走向“深度學習” 策劃:王湘蓉 束晨晨 2016年初,人工智能AlphaGo與韓國棋手李世石的圍棋五番戰(zhàn)成為全球矚目的火熱話題。圍棋以其極為豐富的可能性,曾被認為是人工智能難以攻克的挑戰(zhàn)。而AlphaGo這次之所以能以4:1戰(zhàn)勝李世石,取得這場曠世人機大戰(zhàn)的勝利,則主要得益于一種全新的機器學習方式——深度學習??萍冀珙D時掀起了對于深度學習研究的熱潮。 其實,在另外一個與人類未來發(fā)展息息相關(guān)的領(lǐng)域——教育界,對深度學習的研究已經(jīng)持續(xù)多年,大規(guī)模的實踐也正在鋪開。早在2014年9月,教育部課程教材發(fā)展中心組織專家團隊,在借鑒哈佛大學“為理解而教”等國外先進課程理念的基礎(chǔ)上,針對我國課程教學改革的需要,正式啟動了“深度學習”教學改進項目。首批實驗在10個實驗區(qū)和北京市海淀區(qū)25所學校的初中語文、數(shù)學、英語、物理、化學、生物6個學科中展開。 2016年,教育界的深度學習與人工智能領(lǐng)域的深度學習方式遙相呼應,形成了一股可貴的深度學習浪潮。在人工智能領(lǐng)域,深度學習以人工神經(jīng)網(wǎng)絡的研究為基礎(chǔ),其動機在于建立、模擬人腦進行分析學習的神經(jīng)網(wǎng)絡,來解釋數(shù)據(jù)。而在國內(nèi)教育界,深度學習是指在教師引領(lǐng)下,學生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學習主題,全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學習過程。深度學習項目推廣至今,走過了哪些道路,取得了哪些進展,又將走向何方?更重要的是,如何借用最新科技發(fā)展研究成果,探尋符合時代要求的新教育范式,為我們的教育、教學服務? 這對于每個教育人來說,都是值得思考的重要問題,同時也需要社會各界貢獻智慧,共同探討。本屆專題,我們力邀國際國內(nèi)致力于深度學習研究的專家、學者,以及在這方面進行踏實實踐的校長、教師,以期全方位、多角度地對深度學習作出呈現(xiàn)和探討。 教育中的深度學習和擊敗李世石的人工智能阿爾法狗有何聯(lián)系? 深度學習在語文、物理等具體學科中到底如何操作? 如何利用深度學習打造一所學校? 深度學習怎樣與核心素養(yǎng)結(jié)合? ………… 看京城名校北京第二實驗小學的掌門人、北京第二實驗小學教育集團總校長李烈,如何用實際行動給教育涂上愛的底色。 ——盡在《當代教育家》第10期雜志中! 白智宏,重慶黔江人,土家族,中共黨員。西南大學教師教育學院副教授,教學部主任;西南大學教學督導專家委員會委員,第四屆本科教學督導專家委員會秘書長。 電腦本是對人類智能活動的機器模擬,故稱人工智能,但信息技術(shù)卻總是反過來給人們對人腦認知活動的理解以新的啟示,從而推動人類智能及教育領(lǐng)域的研究與發(fā)展。電腦信息加工系統(tǒng)曾經(jīng)為認知心理學(信息加工心理學)提供了最便利的隱喻——將人腦比作電腦,從而有力地促進了認知心理學的發(fā)展。盡管人工智能領(lǐng)域的“深度學習”概念提出于2006年,而教育領(lǐng)域“深度學習”概念的提出及對深度學習方式的探討始于20世紀70年代,但近期教育界深度學習熱議的興起及深度學習教改浪潮的涌動,在很大程度上是源于近幾年來人工智能領(lǐng)域深度學習研究對人類認知學習心理的“反啟示”,以及機器深度學習的廣泛應用對教育促進人的深度學習的“反提醒”。 雖然人類深度學習與機器深度學習的研究可以相互“哺育”、相互啟示、相互促進,教育界深度學習改革與人工智能領(lǐng)域的深度學習浪潮也呈相互“催化”、相互呼應、相互助推之勢,但機器學習畢竟是對人類學習的模擬,機器深度學習的研究再先進再深入,本質(zhì)上仍然是人工智能,是對人腦深度學習的模仿。所以,我們探究“深度學習”教育變革,包括探討如何利用信息技術(shù)手段來促進深度學習等,都必須回歸學習心理本體及教育本位,根據(jù)人類認知心理基本機制及學習心理基本規(guī)律,探求深度學習的基本特征及教育變革的基本策略。 人工智能領(lǐng)域的“深度學習”概念源于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的研究,是機器學習研究中的一個新領(lǐng)域,目的在于模擬并建立人腦信息加工的神經(jīng)網(wǎng)絡模型,模仿人腦的認知學習機制來分析處理并解釋數(shù)據(jù),通過處理具體的表層數(shù)據(jù)及組合淺層特征,來獲取深層特征,形成更加抽象的高層表征。人類總是從最具體的事實和現(xiàn)象開始,首先學習較簡單的概念,然后利用他們?nèi)ケ硎靖橄蟮母拍睿驖u進地組織觀念系統(tǒng),形成認知結(jié)構(gòu)。有效認知過程就是這樣逐層抽象、逐步概括,由淺入深,漸次構(gòu)建起更加高效的層序化的深度架構(gòu)。深度不足,沒有架構(gòu)或架構(gòu)不清晰,都是學習質(zhì)量不高的表現(xiàn),都將不可能很好地泛化,制約遷移能力的形成。 認知加工的深度決定知識掌握的質(zhì)量,知識質(zhì)量的高低制約著運用知識解決實際問題的能力水平。知識的質(zhì)量表現(xiàn)為如下四大基本指征: 一是全面。即知識的每一個構(gòu)成方面或每一層含義都把握住。不全面則片面,片面就會出錯。 二是準確。正確不一定準確,準確則必已正確。準確是在正確的基礎(chǔ)上清晰地確認細節(jié),把握住細微之處。信息準確則知識精準,認知準確則思維精致?!凹毠?jié)決定成敗”。最容易出錯、犯錯的地方往往就是“相似易混”之處。但再相似的事物都會有差別,如果把握住細微差別,就不至于誤認誤判,很容易做出正確區(qū)分和準確判斷。 三是深刻。也叫透徹,即能透過淺層的表面(事實或現(xiàn)象),深入到本質(zhì)和規(guī)律的層面。把握住本質(zhì)就不至于“被表面現(xiàn)象所迷惑”,從而獲得高強的運用知識解決問題的能力,尤其是形成高強的遷移能力。運用的最好表現(xiàn)是遷移,遷移的最高水平則是創(chuàng)新。遷移是把知識運用到新情境中去解決新問題的能力,如果這里的“新情境”“新問題”相對于其他人甚至整個人類而言都堪稱“新”,那就是真正意義上的創(chuàng)新了?!澳苓w移”意味著靈活變通地解決問題能力的真正形成,“能創(chuàng)新”意味著新穎獨特地解決問題或提出新觀點、發(fā)明新技術(shù)的創(chuàng)造能力的有效生成。 “全面”是“抓住所有”,“準確”是“抓住細節(jié)”,“深刻”則是“抓住本質(zhì)”。如果缺乏“深刻性”,“全面性”就可能流于“面面俱到”“泛泛而談”而“失之于繁”,“準確性”也可能因糾纏于“瑣碎細節(jié)”“雞毛蒜皮”而“抓了芝麻丟了西瓜”“因小失大”。所以,在“全面”“準確”的基礎(chǔ)上,還必須“深刻”。“深刻性”是知識質(zhì)量最基本的核心指標,“抓住本質(zhì)”是深度學習最重要的關(guān)鍵特征。 四是關(guān)系清晰。即知識點內(nèi)部各層含義(事物內(nèi)部各構(gòu)成因素)及外部各相關(guān)知識點(各相關(guān)事物)之間的關(guān)系也清晰、明確。網(wǎng)絡層次清晰的知識結(jié)構(gòu),被稱為“最優(yōu)知識結(jié)構(gòu)”。研究表明,運用知識解決問題能力很強的“專家”,以及創(chuàng)造力超強的科學家、藝術(shù)家等,其頭腦里的知識及認知都呈網(wǎng)絡層次清晰的結(jié)構(gòu)狀態(tài),即“點清晰”且“點與點之間關(guān)系清晰”:不但對每一個知識點的把握全面、準確而深刻(點清晰而不模糊),而且對各相關(guān)知識點之間關(guān)系的把握也很全面、準確、深刻(關(guān)系清晰而非散亂)。 總之,知識掌握質(zhì)量決定著運用知識解決問題的能力水平:知識及認知越全面、越準確、越深刻,關(guān)系把握越清晰,則知識的可用性、可遷移性、可創(chuàng)新性越強。教育要致力于促進學生深度學習,教育者要幫助和促進學生獲得“精準”知識,逐步形成優(yōu)良的認知結(jié)構(gòu),發(fā)展優(yōu)良的思維品質(zhì),從而獲得高質(zhì)量的知識及高水平的能力。深度學習要求課堂要有“知識含量”和“思維含量”,優(yōu)質(zhì)高效地掌握知識,優(yōu)質(zhì)高效地發(fā)展思維,為遷移而教,為創(chuàng)造而學,促進知識優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)化、高效生成能力。 深度學習要求教育成為一個促進主動而有意義的探究學習的過程,這有賴于學習者身心全面參與及高度投入。教育過程和學習結(jié)果系于學習心理“三維”:認知是核心,情感是動力,意志是保障。故而,教學效益及學習質(zhì)量源于教育過程“三功”:啟發(fā)思維,調(diào)動認知,學習才有意義;激發(fā)情感,調(diào)動情緒,學習就會愉悅;激勵意志,調(diào)動毅力,學習方可持續(xù)。以“三功”撥動“三維”,才能避免“外鑠”式的“植入”和被動性的傳授、“灌輸”,促使學生主動地用自己的頭腦“親自”去探索、思考從而“發(fā)現(xiàn)”知識,進而促進深度學習的有效發(fā)生及持續(xù)推進。 學習本質(zhì)上是一個因經(jīng)驗而引起的內(nèi)部心理變化過程。深度學習追求成績(外顯行為表現(xiàn)的結(jié)果)與實際學習質(zhì)量(內(nèi)部心理變化的過程)的一致,故要求教育者既要教會學習,也要教會表現(xiàn)。但切忌追求急功近利的當前的外顯表現(xiàn)和短期效果,而要著眼于未來的核心素養(yǎng)與長遠效益,致力于為終身學習與可持續(xù)發(fā)展奠基。因此,深度學習的教育變革,正是實現(xiàn)“應試教育”轉(zhuǎn)軌、促進核心素養(yǎng)落地的必經(jīng)之路和可取之策。 文章來源:《當代教育家》 |
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