深度學習研究的現狀、熱點及其發展趨勢
——基于CiteSpace 可視化知識圖譜分析

梁 策

（吉林師范大學 吉林 長春 130000）

深度學習思想來自布魯姆的“認知發展理論”；學習的深層、淺層之分，深度學習的概念；最早是由美國學者馬頓（Ference Marton）和薩爾約（Roger Saljo）在一項研究中發現不同的學習方法能夠產生不同的學習效果從而提出的。[1]國內學者對“深度學習”方面的研究較晚，直到2005年，黎加厚、何美玲兩位學者首次對“深度學習”這一名詞進行概念界定，正式將目光對準深度學習領域。[2]

本文基于WOS數據庫中收集的關于深度學習方面的文獻，以CiteSpace軟件為技術支持，對深度學習研究的現狀、熱點和前沿情況進行分析。經研究發現，自2017年起，世界各國各領域學者對深度學習相關問題的研究不斷增多，其中，中國、美國、英國等地的研究者發文量較大，較為活躍；研究熱點包括深度學習概念界定，研究的必要性及建議；研究前沿包括計算機網絡科學、深度強化學習、培訓。

一、研究過程

本研究檢索文獻均來自Web of Science中的核心合集數據庫，主題詞為“Deep Learning”，時間節點設置為2011—2021年，其余均為默認值，檢索得到95232條來源文獻，從中選取領域中的高被引論文1389條，每個文獻保留標題、作者、摘要、關鍵詞、參考文獻等部分，將其放入 CiteSpace 軟件中進行分析。本研究主要來自CiteSpace5.7.R3版本的技術支持，以該軟件進行相關知識圖譜的分析和研究，CiteSpace是由美國得雷塞爾大學陳超美博士研發的，以定性與定量相結合的研究方式，得出相關知識圖譜。陳超美博士研究這一軟件的主要意圖是幫助各領域學者了解某一概念或研究領域的研究熱點、前沿和趨勢[3]，進而很好地把握這一概念或這一領域的研究方向。

二、結果分析

文獻統計結果顯示，深度學習研究文獻呈逐年上升趨勢（如圖1），研究人員的學科背景主要有教育、醫療和計算機等，文獻類型主要為文章、會議和論文等。

從圖1可知，國際學者關于深度學習領域的研究呈上升趨勢，但2014年之前并未有明顯增長，從2015年開始發文量大幅度上升，2019年迎來頂點，僅2019年一年的發文量就達到了28717篇，比上一年增長了59.4%。由此可見，深度學習開始受到關注。

圖1 深度學習研究文獻刊發數量

三、高影響力研究學者及地區分布

本文利用CiteSpace軟件中共被引分析功能，對選取的1389篇文獻進行分析，得到了發文量排名前10的學者和國家；他們分別是LECUN Y、KPIZHEVSKY A、HE KM、HINTON GE、SLMONYAN K、BENGIO Y、SZEGEDY C、SRIVASTAVA N、GOODFELLOW I、HOCHREITER S。刊發文獻數量排名前10的國家依次為：中、美、英三國數量巨大，遙遙領先，位列第4—10的國家分別是澳大利亞、德國、加拿大、韓國、新加坡、法國、日本。刊發文獻數量排名前10的機構為：中國科學院學報、斯坦福大學、西北理工大學、麻省理工學院、武漢大學、南洋理工大學、中山大學、中國科學院大學、香港中文大學、天津大學。

中心度最高的關鍵術語為“deep learning(深度學習)”，被引頻次較高的有“neural network(神經網絡)”“classification(分類)”“convolutional neural network(卷積神經網絡)”“model(模型)”“machine learning(機器學習)”，說明深度學習的建立與卷積神經網絡有關；“模型”“分類”等關鍵術語體現了當前研究的重點。本研究選擇了近10年（2011—2020）的數據作為樣本，然后結合突現詞展開研究，得出深度學習研究前沿詞組如下：計算機科學（computer science）、放射學（radiology）、交通（transportation）、設計（design）、深度強化學習（deep reinforcement learning）、培訓（training）。

那么為什么要進行深度學習呢？2014年出臺的《教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》第一次明確界定“六大核心素養”，2016年，由北京師范大學牽頭的核心素養研究課題組公布了中國學生發展核心素養。這不僅為教學增添了新的內容，也對教學者和學習者提出了新的要求，而深度學習恰恰是達成這一要求的適配理念，能夠支撐完成培養學生核心素養的目標，改善我國教學的弊端。比如在實際教學過程中，多種因素影響，主導權沒有或者沒有完全交到學生手中，主導者仍為教師，教師對客觀經驗進行講解，學生被動接受。再如小組式學習，目的是突破傳統課堂的局限性；但在實踐中，只限于某一節課或某一學科。高階思維是核心素養目標訴求，而深度學習是實現高階思維有效的方法。為深度學習理論的構建和探索提出有效建議，是深度學習研究領域的又一熱點。

四、討論和啟示

我國在2001年的課程改革中提出了知識與技能、過程與方法、情感態度價值觀的三維目標體系，當下正值新一輪課程標準修訂，深度學習與核心素養的內在聯系是什么，如何將深度學習融入日常教學活動中去，這就需要結合我國自身實際情況，有選擇性地借鑒國際經驗，建立屬于我們的深度學習理論體系。

1.深度學習是高階思維的表現形式之一，不容忽視

深層次學習、問題解決、良好的思維品質及思維的自我監控等智力與非智力因素之間的相互作用是高階思維形成的過程。[4]通過對上述熱點和前沿文獻進行統計分析可知，深度學習領域研究的對象主要來自在校學生，不同學者切入點不同，研究對象也從小學生到研究生；但深度學習是一種理念，一種終身學習的學習理念。因此，在研究及實施的過程中，不僅需要教育部門的支持，還需要社會的力量。

2.架構具有國家特色的深度學習理論體系

要想對深度學習這一領域進行進一步研究，學者首先應該對“深度學習”這一概念有較為全面的了解，即對什么是深度學習，深度學習的內涵是什么，包括哪些要素，深度學習與淺度學習的區別與聯系等問題進行梳理，發現其中的聯系；結合國內深度學習理論研究的實際情況，建立具有國家特色的深度學習理論體系。當然，由于國內研究較晚，目前缺乏對基礎理論的研究。[5]

3.實踐與理論并行

我國對深度學習的研究起步較晚。以小學數學深度學習研究為例。在CNKI上，以“深度學習”“小學數學”為關鍵詞進行檢索，發現在2011—2020年間，國內對小學數學深度學習的關注并不高，僅有79篇文章，其中還有64篇文章是2019—2020年發表的。由于國內研究起步晚、理論不全面，國內學者一開始只將目光聚焦于深度學習概念的界定方面，并未在深度學習與學科相結合方面投入過多。但2019—2020急劇增加的刊發文獻數量，也從側面烘托出國內學者開始關注深度學習領域。例如，小學數學深度學習這一領域的研究，以東北師范大學馬云鵬教授為代表，他在《小學數學深度學習教學設計從何做起》[6]《深度學習的理解與實踐模式》[7]等文章中探討了深度學習概念的界定，并以單元化教學的方式對小學數學的部分知識進行教學設計，逐步完善了深度學習與數學學科的深層次結合。從分析結果中發現，我國對于深度學習領域的研究仍處于不完善階段，需要越來越多的學者聚焦于此。即便如此，在構建理論基礎的同時，也要做到理論與實踐結合，做到理論與實踐并行。

4.建立完善的評價體系

深度學習是一種培養學生多種素養的學習方式，作為培養高階思維的有效途徑，并不能在成績上取得立竿見影的成效；因此，需要教師及時、準確、全面地對學生進行評價，為學生“搭梯子”，通過評價，幫助學生認清自己所取得的階段性成果，并反思自己的不足。教師在進行評價的時候應注意方式方法，采取恰當有效的方式將評價反饋給學生。

我們可以將深度學習的研究內容分為以下幾個部分（包括但不限于）：深度學習的現狀調查與問題分析；理論體系建構；相關課程開發；實踐檢驗等。學者在研究之前應該對深度學習有一個正確的認識，避免走入誤區；特別是避免將深度學習與淺層學習分離，二者并不矛盾，淺層學習是深度學習的基礎，深度學習是淺層學習的深化與拓展。[8]

本研究利用CiteSpace軟件對深度學習研究現狀、熱點及前沿進行可視化分析，便于以后的研究者對深度學習領域已取得的成果有一個認識。但本研究并未對現象進行深度剖析，涉及研究領域較多，并未將期刊按照計算機、醫學、教育等領域劃分，只是選取了其中被引量較高的一千余篇文章；因此，研究者在參考本研究時應注意取舍。