新工科背景下混合式深度学习活动连续谱理论研究

顾燕 张国祥

[摘           要]  新工科专业“金课”需要能够培养学生解决复杂工程问题能力的线上、线下混合式深度学习活动。混合式学习将学习划分为线上和线下，深度学习理论将学习分为浅层和深度，问题连续统理论将学习视为从良构到劣构问题解决的连续活动过程，这三个学习活动过程性理论可进一步整合为混合式深度学习活动连续谱理论。该理论可指导新工科专业“金课”混合式学习，解决混合式学习活动怎样分配、怎么融合、教与学策略等关键问题，进而提高学生混合式学习质量。

[关    键   词]  新工科;混合式深度学习;学习活动;“金课”

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                   [文章编号]  2096-0603（2022）15-0070-03

在《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》（教高〔2018〕3号）中提出“着力提升学生解决复杂工程问题的能力”，《关于一流本科课程建设的实施意见》（教高〔2019〕8号）中要求“提升课程学习的深度”，《“双万计划”国家级一流本科课程推荐认定办法》（教高〔2019〕8号）中又进一步强调“打造在线课程与本校课堂教学相融合的混合式‘金课’”，这就意味着新时代高质量新工科专业“金课”教学观是以混合式教学为平台，促进学生深度学习，培养学生解决复杂工程问题的能力。

世界知名混合式学习专家、美国印第安纳大学柯蒂斯·邦克教授指出“混合式学习中的线上线下学习比例分配问题、怎样混合才能取得最好效果，是混合式学习中非常重要的领域，亟待深入研究”[1]。黄荣怀教授认为“学习活动设计在混合式学习课程设计中占有特殊重要的地位，是混合式学习能否成功开展的关键”[2]。据此，学习活动设计是解决柯蒂斯·邦克教授所提问题的切入点。培养解决复杂工程问题能力和深度学习理论蕴含着新工科专业“金课”的混合式深度学习活动是工程实际问题驱动的[3]。美国教育技术学家戴维·乔纳森的从良构到劣构问题连续统理论的教学设计思想[4]为从浅层到深度、线上与线下混合式学习活动无缝衔接奠定了问题驱动的理论基础。即问题连续统理论和深度学习理论的相融合为高质量新工科专业“金课”混合式学习设计提供了新思路。

一、学习过程性理论

（一）混合式学习理论

根据《“双万计划”国家级一流本科课程推荐认定办法》的“打造在线课程与本校课堂教学相融合的混合式‘金课’”精神，混合式学习就是线下的面对面课堂学习和线上的数字化学习两种方式的有机整合。其建设宗旨在于融合课堂学习和网络学习的各自优势，综合采用教师讲授为主的集体教学形式、基于“合作”理念的小组教学形式和自主学习为主的教学形式，培养21世纪学生所需的“核心素养”。

（二）问题连续统理论

美国教育技术学家戴维·乔纳森认为是问题驱动了深度学习的发生，并提出了从良构到劣构问题连续统理论[5]。该连续统由逻辑、运算、故事、规则应用、决策、故障排除、诊断、策略绩效、政策、设计及两难共11个不同类型问题组成，从良构到劣构问题解决的学习过程也就是解决问题能力从低到高的发展过程。良构问题趋向静止和简单，而劣构问题趋向复杂和动态。尽管两个问题解决的认知方法不同，但从某种意义上说，解决良构问题是解决劣构问题的基础[6]。这是因为，解决良构问题的认知对应着具体领域的陈述性知识、程序性知识及结构性知识：解决劣构问题除了解决良构问题的认知成分外，还包括情感、价值观、动机、情绪和态度等非认知成分。正是两个问题共享了认知成分，才使得解决良構问题是解决劣构问题的学习基础。此外，德雷福斯的七阶段职业能力成长模型理论也说明了情感等非认知成分对专家解决问题的重要性，新手和专家的区别就在于情感多寡之分[7]。尽管解决复杂工程问题能力的习得是以传统教学的良构问题解决学习为基础的，但也不是一个简单线性迁移，需要一定的教与学策略指导，这也是提升课程学习的深度关键所在，即采取什么样的教与学策略，才能帮助学生从解决良构问题能力向解决劣构问题能力迁移。

（三）深度学习理论

深度学习是相对机械式记忆的浅层学习而言的，该概念是Ference Marton和Roger Saljo在1976年发表的《学习的本质区别：结果和过程》一文中首次提出的。我国学者黎加厚教授认为，深度学习是指在理解的基础上，学习者能够批判地学习新思想和事实，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系，并能够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[8]。在修订后的布鲁姆教育目标分类体系中，人的认知被划分为六个层次：由低到高分别是知道、理解、应用、分析、综合和评价[9]。从学习活动角度来看，布鲁姆教育目标分类体系的六个层次学习也就是从基本概念学习到解决问题能力掌握的动态发展过程，构成了学生认知学习活动连续谱。深度学习是从布鲁姆的“应用”教育目标开始的，也就是说，应用既是浅层学习向深度学习迁移的起点，也是浅层与深度学习的结合点，但仅有应用这个认知活动还是远远不够的，还需要分析、综合及评价认知活动的能力。

二、混合式深度学习活动连续谱

（一）深度学习活动连续谱

结合问题连续统和乔纳森工程问题类型分类方法，可形成符合工科专业课学习的问题驱动深度学习活动连续谱。问题驱动深度学习活动连续谱表明，新工科学生解决复杂工程问题能力的培养是解决良构问题能力学习向解决复杂工程问题能力的学习动态转化过程。在良构问题学习中，习得的陈述性知识、程序性知识用于解决规则问题训练，掌握了结构性知识;上述三种知识用于故障、设计及两难问题解决，培养学生解决劣构问题能力。在解决问题中，利用了布鲁姆教育目标的六个认知层次，其中，应用起到浅层和深度学习的结合点作用。以此分析传统教学模式，大多数学生学习利用教材上的习题提升自身解决问题的能力，并且也取得了良好的考试成绩，但仍属于解决良构问题的浅层学习阶段，这也是《关于一流本科课程建设的实施意见》要求“提升课程学习的深度”的教学设计问题所在。深度学习活动连续谱模型具有普遍意义，理论上可以指导线下、线上或混合式学习。为了指导混合式学习，还需要根据混合式学习特点做进一步分析。

（二）混合式深度学习活动连续谱

加拿大多伦多大学迈克尔·富兰的新教育学认为利用数字技术可以促进“以‘现实世界’的行动和问题解决为导向的深度学习”和乔纳森的利用技术开展课堂问题化学习环境设计，但他们指的也是充分利用数字技术促进线下课堂深度学习。段金菊将深度学习理论用于线上学习，形成了网络深度学习理论。目前对深度学习的研究主要集中在线下教学或线上学习，从上述深度学习活动连续谱理论来看，开展线上、线下混合式深度学习活动研究有助于柯蒂斯·邦克教授提出的“混合式学习中的线上线下学习比例分配、怎样混合才能取得最好的效果？”等问题的解决。混合式学习兼融了线下教学和线上学习的优点：线下教学的优点是学生在教师的指导下能快速、有效地掌握系统知识，但缺点是限制了学生个性化的自主学习;尽管线上可以实现个性化自主学习，但要求学生有较强的学习能力和自律能力，难以开展深度学习。开展深度学习就是在有限的时间内，将教师的有效指导与学生的灵活个性化学习有效结合起来。这一混合式学习理念在线上浅层学习和线下深层学习的混合式深度学习中的体现是：线上浅层学习、线下深度学习分别对应着浅层学习内容和深度学习内容，线上线下的问题结合点是规则应用问题，认知目标的结合点是应用。也就是说，在进行混合式学习任务设计时，将浅层学习内容留给学生进行线上学习。学生通过浅层学习掌握基本概念和解决良构问题的能力，而解决复杂工程问题的劣构问题学习主要还是在线下进行。

三、教与学策略

根据混合式学习活动的个体学习、小组合作学习及线下教学三种教学组织形式，制定了问题驱动混合式深度学习教与学策略。

（一）教的策略

教师在备课过程中，将运算、故事问题，规则应用问题和工程问题原型三个问题分成三种学习组织方式：运算、故事问题要求学生利用线上学习资源进行自主学习;规则应用问题建议学生进行线上小组合作学习，该部分的问题类似于教材课后作业习题，但要强化工程背景介绍。通过该形式进行学习，学生了解了解决复杂工程问题需要的程序规则;工程问题原型也就是没有教学化处理的复杂工程问题实例，该部分教学组织形式是教师指导下的线下合作学习。教师根据每次授课内容，将教的策略落实到学习任务单上，并于课前几天在学习空间向学生发布，便于学生课前学习。但这个教的策略也仅仅是指导性的，在具体教学过程中根据学生学习情况，也可以进行适当调整、修正。

学生线上自主学习属于初学者学习阶段，学生要学会识别大量职业能力所涉及对象的客观特征，并接受在相关事实和特征基础上进行行动的规则;线上小组学习阶段依然缺乏工程背景的情境化学习，但通过规则化问题解决，掌握了怎样解决复杂工程问题的基本规则方法;线下指导合作学习属于熟练、专家、精通、实践智慧学习阶段，该阶段更依赖于学徒制教学模式，通过师生、生生互动，互相体验学习、解决工程问题的风格，在此过程中学生习得了解决复杂工程问题的非认知内容。

（二）学的策略

根据大学生学业指导理论，大学生在校学习是需要教师在学习方法、方式上进行指导的，使学生科学地“忙起来”。因此，线上自主学习和小组学习也不是盲目的，需要依据深度学习策略指导。美国学者Eric Jensen、LeAnn Nickslsen[10]提出了开展深度学习的设计标准与课程、预评估、营造积极的学习文化、预备与激活先期知识、获得新知识、深度加工知识及评价学生的学习七种策略路线图。尽管七种策略是指课堂深度学习，但也有助于混合式深度学习的开展。其中设计标准与课程、预评估、营造积极的学习文化前三个策略符合教师的教的策略，后四个侧重于学生怎样学的策略。

1.预备与激活先期知识

学生拿到教师在学习空间上发布的学习任务单时，应根据任务单的导学提示，回忆自己以前所学过的相关课程知识，通过线上学习资源或教材学习，再次深化对这些知识的理解，为建构性自主学习准备好先前知识基础。

2.获得新知识

根据学习任务要求，学生通过线上或教材学习资源学习新知识，并尝试与自己先前所学知识进行同化，形成新的知识结构，并通过线上小组学习，公布自己对新知识的理解，在小组讨论过程中完善、丰富自主学习内容。

3.深度加工知識、学习评价

深度加工知识阶段是以线上小组合作学习为起点、线下指导合作学习为中点、学习评价为终点的学习过程：学生通过小组合作学习，利用自主学习所得的知识解决了带有工程背景的规则性问题，掌握了布卢姆的应用教育目标;经过线下教师有效指导的合作学习，习得了解决复杂工程问题能力。经过小组互评、教师指导及自己反思评价，实现解决问题能力迁移。

四、结语

新时代知识经济和科学技术的快速发展，解决问题的能力成为人们生存的必备能力，解决复杂工程问题也成为新工科学生的工程核心素养。混合式深度学习既是教育现代信息化带来学习革命的必然选择，又是培养新工科学生解决复杂工程问题的主导学习方式。科学合理地“忙起来”进行混合式深度学习需要理论指导，学习活动连续谱理论为新工科背景下混合式深度学习的设计与实践提供了理论建议。

参考文献：

[1]詹泽慧，李晓华.混合学习：定义、策略、现状与发展趋势：与美国印第安纳大学柯蒂斯·邦克教授的对话[J].中国电化教育，2009（12）：1-5.

[2]黄荣怀，马丁，郑兰琴，等.基于混合式学习的课程设计理论电化教育研究[J].电化教育研究，2009（1）： 9-14.

[3][加]迈克尔·富兰，[美]玛利亚·兰沃希.极富空间：新教育学如何实现深度学习[M].于佳琪，黄雪锋，译.重庆：西南师范大学出版社，2016.

[4][美]戴维·乔纳森.学会解决问题：支持问题解决的学习环境设计手册[M].刘名卓，金慧，陈维超，译.上海：华东师范大学出版社，2015：10-18.

[5][美]戴维·乔纳森.学会解决问题：支持问题解决的学习环境设计手册[M].刘名卓，金慧，陈维超，译.上海：华东师范大学出版社，2015：11-17.

[6]盛群力，魏戈.聚焦五星教学[M].福州：福建教育出版社，2015：49.

[7]徐献军.具身认知论：现象学在认知科学研究范式转型中的作用[M].杭州：浙江大学出版社，2009：75-76.

[8]何玲，黎加厚.促进学生深度学习[J].计算机教与学，2005（5）：29-30.

[9][英]麦克·格尔森.如何在课堂中使用布卢姆教育目标分类法[M].汪然，译.北京：中国青年出版社.2019：16-17.

[10][美]Eric Jensen，LeAnn Nickslsen.深度学习的7种有力策略[M].温暖，译.上海：华东师范大学出版社.2017：13.

编辑 司 楠