SPOC平台支持下的深度学习"U型管道"实现模型
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作者:黄宗坤
[摘 要] 从认知心理学的相关理论成果出发，落脚于学生的认知活动，引入SPOC平台提供的工具性、资源性支持作用，尝试构建并解释一种新的"U型管道"式深度学习实现模型，通过充分发挥SPOC平台的技术性优势，实现对课堂学习共同体深度学习活动的支持，帮助学生在认知的结构式内化、系统式关联和情境式迁移的过程中实现深度学习。
[关键词] 深度学习;SPOC;认知心理学
[中图分类号] G434 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634（2020）06-0015-06
以MOOC为代表的一系列网络学习空间的上线和运营掀起了人类学习方式的新革命，但是这一新兴学习方式在实践中暴露出许多问题，其中之一就是不能显著提升学生的学习效果。有研究者认为在MOOC平台上学习的学生大多数只能完成"接受信息"这一步骤[1]，学习仅仅停留在浅层，网络学习空间成了"滋生浅层学习的温床"[2]。2013年滥觞自美国的SPOC课程形式被许多学者认为可以解决MOOC的上述问题，是对MOOC的继承、发展与超越[3]。作为浅层学习的反面，深度学习这一概念是在认知维度层次划分的基础之上出现和演化的，它强调从认知过程入手，结合多种教学策略帮助学生达到对知识的深层理解[4]。
当前关于深度学习的研究中，少有关注其实现过程以及指导教与学活动的成果。同时，为在实践层面反刍认知心理学理论成果的指导性意义，本文在认知心理学视域下，站在教学实践的角度，结合SPOC平台的特点及其对面向深度学习的教学过程发挥的支持性作用，尝试以学生深度学习实现中的认知过程为落脚点，构建一个新的"U型管道"式模型。探索以SPOC平台为中心的"半网络虚拟"场景中，学生的深度学习如何实现，SPOC平台在这其中又发挥怎样的具体支持作用。
1 研究背景
1.1 后MOOC时代的SPOC平台
MOOC本身发展中涌现出许多问题，比如在网络学习资源与活动没有显著革新的背景下，个性化学习过程与高阶学习目标之间存在着很大的差距[5];数字化学习的碎片化、多任务与浅层读图现象虽然给学习带来了便利性与多样性，但也面临着学习者缺乏深度学习的宿命[6];MOOC对学习资料的呈现方式过于单调，又缺乏对学习者有针对性的指导，多方面原因导致MOOC学习者难以进入深度学习的状态[7]。MOOC"退烧"之后，SPOC作为一种新兴混合教学（Blended Learning）模式，因为很好地回应了MOOC的许多问题，所以很有可能成为下一个广受欢迎的课程形式[1]。
SPOC是最早以哈佛大学为代表的美国多所名校共同尝试的新型课程形式，2013年美国研究者创建了专门面向校内学生开放的SPOC网络课程[8]，中国则是由"学堂在线"平台率先对SPOC课程形式进行了尝试[9]。学者对SPOC的定义为"小众私密在线课程（Small Private Online Course）"，"小众"指的是在线学习的学生数量少，一般介于几十人到几百人不等，不会超过五百人;"私密"则指的是摒弃MOOC时代网络学习空间完全开放的特点，设置一定的准入门槛，只允许符合条件的学习者进入SPOC平台进行学习。相比于MOOC，SPOC最大的特点就在于没有完全地弃置线下实体教学场景，而是把微课、小众教学、集成化教育的在线学习与传统课堂相交融，使线下课堂更加动态、灵活、高效，以提高校内教学质量[3]。
SPOC相比于MOOC具备很多的优势。在教的方面，SPOC选取MOOC中的优质教学资源让学生提前学习，有助于教师提前了解学生的疑问[10];准入门槛的设置让学生数量得到控制，便于教师对每位学生的基础层次与专业类型进行细分，开展分层教学[11]。在学的方面，SPOC将线上与线下两种学习方式混合，让学生获得沉浸式的学习体验。在管理方面，SPOC模式不仅可以利用网络帮助教师追踪学生的学习进度，也因为准入标准的设置而得以实现精细化管理，从而大大提升了MOOC时代网络课程的完成率。
1.2 认知心理学视域下的深度学习
知识内化理论（internalization of knowledge）是认知心理学领域的重要理论成果之一，在教学方面，该理论要求教师了解并且使教学活动适应学生的认知过程;要使用一系列策略激活并引导学生的认知活动，促使学生通过自己的认知活动，对学习内容的结构、内涵与外延有充分的认识，并转变成学生头脑中的内部知识[12]。美国认知心理学家杰罗姆·布鲁纳建立了认知结构学习理论，认为学习的认知过程包括获得、转化、评价三阶段[13]。基于认知心理学理论的发展与成熟，丰富的研究从这里出发，发掘并不断重新阐释了深度学习的内涵。
1976年，美国学者Marton和Saljo在其著作中首次明确提出了"浅层学习"和"深度学习"的概念[14]。加拿大学者Egan基于新时代的学习观、知识观、学生观和教师观，深入探讨了实现深度学习的基本原则与方法[15];中国学者王永花认为深度学习体现为學生致力于运用多样化的学习策略，如广泛阅读、交流互动、资源整合、系统思考、情境学习等，以达到对知识的深层理解[4]。冯锐等学者认为，深度学习强调新旧知识之间的关联而非孤立存在，强调知识的迁移应用[16]，这一观点就是认知心理学理论指导深度学习理论发展的典型。总而言之，深度学习的实质就是结构性与非结构性知识意义的建构过程，也是复杂的信息加工与处理过程[17]，是指在理解的基础上，学习者能够批判性地学习新的思想和事实，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系，能够将已有的知识迁移到新的情境中，做出决策和解决问题的学习[18]。
结合以上研究成果不难发现，深度学习概念的产生、理论的发展是基于认知心理学相关理论成果的，相应的深度学习在课堂教学实践中的实现也自然离不开对认知心理学指导性价值的充分认识。但是，当前少有研究从教学实践角度关注SPOC平台的具体应用价值，更不必说在现实场景中反刍认知心理学理论对深度学习实践的指导性价值。本研究强调深度学习实践过程中学生认知活动的路径与特征，以SPOC平台为依托，在认知心理学视域下直接考察深度学习在课堂实践中的实现方式，并构建新的实现模型。 2 一个新的深度学习实现模型
2.1 指向深度学习的教学实现路径
美国学者Eric Jensen和LeAnn Nickelsen从教师教学的角度提出了一种深度学习实现路线--DELC（Deeper Learning Cycle）路线，这一路线将深度学习的实现过程划分为了七个步骤，包括：设计标准与课程、预评估、营造积极的学习文化、预备与激活先期知识、获取新知识、深度加工知识、评价学生的学习[19]。另外，本研究引入充分考虑学习者认知特点的"U型学习过程"，这一过程基于杜威的"知识的学习需要经过还原与下沉、经验与探究、反思与上浮"观念[19]，是一个让学生获得沉浸式学习体验的同时实现深度学习的过程。
还原与下沉是指学生在生活化的环境中获取新知识，感受知识脉络并理解知识结构，将新的知识与已有的认知结构之间建立起联系，本研究将这一过程从认知的角度定义为"结构式内化";经验与探究是指学生在将新知识与旧知识结构建立起联系后，通过体验、合作探究、对话等方式加深对新知识的理解，处理新旧知识之间的龃龉，深度加工后使新知识融入到旧有的认知结构中，本研究将这一过程称为"系统式关联";反思与上浮则是指学生通过对新认知结构的反思开展新的认知活动，主要是通过解决具体问题的方式实现知识的迁移运用，并最终实现深度学习，本研究将这一过程称为"情境式迁移"。
2.2 深度学习的"U型管道"实现模型解析
该模型在"学"的方面，适应学生在深度学习实现过程中的认知特点，引导学生实现新旧知识融合和新知识的迁移应用，并最终达到深度学习的目标;在"教"的方面，将深度学习导向的教学过程拆解为三个阶段、七个目标，并在教学活动中充分引入SPOC平台的支持作用，在各个环节辅助教学，从而让学生获得更生动、更有启发性的认知体验，具有较强的实践指导意义。
从学生认知的角度出发，深度学习的实现过程可分为"结构式内化、系统式关联和情境式迁移"三个阶段，分别对应的是还原与下沉、经验与探究、反思与上浮三个过程，因此深度学习是一个呈现"U型"的学习过程。从教师教学的角度出发，本研究借鉴DELC路线，并对其进行适当的改造，將深度学习的线下教学实现过程划分为课程准备、课堂活动和课程训练三大步骤，其中课程准备步骤包括设计标准与课程、预评估、营造积极的学习文化三个主要目标;课堂活动则需要完成预备与激活先期知识、获取新知识两大任务;课程训练步骤则包括深度加工知识、评价学生的学习等教学活动。三个主要的教学步骤和七个主要的教学目标，分别可以对应"U型"深度学习的三个阶段。如果说将学生的深度学习过程视为一种在U型管道内流动的认知过程的话，那么三大步骤七大目标构成的线下教学活动就是来自这个管道内壁对深度学习实现的支持。
SPOC在传统教学场景中的应用可以融合线上与线下两个空间，并帮助教师分别在课程准备、课堂活动和课程训练三大步骤中完成七大目标，适应学生的"U型"认知特点，为深度学习的实现提供重要的支持作用。
1） 课程准备。在课程准备的环节，深度学习的"U型管道"模型认为应该完成设计标准与课程、预评估和营造积极的学习文化三个目标。
认知心理学理论认为运用适当策略激活学生的认知活动是帮助其完成深度学习的首要步骤，深度学习概念也强调深度学习是"新旧关联式"的学习，所以充分了解学生既有认知程度与特点，并以此为基础充分调动其认知积极性对实现深度学习有重要意义。（1）教师可以利用SPOC平台的评测类功能开展线上的预调研，通过这一方式了解学生的学习基础和学习需求，并解读学生的认知结构和习惯，针对调研的结果进行学习者分析，SPOC强大的数据收集、整合及分析功能可以有效地帮助教师完成教学前测任务;教师还可以参考网络课程等优质资源，在充分了解学生学习基础和学习需求的条件下目的性地整合优质教学资源，从而在SPOC的支持下完成课程与标准的设计。（2）教师可以借助SPOC平台开展学习环境分析活动，搭建线上线下相结合的教学情境;适应学生的认知特点，对自己的课程环境设计做有针对性的调整;充分发挥SPOC限制性申请和分层教学的优势，营造针对性强、关注学生个性化需求、给学生充分思考以及发挥空间的积极的学习文化氛围。
学生的认知活动在准备环节虽然还没有开始，但是对学生的认知现状、学习需求进行调研，搭建更有助于启动学生认知与学习过程的教学环境，对于课程开始后学生迅速进入学习状态、唤醒既有认知并吸收新知识有着非常重要的作用。
2） 课堂活动。在课堂活动这一环节，深度学习的"U型管道"模型认为目标包括预备与激活先期知识和获取新知识。SPOC平台在这两个目标的实现方面仍然可以发挥不可或缺的作用。
知识内化理论强调学生在认知活动中的主动性，研究证明向学生提供在线环境和格式的详情介绍很重要，教师以直接或者辅导的形式在场对于支持和提供学习者所需的指导至关重要[20]，学生要借助引导完成自己的认知活动;此外，深度学习理论中结构性与非结构性知识意义的构建过程也离不开学生对新知识结构与内涵的全面把握，所以相关理论对课堂教学提出新的要求，"U型管道"模型能够回应这些要求。（1）沉浸式的学习体验可以增强学生的代入感，对学生以往认知经验的唤醒有着非常重要的作用。平台不仅可以通过微视频、多媒体展示或者嵌入式教学内容的呈现向学生"输送"新知识，还能凭借其仿真、模拟等功能为学生创设"5R"（真实训练项目、真实工作角色、真实工作过程、真实工作条件、真实工作压力）式的体验，借助可视化、3D建模等技术实现学生与这些资源的交互，赋予学生体验式学习者的角色，让学生在体验中学习，在沉浸式的学习环境中通过多维度的感知实现对已有知识的激活，使学生对所获得的新知识的认识更加深刻。（2）SPOC平台的引入也使得学生可以在具体学习情境中即时、隐秘地将自己的问题与思考反馈给教师，教师则可以根据具体教学活动的进度和学生的反馈调整课程设计，比如设计具备更多难度等级的课堂训练，设计学生普遍更感兴趣的问题引导讨论，刺激学生的认知图式，使得新旧认知结构之间的矛盾上浮，鼓励学生进行追问与反思，并最终在课堂上让学生全面而深刻地获得新知识。另外，SPOC平台还可以在学生获得新知识的过程中自动记录学习过程、统计学习进度，并将相关信息上传到云端，后期可对这些资料进行分析，帮助学生反思自己的学习方法，也帮助教师为学生提供具体的深度学习建议。 可见SPOC平台对教学活动的支持作用可以是很实用、很灵活的。依靠技术辅助实现的沉浸式学习体验和课堂互动不仅可以迅速唤醒学生的旧有认知结构，而且能够在互动中解决新旧认知的龃龉，实现深度学习认知过程的"系统式关联";另外，对教学活动、学生课堂即时提问与反思的全方位记录也要依托SPOC平台的支持。
3） 课程训练。在课程训练环节，深度学习的"U型管道"模型认为需要完成的目标包括深度加工知识和评价学生的学习。
认知理论不认为新知识的获得、新旧知识的交融就是认知活动的全部任务。深度学习概念指出实现知识的转化、评价和迁移应用，解决情景化的问题是深度学习的重要目标，所以具体教学实践中也应包括这方面的努力。（1）课堂讨论中学生不仅需要对新知识进行系统性梳理，还要迅速形成"观点"，所以讨论是学生对获得的知识进行深度加工的重要步骤;网络空间的大量实际案例为教学提供了丰富的资源，借助平台的课堂管理功能，教师可对学生进行分组并将线上的资源传送到组内，开展小组讨论;小组讨论的成果也可以借助平台的多媒体功能进行展示，并将展示成果上传到云端储存，便于后期评分和学生复习取用;SPOC的线上交互板块可以很好地实现学生对其他小组讨论成果的质疑与反思，引导学生思维的即时碰撞，综合利用SPOC平台提供的各种课程训练功能有助于实现关于新知识的深度交流和思考。（2）在最后教与学效果反思评价环节中，SPOC的引入可以大大缓解传统教学评价模式下的"延时性"缺陷，教师和学生可以在课程尾声甚至在课堂上就对本堂课的相关内容进行评价;SPOC平台还可以实现深度学习共同体内部多个方向不同性质的评价，比如学生可以评价教师的教学效果，也可以评价其他小组同学的展示成果，教师也可以动态地评价学生的学习效果;SPOC平台还可以凭借其数据整合与分析功能直接对评价结果进行处理，让教师或者学生可以在线上看到各方对自己的评价与反馈。
课程训练环节要实现认知的"情境式迁移"，就要在设定的情境中让学生尝试解决实际问题，并就不同的问题解决方案进行分析比较，在应用与交流中实现认知的"反思与上浮"。这一阶段尤其需要教师与学生、学生与学生之间自由灵活的互动，SPOC平台的工具性支持作用在此之中有很大的發挥空间。
同样适应了深度学习认知过程的SPOC平台，其功能特点在教学过程的七个目标达成方面都可以提供来自线上的支持。如图1所示，来自平台的支持可以划分为工具性和资源性两类，工具性支持指的是SPOC依托自身的某些功能帮助深度学习教与学的具体组织和实现;资源性支持则是指平台依托互联网展开的庞大触手抓取有利于实现深度学习的资源的功能。工具性的功能包括：SPOC平台可以通过预调研支持教师设计课程标准与课程活动，帮助学生实现深度学习认知过程中的"结构式内化";SPOC平台可以通过在线互动交流工具支持学生获取新知识，帮助其认知的"系统式关联"阶段完成;平台还可以通过多媒体工具辅助学生展示，支持学生借助展示和讨论深度加工知识进而实现认知的"情境式迁移"等。资源性的支持则包括为了实现学生认知的结构式内化，教师可以通过SPOC整合线上已有的优质资源搭建课堂。SPOC平台提供的支持是渗透在深度学习过程的各个环节的，它是工具，也是资源，同时也参与构成了更大范围的学习环境，因此可以将SPOC提供的支持性功能视为镶嵌在学习环境中的、对深度学习的认知实现过程的另一角度的支持，表现在"U型管道"模型中则是来自管道外壁的支持力量。
3 总结与反思
无论是以实现深度学习为目标的新教学模式探索，还是对学生个体深度学习实现过程的全方位解析，现有的大多数研究都会从传统认知心理学的理论成果"再出发"，可见这一领域的成果对深度学习实现具备的重要理论指导作用。SPOC平台虽然因为其先进性以及相对于MOOC平台的优越性被很多研究关注，但是鲜有研究针对性地探讨SPOC平台在深度学习实现方面的潜能。本研究结合前人有关研究成果，一方面回到学生深度学习实现过程中的认知轴心，解构并重组了学生的认知过程;另一方面针对性地整理归纳SPOC平台的多种功能，探讨这一平台对深度学习过程的支持与这些支持的特点;同时在深度学习实现DELC路线和布鲁纳的教学目标分类学说中认知分类理论基础上，以具体的课堂教学组织过程为依托，提出崭新的"U型管道"式深度学习实现模型。
SPOC平台目前已经在许多高校和高中的教学实践中引入，取得了不错的教学效果。比如同济大学的《普通物理》课程使用SPOC教学模式，61.73%的学生表现出了对此的兴趣，并表示愿意继续使用这种模式进行学习[21]。SPOC的生命力已经通过教学有效性、成绩通过率和实现深度学习的潜力得以体现。深度学习应当是教学活动的一个长远目标，从认知角度出发的"U型管道"式深度学习实现模型仅是实现这一目标的一次尝试。这并不是实现深度学习的唯一路径，但是基于这次落脚在学生认知活动的尝试，本文向目前以深度学习为导向的教学实操提供以下几点建议与反思。
1） 重视课程准备环节，将课前教师与学生的各自活动转变为积极互动。传统线下教学场景中，课前准备阶段的教师与学生群体是互相割裂的，学生通常根据教材独立完成预习，教师则根据往届教授情况和课程更新内容进行备课，这种方式并不利于调动学生的深度学习积极性，也不便于教师在教学过程中充分尊重不同学生的认知特点。以深度学习为导向，在课程准备阶段强调师生的积极互动是非常有必要的，不仅可以帮助教师提前了解学生的认知特点与学习需求，进而在教学过程中采取更具针对性、更有效的方法，也可以帮助学生在课堂上切身感受到所学知识与自身需求的呼应或者联结，通过唤醒其认知结构调动课堂积极性和参与度。
2） 重视学生反馈渠道的建设，保证学生的疑惑与反思能够得到即时的记录与反馈。在认知的角度，学生深度学习实现的关键一步就是实现杜威所说的"反思与上浮"，但是这一步在传统课堂往往会遇到阻碍。传统的"讲授式课堂"不可避免地会使学生难以记录自己的灵感或者疑惑，所以在吸收的新知识上浮阶段，学生可能会因为教学过程刻板不灵活而难以最终实现深度学习。SPOC平台之所以能够帮助学生实现深度学习，很重要的一点就是它可以实时记录学生的想法或者疑问，并且反馈给教师，教师针对问题或想法调整授课形式或者节奏。因此，目前的教学实践中更应该强调学生端反馈的及时性与多样性，巧妙地利用各种辅助教学工具增加教学过程中教师与学生的"接触"机会，帮助学生更好地实现"反思与上浮"，进而实现深度学习。 3） 平台的引入是工具，而不是目标。SPOC平台并不能解决学生深度学习过程中的所有问题，而且其自身的某些特点甚至会影响学生的学习过程，这也是今后的研究应该关注和讨论的焦点。（1）SPOC平台可以为教师与学生、学生与学生之间提供强大的线上交互与讨论功能，但是线上交流存在一定的信息耗散或畸变可能;如果学生因为线上交流的隐蔽性和私人性特点，而放弃效率和质量可能更高的线下面对面互动的方式，就是得不偿失的。因此，SPOC平台上的互动效率和质量优劣及其改进之可能还有待探究。（2）现实中，学生感受新知识的情境需要随着具体知识的不同而进行相应调整，而在SPOC平台上搭建这种场景一方面会耗费教师大量的精力与时间，另一方面也存在因为情景模拟的不完善而误导学生认知过程的风险。另外，SPOC平台之所以优于MOOC平台，一个重要的原因就是其对线下教学过程的重视与保留，所以笔者认为深度学习实现过程中的SPOC平台更应该充分发挥"支持性"的作用，实现线上线下有机融合、优势互补。当代网络学习空间虽然在朝着智能化的方向发展，但是其灵活性依然落后于以人为主导的传统教学过程，因此充分认识人的主动性，认识深度学习的认知实现路径，充分发挥各类学习工具的功能而又不"迷信"这些功能，才能最终帮助学生更好地实现深度学习。
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"U-pipeline" deep learning model supported by SPOC
platform：based on Cognitive Psychology
HUANG Zong-kun
（Graduate School of Education， Shanghai Jiao Tong University， Shanghai200240， China）
AbstractBased on the cognitive theory and cognitive activities of students， this study introduces the instrumental and resource provided by the SPOC platform， and attempts to construct and explain a new "U-pipeline" deep learning model. This new model supports the deep learning activities of classroom learning community by giving full play to the technical advantages of the SPOC platform， and helps students to achieve deep learning in the process of structural internalization， systematic association and contextual migration of cognition.
KeywordsDeep Learning; SPOC; Cognitive Psychology
[责任编辑 刘 冰]
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