從深度學習到生成課堂

【摘要】本文通過對深度學習和生成課堂相關研究的梳理，厘清了深度學習和生成課堂的關系：生成課堂是深度學習的教學表現形式，構建了生成課堂的教學流程，并探索通過在教學中借助生成式人工智能技術的支撐來開展生成課堂，幫助學生實現深度學習。形成了以核心素養(yǎng)為目標導向、以深度學習為內在機理、以生成課堂來表征推動、以生成式人工智能為輔助支撐的教學理念?！娟P鍵詞】深度學習；生成課堂；生成式課堂；生成式人工智能深度學習深幾許？一直是很多一線教師心中的困惑。這種困惑體現在兩方面：一是學生要學到何種程度才是深度學習，二是教師如何教才能實現學生的深度學習。這需要深入剖析深度學習的內涵，找出其課堂表現形式和實施方法，才能解決這一困惑。深度學習的愿景2005年，上海師范大學黎加厚教授在《促進學生深度學習》[1]中首次在國內提出了“深度學習”的理念后，隨著新一輪課程改革的實施，深度學習逐漸成為國內教學研究的熱點，形成了豐碩的理論和實踐研究成果。對相關研究成果進行概覽后，我們發(fā)現深度學習背后的研究基礎幾乎涵蓋了所有教育心理學和學習科學基本原理，是目前教育研究領域集大成的理念。那么，深度學習到底是什么呢？不同的教育研究者和學科領域都提出了各自的理解，本文把這些多元的視角和觀點進行梳理，按邏輯歸納出下面五個關于教育領域的深度學習的主流觀點。1.深度學習是指向過程的學習深度學習是一個由淺入深的認知過程。它要求學習者從表層知識逐步深入到核心概念，從單一信息逐步建立起復雜網絡，從被動接受逐步轉變?yōu)橹鲃犹剿?，從獨自探索到與他人和環(huán)境進行有效互動和交流，實現知識的內化，形成自己的文化認同和價值觀。深度學習的過程是一個不斷反思和修正的過程，它促使學習者不斷地檢驗自己的理解，尋求不同的視角，解決遇到的問題，提高自己的學習效率和質量。深度學習的過程也是一個不斷享受和滿足的過程，它關注學習者能夠體驗到學習的樂趣和成就，激發(fā)學習者的學習興趣和動力。2.深度學習是指向結構的學習深度學習是讓學習者形成對知識的結構化掌握。它要求學習者不僅能記住知識的事實和細節(jié)，還能關注知識的內在結構和聯(lián)系，理解知識的原理和規(guī)律，把知識組織成有意義的整體，形成自己的知識體系，更好地理解和掌握知識，增加學習的深度和廣度。深度學習的結構是一個動態(tài)的結構，它促使學習者不斷地更新和完善，使之與世界的變化相適應。深度學習的結構也是一個多維的結構，它促進學習者能從不同維度來理解和分析知識，如邏輯的、歷史的、文化的等，使知識具有更豐富的內涵和外延。3.深度學習是指向遷移的學習深度學習培養(yǎng)學習者把已學知識遷移應用到新場景的能力。它要求學習者不僅能重復或復制已有的知識和價值，還能根據不同情境和需求，調整和變換自己的知識和價值，使之更加適用和有效。深度學習的遷移是一個跨越的遷移，它促使學習者能跨越不同的學科、領域、文化和語言，把知識與實踐相結合，把理論與實際相聯(lián)系，把自己與社會相融合。深度學習的遷移也是一個批判的遷移，它促進學習者能對已有的知識和價值進行批判性的思考，發(fā)現和挑戰(zhàn)其中的假設和局限，提出和驗證新的假設和可能，促進和推動知識和價值的進步和變革。4.深度學習是指向創(chuàng)新的學習深度學習是讓學習者能創(chuàng)造新的知識和價值。它要求學習者具有創(chuàng)造性的思維和行為，能發(fā)現和解決新的問題，能提出和實現新的想法，能創(chuàng)造和分享新的成果。深度學習的創(chuàng)新是一個開放的創(chuàng)新，它促使學習者能接受和尊重不同的觀點和意見，能協(xié)作和交流、批判和反思、改進和完善。深度學習的創(chuàng)新也是一個有責任的創(chuàng)新，它要求學習者能評估自己的創(chuàng)新對自己、他人和社會的影響，并在道德和法律范圍內貢獻和服務于創(chuàng)新的事業(yè)。5.深度學習是指向發(fā)展的學習深度學習是讓學習者綜合素養(yǎng)得到發(fā)展。它不僅關注學習者對知識的積累和技能的掌握，還關注學習者的思維和情感、價值和信念、社會交往和環(huán)境協(xié)同等方面的發(fā)展。深度學習的發(fā)展是一個全面的發(fā)展，它促使學習者能平衡和協(xié)調自己的各個方面，能自我調節(jié)和自我激勵、自我評價和自我完善、自我實現和自我超越。深度學習的發(fā)展也是一個永續(xù)的發(fā)展，它促進學習者能適應不斷變化的環(huán)境和挑戰(zhàn)，持續(xù)更新和拓展自己的知識和能力，追求和探索自己的潛能和理想。生成課堂的使命2006年，華東師范大學葉瀾教授在其“新基礎教育”研究中明確提出：教學活動的過程是生成的過程[2]。這一觀點逐漸成為教育界的共識。雖然關于“生成”的研究尚未形成持續(xù)性的熱點，但經過眾多教育研究者和一線教師的不斷探索和實踐，讓教育界對“生成”的理念演繹和進化出更為多元的認識，并出現了多種表述，如生成課程、生成課堂、生成教學和生成學習等。從以下四對關系的探討中，可以進一步明晰生成的內涵和使命。1.生成與預設預設和生成并非相互對立，而是相輔相成的。預設為課堂教學提供了基礎框架，使教學過程更加有序和連貫。動態(tài)的預設為生成留下了時間和空間，讓生成和預設可以在教學過程中有機融合。沒有預設只有生成的課堂可能會出現沒有方向、雜亂無章的情況。教學中，為了更好地促進生成，教師需要充分了解學生的需求和實際情況，制定出符合學生發(fā)展的教學目標和計劃。同時，教師也需要根據課堂中的實際情況，靈活調整預設，以便更好地引導和促進學生的生成。2.生成與再現學生對知識的再現并非簡單的復制，而是一種生成的過程。知識的生成可以分為基礎生成（再現）和高階生成（創(chuàng)新）兩個層次?；A生成是指學生在對當前課程知識的理解和掌握的基礎上，獲得相對于自身舊知而言的新知識和新技能，產出符合課程框架的見解和應用。高階生成則是指學生能夠創(chuàng)造性地運用所學知識，產生新的思維和創(chuàng)意，產出超越課程框架的新見解和新應用。在教學中，教師應關注學生的高階生成過程，引導學生從不同角度開展深度思考和創(chuàng)新實踐。同時，教師也需要關注學生的基礎生成，確保學生能夠扎實掌握基礎知識，為更高層次的思維發(fā)展奠定基礎。3.生成與建構生成是將建構的內容外顯展示的過程。建構是學生大腦中內在的對知識進行構造的活動，即學生把獲取的新信息與自身的先前知識和經驗進行聯(lián)系和整合，形成新的認識和理解。生成則是學生通過語言、圖像、行為等方式呈現出建構的內容。生成不僅僅是一個結果展示，更是一個持續(xù)的認知和社會化進程，在這個過程中，學生將內隱的思考和理解轉化為外在行為、語言表達和問題解決方案，并通過交流共享和反思深化其建構成果，這樣可以使學生更清晰地認識自己的學習過程和結果，同時也讓他人得以觀察和理解。在教學中，教師應關注學生的建構過程，提供適當的支持和引導，幫助學生完成知識的自我建構。同時，教師也要注重生成活動的開展，促進學生與教師和同伴之間的交流和反饋。4.生成與生長生成是一個在交互中促進學生生長的過程。生成是一個社會化行為，學生在通過生成展示來與他人和環(huán)境進行交互中，不斷更新知識和成長體驗。這種交互不僅包括認知層面的交流，還包括情感、態(tài)度和行為等方面的互動。教師在教學中應創(chuàng)設良好的交互環(huán)境，鼓勵學生積極參與互動，促進良好的學習和成長體驗。同時，教師也應關注學生的個體差異和需求，提供個性化的指導和支持，幫助學生實現個性化的發(fā)展。為了更好地促進學生的生長發(fā)展，教師還需要關注學生的情緒狀況和心理需求，提供必要的疏導和支持。課堂教學的思辨教育界對教學改革有著完美的構想和宏大的愿景，深度學習和生成課堂也被包裹在其中，賦予了課堂教學太多的使命，使得教師在實踐中難以應對。但是，透過現象看本質，課堂教學的核心任務還是以學生獲得知識的方式來傳承人類的文明，并在發(fā)展學生認知的同時伴隨性地提升其他品質和能力，然后實現各項之間的相互促進。循著這個思路，經過抽絲剝繭后，可梳理出深度學習和生成課堂的關系；然后化繁為簡，構建出深度學習的模型和生成活動的實施流程。1.深度學習和生成課堂關系把深度學習和生成課堂放在一起探討，主要是因為二者被賦予了很多相同的使命，有著密切的聯(lián)系和互動。深度學習主要從學習內在發(fā)生的過程、機制和原理進行論述，生成課堂則主要關注學習進程中學生的表現、結果和評價。在教學中，深度學習作為學生內在的認知和心理發(fā)展的過程，需要學生在學習過程中不斷生成自己對課程內容的理解，并用恰當的方式激發(fā)和呈現，其學習的過程、結果和深度才能被觀察和評估。由此可見，生成課堂是深度學習的教學表現形式。它是將深度學習轉化為可見的生成活動，根據學生在活動任務中外顯的行為表現、觀點見解以及思想情感，通過評價和反饋來實現對深度學習內在隱性活動過程的表征和推動。因此，深度學習和生成課堂呈現出互為表里、相輔相成的關系。2.深度學習的模型根據對深度學習理念的梳理和化繁為簡剖析，形成深度學習核心模型：碎片化感知→結構化關聯(lián)→抽象化遷移。碎片化感知：不管用何種方式學習新知識，學生都基于自己原有認知結構來選擇吸收某些信息，同時又摒棄某些信息，然后進行推論，形成理解和解釋（生成學習理論）。每個學生有不同的認知基礎，即便教學中信息的呈現是系統(tǒng)而全面的，學生對新信息的獲取仍然是碎片，只是不同個體的碎片化的程度不同。結構化關聯(lián)：由于學生對新知識的獲取是碎片化的，沒有形成相應的知識結構，需要進一步的活動和任務來補足相關缺項，然后與原有認知結構進行關聯(lián)，形成新的認知結構（認知主義學習理論）。抽象化遷移：學生形成的認知結構并非單純的知識結構，它由一些額外的信息（學習場景中的事實、經驗和情感等）混雜結合在一起。這種在特定學習場景中形成的認知結構，需要通過抽象提煉出知識結構，才能遷移和創(chuàng)新地應用到新場景中（結構主義教學論）。3.生成活動的流程綜合國外GenerativeLearning（生成學習支持對學習內容的連貫心理表征的構建）[3]和RetrievalPractice（檢索練習支持對構建后的心理表征的鞏固）[4]的研究成果，可形成這樣的認識：閱讀、聽講等形式來獲取知識是大腦的輸入過程，生成活動的本質是讓學生把大腦中的知識提取出來的外顯輸出過程。因此，生成活動的實施需要通過設計和開展一些生成性任務來呈現出學習的過程、產出學習的成果和評估學習的效果，以促進學生對知識的結構化掌握和記憶。一次完整的生成活動應包含四個環(huán)節(jié)：活動準備→產出過程→展示成果→評價反饋。活動準備：學生獲取必要的課程內容和任務信息，為完成活動做準備。產出過程：學生從大腦中提取知識，對任務要求進行回應，形成答案或成果。展示成果：學生向他人展示自己的形成的答案或成果，并進行解釋和說明。評價反饋：學生在與他人交流中獲取相應的評價和反饋，對自己的答案或成果進行修正和完善。生成課堂的構建接下來，把生成活動圍繞深度學習模型來設計和實施，讓活動任務的形式、難度和開展，與深度學習由淺入深的節(jié)點和進程相匹配，生成課堂就能逐步構建起來，實現對深度學習的表征和推動。1.生成性任務的設計這里的活動任務的難易度設計，參照了SOLO（可觀察的學習成果結構）分類理論和POGIL（面向過程的指導型探究學習法）的解決問題層次結構。指向性任務。這是直接指向課程內容的任務。需要學生利用所學知識直接應用來解決問題。比如，讓學生用自己的語言或示例來解釋概念，歸納所學內容，提出和解決相關問題?？捎迷谛聝热蓍_始前的暖場活動，讓學生回答與新授內容相關的先驗知識的問題。也用在學習新內容之后，評估對新內容的感知和理解程度。在練習階段，利用指向性任務鞏固所學內容。常用形式：隨機抽問、同伴互答、簡答題、選擇題、抽認卡等。綜合性任務。這是在與課程內容相似情境中，具有綜合性的收斂性任務。需要學生綜合所學內容，通過小組合作利用多個知識、多角度、多步驟來給出問題的解決方案。在練習階段，考察學生將新舊情境相聯(lián)系、新舊知識相結合的過程和方法，并鞏固知識的理解和掌握。常用形式：思考-結對-分享、思維導圖、連線配對、出題考同學、紙筆練習等。復雜性任務。這是在新情境中，具有綜合性和開放性的任務。需要學生遷移所學內容，通過小組合作探索出可能的解決辦法。在總結和課后階段，讓學生繪制概念圖，抽象出知識結構，找到解決新問題的方法，實現遷移和應用。常用形式：用概念圖總結單元內容、用思維導圖演示成果、表演創(chuàng)作、論文寫作等。教師可根據各自學科特點和不同的課型，尋找相應的任務形式。每個單元根據課程內容的要求，各項任務占比分別為：指向性任務不低于70%，綜合性任務20-30%，復雜性任務0-10%。2.生成性任務的實施生成活動需要遵循以下策略才能發(fā)揮更大效果。[4]反復輸出。同一個主題內容的生成活動應該反復進行，至少三次以上。部分研究認為剛好三次，少了效果不好，多了效果增長不顯著。更多研究表明，輸出三次以上更好。但是反復輸出需要與接下來的間隔和交錯策略配合使用才更好。間隔輸出。反復的生成活動之間應有時間間隔。認知心理學研究表明，有規(guī)律的間隔性重復學習對記憶長期保持和有意義的學習更有利。也就是說，持續(xù)的長時間開展生成活動，與把生成活動分散到不連續(xù)時間段相比，后者更有效。交錯輸出。這里的交錯指的是活動主題的交叉和活動形式的變化?；顒又黝}的交叉就是重復同一主題內容的生成活動之間的間隔不僅是休息，更應用其他主題或學科內容的學習活動進行穿插?；顒有问降淖兓侵竿恢黝}內容在反復輸出時盡量采用不同的活動形式或題型。交錯肯定會增加生成活動的難度。研究發(fā)現，增加回憶和生成的難度，能促進理解和長期記憶的保持。即時反饋。每次生成活動后，要讓學生盡快知道自己生成的展示內容是否正確，如果錯了，錯在哪里，正確的內容是什么。因為學生花費腦力生成的內容容易被長期記憶，所以，如果不正確，需要立即給予反饋和修正，避免錯誤的認知被長期保持后不易糾正。生成記錄。如果是口頭的生成活動，建議給學生提供生成記錄單。讓學生在口頭回答前，先在記錄單上寫下生成的內容。研究發(fā)現，口頭語言轉變?yōu)闀嬲Z言也是促進理解和記憶的過程。如果得到回答錯誤的反饋也方便即時的紙面糾正來更新記憶。同時活動進行中，教師可在學生中間快速觀察生成記錄單的情況，確?；顒邮窃谡嬲亻_展。3.生成課堂的流程用生成課堂來實現深度學習，其實就是輸入到輸出，在評價和反饋中不斷反復和深化的過程。其流程如圖1所示。生成式課堂的變革在生成課堂的實踐中，當教師面對全班學生時，無法對每位學生在生成活動的輸出進行即時評價和反饋，對于每位學生需要個性化的補充輸入時，無法進行針對性的幫助。讓學生配對進行同伴互助是一個有效的方式，但是配對雙方都有缺陷時，這種方式就無法奏效。直到生成式人工智能的出現，為生成課堂的高效實施提供了新的解決方案?；谡Z言大模型的生成式人工智能掌握了人類所有公開知識。它能通過自然語言與人類進行對話，實現知識問答、文本續(xù)寫、資料整理、邏輯推理、圖像和音視頻生成等功能。目前，研究者已經探索出把生成式人工智能（以下簡稱生成式AI或AI）應用來實現多種形式的個性化教學。1.用生成式AI實現個性化教學研究發(fā)現，生成式AI通過微調和定制后，能被賦予各種角色和功能，在教學中發(fā)揮獨特的價值。（1）把AI作為教師的助手奧蘇貝爾在“有意義學習”理論中認為，教師精心選擇的材料和組織的講授，讓學生在新知識和原有知識、觀念結構之間架設起一座“認知的橋梁”。雖然向學生講授課程內容，是每位教師都擅長的工作；但是，在班級授課中，一位教師面對數十名學生，而每位學生的認知基礎都各不一樣，如何為每位學生架設一座獨特的“認知橋梁”呢？這顯然是一項艱巨的工作。研究發(fā)現[5]，教師根據學生和課程內容的特點，通過恰當的提示詞設定，可以讓生成式AI為學生提供多角度的示例和多層次的解釋。比如，AI生成的示例可以是類比或故事的形式作為錨點，用引人入勝的細節(jié)將概念說清楚，以幫助學生記住概念；也可以通過AI提供現實世界的背景來加深對抽象概念的理解；還可以讓AI通過對不同示例的分析和評價，幫助學生進行批判性思考，或通過突出概念的細微差別和不同方面來幫助揭示概念的復雜性。還有，根據學生的學習水平，AI對解釋進行排序和重組來生成多層次的解釋，有的包含示例、模型、圖像或演示，有的包含大量背景信息，有的采用不同的邏輯（類比、演繹或歸納），有的則是更淺顯的語言而不要參雜學科術語。（2）把AI作為一對一的輔導教師布魯姆在“掌握學習”研究中發(fā)現，一對一的輔導能帶來更好的學習效果。即在學習新知識后，如果每個學生都能得到針對性的即時反饋和幫助，就都會有優(yōu)秀的成績。這需要師生之間反復的溝通交流，并多次評估和反饋。而現實是，教師的輔導只能讓少數學生受益，因為教師沒有足夠的時間和精力來為每位學生進行一對一輔導。研究發(fā)現[6]，教師根據課程目標要求和學生學習情況，通過恰當的提示詞設定，可以讓生成式AI作為每個學生的全天候且不厭其煩的一對一輔導教師。學生與AI輔導教師的一對一互動交流，可實現即時的評估和反饋，并對學生的知識漏洞進行補充，對疑難之處進行解釋，以及讓學生反思學習過程的問題，避免出現類似錯誤。（3）把AI作為學伴以維果茨基為代表的研究者形成的社會建構學習理論，強調學習是一個社會互動的過程，認為知識是在與他人的互動和交流中來建構和理解的。因此，學生們需要通過相互交流、討論和合作解決問題來共同構建知識。這種互動過程能促進學生對學習的積極參與和對知識的主動建構，他們分享各自的觀點、經驗和理解，從而使他們能夠從多個角度思考問題，深化對知識的理解?？墒浅３Ｊ钦n堂上因為時間限制和組織不力導致交流討論不充分，課外忙于作業(yè)找不到交流的伙伴。研究發(fā)現[7]，教師根據學生的實際水平，通過恰當的提示詞設定，可以讓AI成為與學生匹配的友好的學習交流伙伴。學生可以就某個特點的知識主題與AI學伴展開充分的交流，包括分享自己的理解和新的想法，并與AI進行討論，直至明晰。另外，AI還可以被設定為科學家、文學家或某個歷史人物的角色，這樣學生可以就某個學科問題與這些AI虛擬人物交流，以更加情景化的方式進行學習。（4）把AI作為團隊成員約翰遜兄弟的合作學習理論認為，學習中復雜任務的完成，團隊合作的效果比個人更好。而給團隊成員分配各自的角色任務，有助于團隊成員之間建立積極的合作關系，共同完成任務，從而提高學習效果。在小組合作學習的實踐中，很少學生愿意擔任“反思者”角色。因為其任務復雜多樣，兼具鼓勵、提問、檢查和質疑等工作，以避免團隊合作過程中的社交惰化和缺乏多元觀點的同質化思維。研究發(fā)現[8]，通過提示詞設定后，AI能作為“反思者”加入到小組合作學習中。在團隊合作過程中，當“記錄員”把討論過程和結果記錄下來，并整理和提交給AI后，AI反思者就能觀察和評價小組的學習過程和效果，提出質疑和改進建議，鼓勵小組成員進行自我反思和互相評價，并整合形成多元的觀點。當然AI也能勝任團隊的其他成員角色，這個可以根據小組合作學習時的需求來分配，甚至可以把AI設定為團隊教練的角色來指導合作學習的開展。AI的加入能幫助團隊提高協(xié)作智能。（5）把AI作為學生諾貝爾物理學獎獲得者理查德·費曼提出了一種高效學習方法：就是將自己學會的東西傳授給他人，在這個過程中不斷彌補知識漏洞，從而加深對知識的理解和記憶。雖然同伴互教有類似的作用，但是受時間和情緒的影響，并非結對雙方都能受益。研究發(fā)現[9]，通過提示詞設定可以讓AI扮演準備學習新知識的AI學生，然后讓人類學生教會AI學生。這個過程不需要二者像人類學生同伴互教那樣互換角色，不必考慮AI學生的情緒和是否受益，時間可以節(jié)約一半。首先是AI學生向人類學生提問請求得到解釋。人類學生用自己所學知識進行講解，AI對其講解不清晰的地方進行追問，使得人類學生不斷理清思路以實現更準確的講授。其次是人類學生向AI學生提問評價AI的回答。人類學生就自己掌握的知識設計問題來考察AI學生，然后人類學生需要用自己的思考來評價AI學生回答的準確性并糾正其錯誤。這兩種方式都會讓人類學生與AI反復對話交流、相互啟迪，最終實現人類學生更深刻的理解知識，同時還培養(yǎng)了自我反思和批判性思維能力。2.用生成式AI支撐生成課堂教學從上面把生成式AI用于教學可以發(fā)現，其關鍵方法就是不斷與AI進行“對話”。學生在與AI對話中，通過提出問題、提供觀點和見解來獲得個