基于变构模型的深度学习研究，本文主要内容关键词为：深度论文,模型论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
[中图分类号]G420 [文献标识码]A [文章编号]1002-4808(2015)11-0038-04 当前人们已认识到，仅仅为了通过考试，靠记忆获得的知识是孤立的、呆滞的，这样的学习方式已不能适应现代社会发展的要求，教育追求的应该是能整合信息、积极运用的深度学习。于是，关于深度学习理论的研究开始兴起。深度学习也称为深层学习，是美国学者马飞龙(Ference Marton)和罗杰·塞利约(Roger Saljo)首先提出的，它是与浅层学习即孤立记忆和非批判性接受知识相对的一个概念。综合多位学者关于“深度学习”的观点，笔者认为深度学习有以下六个方面的特征：一是强调新知识与学习者原有知识结构的关联。重视知识间内在的有意义的联系，注重理解性学习。二是注重运用所学知识解决实际问题。将课程内容和现实世界联系起来，灵活而熟练地运用科学知识作出决策和解决问题。三是认为学习源于学习者自身发展的需要。由学习者内在的兴趣、动机、好奇心与认知需求等因素驱动，强调学习者积极主动地学习。四是主张批判性思考。对新信息和观念保持一种怀疑批判的态度，不满足于对原有知识的扩充，更注重认知结构的重建。五是重视元认知的参与。元认知在学习过程中能有效调节、反思学习过程，并选择合适的学习策略，为问题解决提供方法。六是认为学习的结果是概念的转变、高水平思维的发展，还包括身体、情感、审美、道德和精神的成长，即态度、情感和价值观的持久改变。 一、深度学习的理论依据 认知心理学理论中有关于深度学习的论述，但仅仅是围绕着认知发展展开的论述，属于认识论层面，不能解释复杂学习中的种种阻滞现象，因此有其局限性。变构学习模型是以认知心理学理论作为认识论基础，继承、发展并超越了认知心理学的学习理论而产生的。变构学习模型是认识论层面的，同时也以教学和实践为取向，它揭示了学习过程的复杂性和悖论性，又能在教学层面上有效指导深度学习的实施。 (一)变构学习模型的产生及主要观点 变构学习模型是瑞士日内瓦大学的安德烈·焦尔当(Andre Giordan)针对传统学习理论的不足而提出的，其主要观点有： 第一，学习者的原有概念体可能成为学习的障碍。学习不是从零开始的简单的建构过程。学习者的已有知识和经验构成了一个特定的解释系统，称为“概念体”。原有概念体提供了提问框架、推理方式和参照系，学习者借助原有概念体这个唯一工具对新信息进行研究与解码，对现实世界进行阐释。[1]33但是当新信息与原有概念体相异的时候，原有概念体会妨碍学习者将新的信息纳入思维结构之中。[2] 第二，学习就是学习者概念体的转化。学习者既要运用原有知识进行学习，又要和原有知识对抗，使原有概念体逐渐削弱直至断裂，从而被另一个更合适的新概念体所取代。但是个体不会轻易改变或者放弃自己原有的概念，新知识只有在原有知识显得失效的时候才会真正安置下来。因此，必须对原有概念体进行“解构”。学习不是单纯的建构过程，而是一个“解构—建构”交错并行的过程，从一个先有的概念过渡到另一个更适合那一情境的概念。[1]41 第三，概念体转化的机制是知识的炼制和调用。“知识炼制”是指学习者把新信息同所调用的原有知识进行对质，以此激活与调动原有概念系统，生产出新的知识与意义，新知识能更适当地解答问题，这是实现概念系统转化的手段。[3]11调用还指新的知识经过炼制之后，学习者可以在新的情境中运用新知识。 第四，设置恰当的“变构教学环境”才能促进变构学习的产生。只有学习者自己才能够炼制新知识，没有人可以替代学习者进行学习。但是，由于学习过程的复杂性，由学习者单独“重新发现知识的全部要素”是极其困难的。这时，教师的作用就显得很重要，教师虽然不能直接传递知识的意义给学生，但是可以设计恰当的教学环境，通过与学习者进行心智互动，促进学生有意义学习的发生。变构教学环境主要包括：设计富有意义的问题和学习情境；引发一系列的认知干扰；善用思维助手、形式体系；提供调用新知识的情境；炼制的新知识通过整合形成概念系统；帮助学习者理解“关于知识的知识”等。[1]178-188 (二)变构学习模型指导深度学习的适切性 认知心理学的相关理论都提倡深度学习，都强调了学习者原有知识的作用，却没有考虑到多数情况下原有知识会阻碍新信息的纳入，导致一些科学概念不能被同化；将学习者看作孤立的个体，对社会等因素的作用认识不够全面；都没有提出促进深度学习的条件及相应的教学策略，而这些恰恰是教师最需要的。变构学习模型认为：科学概念的建构是在与原有知识的断裂中实现的，即必须要对原有知识进行解构；认知、情感和元认知等都构成了对新信息的障碍，需要与原有概念断裂并建构新的概念来超越对抗；提出了通过创设“教学环境”来促进学习的教学策略，这正是深度学习实践层面最需要的。变构学习模型的主要研究对象是概念学习、问题解决、概念策略等根本性学习和高级水平的复杂学习，而深度学习属于高级水平的复杂学习。因此变构学习模型适合指导深度学习的设计。 二、变构模型指导下的深度学习设计策略 (一)激发内部动机，让学生主动学习 由于学习者原有概念的干扰，学习行为需要学习者付出努力，因此只有当学习者受到激发产生学习的内在动力时，才会主动参与新知识的学习过程。[1]179学生的动机要与教学内容有关，并且要触及学生的概念体(而不是教师自己的概念体或者是教师假想的一个概念体)，还要作用于其变构部位，因为变构部位是概念体转化的关键点，这样才能够达成有效学习。 (二)多重对质，使原有概念解构 学生的原有概念体非常顽固，他们不会轻易放弃自己的原有知识，概念转变很难在没有外界干预支持的情况下顺利完成，因此，干预是学习过程中不可或缺的重要元素。[4]只有当学生受到了“干扰”，开始怀疑自己的自命真理、实践和信念的有效性，他们才会发生改变。因此需要设计特定的问题情境，使学生发现自己原有概念的不足或与新情境的矛盾，这样他们的概念体才会处于“失衡”状态，才可能“松动”，从而促进原有概念体的转化，进而形成更适合于解决新问题的概念体。对质是产生“扰乱”、诱发失衡的主要策略之一。对质的方式主要有以下几点。 第一，学生与现实的对质。实验观察和调查等出人意料的或是与学生原始想法相反的结果对学生产生质疑和迷惑特别有效。例如，矿质元素只有溶于水才能被吸收，植物吸收矿质元素和水分的主要部位都在根毛区，这样学生很容易认为植物吸收矿质元素和水分是同一个过程，而且吸收矿质元素与水分的量应该成正比。但通过探究实验测定菜豆幼苗在一段时间内吸收矿质元素和水分的量，发现菜豆幼苗吸水量增加1倍，而吸收的矿质元素只增加了0.1～0.7倍，从而使学生对自己的原有观念产生质疑。 第二，学生与新信息的对质。通过让学生阅读文字材料，也可以通过技术手段使新概念的本质外显或展现现实生活中无法直接观察到的一些现象，如短时间内播放植物的有丝分裂过程、有氧呼吸的过程等，使学生以更为直观的方式洞悉事物的本真。 第三，学生之间的对质。学生间的对质(论辩)，可以唤醒学生关于某主题的原有概念体，并使其暴露出来，否则学生原有的概念体容易被忽略，甚至会失去一次澄清自己知识的学习机会。不同知识背景、生活环境的学生具备“异质”的基础，论辩丰富了学生的自身观点，当被维护的观点显得脆弱或是具有局限性的时候，对质能帮助学生寻找其他合适的观点；论辩能够促进学生新知识的精细加工，增加学生表达的清晰度和深度。 第四，学生与教师的对质。教师以与学生探讨的方式来实施干预，教师要及时为学生补充新信息、新论据，以促进学生原有概念体的解构，帮助学生进行知识炼制，以形成新的概念体。 通过对质促使学生意识到自己原有概念体的不足，引导他们“后退一步”思考并对问题重新表征，学生的原有概念体产生动摇，为促进建构而解构；对质还使学生意识到了自己的“存在”和学习主人的身份，他必须要调用自己储存的知识来维护自己的观点，应对其他学生的提问或者解决当前的问题；对质更促使学生的思考更加精制化和复杂化，使学生的概念得以明晰。当然仅凭一次对质是远远不够的，一个过于直接的信息或仅仅一个数据永远不足以说服另一个信息。必须让学生接触大量的论据，必须设置多重对质才能使他们“放弃”原有概念体。 (三)营造信任氛围，鼓励大胆表达 “对质”和“扰乱”是动摇学生原有概念体的必经阶段，“对质”对丰富学习的作用不仅涉及认知维度，还关系到情感维度和社会维度。如果干扰过于强烈，学生感受到的不是挑战而是威胁，他们往往会感到气馁，产生一种身份危机，这样干扰就会成为一种障碍，造成思维凝固和学习“卡壳”。只有在学生处于一种充满信任的氛围之中，并具有一定自信的时候，他们才会接受干扰，并且只有在确保有人陪伴、援助的情况下概念体的转化才能够实现。[1]182因此教师的信任和护卫是非常重要的。 首先，教师要营造一种充满信任的氛围，培育良好的人际关系，包括教师与学生以及学生和学习小组之间的关系。当概念体浮现的时候，教师要护卫学生的稳定性，激发他们的自信和兴趣。例如，鼓励学生自我表达，通过提问激发学生学习动机，特别是对于班级中不活跃的学生，这样可使他们感到被关注从而积极参与学习活动。只有学生获得自信，不会感到任何威胁，才敢于大胆表达，教师也才有可能从中推断出学生的原有概念体。其次，要认识到学生有犯错误的权利，否则教师就成为多余的了。错误并不意味着失败，相反，找出错误的来源可以促进理解的发生，这比侥幸取胜更有价值。在潜在认知层面公开自己的成见、信念、证据以及隐藏的个人信仰是非常重要的。再次，鼓励学生善于想象，敢于创新。想象可以帮助学生更好地理解现实世界与科学世界，使他们能够“后退一步”思考已有问题解决方式的缺陷，推动其超越已知、探索未知，从而产生创新性的解决方法。因此，在学习环境中要特意设计一些想象与创新的机会。例如，设置开放性的问题，制造让学习者大胆假设的机会，这样可以缩短通达正确理解的进程。[5] (四)善用思维助手及形式体系，构建概念网络 孤立的、支离破碎的知识是“惰性的知识”“呆滞的思想”，这种思想仅为人脑所接受却没有与其他已有的思想有机地融为一体，学生对这些知识不感兴趣，也没有真正理解其实际意义，因此不能加以利用，只能靠死记硬背以应付考试，从而导致浅层学习。“思维助手”是指教师为了实现学习目标所提供的各种信息媒介和方法，可以是任何干预情境，比如小组学习、游戏、角色扮演等。这些思维助手能够提供最好的机会，让学生亲自“触及”知识，进而实现概念系统的转换。图示、概念图、模型、类比和隐喻等必要的形式体系也可以帮助学生进行思考，这些形式体系是建立联系、促进信息整合及生产新知识的好工具，它们可以让学生把经由教师引导而接触的各类信息进行重新汇聚，并对知识加以定位与组织，有效地帮助学生把握某个知识领域中主要的概念关系，构建概念网络。这种学习行为促使个体去质疑自身原以为是正确的观念和行为，冒险用别的方式进行思考，其目的在于构建新的解释、炼制新的思维方式，以一种更令人满意的方式引领其行动。这样不但将信息之间互相联系起来，而且将新信息与其已有的参照框架联系起来，建立新的概念网络，赋予了新信息以意义，促使新观点涌现，从而引起深度学习的发生。需要注意的是，教师所使用的形式体系必须是学习者能够掌握并且易于操作的，否则非但不能促进理解，反而会在思维中引起新的障碍。 (五)调用知识，促进新知识的固着 调用是在不同情境中运用知识，在现实世界和科学世界之间来回穿梭，使抽象的知识具体化。这里的调用不同于传统教学重复地应用练习，重复并不能促进知识的长期拥有。知识调用的过程使学生往来于其已有的知识和正在学习的知识之间，理解它们之间的交互作用，有利于把新知识整合到旧知识中，使新信息和已有知识之间建立网络链接。调用知识的过程还可以帮助学生意识到在面对要解决的问题时，其原有的概念不够恰当，而运用所学新知识却能够解决问题，这样他们就会发现新知识的价值并对其进行丰富，使知识更加精细化、复杂化，原有的错误概念才会逐步削弱，直至被清除，为新知识腾出空间，新知识才能够替代旧知识。 另一种调用知识的方式就是将知识教授给他人，也就是互惠教学。[3]104利用团队成员之间的智力能力差异可以促进更完善、科学的理解，而且便于提高学习效率。学生轮流成为供应者和需求者，在与他人的互动中促使自己的知识结构化，同时也形成对自己知识的意识。在互惠教学中，供应者为了更好地教别人、回答自己的问题或需求者的问题，会更加深入地思考，将每一个知识的应用条件、局限性、知识的逻辑结构描述出来，这样有利于对新知识的深层理解。 (六)启动元认知，反思概念的转变历程 变构模型认为，很多学习障碍或困难并不与知识本身相关，而是间接来自学生对所学知识或方法的刻板印象或直觉认识。学习不仅涉及认知和情感问题，而且和“元认知”密切相关。元认知是个体对自身认知活动的自我意识、自我调节、自我监控。元认知对学习促进作用的机制在于反思。学生通过反思能够加深对深层知识和复杂概念的理解和掌握，及时发现并修正学习中存在的问题和不足，启动元认知可以促进深度学习。例如，“后退一步”思考，即回到自己的初始观点，重新思考自己思维的过程，即以前使用的方法、以前赖以得出结论的证据、曾经遇到的困难、克服障碍的方式等，从而更好地意识到概念转变的过程。