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走向深度教学 基于学习品质的中小学教学实践 主要内容 1 2 4 3 引子 什么是深度学习 我们的课堂有深度吗 深度教学的实践探索 2019年国际数学奥林匹克竞赛开始了 中国代表队都是中国学生很正常 可是从现场参赛队员的合照的图片来看 美国代表队中真正的白人面孔只有一个 其余的学生都是亚洲人 此外 许多参赛队如加拿大队 澳大利来队 新西兰队成员也大多数都是华人或者是华裔 参赛队的队员也是经过层层选拔选出来的 成绩好的大多数都是华裔学生 只有他们才能够对抗强大的中国队 才能帮助这些国家取得与大国地位相符合的比赛名次 1 一 引子 哪一支是中国队 相关机构对中国从1977年到2006年30年间1000多位 高考状元 进行了跟踪调查 调查结果显示 这么多曾经让人惊羡的高考状元 却没有一位成为顶尖人才 他们如今都过着平凡的日子 职业成就远低于社会预期 在云师大附中校园里 矗立着一块 状元碑 根据记载 从1977年至今 云师大附中一共产生过30多个全省高考状元 其中绝大多数都是被清华 北大录取 这些状元最终都去往哪里 有没有在各领域取得不错成绩 云南省教育厅厅长罗崇敏很关心他们毕业后的现状 可令他吃惊的是 这些 状元 们在各自的事业上几乎都没有什么大的建树 与当初人们对状元的预期相差甚远 除此之外 罗崇敏还查阅了1977年到2009年32年来全国的124名高考状元 他们一个都没有成为所从事职业领域的领军人物 2 高考状元们怎么了 将这二个事件联系起来看 我们能发现什么深层的问题呢 缺少了对思想的追寻 忽视了思想启迪 丧失了价值引领 我们的课堂能够教给学生什么 答案只有一个 那就是一堆仅仅依靠背诵而积累的考试过后中便远离学生人生的无意义 无思想 无涵养的符号 无论是数学 还是语文 抑或其它学科的教学 务必是走向思想的教学 方法的教学 逻辑的教学 意义的教学 这种教学就是深度教学 郭元祥 今天的中国教育有两个热词正在流行 一个就是大家都在讲的 核心素养 再一个就是 深度学习或深度教学 这两个词同时在中国基础教育界流行还是有它的必然联系的 我们可以将它描述为一枚硬币的两个面 可以说核心素养是我们最终的目标 而深度学习 深度教学就是我们实现这个目标的路径 二 什么是深度学习 1 深度学习的概念 2016年 AlphaGo在与李世石比赛中表现展现了超强的大局观以及对围棋的全新理解的 深度学习 能力 它能把不同数据库内存储的信息连接成 网络 在遇到未知的信息时 利用 网络 中不同性质的信息作出进阶运算 综合分析及推测 最终做出最优化的判断 深度学习首先是作为机器学习算法研究中的一种新技术 其动机在于建立 模拟人脑进行分析学习的神经网络 1981年的诺贝尔医学奖颁发给了DavidHubel TorstenWiesel他们的主要贡献是 发现了人的视觉系统的信息处理是分级 从视网膜 Retina 出发 经过低级的V1区提取边缘特征 到V2区的基本形状或目标的局部 再到高层V4的整个目标 如判定为一张人脸 以及到更高层的PFC 前额叶皮层 进行分类判断等 这是一个伟大的发现 其意义是 高层的特征是低层特征的组合 从低层到高层的特征表达越来越抽象化和概念化 深度学习的生理学基础 大脑是一个深度架构 认知过程也是深度的 2 Hubel 视觉信息分级处理的原理 2006年 加拿大多伦多大学教授GeoffreyHinton对深度学习的提出以及模型训练方法的改进打破了BP神经网络发展的瓶颈 Hinton在世界顶级学术期刊 科学 上的一篇论文中提出了两个观点 多层人工神经网络模型有很强的特征学习能力 深度学习模型学习得到的特征数据对原始数据有更本质的代表性 这将大大便于分类和可视化问题 对于深度神经网络很难训练达到最优的问题 可以采用逐层训练方法解决 其原理是将上层训练好的结果作为下层训练过程中的初始化参数 3 辛顿关于的 深度学习 的观点 2013年4月 麻省理工学院技术评论 杂志将深度学习列为2013年十大突破性技术之首 深度学习引爆的这场革命 将人工智能带上了一个新的台阶 不仅学术意义巨大 而且实用性很强 工业界也开始了大规模的投入 一大批产业 新产品将从中诞生 甚至引发一场新的工业革命 20世纪八九十年代以来 随着学习科学的不断发展 深度学习的概念和思想也不断地在教育中得到应用 来自脑科学 人工智能和认知科学领域的新成就 必然引起各国教育界新一轮的教育教学改革 计算机 人工智能尚且能够模拟人脑的深层结构和抽象认知 通过神经网络的建立开展深度学习 那么 学生的学习有表层和深层等层次之分吗 人对知识的学习过程究竟应该是怎样的一个脑活动过程 从作为符号的公共知识转化到作为意义的个人知识是怎样实现的 知识学习过程究竟是一个怎样的抽象认知过程 1976年 美国学者马顿和萨尔约在 论学习的本质区别 结果和过程 一文中明确提出了表层学习和深层学习的概念 这被普遍认为是教育学领域首次明确提出深度学习的概念 他们在一项关于阅读能力的实验研究中 详细探讨了阅读学习的层次问题 通过让学生阅读文章并进行测验 发现学生在阅读的过程中运用了两种截然不同的学习策略 一种是试图记住文章所描述的事实 揣测接下来的测试并记忆 即表层学习 SurfaceLearning 也主是 浅层学习 另一种是试图理解文章的中心思想和学术内涵 即深层学习 DeepLearning 也被译为 深度学习 4 马顿 学习层次 的实验研究 深度学习是指在理解的基础上 学习者能够批判性地学习新的知识和思想 并将新知识和思想融入已有的认知结构中 能够在众多的思想间进行联系 并能够将已有的知识迁移到新的情境中 作为决策或解决问题的一种学习方式 黎加厚深度学习是相对于简单学习而言的 深度教学是基于深度学习 理解知识的基础上 以培养高阶思维能力 反思能力和实际问题解决能力为宗旨的教学 5 深度学习的定义 学习者能够将新的观念和概念与已有的知识经验相联系 学习者主动地能够探求基本原理和模式 学习者愿意主动评估新观念及其相关推论 学习者能将其学到的知识整合到相互联系的概念系统中去 学习者能够理解知识创造的对话过程 能够批判地审视其论断的逻辑 学习者对其自身的学习过程和理解进行反思 深度学习的特征 6 我们的课堂有深度吗 三 近十年来 在中小学深度学习研究方面最有影响的是艾根教授领衔的 深度学习 LearninginDepth 项目组所进行的研究 其成果集中体现在 深度学习 转变学校教育的一个革新案例 等著作之中 该研究探讨了深度学习的基本原则与方法 分析了深度学习对学生成长 教师发展和学校革新的价值与路径 并在加拿大部分中小学进行实验研究 其核心成果聚焦课堂学习和教学问题 艾根在深度学习的研究中 首次从知识论的角度 论述了深度学习中关于 深度 的涵义 这也就是 学习深度 的三个基本标准 即 知识学习的充分广度知识学习的充分深度知识学习的充分关联度知识学习的充分深度 充分广度和充分关联度与知识的产生的背景相关 与学习情境相关 与个体经验相关 它最终帮助学生生成知识的意义 建构个体的知识 达到三个标准的前提条件就是深度教学 深度学习依赖于深度教学 1 艾根的 深度学习 的研究明确地告诉我们 深度学习与深度教学很强的关联性和一致性 也就是说 学生深度学习的条件是教师的深度教学 教师需要通过对知识的处理引导学生逐步到达一定的学习深度 这一深度学习的过程是一个逐步深化的学习过程 实现学生的深度学习需要教师在教学过程中引导学生完成对知识的深层理解和对知识的深度处理 深度学习与知识的背景 学习的情境 个体的经验存有较高的关联性 理解性的课堂 而非灌输性的课堂 以知识内在的本质和意义 思维和方法的理解为基础 对不同性质的知识做不同的教学法的处理 陈述性 概念性 程序性 元认知 高度关注学生新的知识结构和新的意义系统的形成与发展 深度课堂是什么样的 2 建构性的课堂 而非接受性的课堂 注重学生对知识意义的自我陈述 自我表达 以学科能力 学科思想为学生建构的目标 并同时关注学生对学科问题解决的方法与思路 反思性的课堂 而非表演式课堂 提供学生对知识学习的归纳与总结和表达学习感受的机会 能够明确地提出学生自我反思的要求并布置相关的任务 3 教学目标 与深度教学 我们熟知的教学目标在近几十年来一直在不断的变化 教学目标的这些变化 引导着我们的课堂教学走向深度教学 从 双基教学 到 三维目标 再到核心素养 基础知识和基本技能 知识技能 方法过程 情感态度价值观 从 四个学会 到 五个学会 学会学习 学会生存 学会做事 学会与人共处 学会改变 教育目标 教学目标的宽度决定学生未来人生道路的宽度 其实 早在1956年布卢姆在 教育目标分类学 里关于 认知领域目标 的探讨中 对认知目标的维度划分就蕴含了深度学习的思想 即 学习有深浅层次之分 他将教学目标分为记忆 理解 应用 分析 综合 评价六个由浅入深的层次 我们大多数教师并不清楚 这六个层次的目标还是一种积累的关系 2001年修订的教育目标确立了教学目标突显了 知识学习和认知过程 的双向度特征 深度学习与深度教学有丰富的科学 AI 脑科学 认知科学 的基础 认知过程也是深度的 也遵循着信息分层处理的基本原理 浅层学习不能为学生提供完整的课程履历和学习经历 深度学习与深度教学是中小校落实 核心素养 的需要 有深度的教学是全国所有名师课堂教学基本特征 本篇小结 四 实现 深度教学 的实践探索 1 深度教学成为研究热点 我国教育界对 深度学习 与 深度教学 是在2000年以后才开始的 2005年黎加厚教师发表了 促进学生深度学习 论文中率先介绍了国外关于深度学习的研究成果 同时探讨了深度学习的本质 2006年 郭元祥教授与台湾学者李坤崇合作开展 能力生根计划 推进能力导向的深度教学的理论研究与实验研究 2011年 中国教育田慧生研究员基于深化课程改革的需要 带领一个团队开始启动深度学习的项目研究 到现在关于深度学习与深度教学的文献已超过2 1万条 从目前对 深度学习与深度教学 探索的现实情况来看 我们可以从如下三个层面寻求突破口 校本课程开发教学模式创新教学技术进步 山东省济南章丘区有一所非常独特的学校 章丘第四中学 该校管理层有一个十分重要的理念即 有什么样的课程就应该有什么样的教育 2005年 他们开始搞创新教育 培养孩子创造力 具体做法是在完整执行国家课程体系的基础上 学校开发一个 创新教育课程 创新教育不是为少数班级 少数孩子的 而是所有学生必须要接受的一门课程 十多年过去了 一组惊人的数据产生了 全校已经有15000学生系统地接受了他们的创新课程 十多年来学生们做了40多万个创新项目 其中获得国家发明专利的有60多项 在各级创新大赛当中他们也获得了上千奖项 基于深度学习的校本课程 2 全国教育系统先进集体 全国创新型学校 章丘四中 科技楼二层展厅 学生专利墙 密密麻麻地摆放着各种各样的专利证书 这所科技创新大楼兴建面积8000平米 建设了高规格创客空间 科技馆 成果大厅 报告厅 机器人工作室 VR体验室 3D打印室等 其实在 创新课程 开发之初 他们也没有 深度学习与深度教学 概念的 四中领导和老师在培养创新人才的信念引导下 给予学生丰富的课程履历 完整的学习经历的同时 实践了 深度学习和深度教学 的理念 也为全国中小学树立了一个深度教学的优秀案例 3 基于深度学习的教学模式 项目式学习 Project BasedLearning 是一种以学生为中心设计执行项目的教学和学习方法 从而促进学生的学习效果 在一定的时间内 学生选择 计划 提出一个项目构思 通过展示等多种形式解决实际问题 项目式学习和传统式学习方法相比 能有效提高学生实际思考和解决问题的能力 项目学习与其它教学模式的比较 它的最大特点是产出 产品导向 知识的学习与技能的获得都是为最终创造出产品 项目式学习是一种关注学生深度学习的教学模式 它提供一些关键素材构建一个环境 学生组建团队经历在此环境里解决一系列开放式问题 并最终完成某一个既定的产品 项目式学习过程不仅关注学生们可以通过一个既定的方法来解决这个问题 它更强调学生们在试图解决问题的过程中发展出来的技巧和能力 在学习中 学生知识学习的过程变成了寻找为解决问题所需工具的行动 学生还需要学会如何计划项目以及推进项目的实施等一系列复杂的技能 学生们必须利用团队合作的力量才能完成项目 项目学习 的特征 在项目学习过程中 有几个非常关键的环节 提出问题 Propose 规划方案 Plan 解决问题 Execute 和评价与反思 Judge 老师在每个环节 都要为学生起到引导的作用 根据项目的主题不同 学生的表现不同不断调整自己的教学计划和项目的进行计划 在和其他教学模式不同 教师在整个教学模型中 更像是学生学习的协助者 在较为松散的课程计划中为学生提供大方向的辅导 支持学生顺利完成项目 项目学习 的要素 项目学习 经典案例 问题导向的学习 PBL 是一种以问题来驱动学习的深度教学方式模式 在这种学习方式中 问题 是组织学习学习形式的中心 与传统 知识获得 学习方式不同的是 问题导向的学习强调 问题解决与知识学习的关系 重视学生在学习过程中思维能力与学科能力的发展 问题导向学习的程式 设计话题 讨论话题 总结话题 问题导向的学习方式 2 来自幼儿园的深度学习案例 也许 许多中小老师并不清楚 经过十多年的努力 我国学前教育在教育观 课程观 学习观 知识观等方面已经成为我国教育领域中最先进的部分 甚至在一些重要的实践探索中其核心思想已经站在世界前列 成为引领世界学前教育发展的力量 上图是安吉幼儿园 深度学习 的若干案例中的一个 是一种典型的基于问题的学习模式 它为幼儿提供了的完整课程履历和学习经历 情境认知 问题意识 问题表征 猜想与假设 措施与检验 结论与反思 我国教育教学中比较突出的问题是 课堂教学设计与实施更多地关注浅层的教学目标 记忆 理解与简单运用 而对于帮助学生达成高阶教学目标 分析 综合评价和创造 没有足够丰富而有效的方法 手段与途径 被动的学习与浅层学习统治着课堂 学生的学习品质不高 学习效率低下 甚至在课堂上学生学习的投入度不高 学习经历不完整 课程履历不丰富 我们认为 中小学教育与课程的问题是一个系统性问题 需要整体性地不断改革 但就课堂教学而言 它最为突出的软肋就是 一头一尾 即 教学目标