智能時代基于深度學習的課堂教學設計

謝幼如 黎佳

[摘? ?要] 智能時代呼喚全面深化基礎教育教學改革，變革中小學課堂、提升學生核心素養是當前基礎教育信息化建設與應用的關鍵任務。研究直擊中小學課堂教學的主要問題，以深度學習理論、“互聯網+”教學設計理論為指導，采用文獻研究、理論演繹、準實驗研究等方法，通過理論探討與實踐研究，率先提出智能時代基于深度學習的課堂教學設計觀，系統構建智能時代基于深度學習的課堂教學設計框架、設計內容、設計方法與評價體系，并以廣州市智慧校園試點校開展教學檢驗。研究表明，智能時代基于深度學習的課堂教學設計能夠有效對標學科核心素養，培養學生知識遷移能力和問題解決能力。

[關鍵詞] 智能時代; 深度學習; 課堂教學設計

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 謝幼如（1965—），女，廣東潮州人。教授，博士，主要從事課程設計、教學系統設計、教育技術研究方法、網絡教學資源開發與應用研究。 E-mail：xieyouru@aliyun.com。

一、問題的提出

當下，世界處于百年未有之大變局。第四次工業革命方興未艾，人工智能、大數據等蓬勃發展，給人類生產和生活方式帶來深度改變，并在教育領域產生重要影響。為滿足智能時代基礎教育發展的新需求，國內外基礎教育改革發展的浪潮不斷涌現。作為人才培養的主渠道，課堂一端連接著學生，一端連接著民族的未來。推進基礎教育課堂教學改革，培養學生具備適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力是時代發展的訴求。然而，目前中小學課堂教學設計無法適應智能時代教學的新需要，教學實踐無法有效破解培養學生核心素養的難題。融合智能技術實施深度課堂教學在發展學生批判性思維、促進學生知識遷移、提升學生問題解決能力等方面具有重要作用，逐漸成為培養學生核心素養的重要途徑?；诖?，本研究團隊結合智能時代基礎教育的改革訴求，依托廣州市智慧校園試點校開展智能時代基于深度學習的課堂教學設計研究，率先提出智能時代基于深度學習的課堂教學設計觀，系統構建智能時代基于深度學習的課堂教學設計框架與內容，制定智能時代基于深度學習的課堂教學評價體系，以期為推進中小學課堂教學改革提供理論指導與實踐參考。

二、相關研究述評

（一）中小學課堂教學設計存在的問題

教學設計是連接教學理論與實踐的橋梁?？v觀已有研究發現，目前中小學課堂教學設計存在的問題主要包括缺乏整體設計規劃、實用性不強、忽視信息技術的應用。如邵朝友等認為，我國一線教師較多關注課時的設計，較少注意單元與學期層面的設計[1]。鮑同梅通過問卷調查等方法調查上海等省份的中小學課堂教學設計現狀，發現大部分教師機械地按照教材設計教學內容，忽視教學內容與現實生活之間的聯系，實用性不強[2]。黎加厚通過分析中小學課堂的信息化教學案例，發現眾多一線教師未能在教學活動的設計中有效融合信息技術解決重點、難點內容[3]。綜上所述，多數研究通過調查來發現傳統課堂教學設計所存在的問題，缺乏有效融合“互聯網+”的設計理念、創新教學設計方法，并未在實踐層面上提出可操作、易復制、能遷移的教學設計程序與方法。

（二）基于深度學習的中小學課堂實踐

深度學習指學習者在主動理解學習內容的基礎上，批判性地學習新知識、新觀念并納入原有認知結構，在新的問題情境中遷移應用，作出決策和解決問題的學習[4]。目前國內外關于基于深度學習的中小學實踐應用主要集中在開展教學設計、構建教學模式、進行教學實踐與實施效果評價等方面。如計宇等通過分析小學語文教學的現狀，構建促進深度學習的小學語文教學設計方法[5]。謝杰妹基于初中科學課程實踐，構建促進學生深度學習的教學模式[6]。吉爾等基于初中數學課程，通過推理、聯系等環節開展深度教學實踐[7]。龐敬文等通過分析智慧課堂支持深度學習的應用特點，采用專家評判法構建深度學習視角下的小學智慧課堂評價指標體系[8]。綜上所述，基于深度學習的中小學課堂實踐已逐漸從傳統課堂教學向智能技術支持的實踐應用發展。如何在智能時代開展基于深度學習的教學設計與實踐成為有待探討的問題。

（三）智能技術及其在中小學的應用

在智能時代社會發展強烈需求的驅動下，第五代移動通信技術、人工智能技術、物聯網技術等智能技術加速發展，并在基礎教育領域中發揮著越來越重要的作用。如，在廣州市創建全國智慧教育示范區系列活動中，廣州市第六中學借助5G網絡對幫扶校開展同步教學，以促進基礎教育高質量均衡發展[9]。吳曉如等以科大訊飛為例，重點介紹智能教學、智能學習和智能管理系統在中學的實踐應用，從而促進學生學習個性化、教師教學精準化和行政管理有效化[10]。索拉卡等采用準實驗研究方法探究AR在小學語文詞匯課中的應用并證明其能夠提升實踐應用效果[11]。由此可見，智能技術在中小學的應用已經取得了初步的進展，但如何利用其開展基于深度的教學實踐以促進學生核心素養發展，仍有待進一步探究。

三、智能時代基于深度學習的課堂教學設計觀

目前，智能技術正在持續推動教育領域的深層次變革，特別是對基礎教育課堂教學產生深遠影響。然而傳統教學設計無法適應智能時代的發展需要，這就需要實現從傳統課堂教學設計觀向智能時代基于深度學習的課堂教學設計觀的轉變。

（一）提升教學設計站位，對標學科核心素養

學生發展核心素養是指學生所應具備的適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力[12]。學科核心素養是學生發展核心素養的關鍵所在。教學設計是教學理論與教學實踐的橋梁，它在落實學科核心素養方面具有重要作用。開展智能時代基于深度學習的課堂教學，要求教師提升教學設計站位，以學科核心素養為導向，注重學生批判性思維、知識遷移和問題解決能力等的培養。

（二）強調單元主題設計，重構學科教學內容

智能時代基于深度學習的課堂教學設計強調以單元主題的形式重構學科教學內容。單個課時內容難以落實學科核心素養，難以系統培養學生的必備品格與關鍵能力，這就要求教師在系統分析課標、教材和學生需求的基礎上，以單元主題的形式重構教學內容，并按照具有一定難度梯度的任務群和問題鏈系統設計教學內容。

（三）關注知識系統結構，改變知識碎片化

傳統課堂教學注重單一知識點的設計，相對地割裂了知識點與知識點之間的聯系。因此，學生難以系統梳理碎片化知識內容，從而易使學生對知識內容產生片面認識。智能時代基于深度學習的課堂教學設計關注知識系統結構，強調從整體上厘清知識點之間的邏輯關系，梳理知識點之間的完整脈絡，從而幫助學生全面掌握知識內容。

（四）融合多元智能技術，助力學生個性發展

智能時代基于深度學習的課堂教學設計要求融合多元智能技術，助力學生個性發展。這就促使教師以學生為中心，在遵循學生身心發展規律、學習規律的前提下，推進智能技術與教學的多方位、全過程深度融合，從而有效推進基礎教育教學改革，促進基礎教育現代化。具體來說，教師可利用智能技術創設真實的問題情境、采集學習過程性數據并生成學生分析報告、自適應推送學習資源、提供個性化支持服務、實施精準化多元評價等。

四、智能時代基于深度學習的

課堂教學設計框架

（一）理論依據

1. 深度學習理論

從學習科學的角度來說，深度學習是相對于表層學習、機械學習和無意義學習而言的[13]。深度學習不僅關注學習結果，也關注學習的過程，尤其是在真實問題情境下學習者的體驗與感受。深度學習具有三個顯著特點，即注重批判性思維的提升、強調知識的遷移應用、面向現實生活的問題解決。此外，深度學習體現學習目標之“深”，要求學習者不僅能夠理解記憶學習內容，還能夠靈活運用方法策略綜合分析問題、解決問題;深度學習表現學習方式之“深”，要求學習者在主動學習的過程中采用自主、合作、探究等多種學習方式;深度學習突出學習結果之“深”，要求學習者掌握知識與技能，提升思維與能力，升華情感與品質。

2. “互聯網+”教學設計理論

教學設計是指應用系統方法分析教學問題，確定解決教學問題的方法、策略和步驟，并對結果作出評價的計劃過程和操作程序[14]?！盎ヂ摼W+”教學設計是以互聯網為基礎設施和創新要素，它改變傳統教學設計的觀念，形成一整套教學設計內容與方法?；谏疃葘W習理論的課堂教學設計，轉變傳統的基于課時和知識點的觀念，從學科核心素養出發，通過大單元的形式重構教學內容，以任務群、問題鏈的方式設計教學內容，最終實現學生的高階思維品質與能力的提升。

（二）主要特征

本研究以深度學習理論為指導，結合多年一線中小學課堂教學設計實踐經驗，總結出智能時代基于深度學習的教學設計特征，如圖1所示。

1. 大單元

發展學生學科核心素養，就應開展大單元教學[15]。大單元不是教材單元的簡單劃分，而是根據學科核心素養的要求歸并教材內容，或根據學生學習的需要重構教學內容。大單元是以相對獨立的微課程形式組織，是任務群的總體顯現，其根本落腳點在于問題的設置。因此，大單元必然面向真實情境的問題解決，指向學科核心素養。

2. 任務群

學習任務是指由師生圍繞特定的教學目標共同完成學習課題或活動[16]，它是學生開展學習、獲取新知、掌握方法、培養能力、提升思維、塑造品質的重要載體。教師應根據大單元的內容，合理地將其轉化為真實情境的任務并落實到具體的課時當中。

3. 問題鏈

問題是聯結認識與實踐、理論與現實的中介，是一個主觀與客觀對立統一的辯證體[17]。問題鏈是真實情境任務的細化，是具有難度、梯度的問題集。問題解決是一種高級的認知過程，往往與應用分析、歸納推理、決策創新聯系起來。

（三）設計框架與主要內容

本研究根據深度學習理論與教學設計理論，結合智能時代基于深度學習的課堂教學設計主要特征，構建了如圖2所示的教學設計框架。

1. 根據學科核心素養設置單元目標

教學目標是教學的出發點與歸宿，也是教學評價的依據[14]。單元目標的確定需要結合學科核心素養。在基于深度學習的教學設計框架中，單元目標的確定需要以學科核心素養為導向，以學習者的需求、認知發展規律與學習現狀水平為基礎，以學科核心概念與內容為重要載體，教師通過引導學生開展自主學習、合作學習與探究學習等，幫助學生掌握學科思想與方法，培養學生的批判性思維、遷移應用能力、問題解決能力。

2. 依據學科素養目標重構教學內容

教學內容是對“教什么”的具體回答[18]，是指教學活動中傳遞的信息。教學內容的設計主要包括單元內容的設計和課時內容的設計兩部分。單元內容的設計是以學科核心素養為引領，在全面分析教材、深度挖掘核心知識點、梳理知識內容背后的學科思想與方法的基礎上，歸并重構的內容。課時的設計主要體現目標、內容、活動與評價等方面的設計。

3. 遵照單元學習任務設計教學活動

教學活動是師生相互作用的實踐活動[19]?；谏疃葘W習的教學活動主要體現學生在教師的引導下，通過自主學習、合作學習、探究學習等方式，完成一個個具有難度、梯度的學習任務。學生通過親身參與學習活動，加深對知識內容的理解，建立知識內容之間的聯系，從而在新的任務情境中遷移應用并解決現實生活中的問題。

4. 按照深度學習特征重整教學評價

教學評價是指教師按照一定的評價標準，對教學的情況進行價值性評判。在基于深度學習的教學設計框架中，教學評價不僅注重單元目標的達成，也關注學生學習過程中能力的培養?；谏疃葘W習的教學評價強調量化評價與質性評價的統一，從單元檢測、批判性思維、知識遷移能力與問題解決能力四個方面綜合評價學習者的學習情況。

五、智能時代基于深度學習的

課堂教學設計方法

（一）大單元的教學設計

大單元內容設計應以學科領域中具有共同要素的內容為線索，以學科核心內容為關鍵點，以單元主題的方式進行統整設計。具體來說，大單元的設計具體包括單元名稱、單元課時等六個部分的內容。

1. 凝練單元名稱

單元內容是對教材單元的重構，它可以是圍繞某一中心或主題的社會熱點問題或與學生生活息息相關的問題。單元名稱則就是對這一主題或中心的凝練，是對單元內容的總體概括。

2. 確定單元課時

單元課時是單元內容的時間規劃。單元課時的設計應該參考教參要求，根據學生學習的實際需要適當調整。

3. 分析單元目標

單元目標的分析應基于學科核心素養，結合學生的學情與單元整體內容加以確定，它應反映出學科的本質及思想方法。

4. 規劃任務群

任務群的規劃設計需要體現進階性與難度、梯度。它可以是基礎性的學習任務、提升性的學習任務，也可以是挑戰性的學習任務。

5. 細化問題鏈

問題鏈是對任務的細化，它應體現一定的邏輯關系，難度適中。過于復雜的問題會打擊學生的學習熱情，增加學生的認知負荷。過于簡單的問題對學生能力的培養起不到較好的作用。

6. 設計單元檢測

單元檢測的設計需要根據學科核心素養要素，以單元目標為指向，以單元內容為基礎，結合教參單元檢測要求重新規劃設計。

（二）課時的教學設計

課時教學設計是大單元教學設計的基本單位，也是落實學習任務、開展教學實踐的依據。智能時代基于深度學習的課時教學設計主要包括設計理念、學情分析等七個部分的內容。

1. 設計理念

設計理念是人們對教學活動的看法和持有的基本態度和觀念。教師開展課時的教學設計時應以深度學習理念為指導，結合教學內容的具體情況選擇情境化、探究性、分層式等教學理念。

2. 學情分析

學情分析是課時教學設計的依據，只有明晰了學生的起點能力、學習風格、學習動機等問題，才能針對性地開展設計。需要注意的是，課時的學情分析重點要把握學生的起點能力。

3. 素養目標

課時素養目標是對單元目標的細化，是學生經過課時內容的學習后所要達成的素養水平。

4. 學習任務

學習任務是落實單元內容的載體。課時內容是由一定難度、梯度的學習任務構成。對課時學習任務進行分析時，教師應明晰設置學習任務的原因并分析學習任務之間的關系。

5. 重點難點

教學重點難點是教師依據課時素養目標，結合教材分析結果和學生學情所確定的。需要注意的是，教學重點不一定是教學難點;反之，教學難點也不一定是教學重點。

6. 教學過程

教學過程主要按照完成學習任務的先后順序進行組織。教學過程需要體現具體的任務群、問題鏈、學生活動、教師活動以及信息技術的應用情況。

7. 教學評價

課時的教學評價則主要關注學生的批判性思維、知識遷移能力與問題解決能力等。

（三）基于深度學習的課堂教學策略設計

掌握智能時代基于深度學習的課堂教學策略對開展教學實踐具有指導作用。本研究結合中小學一線課堂實踐，認為真實問題情境、師生互動對話等策略的設計能夠有效對標學科核心素養，促進學生深度學習。

1. 真實問題情境策略

創設真實的問題情境是指教師將與學科教學相關、學生生活相關、學生經驗相匹配的客觀事實與情境素材轉化為教學的情境。真實的問題情境不僅能夠有效引起學生注意，激發學生學習興趣，還能促使學生主動完成知識的建構。

2. 師生互動對話策略

互動對話是在課堂教學的過程中采用各種手段，使得學生與教師就教學內容進行及時的交流反饋，從而充分調動學生的積極性，加深對知識內容的理解。在互動對話過程中，教師應重點引導學生批判質疑，并通過對話協商的形式將孤立、零散的知識內容建立聯系，幫助學生形成系統的知識網絡。

3. 協作探究過程策略

協作探究是基于深度學習的課堂的實施重點，也是學生完成學習任務、解決學習問題的重要方式。在這個過程中，教師需要充分認識到學生的主觀能動性，讓學生親自參與、經歷動手操作等實踐過程，從而培養學生的知識遷移能力與問題解決能力。

4. 多元持續評價策略

教學評價能夠判斷教學目標的達成情況，也能診斷學生存在的問題?；谏疃葘W習的課堂實施過程關注多元持續評價，要求評價的主體多元、評價方式多樣、評價內容豐富，從而讓學生清晰了解自身存在的知識短板與能力缺陷，也為教師改進課堂教學提供有益指導。

六、智能時代基于深度學習的

課堂教學實踐與效果

（一）智能時代基于深度學習的課堂教學實踐

本研究按照智能時代基于深度學習的教學設計框架，采用相應的課堂教學設計方法，在廣州市某智慧校園試點校五年級數學課開展實踐，以期提升學生相關核心素養。

1. 單元內容的設計

本單元選自人教版（2011）《數學》五年級上冊《多邊形的面積》，通過分析標準與教參，確定本單元的核心素養主要包括幾何直觀、空間觀念與應用意識;然后根據學科核心素養內容與教材結構重組教學內容，確定單元學習目標，設置學習任務與問題，設計單元檢測，具體單元內容設計如圖3所示。

2. 智能技術的應用

本單元教學基于智能學習環境開展教學實踐，擁有Aiclass平臺、交互式電子白板系統與智能錄播系統等，具備智能環境感知、智能學情分析、智能資源推送、智能學習評價等功能。該智能學習環境利用傳感器設備、人工智能技術實現環境的智能感知，為學生營造適宜的燈光強度、屏幕亮度等;借助學習分析與情感技術智能診斷學生的學情，準確把脈學習的起點能力與知識缺陷;結合大數據技術為學生智能推送與平行四邊形的面積等內容相關的個性化拓展資源與練習檢測題;通過學習儀表盤等智能技術評價學生對知識的掌握情況。

3. 課堂教學的實施

本研究根據單元內容的設計，按照深度課堂教學設計操作表格開展課時的詳細設計與實施。該單元包括平行四邊形的面積等5節新授課與多邊形的面積等2節復習課。新授課主要注重學生批判性思維和遷移應用能力的培養，基本按照“原理探究—方法應用—問題解決”的步驟開展。如平行四邊形的面積新授課，具體教學流程如圖4所示。

復習課主要側重學生問題解決能力的培養，基本按照“知識梳理—鞏固應用—問題解決”的步驟開展，如多邊形的面積復習課，具體教學流程如圖5所示。

（二）智能時代基于深度學習的課堂教學效果

1. 評價體系的構建

本研究根據學生發展核心素養的要求，結合深度學習的特點，從單元檢測、批判性思維、知識遷移能力和問題解決能力四個方面進行評價，具體評價指標體系如圖6所示。關于批判性思維的測量，本研究主要依據加利福尼亞批判性思維傾向量表（CCTDI），參照陳萩卿編制的批判性思維能力量表改編而成。關于知識遷移能力的測量，本研究主要參考Tyson L M編制的知識遷移表征量表改編而成[20]。本研究利用改編的量表在廣州市某智慧校園試點校五年級進行預測驗，經數據收集、分析發現，批判性思維量表、知識遷移能力量表、問題解決能力量表的克隆巴赫α系數分別為0.814、0.798和0.930，說明這三份量表具有較高信度，能夠正式應用。

2. 教學效果的分析

本研究以該校五年級（5）班作為實驗班，五年級（6）班作為對照班開展教學實踐，其中實驗班按照基于深度學習的課堂教學設計開展實踐，對照班按照傳統教學設計的形式開展教學實踐。經過整個單元的教學后，分別對其進行后測，具體數據分析如下：

（1）單元教學目標達成

在單元成績后測統計中，五年級（5）班的平均值為90.432，五年級（6）班的平均值為83.652，即實驗班學生單元檢測的平均分高于對照班學生單元檢測的平均分。見表1，Sig.（2-tailed）=.018<0.05，即五年級（5）班與五年級（6）班學生的單元檢測分數存在顯著性差異。

（2）批判性思維

在批判性思維后測統計中，五年級（5）班的平均值為76.400，五年級（6）班的平均值為74.237，即與對照班相比，實驗班學生的批判性思維水平更高。見表2，Sig.（2-tailed）=.133>0.05，即五年級（5）班與五年級（6）班學生的批判性思維不存在顯著性差異。本研究認為，學生的批判性思維作為學生認識外部世界的一種相對固定的思維方式，在短時間內難以發生明顯轉變。

（3）知識遷移能力

在知識遷移能力后測統計中，五年級（5）班的均值為55.914，五年級（6）班的平均值為50.815，即實驗班的學生知識遷移能力水平明顯高于對照班學生知識遷移能力水平。見表3，Sig.（2-tailed）=.003<0.05，即五年級（5）班與五年級（6）班學生的遷移應用能力水平存在顯著性差異。

（4）問題解決能力

在問題解決能力后測統計中，五年級（5）班的均值為74.886，五年級（6）班的平均值為64.500，即實驗班的學生問題解決能力水平明顯高于對照班學生問題解決能力水平。見表4，Sig.（2-tailed）=.000<0.05，即五年級（5）班與五年級（6）班學生的問題解決能力存在顯著性差異。

通過對以上數據進行分析發現，一線教師按照基于深度學習的教學設計框架與方法開展教學實踐，能夠有效落實學科核心素養培養，提升學生的知識遷移能力與問題解決能力。但在批判性思維提升方面效果不顯著，可能是因為學生的批判性思維具有一定的穩定性，在短時間內難以發生明顯轉變。

七、結? ?論

本研究直擊中小學課堂教學的主要問題，以深度學習理論、“互聯網+”教學設計理論為指導，采用文獻研究、理論演繹、準實驗研究等方法，通過理論探討與實踐研究，明確提出智能時代基于深度學習的課堂教學設計觀，系統構建智能時代基于深度學習的課堂教學設計框架、設計內容、設計方法與評價體系，并以廣州市智慧校園試點校開展教學檢驗。研究表明，智能時代基于深度學習的課堂教學設計能夠有效對標學科核心素養，培養學生知識遷移能力和問題解決能力。

本研究率先提出了對標學科核心素養的課堂教學設計觀，總結出了基于深度學習的課堂教學設計“大單元”“任務群”“問題鏈”的主要特征及其內在關系，系統構建了基于智能時代深度學習的課堂教學設計體系與方法，豐富和完善了原有教學設計理論，必將積極推動我國中小學課堂變革與創新。

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