论大数据条件下推进学生深度学习的教学设计

徐立忠 高旭

人工智能、“互联网+”、云计算、大数据等信息技术正在快速并深刻地改变着人类原有的生产生活方式和传统思维习惯。作为数字技术的新常态，大数据正在人工智能、云计算等数字技术的支持下将互联网引向“互联网+”，即互联网从原有单纯的互联互通网络转变为各个生产领域信息处理和创新驱动的重要动力源。教育是未来生产力的第一驱动要素，当代教育如果不与大数据进行深度融合，将很难培养出可以胜任未来数字变革要求的高素质人才。由此，如何将传统教育与大数据进行深度融合？如何有效运用大数据进行科学的教学设计？如何充分发挥大数据的优势提升传统课堂教学效能？这些疑惑在当代教育深层次改革中亟待厘清。

一、数字技术支持的教学变革

（一）基于MOOC的数字教育变革

1998年，MOOC（“慕课”的英文缩写）被首次提出。如今，它已一举成为21世纪最初十年各国教育改革的主要方向之一。MOOC所秉持的教育理念是：为实现所有人享有公平的受教育权而促进教育资源的免费在线开放。参与MOOC的任何人，只要轻敲键盘就有机会获取想要得到的教育资源。目前，Coursera、edX、Udacity等MOOC平台已经成为人们提升专业能力的重要依托。2014年，以“开启MOOC学习新时代”为主题的中国大学MOOC发展论坛为我国高校的MOOC发展设置了新起点。①袁松鹤、刘选：《中国大学MOOC实践现状及共有问题——来自中国大学MOOC实践报告》，《现代远程教育研究》2014年第4期。

MOOC教学有着许多传统课堂教学无法替代的优势：（1）基础知识的可重复性——教师只要认真进行一次MOOC设计，就可以节省下传统课堂教学中因重复讲解所占用的大量时间和精力；（2）教学情境的仿真性——教师可以通过短视频的制作给学生提供更为深刻的场景体验，从而激发学生的求知欲，解决传统课堂教学因过于概念化而难以激发学生内在学习兴趣的难题；（3）掌握学生学习状况的便利性——教师可以通过作业设计、学生讨论、机器评估等环节快速了解学生的基本学习情况；（4）学习内容的扩展性——教师可以通过网络链接将有关教学内容延伸到其他重要的资源库，如Coursera、edX、Udacity、中国知网等等，为学生的拓展学习提供必要的资源；（5）教学资源的规模效应——教学资源一经上线便可让更多潜在的学生从中受益。

在MOOC作为当代教育新起点的标志而备受追捧的同时，其局限性也在应用过程中逐步显现。它至少给传统高等教育带来三个方面的阻碍：一是阻碍个性化教学目标的实现；二是阻碍技术本身内在价值的实现；三是阻碍大学教育的本质功能。②蒋淑慧：《MOOCs与SPOCs：在线课程发展的不同路径与共同问题》，《远程教育杂志》2014年第1期。有学者认为，在MOOC的应用中普遍存在高辍学率、有限的社会交互、严重依赖建构主义教学以及弱势群体的学习成绩不佳等问题。③[美]邦克等：《慕课和全球开放教育》，焦建利等译，华东师范大学出版社2018年版，序言。如果MOOC只是对应于浅层学习，则难免又会趋向于碎片化、扁平化和板结化。④吴晓玲：《理解“深度学习”：作为生态化理念》，《江苏教育》2016年第4期。因此，趋向深度学习的教学设计已逐渐成为MOOC应用的重要方向，并由此发展出多种教学形态，如cMOOCs、xMOOCS、pMOOCs、iMOOCs、BOOCs、MOOD等等，只是这些变式都无法真正摆脱MOOC内在的教育浅层化的局限性。

（二）教育系统中的深度学习

深度学习研究不仅仅局限于人类教育。在机器学习领域，深度学习是指在模仿人脑神经系统网状结构的基础上建构算法（模型）以赋予机器系统类似于人类认知的属性，如DBN、RNN、CNN等。人工智能、“互联网+”、云计算和大数据等都必须以此作为进一步发展的基础。MOOC越来越具有类人的教育属性，并与机器深度学习关系密切，但本文不对此作进一步展开。

在教育系统，深度学习这一概念的提出旨在将课堂教学重心从教师的“教”转向学生的“学”。人本主义心理大师罗杰斯在“来访者中心疗法”的基础上提出了“以学生为中心”的教学理念，即教师的“教”固然重要，但是如果无法与学生的现实学习处境相匹配，一切“教”都类似于空中楼阁。1976年，马顿（Ference Marton）等人发表的《学习的本质区别：结果和过程》一文首次提出了深度学习的概念，并对学生的深度学习与浅层学习之间的区别进行了重要区分。⑤F.Marton，R.Saljo，“On qualitativedifferences in learning：I-Out comeand process”，British Journal of Educational Psychology，1976，Vol.46，NO.2， pp.4-11.谭顶良教授认为，深度学习并不是一种单一、固定的学习方式，而是一种促进学生深入理解并能将所学知识加以应用甚或进行创造的教育理念，其与原有的发现学习、知识建构、探究性学习、研究性学习以及学生学习的深加工或精加工等研究都有着共同的本质。⑥谭顶良：《深度学习是整体性的教育变革》，《江苏教育》2016年第4期。黎加厚教授认为，深度学习是在理解的基础上，学习者批判性地学习新思想和新知识，将它们与原有的认知结构相融合，将众多思想相互关联，将已有的知识迁移到新的情境中去，做出决策并解决问题的学习。⑦何玲、黎加厚：《促进学生深度学习》，《现代教学》2005第5期。谭顶良教授指出深度学习的本质在于学生可以对习得的新知识进行创造性理解与应用，黎加厚教授则澄清了深度学习的若干要素，如批判性思维、以经验融合为基础的认知建构、以迁移为目标的问题解决等。当前，深度学习已经发展成为当代教育深层次改革的必然方向。2016年，新媒体联盟发布的《地平线报告》明确指出，探索深度学习策略已成为驱动学校应用教育技术发展的远期趋势之一。①张浩、吴秀娟：《深度学习的内涵及认知理论基础探析》，《中国电化教育》2012年第10期。

（三）SPOC教学模型——基于MOOC的“人—机”融合式教学新形式

在深度学习领域，无论MOOC如何前行，它都难以替代教师在教学过程中的作用。由此，在MOOC的发展过程中又诞生了SPOC（“小规模私密在线课程”的英文缩写）。有西方学者认为“SPOC= Classroom +MOOC”②Rolf Hoffmann，“MOOCs-Best retariatices and Worst Challenges”， http：//www.aca-secretariat.be/fileadmin/aca_docs/ images/members/Rolf_Hoffmann.Phf，访问日期：2020-03-10。，即它是将MOOC教学和传统课堂教学进行融合的混合教学模式，标志着教学改革的后MOOC时代。③曾明星等：《从MOOC到SPOC：一种深度学习模式建构》，《中国电化教育》2015年第11期。SPOC在单一的MOOC教学形式下融入了传统课堂教学，但又区别于传统课堂教学。简而言之，传统课堂教学多局限于教师的“教”，而SPOC则指向翻转课堂式教学，在MOOC的基础上以促进学生的深度学习为导向。

下文拟从促进学生深度学习的视角出发，融合加涅的九步教学法和SPOC教学模型对教学设计进行梳理，期望可以为未来课堂的教学设计提供参考。加涅的九步教学法包括：引起注意、告知教学目标、刺激回忆前提性的学习、呈现刺激材料、提供学习指导、引出作业、提供作业正确性的反馈、评价作业以及促进保持和迁移。④孙海燕：《加涅九步教学法在化工单元操作教学中的应用》，《化工时刊》2014年第1期。

二、大数据条件下基于MOOC的教学设计

从“教师中心”向“学生中心”的转变，是当代教育的一个不容忽视的整体性趋势。不过，无论MOOC如何前行，它都必须遵循教学基本规律，抑或说符合学生学习规律的要求。由此，就MOOC教学的前期设计而言，可将其分为三个环节，分别是课前引入、课程内容展示和课后训练。

（一）课前引入

MOOC相对于课堂教学的优势之一在于可以给学生提供仿真的场景体验，如实景教学法。课前引入一般可采用短视频进行教学，并可再细分为三个阶段。在第一个阶段，要以问题情境的场景设计为主，目标在于吸引学生的注意力，这对应于加涅的“引起注意”。在第二个阶段，要根据具体情境提出问题，引出教学方向，这对应于加涅的“告知教学目标”。值得注意的是，提出的问题最好只有一个，最多不超过三个，以便更好地吸引学生注意力。在第三个阶段，要根据问题情境激发学生曾经的经验，这对应于加涅的“刺激回忆前提性的学习”。维果斯基的“最近发展区”告诉我们，只有在原有经验的基础上，学生的“学”才可能根据教学内容逐步展开。如果教师的“教”无法与学生的最近发展相匹配，所有的“教”都会无异于纸上谈兵。相对而言，前两个阶段比较容易实施，第三个阶段则需要充分考虑学生的知识背景和人生经验才有可能保证预期的教学效果。

（二）课程内容展示

课程内容展示环节对应于加涅的“提供学习指导”，需要完成三方面的工作，分别是核心概念的内涵解读、认知结构的呈现和对应于课程目标与认知结构的关联性补充。

1．核心概念的内涵解读。核心概念是所有课程教学进行展开的必要前提，通常只有一个，最多不超过五个。每个核心概念都有着丰富的内涵和外延，在根据教学目标进行选择性教学方面，可以仁者见仁，智者见智。

2．认知结构的呈现。在核心概念的基础上，进一步进行结构化梳理。如果是一个核心概念，则可以在此基础上引入学生原有的知识结构进行展开，并适当引入若干其他概念进行结构化操作。如果是多个概念，则需要澄清概念之间可能的关联，再在关联属性的基础上设计结构图，以帮助学生实现认知结构的延展。这里，核心要点在于将准备传导的知识结构融入学生原有的认知结构中并对其进行改造。如果准备传导的认知结构与学生原有的认知结构距离太远，一切教学活动都不免会以失败而告终。

3．课程目标和认知结构的关联性补充。这一过程有必要充分考虑教学内容的知识类型。布鲁姆的教育目标分类学将知识类型区分为四类，分别是事实性知识、理念性知识、程序性知识和策略性知识。①谭顶良：《深度学习是整体性的教育变革》，《江苏教育》2016年第4期。事实性知识是对已在事实的描述、总结或解释；理念性知识是对人类已有智慧的概括性总结，或多或少具有一定形而上的品质；策略性知识（即元认知）和程序性知识则是在操作领域进行的步骤分解，其对应于实践效能。后两类知识的意义不仅仅在于其所包含的内容，更在于怎么用。知识的价值，不仅仅在于它是什么，更为重要的是可以在以后的生命进程中重复使用。一切知识，如果不具有一定的实践效能，就不会对具体的生命产生实质性影响。因此，激发学生的创造性想象，将知识引向未来可能的实践处境显得非常必要。

课程内容展示环节可依据具体的教学内容进行自上而下的加工——即从核心概念、认知结构、认知结构与课程目标的关联性这一顺序展开；或者进行自下而上的加工——即从课程目标与认知结构的关联性、认知结构、核心概念这一顺序展开。

（三）课后训练与评估

课后训练是指在学生已有学习的基础上，布置作业或练习以帮助学生巩固和提高原有的知识。课后训练非常重要，一方面可以帮助学生巩固和提高已有学习；另一方面，有助于教师对自己的教学效果进行评估以改进教学设计。

1．课后训练。（1）作业布置，这对应于加涅的“引出作业”。根据教学内容设计作业，含巩固型和提高型两个部分。巩固型作业是课程内容的简单重复，对应于浅层学习；提高型作业则需要学生在理解知识的基础上进行创造性加工，对应于深度学习。（2）作业反馈，这对应于加涅的“提供作业正确性的反馈”。

当前，高等教育中存在一个常见问题，即学生很难在完成作业之后得到必要的反馈。在作业（或考试）之后通常只能知晓成绩，至于错在哪里、为什么错、正确答案是什么等很难得到教师必要的指导，这不免会影响到学生的学习效果。相对而言，MOOC可以轻松完成这个任务，教师可以根据作业中的每一个题目设计参考答案。

2．课后评估。这对应于加涅的“评价作业”，是根据学生作业完成情况进行的学生学习效果评估。一般可采用两种形式，一是学生互评，二是教师评学。教师可以通过人工智能软件对所有的学生互评和教师评学进行数据统计，以实现对学生学习状况的客观评价。对于学习效果较差的学生，可强制性地要求重复学习，因为一些关键知识如果没有被掌握，将很难进行下一层次认知结构的建构。

运用加涅“九步教学法”进行MOOC教学设计，可以对应于学生的学习规律以提高教学效果。MOOC教学提倡分散学习。研究表明，MOOC教学的最佳学习时间在6分钟左右，②苏小红等：《基于MOOC+SPOC的混合式教学的探索与实践》，《中国大学教学》2015年第7期。一般不超过10分钟。对于一些内容较为复杂且无法在短时间内完成的教学任务，则需要教师在教学设计时进行任务分解；并且针对一些复杂的授课内容，MOOC通常难以保证必要的教学效果。所以，传统课堂教学总有着MOOC难以替代的一面，尤其是在高等教育领域。

三、大数据条件下基于SPOC的课堂教学设计

MOOC有着许多传统课堂教学无法比拟的优势，但是这并不意味着它可以取代传统课堂教学。就加涅的“九步教学法”而言，传统课堂教学在第九步总有着MOOC难以超越的一面。为了突破这一“瓶颈”，SPOC应运而生。从本质上看，SPOC是在MOOC基础上进行的翻转课堂式教学。传统课堂教学多因教师对学生学习情况未能充分掌握而只得局限于浅层教学，而基于SPOC的翻转式课堂教学则能在通过MOOC实现对学生学习情况的数字化评估基础上开展深度教学。

（一）基于MOOC的深度学习

在MOOC的运用过程中，不乏指向深度学习的教学设计，常见的形式有以下三种。

1．成立合作学习小组。围绕MOOC高辍学率问题的研究表明，学生无法坚持学习的一个重要原因在于学习的孤独感和无效能感。MOOC只能提供学习内容，无法对学生的学习困境进行必要地了解，并给以有针对性地指导；学生通常会因为无助感而远离学习。成立合作学习小组可以在一定程度上支持学生将需要进行的学习继续下去。合作学习小组最为重要的价值就在于能够在同伴关系的基础上给予学生以必要的心理支撑：一方面，同伴间的相互鼓励具有重要的情感价值，这有助于减少孤独感；另一方面，同伴对相关知识点的认识或多或少可以实现相互启发，这又有助于减少无效能感。在MOOC平台下，合作学习小组的成立有助于将学生继续留在应有的学习环境之中。

2．设置在线讨论区。在一定范围内，讨论是将不同思想进行碰撞，以激发出智慧的火花。讨论是学习趋向于深层的必要前提。学生讨论区有助于学生进行思想的碰撞，师生讨论区则有助于授课教师发现学生的学习问题并给予有针对性的帮助。

3．游戏教学或教学游戏。游戏状态是一种放松状态，它有助于全脑参与和创造性潜能释放的最大化。①高旭、李晓临：《精神分析与生命——探秘心灵成长之路》，中国法制出版社2017年版，第125页。游戏的本质在于可以设置背景，赋予个体以自由流动的可能性。在MOOC设计的过程中，引入电子竞技的相关研究成果将有助于学生进入认知发展的原生态并激发出难以想象的创造性。在一定意义上可以说，如果要赋予学生以必要的深度学习能力，游戏设计将是一个不容被忽视的效能域。

（二）基于传统课堂教学的深度学习

传统课堂教学通常以教师为中心，教学设计多局限于“满堂灌”。SPOC在MOOC的基础上以学生的“学”为中心，课堂教学主要以合作学习、课堂讨论、教学游戏为主，从而促进学生对于相关知识的保持和迁移。基于SPOC的课堂教学设计，主要包含了以下几个方面的步骤。

1．问题的提出。在MOOC平台，教师可以根据作业评估、生—生在线讨论、师—生在线讨论的数据统计，快速掌握学生的基本学习情况并以此设计问题解决情境。相关情境的设计必须以学生的现实学习情况为起点，聚焦于制约学生进一步开展深层学习的关键障碍。如果说传统课堂教学一般以课程内容的逻辑进路作为教学目标，在通常情况下，这是以线性的方式规定好了的，那么SPOC的课堂教学则以流动性为主，需要时刻根据学生的现实学习情况来调整教学目标。

2．学生分组讨论与合作学习。合作学习是当前提高学生学习质量的重要途径之一。同质性群体之间的互助学习承载着某些教师教学难以实现的教育效能。将所有学生分组，让学生根据目标问题进行组内讨论，一方面可以有效调动学生参与学习的积极性和主动性；另一方面，可以让问题解决方案在小组内得到初步形成。一般而言，课堂教学分组以每组4至8人为宜。在可能的情况下，可设计学生游戏合作小组以深化讨论的品质。

3．师生讨论。在小组讨论或合作游戏的基础上，组织学生以小组为单位与教师进行互动。在师生讨论环节，教师首先应对学生在学习过程中的成长和进步给予充分肯定。在有关超我的精神分析解读中，良心的养成以惩罚为主，理想的形成以奖励为主。②高旭、李晓临：《精神分析与生命——探秘心灵成长之路》，中国法制出版社2017年版，第22页。要想让学生在课程学习中持续进步，必要的心理支撑是不容忽视的。之后，教师可以根据学生的回答进行必要的发散思维指导，并指出学生回答中存在的不足与局限性。

4．给出答案。结合各小组的师生互动结果，对每个小组的讨论情况进行简单回顾，然后引出教师本人对教学目标（即问题）的思考。从迁移的角度来说，每一个问题都有可能会因现实处境的变化而需要发生异延。因此，教师不能将自己的理解视为标准答案，应保留必要的开放性。唯有在开放的基础上，教师才有机会引导学生进入专家式高阶思维的智慧空间。①在一定意义范围内，高阶思维与深层学习是同一的。

5．问题的深化。每一个问题的背后都会隐藏着特定的有待被考察的现实在场。根据已有问题和答案（即教学目的）提出新的问题，是将教学工作引向深入的重要前提。努力从已有的问题解决方案中寻找不足，是保证学习兴趣持久、深入的重要条件之一。教师不是神，无法做到面面俱到，因此将自己的困惑呈现给学生以引发思考，不仅有助于强化学生深度学习与创造性发现能力，更有助于教师在与学生互动的过程中提升教学效能感。