深度学习视域下智慧课堂教学模式的构建及应用研究*

李 环 吴 砥 朱 莎 郭 庆 罗志强

深度学习视域下智慧课堂教学模式的构建及应用研究*

李 环1吴 砥1朱 莎1[通讯作者]郭 庆1罗志强2

（1．华中师范大学 人工智能教育学部，湖北武汉 430079；2．武汉经济技术开发区实验小学，湖北武汉 430058）

当前，提升学生核心素养是智慧课堂教学关注的重点，为此各级各类学校基于智慧课堂开展了教学实践探索，但效果不佳，难以达到培育学生核心素养的目的，其原因在于智慧课堂教学实践缺乏“深度”。深度学习作为培育学生核心素养的重要路径，为实现人工智能技术与课堂教学的有效融合提供了理论支撑与实践指引。基于此，文章首先梳理了深度学习的内涵与课堂教学特征；然后文章以深度学习理论为指导，以培育学生核心素养为目标，从教学环节、师生活动、教学评价、资源工具等方面构建了深度学习视域下的智慧课堂教学模式；最后文章以小学数学为例开展教学准实验，分别从学习过程和学习结果两个维度综合验证该教学模式对学生深度学习的促进作用，以期丰富智慧课堂教学模式的相关研究，为智慧课堂教学的高效开展提供参考，助力学生的核心素养培育。

深度学习；智慧课堂；智慧课堂教学模式；学生核心素养

引言

如今，如何提升学生的核心素养成为世界各国关注的焦点问题，我国近年来也逐步将培育学生核心素养作为教育改革的重点，并为此出台了相应的政策。2022年4月，教育部印发《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》，明确了义务教育阶段时代新人培养的具体要求，强调培育学生终身发展和适应社会发展所需要的核心素养[1]。同年10月，习近平总书记在中国共产党第二十次全国代表大会上也指出要“发展素质教育”[2]，进一步凸显培育学生核心素养的重要性。

课堂作为教育改革的主阵地，也是落实学生核心素养发展的关键场所[3]，其中智慧课堂作为智慧学习环境的范式，融合了多种先进的人工智能技术和数字化设备，已成为人们青睐的课堂环境类型[4]。然而，通过文献综述和实地调研发现，虽然各级各类学校基于智慧课堂开展了教学实践，但仍然存在形式化、模式化和机械化等问题，导致学生缺乏能够提升创新思维能力和综合解决生活实际问题能力的机会[5]。究其原因，可能是当前的智慧课堂教学缺乏“深度”，即多数教师在没有深入理解智慧课堂的理论基础、精神意涵和核心理念的前提下，将人工智能技术与课堂教学进行较浅层次的整合，因而较难达到培育学生核心素养的目的[6]。要从根本上改变这种现状，需要教师积极思考什么样的教学目标更有意义，什么样的教学理念更有价值，什么样的教学活动更有利于教学目标的实现，什么样的教学评价能更好地促进学生学习。而研究发现，深度学习正是解决这些问题的利器，其为实现人工智能技术与课堂教学的有效融合提供了理论支撑与实践指引[7]。

鉴于此，本研究在分析深度学习内涵与课堂教学特征的基础上，通过融合智慧教学产品、数字教育资源与课堂教学，尝试构建深度学习视域下的智慧课堂教学模式，并以小学数学为例，通过开展教学准实验，检验所构建的教学模式对学生深度学习的促进作用，以期丰富智慧课堂教学模式的相关研究，为智慧课堂教学的高效开展提供参考，助力学生的核心素养培育。

一 深度学习的内涵与课堂教学特征

1 深度学习的内涵

深度学习的概念最早出自美国学者Marton和Saljo在1976年联名发表的论文《学习的本质区别：结果和过程》[8]，该论文根据学生获取和加工信息的方式，将学生分为深度水平加工者和浅层水平加工者。自此，国内外学者围绕深度学习展开了广泛而深入的研究。国外较为经典的深度学习定义由Biggs[9]提出，他认为深度学习包含高水平或主动的认知加工，对应的浅层学习则采用低水平认知加工，如简单记忆或机械记忆。国内关于深度学习的定义最早由黎加厚[10]提出，他认为深度学习是在理解学习的基础上，使学生能够批判性地学习新的思想和事实，并将其融入原有的认知结构中，同时将已有知识迁移到新的情境以解决问题。2014年，教育部基础教育课程教材发展中心在全国多个实验区开展了“‘深度学习’教学改进”项目研究，进一步明确了符合我国国情的深度学习内涵：“所谓深度学习，就是指在教师的引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。在这个过程中，学生掌握学科核心知识，理解学习过程，把握学科的本质及思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、积极的态度、正确的价值观，成为既具独立性、批判性、创造性又有合作精神，基础扎实的优秀的学生，成为未来社会历史实践的主人。”[11]该内涵明确了深度学习的目标，即培养学生的知识应用、分析、评价、迁移等高阶认知能力，以及批判性思维、创造性思维等高阶思维；同时明确了深度学习的性质，即深度学习并非一味增加学习难度，而是强调学生认知、思维、情感的深度参与，以及教师对教学内容的深度加工，进而实现“教师主导、学生主体”基础上的有意义学习。

2 深度学习理念下的课堂教学特征

从深度学习的内涵可以看出，深度学习是相对于浅层学习而言的。浅层学习主要指以教师为中心、以知识灌输为任务进行课堂教学，教学中学生被动地接受和记忆知识；而深度学习强调学生在课堂中的主体地位，目的是促进学生认知、思维、情感、意志和价值观的深度参与[12]。具体来讲，深度学习理念下的课堂教学具备如下特征：

（1）教学目标：指向学生核心素养

浅层学习下的教学目标主要关注认知层面，侧重于知识的记忆与理解，最终目的是学生能利用所学知识解答题目，在考试中获得高分。这种教学目标指导下的课堂教学是固化的，难以发展学生的高阶思维，无法让学生通过知识学习掌握未来社会生存的必备品格和关键能力。深度学习下的教学目标强调以培养学生核心素养为价值导向，关注核心知识的掌握、迁移与应用，同时注重在知识学习过程中培养学生的批判性思维能力、自主学习能力、自我管理能力、协作交流能力、问题解决能力等高阶思维，为学生更好地促进自我发展和适应社会变革奠定基础[13]。

（2）教学理念：尊重学生主体地位

浅层学习下的教学理念主要秉持“以教师为中心”的教学理念，忽视了学生的主体地位，教师一味地进行知识输出，学生以死记硬背的方式进行被动接收，难以实现知识的有效迁移和应用。深度学习下的教学理念坚持“以教师为主导，以学生为主体”，充分挖掘每位学生的特点，尊重学生的个性化和全面发展；通过组织开展“以学为中心”的项目式、问题式、探究性学习活动，鼓励学生积极调动自己的知识储备进行深度思考和探究，不断激发学生主动学习、持续学习的动力和兴趣[14]。

（3）教学活动：依托真实问题情境

浅层学习下的教学活动多为脱离生活实际的“虚拟”活动，学生只能掌握表面、浅显的概念和原理，难以将所学知识与实际生活建立联系，无法达到“学以致用”的目的。深度学习下的教学活动不仅要求学生掌握基本的书本知识，还要求学生拥有在复杂情境中解决问题的高阶思维能力，并将其灵活运用到生活情境中。这种教学活动以学生的实际生活为切入点，通过设计体现劣构性、趣味性的真实问题情境，引发学生的认知冲突，促使其运用已有知识解决新的、真实世界的问题，从而实现以“解决问题的教学，生成问题的教学”为导向的深度课堂学习[15]。

（4）教学评价：指向多元综合评价

浅层学习下的教学评价以终结性评价为主，通过作业、考试等手段了解学生的知识掌握情况，评价相对滞后，难以在教学过程中实时改进教学，无法为学生提供针对性、个性化的学习指导。深度学习下的教学评价坚持多元评价方法，通过诊断性评价掌握学生的认知发展基础，了解学生的前概念，进而指导教学设计；通过多元主体参与（学生自评、同伴互评、教师评价）的过程性评价，帮助教师及时掌握学生学情，以有针对性地调整教学策略；通过终结性评价了解学生的学习成效，支持教师进行个性化学习指导[16]。

二 深度学习视域下智慧课堂教学模式的构建

参考深度学习理念下的课堂教学特征，本研究尝试构建深度学习视域下的智慧课堂教学模式。首先，基于深度学习的课堂教学以培育学生核心素养为教学目标，因此在进行整个教学环节设计时，应明确各环节所要培养学生哪些具体的高阶思维和关键能力；其次，基于深度学习的课堂教学坚持“以学为中心”的教学理念，因此在设置教学活动时，不仅要关注教师活动，更要从学生的角度出发，明确学生所要参与的活动有哪些，支持学生进行自我导向学习、个性化学习和探究式学习；再次，基于深度学习的课堂教学强调教学活动应依托“真实问题情境”，因此在设计教学环节和教学活动时应将情境任务贯穿课堂始终，由浅入深，由易到难，不断引发学生的认知冲突，促使学生运用已有知识解决真实世界问题；最后，基于深度学习的课堂教学主张采用过程性评价与结果性评价相结合的多元评价方式，因此应将评价渗透于课堂教学全过程，即课前采用诊断性评价，课中采用过程性评价，课后采用终结性评价。此外，基于深度学习的智慧课堂教学应在智慧教育环境下开展，以师生平板、电子白板、智慧教学平台等工具为依托，为师生提供丰富、优质的数字资源。基于此，本研究分别从教学环节、教学活动（学生活动与教师活动）、资源工具、教学评价等方面出发，构建了深度学习视域下的智慧课堂教学模式（如图1所示）。具体可从“课前”“课中”“课后”三个阶段理解该教学模式的实施流程。

1 课前阶段

课前阶段的教学环节为“自主学习，学情诊断”，具体操作流程为：①教师通过教师平板和智慧教学平台，向学生推送数字资源和预习测验题等导学资料；②学生借助学生平板开展自主预习，完成测试，并根据测验结果发现和思考学习问题；③教师基于智慧教学平台反馈的学习诊断结果分析学情，继而调整教学内容与策略。该教学环节旨在促进学生对知识的理解和记忆，培养学生的自主学习能力。该阶段的教学评价主要是诊断性评价，即借助智能技术，对学生的自主学习情况做出诊断，基于学生学情进行精准教学，实现因材施教。

图1 深度学习视域下的智慧课堂教学模式

2 课中阶段

课中阶段的教学环节包括“创设情境、问题初探”“合作探究、疑难突破”“变式训练、迁移应用”“总结反思、认知升华”。

“创设情境、问题初探”环节旨在培养学生的真实问题解决能力，主要操作流程为：①教师借助智慧教学平台导入真实情境任务，引发学生进行自主探究；②学生尝试解决问题，并通过平板进行交流互动，展示学习成果；③教师引导学生将情境任务细化为具体问题和知识点，帮助学生认识、理解知识。

“合作探究、疑难突破”环节旨在培养学生的批判性思维、合作能力和沟通能力，主要操作流程为：①教师借助智慧教学平台发布具有挑战性的学习任务，并组织学生开展小组合作探究；②教师巡堂发现学生存在的问题，并进行答疑解惑；③学生以小组为单位，展示交流任务探究成果，并进行组间、组内互评；④教师通过智慧教学平台，对学生的任务完成情况进行剖析点评。

“变式训练、迁移应用”环节旨在培养学生的学习毅力、真实问题解决能力和创造性思维，主要操作流程为：①教师根据教学目标和学生学情，借助智慧教学平台发布一题多变、一题多解等类型的随堂检测；②学生在完成随堂检测的过程中，巩固所学知识，提升自己的问题解决能力；③教师借助课堂互动工具组织教学活动，引导学生发现一般规律，并有针对性地进行补充讲解，促进学生对知识的迁移内化。

“总结反思、认知升华”环节旨在培养学生的批判性思维，主要操作流程为：①教师引导学生利用思维导图、在线协作文档等学科教学工具对所学内容进行梳理，促进学生对知识的新旧联结；②学生回顾反思课堂学习过程，自查学习目标的达成情况、学习活动的参与情况；③教师进行课堂小结，梳理回顾课程核心知识，总结重要的思想方法，巩固课堂教学成果。本阶段的教学评价主要是过程性评价，即依托智慧教学平台，跟踪记录学生的课堂学习全过程数据，对学生的认知、情感、态度等方面进行全方位、伴随式评价，为教师随时调整教学计划、改进教学方法提供参考。

3 课后阶段

课后阶段的教学环节为“练习辅导，拓展提升”，侧重培养学生的自主学习能力，具体操作流程为：①教师通过平板推送个性练习，并适时发布综合实践任务；②学生运用所学知识完成个性练习或综合实践任务，以巩固学习和拓展实践；③教师借助大数据精准教学系统，分析学生个性练习完成情况，并据此推送相应的数字资源，实现个性辅导。本阶段的教学评价主要是终结性评价，即对学生阶段性学习的质量做出结论性评价，为下一步学生学习需求与学习目标的制定提供参考。

三 教学实践及效果检验

为验证深度学习视域下智慧课堂教学模式的有效性，本研究基于所构建的教学模式开展教学准实验，检验该教学模式对学生深度学习的促进作用。

1 研究对象

本研究选取湖北省武汉市S小学五年级A班和B班的学生作为实验对象，以数学学科为例，开展一学期（2022年3月～7月）的教学准实验。A班、B班的学生在总人数、性别占比、学习成绩等方面大致相当。A班为实验班，学生人数为35人；B班为对照班，学生人数为36人。

2 研究过程

为排除教师个体差异对实验结果的影响，本研究选取同一名数学教师对两个班级进行授课。对于实验班，采用本研究团队构建的深度学习视域下的智慧课堂教学模式开展教学；对于对照班，采用传统的教学模式开展教学（未采用师生平板、智慧教学平台等工具，未进行基于深度学习理论的教学设计等）。由于深度学习聚焦学习过程与学习结果，突出参与、体验和生成，并以学生高阶思维形成、创新能力提升为旨归，因此本研究分别从过程维度和结果维度综合验证所构建的教学模式对学生深度学习的促进作用。其中，深度学习的过程属性指向学生学习过程中所表现出来的状态，具体体现为积极主动参与、高学习投入等[17]。为此，本研究将学习参与作为衡量学生深度学习效果的过程维度指标。深度学习的结果属性指向有意义的学习和知识的有效迁移，具体体现为学生具备关联、分析、抽象、综合等高阶思维[18]。为此，本研究将学生的思维水平作为衡量学生深度学习效果的结果维度指标。

为验证过程维度的深度学习效果，研究者分别于学期初和学期末在两个班级发放学生学习参与问卷，完成前测和后测。针对回收的数据，研究者分别从纵向和横向两方面综合验证所构建的教学模式对学生学习参与的影响作用。其中，在纵向上，本研究利用SPSS 25.0统计分析软件对实验班学生的学习参与前后测数据进行配对样本t检验，比较其在教学实验前后的学习参与变化情况；在横向上，本研究利用SPSS 25.0统计分析软件对实验班和对照班学生的学习参与后测数据进行协方差分析，比较两个班学生在教学实验结束时的学习参与差异情况。

为验证结果维度的深度学习效果，本研究在智慧教学平台后台随机采集实验班学生在学期初和学期末的5次随堂练习完成情况数据，包括随堂练习题的难度及考查知识点、学生每道题的正确率等。其中，学期初的5次随堂练习共有49题，学期末的5次随堂练习共有53题。针对学生的随堂测试完成情况数据，研究者与实验教师共同协商，综合考虑随堂练习题的难度、所考察的知识点以及实际教学经验，参考基于SOLO分类的学生思维评价表，分别计算学期初和学期末不同思维水平的学生所占比例，比较学生思维水平的变化情况。

表1 基于SOLO分类的学生思维评价表

3 研究工具

（1）学习参与问卷

关于学习参与程度的测量，本研究主要参考Deng等[19]编制的学习参与量表，改编制定了学习参与问卷，包含4个子维度：行为参与、认知参与、情感参与、社会参与；每个子维度各3个题项，共计12个题项，均采用李克特5点量表计分。其中，“行为参与”子量表较为典型的题项是“每周我都会留出固定的时间进行自学”；“认知参与”子量表较为典型的题项是“我会反复学习课上没能掌握的内容，直到学会为止”；“情感参与”子量表较为典型的题项是“我很享受参加课堂活动的过程”；“社会参与”子量表较为典型的题项是“我会参与到课堂讨论中”。对问卷的信度进行检验，得到4类学习参与的克隆巴赫系数值，分别为0.76、0.84、0.82、0.83，均大于0.75，说明该量表具有较高的信度；对问卷的效度进行检验，得到KMO系数为0.82，巴特利球形检验的显著性为0.00，说明学习参与问卷具有良好的效度。

（2）基于SOLO分类的学生思维评价表

Biggs等[20]提出的SOLO分类法将思维结构从简单到复杂依次划分为前结构、单点结构、多点结构、关联结构、抽象扩展结构五个等级。前三级涉及的思维操作较少且多为低阶思维，属于浅层学习结果；第四、五级涉及复杂的高阶思维操作，是典型的深度学习结果。而学生的随堂练习完成情况是学习结果最直接的体现，可以通过学生完成不同难度练习题的正确率推断其具备的思维结构，进而判断其是否进行了深度学习[21]。为此，本研究针对所采集的学生随堂练习完成情况数据，与实验教师共同协商，根据随堂练习的难度、所考察的知识点以及实际的教学经验，将随堂练习题与SOLO分类的不同思维层次进行匹配，得到了如表1所示的学生思维评价表。

4 研究结果

（1）深度学习过程维度的分析结果

实验班学生学习参与前后测的配对样本t检验结果如表2所示。可以看到，4类学习参与的后测值均大于前测值，且教学实验前后学生的行为参与（t=-3.06，=0.01）和社会参与（t=-2.48，=0.02）存在显著性差异，情感参与存在边缘显著（t=-1.74，=0.09）。

表2 实验班学生学习参与前后测的配对样本t检验结果

为排除实验开始前学生学习参与对两个班级学生学习参与后测值的影响，本研究对两个班级学生的学习参与后测值进行协方差分析：把学习参与的前测值作为协变量，班级作为固定因子，学习参与的后测值作为因变量。分析结果显示，实验班学生4类学习参与的后测均值均高于对照班，协方差分析结果如表3所示。可以看到，实验班和对照班的学生在行为参与方面具有显著性差异（F=7.77，=0.01），在认知参与（F=3.02，=0.09）和情感参与（F=3.71，=0.06）方面存在边缘显著。

根据表2和表3可以发现，在经历一学期的基于深度学习的智慧课堂教学实践后，学生会更加主动地参与到学习活动中，围绕所学知识进行更加深入的思考和理解，对学习的积极性和兴趣逐步提升，且能够与其他同学开展更多的合作交流。这说明，深度学习视域下的智慧课堂教学模式能够较好地促进学生进行更加深度的学习体验。

表3 实验班和对照班学生学习参与后测的协方差分析结果

（2）深度学习结果维度的分析结果

实验班学生在学期初和学期末的思维水平占比情况如图2所示。可以看到，在学期初，67.64%的学生的思维结构属于低阶思维，仅有7.65%的学生的思维达到抽象扩展结构，说明学生整体处于较为浅层的学习水平。经过一学期基于深度学习的智慧课堂教学实践，学生的思维水平整体得到提升，60.59%的学生的思维达到了关联和抽象扩展结构。这表明学生不仅掌握了单个核心知识点，而且能够将多个知识点整合起来理解，通过分析、综合、抽象、概括等思维操作，构建知识点之间的内在联系和系统科学的知识结构。这说明，深度学习视域下的智慧课堂教学模式能够有效促进学生对知识的迁移应用，从而达到深层次的学习效果。

图2 实验班学生在学期初和学期末的思维水平占比情况

5 研究结论

由以上分析可得，深度学习视域下的智慧课堂教学模式对学生的深度学习具有明显的促进作用。具体来讲，在深度学习的过程维度，实验班学生对学习表现得更加投入，在行为参与、认知参与、情感参与和社会参与等方面均有所提升。在深度学习的结果维度，实验班学生的思维水平普遍提升，逐渐由较为浅层的低阶思维向深层次的高阶思维转变。可能的原因解释如下：首先，深度学习视域下的智慧课堂教学模式强调真实问题情境，通过创设贴近学生生活的情境任务，能够激发学生的探索欲和求知欲；其次，深度学习视域下的智慧课堂教学模式注重小组合作学习，通过小组的形式汇聚多名学生的智慧，以高效地解决复杂问题，从而使学生获得成就感；再次，深度学习视域下的智慧课堂教学模式为学生创造沟通表达的机会，无论是在小组内与成员进行沟通，还是上台面向集体交流展示成果，都能够激发学生的表达欲望；最后，深度学习视域下的智慧课堂教学模式有利于师生开展互动交流，便于教师及时发现学生学习存在的问题并进行精准干预，提升学生的学习热情和学习动力。因此，在基于深度学习的智慧课堂教学实践中，学生能够更加积极、主动地投入到学习中，实现知识的有效迁移应用。综上，深度学习视域下的智慧课堂教学模式对于解决当前智慧课堂存在的浅层低效问题、促进教学效果提升和学生核心素养培育具有一定的参考价值。

四 结语

本研究针对现有智慧课堂缺乏“深度”的关键问题，首先引入深度学习理论，构建了深度学习视域下的智慧课堂教学模式；然后以小学数学为例，通过开展教学准实验，验证了该教学模式能够有效促进学生的深度学习。本研究成果虽然为如何促进智慧课堂环境下学生的深度学习提供了一定参考，但也存在一些不足和局限性，如本研究仅选取小学五年级的学生作为研究对象，并以数学学科为例开展为期一学期的教学实验，存在教学周期较短、结论可推广性有待考证等问题。为此，后续研究将在不同学科、学段开展更长周期的智慧课堂教学实践，对深度学习视域下的智慧课堂教学模式不断进行迭代升级，以提升其适用性和可推广性。

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Resrarch on the Construction and Application of Smart Classroom Teaching Model under the Perspective of Deep Learning

LI Huan1WU Di1ZHU Sha1[Corresponding Author]GUO Qing1LUO Zhi-qiang2

At present, improving students’ core literacy is the focus of current smart classroom teaching. Therefore, schools of all levels and types have carried out teaching practice exploration based on smart classroom, but the effect is not good, and it is difficult to achieve the purpose of cultivating students’ core literacy. The reason lies in the lack of “depth” of smart classroom teaching practice. As an important way to cultivate students’ core literacy, deep learning provides theoretical support and practical guidance for the effective integration of artificial intelligence technology and classroom teaching. Based on this, under the guidance of deep learning theory and with the goal of cultivating students’ core literacy, this paper firstly sorted out the connotation and classroom teaching characteristic of deep learning, and then constructed a smart classroom teaching model under the perspective of deep learning from aspects such as teaching links, activities between teachers and students, teaching evaluation, and resources and tools. Finally, taking primary school mathematics as an example to carry out teaching quasi experiment. Meanwhile, the promotion effect of this teaching model on students’ deep learning was verified comprehensively from the two dimensions of learning process and learning product respectively, which was expected to enrich the relevant research of smart classroom teaching model, provide reference for the efficient development of smart classroom teaching, and help cultivate students’ core literacy.

deep learning; smart classroom; smart classroom teaching model; students’ core literacy

G40-057

A

1009—8097（2023）02—0061—10

10.3969/j.issn.1009-8097.2023.02.007

本文为2021年度国家自然科学基金青年科学基金项目“融合证据推理和认知网络分析的学生信息素养高阶思维能力精准评价研究”（项目编号：62107019）的阶段性研究成果。

李环，在读博士，研究方向为智慧教育教学研究，邮箱为syqz@mails.ccnu.edu.cn。

2022年9月25日

编辑：小时