基于问题解决的深度学习模型

张立国+谢佳睿+王国华

【摘 要】

从古至今，学习停留于浅层层次而不够深入的问题始终存在。如今，培养创新型人才已经成为全社会的一个重要目标，尤其体现在学校教育中。培养创新型人才首先要从培养学生的问题解决能力开始，而问题解决能力和批判性思维能力的提高，又会促进深度学习的发生，因此，对基于问题解决的深度学习开展研究势在必行。基于以上考虑，本文在分析深度学习和问题解决两者各自的内涵、特征及其一般过程的基础上，构建了基于问题解决的深度学习模型。该模型强调真实复杂的学习环境，包含基于问题解决的深度学习过程、资源中心、评价与反馈和学习交流社区四大模块。

【关键词】 深度学习；问题解决；学习模型；批判性思维；知识迁移；学习交流社区

【中图分类号】 G40-057 【文献标识码】 A 【文章编号】 1009-458x（2017）08-0027-07

一、引言

于人类而言，并非学习就一定能解决问题，但真正的学习离不开问题解决，而所需解决的问题无非是理论问题或实际问题。浅层学习虽在一定程度上能够解决一部分问题，但更多复杂的实际问题的解决需要以深度学习作为基础。在以“传递—接受”型教学模式为主的传统教育中，学生的学习多呈被动性，大多数学习停留于“认知”与“理解”的表面层次，学生对所学内容缺乏深入思考，不能很好地将所学内容迁移运用到实际问题的解决中来。如今，在各種信息技术的支持下，人们的学习方式也变得更多元化。不论是微课，还是移动客户端的各种应用软件，都是以一小段视频或一小篇文章等形式传递一个知识点或一个学习单元，其目的是让人们利用零碎时间进行学习。这种方式固然能提高时间的利用率，但这种过于碎片化的学习也导致了多数情况下所学内容之间缺乏系统性与联系性，学习依旧停留在浅层学习层次，而不能够达到深度学习层次。在十八届五中全会所提出的“五大发展理念”的指导下，创新型人才的培养已经成为当今社会各个领域重点关注的问题，尤其体现在学校教育中。培养学生的创新精神、创造能力是提高人才素养的核心内容，而创新精神、创造能力的培养则需从培养学生的深度学习及问题解决能力开始。

学习的最终目的是在实际应用中能够利用所学知识解决具体问题，达到“应用”“分析”“综合”“评价”，甚至“创新”等高级层次。要达到这种高级层次以及解决现实问题，则需要培养学生的问题解决能力，并建立相应的深度学习过程，这就体现出基于问题解决的深度学习的必要性。因此，本研究将通过分析问题解决和深度学习二者各自的特征及其内在联系，构建一个基于问题解决的深度学习模型，以期为之后的问题解决和深度学习的相关研究提供参考，并为创新型人才的培养贡献一份力量。

二、深度学习与问题解决

（一）深度学习

1. 深度学习的内涵及特征

早在20世纪中后期，国外学者就展开了对于深度学习（deep learning）的研究。1976年，教育心理学家马顿和赛尔乔（Marton & Saljo，1976）在On Qualitative Differences in Learning： Outcome and Process一文中给出了深度学习的定义，指出深度学习是与浅层学习（surface learning）相对的一个概念，由于学习者获取及加工信息的方式不同，故将学习分为浅层和深度两种不同层次。同时期，帕斯克和斯科特（Pask & Scott，1972）指出过度强调个人因素和具体情况可能会把学生限制在某个狭窄的专业领域内，最终会阻碍他们的深度学习。关于深度学习的两个重要特征，即理解与阐释学习内容的程度，则是在20世纪末21世纪初提出来的（Entwistle & Entwistle，1991）。沃伯顿（Warburton，2003）指出深度学习主要涉及对学习内容的潜在含义的关注，而浅层学习一般更强调死记硬背和简单的描述，理解学习内容的内在动机是学生达到深度学习的关键因素。相对而言，国内有关深度学习的研究起步较晚，直至2005年，黎加厚等（2005）在《促进学生深度学习》一文中明确了深度学习的定义，即深度学习是指学习者在理解学习的基础上，批判性地学习新的思想和事实，将它们纳入原有的认知结构中，并且能够联系不同的思想，将已有的知识迁移到新的情境中，做出决策和解决问题的学习。综合国内外对于深度学习概念的阐述，我们可以把深度学习理解为一种主动的、带有批判思维的建构主义学习过程，其目的不是单纯、被动地记忆和理解所学知识，而是能够将新知识与已有知识有效地联系起来，并且能够应用所学知识在真实复杂的情境下解决现实存在的问题。

从学习目标的角度来看，布鲁姆将学习目标分为“知道、理解、应用、分析、综合、评价”六个层次，其中“知道”和“理解”这两个层次主要要求学生记住所学知识并能用自己的语言进行转述，属于前面提到的浅层学习范畴，而“应用、分析、综合、评价”这四个层次则要求学生具有将所学知识应用于新情境，对知识进行分解和重新排列组合，解决现实问题，以及依据一定标准对事物进行价值判断的能力，这就属于深度学习的范畴了。目前，随着建构主义学习理论的广泛传播与应用，以学为中心的学习模式备受欢迎。例如布鲁姆所倡导的发现学习模式，要求学生通过自身经历来获取知识，并能用这些知识解决新的问题，其大致步骤分为问题情境、假设检验、整合与应用三部分；由温特比尔特认知与技术小组所开发的抛锚式教学策略，要求学生在真实事例或问题的背景下，联系已有知识，自主探索解决问题的方法，其步骤由创设情境、确定问题、自主学习、协作学习和效果评价五部分组成；基于认知弹性理论的随机进入教学策略，是为了让学生能够解决灵活多变的真实问题而以不同途径、不同方式进入同样的教学内容，包括呈现基本情境、随机进入学习、思维发展训练、小组协作学习和学习效果评价五个部分。这些新型学习模式或教学策略都属于深度学习范畴，其目的都是促进学生的知识迁移能力以及问题解决能力。endprint

由此，笔者分析得出深度学习的基本特征有以下三点：

（1）注重批判性思维的运用。对于所学知识，不能仅停留于“知道”的层面，在知识的建构过程中，学习者必须批判性地接受所学知识，并对其进行深入思考。只有对该知识有自己充分的理解与看法，才能够算作掌握了所学知识。

（2）强调知识的迁移应用。同一知识点，在不同时间、不同情境甚至不同学科背景下都可能发挥作用。这就要求学习者在批判性理解所学知识的前提下，做到“举一反三”，将所学知识活学活用，而不是机械地记忆。

（3）面向问题解决。学习的最终目的是解决问题，浅层学习虽在一定程度上能够解决一部分问题，但更多复杂的实际问题的解决需要以深度学习为基础。“深度”不仅体现在学习过程的主动性与复杂性，更多地反映在问题解决方面。当学习者能够熟练运用某些知识来解决一个现实问题，那他必然对这些知识有充分的理解，并成功地将其综合应用到新的情境中来。综上所述，问题解决是深度学习的一个重要落脚点。

2. 深度学习的一般过程

依据对深度学习的内涵及其特征的理解，结合上文提到的布鲁姆学习认知目标分类以及加涅的九阶段教学模型（引起注意、告诉学生目标、刺激对先前学习的回忆、呈现刺激材料、提供学习指导、诱发学生行为、提供反馈、评定行为、促进记忆和迁移），笔者构建了深度学习的一般过程模型，如图1所示。

该模型主要由三部分组成。第一部分包括“注意与接受”和“回忆已学知识”两个过程，主要是向学生呈现刺激材料，属于学习导入阶段，是绝大多数学习都必经的一个过程，也是之后深度学习的重要基础。第二部分包括“联系新知识”、“批判性地建构知识”以及“迁移运用”和“问题解决”这三大过程，这部分凸显了深度学习的特征。深度学习不仅要求学习者能够用批判性思维进行知识建构，更强调知识的迁移运用和现实问题的解决。“迁移运用”和“问题解决”这两个环节是并列关系，是判断深度学习发生与否的重要条件，也是判断深度学习层次高低的重要依据。一般来说，迁移运用是指将所学知识内化之后运用于新情境中，这个新情境不一定是非良构的真实环境，而问题解决却多指在真实复杂的环境下运用所学知识解决一个具体的问题。所以同样是实现了深度学习，但问题解决的层次就高于迁移运用。第三部分是“评价与反思”，这两个环节贯穿于整个深度学习过程。在深度学习过程中，随时都需要进行评价与反思，来判断深度学习的进展与效果，以便及时做出相应调整，从而达到最优的学习效果。总的来说，这七个环节是相互联系、相互影响的，且不一定按照顺序发生，有些环节可能会反复出现在整个深度学习过程中。

（二）问题解决

1. 问题解决的内涵及特征

要了解“问题解决”是什么，首先需要明确什么是“问题”。当人们已经掌握了某些已知条件，想要达到某个目标状态，但过程充满阻碍的时候，问题就产生了。也就是说，问题是个体未能直接达到目标所处的情境（袁维新，等，2010）。依据问题结构性的不同，乔纳森将其分为良构问题和非良构问题。良构问题一般是指已知条件规范、明确，存在有限的正确答案，且有一套完整的解决问题的方法或规则。相反，非良构问题通常与具体情境联系紧密，已知条件模糊，没有明确的解决方法或规则，且答案多呈开放性。通常情况下，我们所说的问题解决主要是针对非良构问题而言。

问题解决（problem solving）一词源于认知心理学范畴，安德森（Anderson，1985）将其定义为由一定情境引起的，按照一定的目标，应用各种认知活动、技能等，经过一系列思维操作，使问题得以解决的过程。

由此，笔者分析得出问题解决具有如下四个基本特征：

（1）情境性。在现实生活中，我们常常面临很多不同于課本上结构良好的问题，这就要求我们将学习深度化，利用所学知识、结合具体情境去探索一种全新、合适的解决问题的方法。所以说，问题解决强调“问题”应处于一个真实复杂的情境中。

（2）目标性。一般来说，问题解决都有一个十分明确的目标作为指引，所有的操作活动都是基于目标完成的，也都是为了达成目标。脱离目标的活动不能称作问题解决。

（3）操作序列性。问题解决不是一蹴而就的，它是一个复杂、动态的过程，需要由一系列的心理操作来完成。这些心理操作具有序列性和系统性，不同的操作序列形成的解决问题的方法和途径都各不相同。

（4）认知操作性。问题解决是在一定的认知成分基础上展开的，换言之，认知操作是问题解决最基本的成分。如果没有认知成分的参与，只是单纯的一系列有目的性的操作序列，比如穿衣、刷牙、打领带等，就不能被称为问题解决。

2. 问题解决的一般过程

早在20世纪初，杜威（Dewey， 1910）就提出了问题解决过程的五阶段模型：意识到困难的存在；鉴别出具体问题；提出假设；演绎推理该假设；以实际行动验证假设。到了20世纪中后期，在现代认知心理学的基础上，基克（Gick， 1986）又提出了问题解决的四阶段模型：理解和表征问题；寻求解答；尝试解决；评价。此外，还有很多学者也都针对问题解决过程提出了自己的看法。尽管各专家学者都用不同的表达方式提出了问题解决的过程模型，但中心思想都是消除目标状态与初始状态之间的差异。在此基础上，笔者将问题解决的一般过程归纳为如下模型：

如图2所示，问题解决的一般过程由六个主要步骤组成：①问题表征。当遇到任何一个问题的时候，我们首先要做的就是主动地建构与理解该问题，这是开展后续问题解决活动的重要基础。②提出多种解决问题的方案。在对问题有了基本的理解后，通过比较现状和需要达成的目标之间的差距，就能发现发展的方向，依据这个方向可以提出不止一种解决方案。③选择最优方案。在充分考虑时间、人力、物力、经费等各方面因素后，从多种问题解决方案中选择最优的一种方案。④实施方案。将选定好的方案在实际情境中具体地加以实施。⑤评价效果。一是对方案实施的过程进行评价，确认是否遵循规范、是否有遗漏步骤等；二是对方案实施后所产生的效果进行评价，确认是否达到目标，产生预期效果，成功地解决了该问题。⑥对方案进行修正。若评价效果不理想，则需要分析原因，再对方案进行修改，之后重复第四步骤，直至问题得到圆满解决。endprint

图2 问题解决的一般过程

（三）深度学习与问题解决的内在联系

通过分析深度学习与问题解决的内涵、特征及其一般过程，笔者发现二者之间不是相互独立的，而是具有内在的联系，其关系如图3所示。

图3 深度学习与问题解决的关系示意图

1. 深度学习与问题解决相互交叉、相互融合

在深度学习的内涵及特征中，均明确表述了深度学习是面向问题解决的，其目的之一是能够做出决策和解决问题。在问题解决的内涵及特征中，表明问题解决的过程依赖各种认知活动、技能等，并且需要经过一系列的思维操作。通常情况下，问题解决包括对良构问题的解决和对非良构问题的解决。对于良构问题的解决而言，虽然这里没有明确提及深度学习，但这种认知活动与技能的应用以及一系列的思维操作若是伴有学习者的批判性思考和主动性建构，那深度学习就发生了；若无，则学习依旧停留在浅层层次。故对于良构问题的解决能否列入深度学习范畴，笔者用虚线框进行表示。对于非良构问题的解决而言，由于非良构问题本身就发生在一定情境之下，没有固定的解决方式，且通常需要综合运用各类学科知识，故一定属于深度学习范畴。综上所述，深度学习与问题解决是相互交叉、相互融合的。

2. 深度学习是问题解决的追求目标，深度学习促进问题解决能力的提升

问题解决是一个复杂的过程，它不是单纯地指制定与实施解决方案这一阶段，虽然说这一阶段是问题解决的核心内容，但解决方案的制定与实施都是基于对问题本身的深度理解，以及对多方面知识和经验的整合加工。所以说，深度学习是问题解决的追求目标。

深度学习能够培养学习者高阶批判思维、信息整合能力和对新知识的主动建构能力，同时，这三者又是解决问题所需具备的必要能力。因此，若学习者经常进行深度学习，有意识地培养这三种能力，那么他解决复杂的真实问题的能力也一定会随之提升。

3. 问题解决是深度学习的实现途径，问题解决促进深度学习的发生

深度学习的概念明确指出，“能够应用所学知识在真实复杂的情境下解决存在的问题”，说明深度学习是可以通过问题解决得以实现的。任何一种学习方式都是有层次之分的，深度学习是相对于浅层学习而言的一个概念，但并不是指深度学习中的每个阶段都处于同一水平，这些阶段虽然都属于深度学习过程，但它们之间也存在高低层次的划分。其中，问题解决属于最高层次，迁移运用次之，批判性地建构新知识属于最低层次，三者均为深度学习的实现途径。深度学习并不是一定要以达到解决真实问题的最高层次来得以实现，能够批判性地建构新知识，将其迁移运用到新情境中，都属于深度学习，但若能在真实复杂的情境中解决现实问题，则进一步促进了深度学习的发生，提高了深度学习的实现层次。

4. 深度学习和问题解决都提倡自主学习与终身学习

如今，知识更新换代的频率越来越快，被动学习已不再适应当下社会发展的需求，主动学习和终身学习才是未来学习的主流发展方向。同时，对于创新型人才的培养，也离不开自主学习与终身学习。不同于浅层学习中学习者被动消极地接受学习内容，深度学习和问题解决都要求学习者自主学习、主动探索，注重培养学习者的批判性思维能力、创新能力以及各方面的综合实力。这不仅是为了满足当下及未来社会的需求，更是对学习者自身素养的一种极大提升。

三、基于問题解决的深度学习模型

（一）基于问题解决的深度学习模型的构建

当下盛行的建构主义理论，其学习观强调知识是学习者主动建构的，且这种建构来源于情境中的活动（钟志贤，2006）。基于问题解决的深度学习正是在此理论下提出来的，它是将问题解决作为一种途径以促进学习者的深度学习，问题解决的本质是深度学习的一种特殊形式。同时，在这个学习过程中，伴随着深度学习的实现，学习者的问题解决能力也会随之提高，二者是相互促进的。由此，笔者结合对深度学习和问题解决二者各自的内涵、特征、一般过程及其之间的内在联系的深度理解，建构了基于问题解决的深度学习模型，如图4所示。

（二）基于问题解决的深度学习模型的阐释

首先需要强调的是，基于问题解决的深度学习过程所处的环境不同于一般的学习环境，它要求学习发生在一个复杂的真实环境中。这种环境能够最大化地促使学习者将所学知识内化，并迁移运用到现实生活中来，最终实现深度学习。所以，一个真实复杂的环境是基于问题解决的深度学习发生的前提条件。

该模型由四个主要模块构成：

（1）基于问题解决的深度学习过程。这个过程主要包括八个步骤：①发现问题。“问题”是实现基于问题解决的深度学习过程中的关键因素。在真实复杂的环境下发现问题所在，要求学习者具有敏锐的洞察力和判断力以及扎实的专业知识基础。②分析目标。在确定了问题之后，下一步就是对该学习过程的目标进行分析，这体现了深度学习的特征。一般来说，有效解决问题是该学习过程的总目标，学习者应根据自身情况，将总目标划分为更细致的目标，有助于在学习活动告一段落后精确判断目标的达成情况，从而做出评价及修改等一系列反馈。③记忆检索。回忆先前学过的知识，选择能应用于当下学习过程的内容，对其重新加工，并进行有效整合。④批判性地理解问题。批判性思维是深度学习的一个重要特征，对于所发现的问题，学习者不能人云亦云，需要用批判性思维思考该问题，并形成自己的问题表征。⑤做出假设。既然明确了目标和现状，那么下一步就是提出消除它们之间的差异的假设，即各种能够达到目标的问题解决方案。⑥演绎推理。在实施具体方案之前，学习者需要结合真实复杂的实际环境，对每种假设方案进行演绎推理。⑦判断每种假设是否可行，即判断是否具备实施方案所需要的物力、人力、财力等现实条件。若不可行，则需重复步骤④⑤⑥⑦；若可行，则继续步骤⑧。⑧付诸行动。实施判断可行的方案，解决问题。