同建构、基于知识点的学习及资源生成、形成性评价及学习共同体评价等学习活动融入电子教材，以此实现学习者批判性思维、问题解决能力等深度学习能力的培养与发展。

关键词：深度学习；基于问题的学习；电子教材；批判性思维；问题解决能力；协作学习能力

中图分类号：G434 文献标识码：A

一、提出问题

我国教育部发布的《教育信息化“十三五”规划》中提出，要加快制订数字教育资源相关标准规范，完善多机制、多途径整合优质数字教育资源的制度，不断生成和共享优质资源，有效提升数字教育资源服务水平与能力。因此，优质教育资源设计、开发与共享依然是我国教育信息化的重点工作之一。电子教材作为主要的数字教育资源，近年来，国内外相关研究及教学实践不断丰富。2016年美国教育技术计划强调电子教材、数字资源也是基础设施建设的关键要素。美国政府正在全美学校推广电子教科书，目标是截止到2017年，全国所有学生都用上电子教科书；日本政府计划到2020年全部采用电子教科书。由此可见，电子教材的设计与开发成为促进信息化教学改革的重要因素。

但是，随着电子教材的不断建设及推广，其在设计、应用等方面也暴露出很多问题。通过大量的文献调研，我们发现大多数电子教材重视认知内容的传授，强调学习内容的专业性、系统性和完备性，但缺乏合理的教学设计及教学活动过程的融入。究其原因，这些电子教材的设计与开发是基于浅层学习及精加工的教学方式的。由于浅层学习关注教学信息的被动接受、简单重复和机械记忆，忽视对知识的深层加工、深度理解及长期保持。从而导致学习仅仅停留在获取知识的浅层面，缺少对知识的汇集、过滤、归纳、反馈和创新。与浅层学习相对，深度学习是一种主动的、批判性的学习方式，是实现有意义学习的有效方式。基于深度学习进行电子教材的设计与开发，是促进学习者实现知识建构、迁移应用及问题解决的重要途径，这与“21世纪技能”所倡导的“批判性思考和问题解决能力”也是一致的。从深度学习研究的角度而言，研究者通过对我国近十年深度学习相关文献进行计量与知识图谱分析，得出关于促进深度学习的平台构建、学习资源建设以及深度学习评价指标和体系的构建均需要进一步加强研究。因此，基于深度学习的电子教材设计与开发策略研究，符合基础教育信息化建设及教育均衡发展的方针，能够继承与创新基础教育信息化的相关理论，并促进学习者的学习从被动接受向主动、批判及问题解决转变。

二、深度学习与电子教材的关系解析

（一）深度学习关键词分析

关于深度学习的概念界定，国内外学者主要从深度学习的特征、深度学习的结果、深度学习的方法等多个角度展开。

深度学习状态论认为对深度学习是学习状态的质性描述，主要将深度学习与浅层学习对比而言，张浩等将深度学习的特征归结为：注重批判理解、强调信息整合、促进知识建构、着意迁移运用、面向问题解决及提倡主动终身。康淑敏认为深度学习强调对知识本质的理解和对学习内容的批判性利用，追求有效的学习迁移和真实问题的解决，属于以高阶思维为主要认知活动的高投入性学习。

深度学习结果论认为，深度学习是一种学习目标，以达成各个层面深度学习能力为宗旨。威廉和弗洛拉·休利特基金会将深度学习分为六个方面，包括掌握核心学习內容、批判思维和问题解决、有效沟通、协作能力、学会学习的能力及学习毅力。曾经提出21世纪技能的美国国家研究委员会小组（National Research Council panel，简称NRC），将休利特基金提出的深度学习能力分为三个方面：认知领域、人际关系领域及内在领域，经过大量的实践研究的验证，将三个领域的深度学习能力对应的教学策略归结如下，如表1所示。

深度学习方法论将深度学习作为培养学生批判思维、问题解决能力等的过程及方法。NRC认为深度学习是学习者将所学的知识迁移至其他情境的过程。新媒体联盟《地平线报告》（2017高等教育版）中指出深度学习方法是影响高等教育变革的六个关键趋势之一。深度学习方法包括基于项目的学习、基于挑战的学习、基于探究的学习和基于问题的学习等，可以更好地促进学生养成批判性思维，学会解决问题、协作和自主学习。

通过对上述三个维度对深度学习概念的分析及相关文献分析，我们发现与教育领域深度学习紧密相关的研究主题主要分为三个种类：种类一涵盖在线学习、同伴评价、浅层学习、学习风格、科学、生物化学、合作学习七个关键词；种类二涵盖建设性调准、经验式学习、评估、批判性思维、教育、基于问题的学习、学习方式、教学、个性、特征学习十个关键词；种类三涵盖自我效能感、学术成就、学习策略、成就目标、高等教育，学生学习、地理、积极学习、反思九个关键词。

综上所述，通过对深度学习相关文献综述，从中提取体现深度学习特征的关键词如下：深度学习能力，含批判性思维、问题解决能力、协作学习能力、自主学习能力；深度学习方法含基于项目的学习、基于真实情境问题的学习。

（二）深度学习对学习资源的需求

根据上述分析，面向深度学习的电子教材设计要关注的关键词即为：批判性思维、问题解决能力、协作学习能力、自主学习能力；电子教材的设计要为基于项目的学习及基于真实情境问题的学习创设环境及条件，具体需求如表2所示。

1.批判性思维的培养

Phan，Huy P（2011）通过两年的实证研究表明批判性思维可以作为学生深度学习参与的一个重要信息来源。因此，批判性思维的培养是深度学习的一个重要标志。批判性思维包含批判性思维倾向和批判性思维技能，其中批判性思维倾向主观性较强，而批判性思维培养的关键在于批判性思维技能的培养，主要包括发现和定义问题、收集和分析信息、推断和论证问题、得出结论和过程评估。针对批判性思维培养，对学习环境及学习资源提出如下要求：（1）教师创设开放的问题情境，引导学生发现问题，再以思维建模工具等定义问题；（2）学习者针对问题进行资源检索，并与同伴在学习交流空间实现信息共享及共同编辑；（3）开展信息的分析及处理，并通过反思工具、共同写作等对问题进行论证；（4）应用反思、评价工具开展形成性评价，对学习资源进行编辑、修改，得出结论。

2.问题解决能力

由经济合作与发展组织实施的国际学生评估项目（PISA）将学生问题解决能力定义为“个人运用认知过程来面对并解决一个真实的、跨学科情境中问题的能力”。PISA2012将问题解决能力的认知过程模式归结为：（1）探究与理解：通过观察与交互探究问题情境，搜索相关信息，发掘其缺点或者障碍。需要学习环境及资源能够具备问题情境创设、交互、信息搜索等功能；教学资源以知识点或主题的方式进行组织，便于学习者高效的信息检索。（2）表征与形成：用图示、表格、符号、言语等对问题的多个方面进行表征，根据问题相关的各个因素及彼此之间的关系形成假设。问题的表征与假设的形成需要协同写作工具、思维建模工具及在线交流空间等的支持。（3）计划和执行：设计解决问题的计划或策略（包含总目标及子目标），并执行计划或实施策略。问题解决计划的制定需要学习者之间应用共同写作工具、思维工具等，并据此执行计划。（4）监控及反馈：监控过程、反馈调节、对问题的解决办法、问题相关信息及采取的策略等进行反思。对学习过程进行记录及监控，对学习结果进行分析，需要借助数据分析工具，应用评价反思工具进行问题解决过程及结论的反思。

3.协作学习能力

协作学习是指学生个体通过小组从事学习活动、完成学习目标的过程。在学习过程中，学生个体之间进行积极的交流、协商、沟通，以形成共识，并分享学习成果。由此可见，要培养学习者的协作学习能力，要从学习共同体的构建人手，从资源及环境的角度为学习者提供协作交流空间、协同写作工具以及同伴互评工具等。

4.自主学习能力

研究者将自主学习的过程进行元素解构，分为计划任务、行为调控和自我反思三个阶段。计划任务阶段主要包括任务分析和自我动机两个过程，行为调控阶段主要包括过程控制和自我观察两个过程，自我反思阶段主要包括自我判断和结果反应两个过程。因此，要支持学习者自主学习能力发展，学习环境要能够对学习过程进行全程记录，以便于学习者自我观察，通过形成性评价对学习过程进行调控；要提供学习者自我反思的空间，为学习者自我判断提供支持。

三、面向深度学习的电子教材设计与开发策略

电子教材的设计与开发过程包括需求分析、学习设计、媒体开发及作品发布四个阶段。本文以小学五年级数学（上册）为例，详述面向深度学习的电子教材设计及开发过程。

（一）面向深度学习的电子教材需求分析

需求分析主要是指内容分析和学习者分析，其中内容分析从学习目标分析及课程知识点体系构建两个方面着手，学习者分析主要是对学习者前期知识进行预评估，判断学习者对知识点体系的掌握情况。

1.以高阶思维的培养为学习目标

布鲁姆教育目标分类修订版将认知领域学习者对知识的领悟程度由低到高分为“识记、理解、应用、分析、评价、创造”六个层次，并将这六个层次的目标分类划分为浅表学习与深度学习两个层级。浅表学习指向“识记”“理解”“应用”，深度学习指向“分析”“评价”“创造”。因此，面向深度學习的电子教材是以“分析”“评价”“创造”等高阶思维的培养为目标的。但这并不意味着放弃“识记”“理解”“应用”，而是在浅表学习的基础上，使学习者的学习更进一步，更加关注学习者对学习内容的批判性理解和有效迁移。以小学五年级数学“平行四边形的面积”为例，学习目标不能仅要求学习者“识记”“理解”平行四边形面积公式，更重要的是培养学习者能够灵活“应用”平行四边形面积公式，能够对比分析平行四边形、三角形等面积公式的关系，能够对不规则多边形进行变形、分解等，得出其面积计算方法，实现相关知识的迁移。

2.电子教材知识点体系构建

深度学习是结构性知识与非结构性知识意义建构的过程。因此，面向深度学习的电子教材的内容组织必须打破纸质教材的系统化结构，而以知识点为基本单元进行组织。每个知识点对应一个或多个学习资源，各个知识点依据其之间的逻辑关系形成知识点体系。学习内容以知识点体系的形式存储于学习者的记忆中，有利于知识的提取、应用和迁移。下页图1所示为小学五年级数学上册教材知识点结构，该结构图中仅体现了一级知识点与二级知识点之间的逻辑关系，各一级知识点之间是分散的，缺乏逻辑关系。

面向深度学习的电子教材内容设计需要知识点体系进行重构，如图2所示。首先知识点体系被分为四个层次：基础性知识点（包括小数的分类、数的互化及积的近似数）、基本法则（包括小数乘法和小数除法法则）、应用型公式（各类多边形的面积公式）及实践应用（应用方程解应用题）。并将同层内、不同层间各知识点之间的逻辑关系表述清楚。同层知识点的关系，如积的近似数与无限小数、循环小数等之间的关系，分数化小数时会遇到循环节的问题；不同层级知识点的关系，如在应用小数乘法法则、小数除法法则求解多边形面积或解方程时会需要用到近似数的知识。

3.学习者前期知识预评估

通过学习前测试卷、思维图等方式了解学习者的先前经验及能力水平等，前期知识预评估作为学习设计阶段学习者学习内容的主要依据。

（二）面向深度学习的电子教材学习设计

Kek，Megan Yih Chyn A分析了在数字化学习环境中基于问题的学习对提升学生批判思维能力的重要作用。Loyens，Sofie M.通过实证研究表明，基于问题的学习能够有效促进学生的深度学习。根据迈克尔·富兰新教育的基本观点，研究者提出了深度学习的三大核心要素：师生之间新的学习伙伴关系；导向知识创造和目的性使用的、重构学习过程的深度学习任务；使能并加快深度学习过程的数字化工具和资源。结合深度学习的三大要素，面向深度学习的电子教材设计与开发依托基于问题的学习这条主线，结合深度学习对学习环境及学习资源的需求，提出面向深度学习的电子教材设计策略，如图3所示。

1.以基于问题的学习为设计及开发主线

深度学习方法主要有两种策略：一种是创设真实社会情境中的问题，学生需要解决真正的挑战；一种是基于项目的学习，学生需要创造完整的产品12”。因此，要达成深度学习的目标，要选择相应的学习方法、学习资源及工具等为之提供有效支持。本研究选择基于问题的学习这种深度学习方法，电子教材的设计与开发为基于问题的学习过程服务，结合问题情境创设、发现问题、定义问题、设计问题解决计划、解决问题及反思等不同阶段，从电子教材功能定位、资源设计及组织、学习工具集成等多个角度为学习者的深度学习提供全程、有效的学习支持。因此，面向深度学习的电子教材的组织呈现方式是一系列问题情境，学习者通过点击这些问题展开学习。

2.问题情境创设

情境认知理论认为，学习的终极目标是将自己置身知识产生的特定情境中，通过积极参与具体情境中的社会实践来获取知识、建构意义并解决问题。深度学习着意迁移运用，面向问题解决。由前面表2可以看出，批判性思维及问题解决能力的培养均要以真实问题情境的创设为前提。因此，电子教材的设计要根据学习内容、教学目标及学习者认知特征等因素创设真实复杂的劣构问题情境，促进学习者在真实情境中建构知识，并在相似情境中迁移应用并创造。通过对上页图2中不同知识点的分析、组合与重构，结合学习者的认知特征，创设不同的问题情境。如将小数乘法、小数的互化与多边形面积公式的知识点进行组合，创设问题情境如下：为了给同学们提供良好的学习环境，要对教室的墙面进行重新粉刷一遍。现一桶6升的乳胶漆价格为339元，如果所有的粉刷漆打8折，请预估此项工作的材料预算。

3.基于学习共同体的协同意义建构

批判性思维、问题解决能力及协作学习能力都是以协作学习为主要学习形式，因此，面向深度学习的电子教材要基于学习共同体实现协同意义建构。学习共同体成员根据教师在电子教材中创设的问题情境，在在线交流空间中通过不断的头脑风暴、协商、沟通，从而从开放问题情境中发现问题，达成共识；共同体成员借助协同写作工具，通过不断的修改与完善，对问题进行解构，定义问题的自变量、因变量等，形成问题假设；在收集和分析信息、设计问题解决计划等阶段，都是以共同体为单位，通过成员间的协作、交流完成问题解决。

4.基于知识点的学习及资源生成

（1）通过知识点标签定义问题，形成知识点标签集

学习者对问题进行分析过程中，学习者通过在线交流沟通，为问题贴注知识点标签，形成某个问题对应的知识点标签集。学习者可以自主学习知识点对应多个学习资源。给问题标注知识点的过程便是学习者进行问题表征的过程，形成问题假设。贴注知识点标签部分，电子教材为学习者提供思维导图、概念图等思维建模工具，帮助学习者理清知识点与问题之间的对应关系。根据上述问题情境，学习者对该问题进行分解，为该问题贴注知识点标签，如图4所示。

通过应用概念图工具理清需要的知识点之后，学习者在电子教材的知识点体系中挑选相关知识点，为该问题贴注知识点标签。

（2）对比知识点标签集与知识预评估结果，得出需要学习的知识点

学习者将知识点标签集与个人“前期知识预评估”的结果进行对比，得出需要学习的知识点。由于每个学习者前期知识预评估的结果不同，需要学习的知识点也因人而异。因此，这个阶段，学习者便可以对各自需要学习的知识点开展自主学习。

（3）学习者基于知识点对电子教材再编辑

面向深度学习的电子教材应该是开放的，允许学习者通过对学习内容的批判性理解，对学习内容进行再编辑，实现对学习内容的深度理解及加工，从而达到意义建构的目的。由于真实情境中的问题多是跨学科的，学习者发现电子教材未能包含所有知识点时，可以自行添加知识点，并将搜集到相关的资源与知识点关联。如上页图4所示，学习者列出的知识点概念图中，“圆形面积”不在前面图2的知识点体系中。学习者可以通过搜集圆形面积计算公式相关资源，并将相关资源上传至电子教材中。因此，学习者的学习过程也是不断丰富知识点体系的过程，通過对电子教材的再编辑培养批判思维倾向及批判性思维技能。

5.过程性评价及学习共同体评价

（1）学习过程的监控与反思

通过对学习过程的全程监控和记录，并提供电子档案袋、Blog等反思工具，促使学习者对共同体的问题解决过程进行反思，根据反思结果调控问题解决计划或策略，促进学习者的知识建构及问题解决等。

（2）学习共同体评价

由于面向深度学习的电子教材设计是以学习共同体的问题解决过程为基础的，因此，电子教材要支持学习共同体评价。学习共同体评价要从共同体学习活动、共同体学习结果两方面进行。共同体学习活动方面，通过在电子教材中提供评价量规，支持学习者之间开展同伴互评，对共同体学习活动进行有效评价及反思；共同体学习结果则对学习者高阶思维的培养结果进行评价，评价共同体成员批判性思维、问题解决能力、协作学习能力及自主学习能力等的提升程度。

（三）面向深度学习的电子教材媒体开发

根据上述分析，结合Eric Jensen和LeAnn Nickelsen提出的深度学习路线（Deeper Learning Cycle，DELC），面向深度学习的电子教材开发要分为四个模块：预评估模块、学习共同体模块、学习工具模块及评价反馈模块。（1）预评估模块主要对学习者的前期知识和能力水平进行评估，评估数据进入学习共同体模块，作为学习者学习的起点数据，预评估的结果决定不同的学习内容及学习路径；（2）学习共同体模块则以问题解决过程组织子模块，从创设问题情境、发现并定义问题、形成问题解决计划到问题解决评价等，贯穿整个问题解决过程；（3）学习工具模块则包含在线交流空间、协同写作工具、思维建模工具等，学习者可以在学习过程中任意调用该模块的工具；（4）评价反馈模块分为教师评价、学习者自我评价及同伴互评三个部分，为问题解决过程提供有效反馈。基于上述四个模块实现电子教材的结构设计及开发，媒体开发要满足电子教材跨平台、适应多终端等需求，以保障电子教材的广泛适用性。

（四）面向深度学习的电子教材作品发布

Viswanath Venkatesh.Michael G.Morris，Gordon B.Davis，Fred D.Davis构建了技术接受与使用的整合模型（Unified Theory of Acceptance and Use of Technology，UTAUT）。研究者基于UTAUTN型，得出绩效期望、努力期望、社会影响及促成条件对电子书包接受度具有显著影响。电子教材的可靠性及可接入性等对其的推广应用具有重要影响。电子教材与后台数据库联系的建立，网络服务器的部署等都是作品发布阶段的主要工作。结合目前智慧学习环境、大数据技术的迅猛发展，将电子教材与大数据服务平台对接，通过对学习者应用电子教材学习的多源数据获取与表达，为实现智慧学习及个性化服务提供支撑。

四、结语

面向深度学习的电子教材支持學习者以学习共同体的形式开展基于问题的学习，为问题情境的创设、基于学习共同体的协同意义建构、劣构问题解决及反思评价提供了有效的学习支持，有助于学习者批判思维的培养，问题解决能力、协作学习能力等的提升。因此，面向深度学习的学习资源设计与开发将成为深度学习领域研究的主要方向之一，其在学习过程中的创新应用也将成为研究者开展理论及实践研究的重要专题。