摘要：深度學習的實施需要智慧學習環(huán)境的支持。作為一種典型的智慧學習環(huán)境，智慧課堂可視為融合教學設計與深度學習理論的關鍵橋梁。聚焦智慧課堂教學場景，通過深入解讀深度學習的內(nèi)部機制與行為規(guī)律，構建由學習環(huán)境、學習分析、學習活動和學習評價組成的智慧課堂教學設計，可以支持深度學習的發(fā)生和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。關鍵詞：智慧學習環(huán)境；智慧課堂；教學設計；深度學習；問題解決2024年，國務院政府工作報告明確指出要“大力發(fā)展數(shù)字教育”。作為數(shù)字教育發(fā)展的戰(zhàn)略目標和行動綱領，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型旨在基于數(shù)據(jù)這一關鍵驅(qū)動要素推動教育的系統(tǒng)性變革，助力數(shù)字化能力、數(shù)字化意識與數(shù)字化思維等育人目標的培養(yǎng)[1]。智慧學習環(huán)境的構建是實施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動的首要任務，它為教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了數(shù)字底座。作為人才培養(yǎng)的主陣地，智慧課堂旨在在智慧學習環(huán)境的支撐下達成促進深度學習、培養(yǎng)核心素養(yǎng)的目標[2]。換言之，智慧學習環(huán)境各要素是支持智慧課堂中深度學習達成的外部條件，深度學習則是培養(yǎng)與發(fā)展核心素養(yǎng)目標的生成路徑[3]。在智慧課堂中達成深度學習成為聯(lián)結智慧學習環(huán)境與核心素養(yǎng)的關鍵橋梁。作為融合教學理論和學習理論的系統(tǒng)性方法，教學設計旨在遵循教學一般規(guī)律的前提下，通過整合促進學習發(fā)生的內(nèi)部機制和行為規(guī)律實現(xiàn)優(yōu)化與創(chuàng)新[4]。可以說，在教學設計與學習科學理論融合創(chuàng)新的趨勢之下，智慧課堂的教學設計（包括學習環(huán)境設計、學習分析設計、學習活動設計和學習評價設計）成為發(fā)揮智慧學習環(huán)境要素功能、融合深度學習理論、達成深度學習目標和核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標的重要途徑之一。如何基于學習環(huán)境、學習分析、學習活動和學習評價等要素，設計指向深度學習的智慧課堂成為本研究亟待解決的核心問題。為此，本研究通過深入剖析深度學習理論，明確智慧學習環(huán)境對深度學習要素和教學設計要素的支持，構建指向深度學習的智慧課堂教學設計，指導常態(tài)化應用。一、深度學習的重要支撐條件：智慧學習環(huán)境從發(fā)生過程和達成結果的視角，研究者對深度學習的解讀包括深度理解說、知識遷移說、學習體驗說和高階思維說。本研究認為深度學習是在問題解決活動中主動建構和協(xié)同創(chuàng)生的學習方式，具備主動、建構、真實、協(xié)作、反思、聯(lián)通等特征。深度學習的核心在于學習的主動輸出、而非被動輸入，發(fā)生在人際交互和人機交互等問題解決活動當中[5]。深度學習的發(fā)生機制并非一蹴而就，必須經(jīng)歷由淺及深的學習進程和由內(nèi)向外的達成過程。基于深層動機、高階思維、問題解決、切身體驗、實踐創(chuàng)新等深度學習的關鍵要素[6]，筆者進一步梳理了深度學習的內(nèi)部發(fā)生機制：深度學習是一個逐步進階的過程，臨界點在于深層動機的喚醒與高階思維的生成。基于此，學生在問題解決過程中應用高階思維，伴隨切身體驗，輸出實踐創(chuàng)新成果。作為深度學習的外部支撐條件，智慧學習環(huán)境可持續(xù)助力深度學習的螺旋進階和有效達成。作為深度學習的內(nèi)在育人目標，學生在文化基礎、自主發(fā)展和社會參與方面的核心素養(yǎng)會在基于問題解決的深度學習過程中得到培養(yǎng)。在智慧學習環(huán)境中，場景、數(shù)據(jù)、模型、資源、工具、服務要素的協(xié)同作用和場景感知、數(shù)據(jù)驅(qū)動、無縫銜接、人機協(xié)同、自主進化等特征功能[7]可支持深度學習的有效發(fā)生。第一，智慧學習環(huán)境依托數(shù)字工具和交互式資源提供的人機與人際的交互式服務，可大幅度提升學生的心理資源投入度和對關鍵信息的敏感度[8]，繼而正向轉(zhuǎn)化為自信心，強化學生的認知內(nèi)驅(qū)力和社會存在感，激活學生的深層動機、支持他們開展主動學習。第二，智慧學習環(huán)境依托生成類工具、靜態(tài)化資源，可提供蘇格拉底式問答、感知—指導反饋等個性化服務，這樣便能支持學生從淺層理解性學習逐步演化到深層關聯(lián)性或創(chuàng)生性學習[9]，幫助學生完成知識建構或完善認知體系，助力其高階思維的進階發(fā)展與不斷運用。第三，依托協(xié)同編輯工具、評價反饋工具和學科任務單等靜態(tài)化資源，智慧學習環(huán)境提供的支架性服務不僅可降低學生的認知負荷、幫助學生自主聯(lián)結與應用新舊知識，而且可支持學生群體的協(xié)同知識建構，實現(xiàn)解決問題的目標。第四，智慧學習環(huán)境依托混合現(xiàn)實與增強現(xiàn)實等重構型工具和體驗性資源提供高臨場感的體驗性服務，不僅可支持學生多重感官的參與、營造并延伸學生的切身體驗，而且可以幫助學生在人機交互中運用身體動作與知覺經(jīng)驗參與問題解決、塑造新的知覺經(jīng)驗和感知體驗，實現(xiàn)從“做”的體驗中學習。智慧學習環(huán)境依托思維工具提供的支架性服務，可幫助學生通過甄別、審辨、反思、決策等行為整合或發(fā)散思維，系統(tǒng)化輸出學生的結構化知識或?qū)嵺`性創(chuàng)新成果。二、深度學習的達成路徑——智慧課堂教學設計縱觀教學設計理論，我們可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)化教學設計的共性要素通常包括教學目標、學情分析、教學內(nèi)容、學習環(huán)境、教學策略與教學評價。本研究通過歸納整合教學設計的要素，將它劃分為教學分析設計、教學活動設計與教學評價設計。教學目標、學情分析、教學內(nèi)容等可歸納為教學分析要素。該要素具備客觀屬性，可依賴共性原則，結合國家課程標準與學科核心素養(yǎng)等開展定向設計。教學策略可概括為教學活動要素。該要素具備主觀屬性，可融合教師的教學理念與相關學習理論，選擇適切的教學策略開展基于特定學習環(huán)境的活動設計。教學評價要素則可依托教學內(nèi)容及教學目標設計，用以評估課堂教學效果和學生學習效果。本研究首先聚焦智慧課堂教學場景，通過具象化設計課堂環(huán)境要素，明確它對教學設計各要素的支持作用。其次，在教學分析、教學活動、教學評價等教學設計要素中融入深度學習理論，構建以學習為中心的、指向深度學習的智慧課堂教學設計。可以說，指向深度學習的智慧課堂教學設計被拆解為兩個關鍵步驟：智慧課堂設計和指向深度學習的教學設計。它包括四個設計要素：學習環(huán)境設計、學習分析設計、學習活動設計、學習評價設計。設計過程需解決兩個核心問題：一是為了達成深度學習和核心素養(yǎng)培養(yǎng)的目標，智慧學習環(huán)境各要素需提供何種必要性支持；二是如何基于深度學習的目標導向設計學習分析、學習活動和學習評價。（一）學習環(huán)境設計本研究通過具象化設計智慧課堂場景中數(shù)據(jù)、模型、資源、工具和服務要素，明確它們對學習分析、學習活動、學習評價的支持作用，如表1所示。數(shù)據(jù)模型：①學情數(shù)據(jù)是指基于問卷或自評表等工具捕獲的定量或定性數(shù)據(jù)。學習者特征分析模型旨在識別學習者的認知層級（前概念水平）、學習風格、學習動機等學習者特征，支持確定最近發(fā)展區(qū)、規(guī)劃教學路徑。②行為數(shù)據(jù)是指基于平臺系統(tǒng)或音視頻工具伴隨性收集的日志、身體姿態(tài)等外顯行為數(shù)據(jù)和面部表情、眼動、語音語調(diào)等內(nèi)隱特征數(shù)據(jù)。學習過程分析模型旨在診斷學習者的學習投入度、學習習慣等宏觀的學習參與過程，支持教學進度調(diào)整和教學策略生成。③生理數(shù)據(jù)是指基于近紅外、腦電、手環(huán)等設備收集的大腦神經(jīng)信號、腦電、心電、皮膚電等生理信號數(shù)據(jù)。學習狀態(tài)診斷模型旨在識別學生的情緒傾向性、專注度、臨場感、認知負荷、心理資源投入等微觀的感知體驗狀態(tài)，支持精準教學干預的實施。④結果數(shù)據(jù)是指活動完成后生成的人工制品或完成的作業(yè)測驗等成果性數(shù)據(jù)。學習結果反饋模型旨在可視化學習者的知識關聯(lián)和認知結構體系，預測學習群體的學業(yè)成績、評價核心素養(yǎng)，支持人機協(xié)同教學決策的開展。數(shù)字資源：①靜態(tài)式資源是指權威的紙質(zhì)資源或結構化程度較高的數(shù)字資源。②交互式資源是指支持師生與資源開展雙向交互的數(shù)字資源。例如，師生通過涂抹、按壓、手勢等方式與資源開展功能交互，資源則呈現(xiàn)出視覺、聽覺或觸覺等多重感官的交互反饋結果。③體驗式資源是指通過模擬真實場景或還原真實路徑，增強學生的臨場感，提升學生的感知程度和體驗狀態(tài)的AR/VR/MR資源。例如，虛擬現(xiàn)實資源“血液在人體的循環(huán)”可將學生置身于虛擬血管當中扮演白細胞的角色，讓他們體驗白細胞的工作與各種血細胞的功能（如圖1）。④生成式資源是指以問題為導向，通過人際和人機交互生成的教學資源，包括基于主體交互協(xié)同生成的定向性資源和基于主體觀點自主生成的定制性資源。例如，人際交互生成的文本類教學案例，人機交互生成的觀點、圖片、視頻等教學素材或教學課件。數(shù)字工具：本研究基于SAMR（Substitution、Augmentation、Modification、Redefinition）模型中技術在教學中的地位與作用等級[10]，將數(shù)字工具劃分為替代型工具、增強型工具、調(diào)整型工具和重構型工具四類。①替代型工具旨在替代教學中程序性、重復性和機械性等任務，幫助師生將心理資源投入更復雜的任務當中，提升教學環(huán)節(jié)的設計與實施效率。例如，電子白板和教學投屏等教學演示類工具，語文田字格生成器、數(shù)學口算出題器等學科效率類工具。②增強型工具旨在增強教學中技能性、規(guī)則性、知識性、復雜性等任務功能，降低師生的認知負荷，提升教學活動的直觀性、交互性和高效性。例如，幾何畫板、NOBOOK、PHET虛擬實驗室、EarthSpaceLab（如圖2）、文字處理軟件等學科效果類工具。③調(diào)整型工具旨在調(diào)整和改進教學目標和活動任務，優(yōu)化教與學路徑、提升教與學效果。例如，自我評價表、Plickers即時反饋等評價反饋類工具，思維導圖、概念圖、象限圖等知識建構類工具，知乎圓桌、Teambition等協(xié)同編輯類工具。④重構型工具旨在重構教育組織形式或教學模式、創(chuàng)造新的活動任務，例如，Classin、微助教、超視頻平臺等教學聯(lián)通類工具，虛擬現(xiàn)實頭盔和增強現(xiàn)實展臺等真實情境類工具，ChatGPT、文生視頻模型Sora等AI生成類工具。智能服務：①支架性服務旨在通過提供學科效果類工具、評價反饋類工具、學科任務單等工具服務和推薦教學路徑、反饋可視化分析結果等資源服務，支持學習活動的優(yōu)化和教學進度的調(diào)整。②交互性服務旨在通過提供點擊、拖曳、放大、手勢動作、口語交互等功能服務，支持人機自然交互。例如，手勢互動屏集成了手勢環(huán)互動裝置、大屏幕、交互程序等技術工具，支持通過手勢動作與屏幕交互。③體驗性服務旨在提供視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、動覺等感官交互的功能服務，延伸學生的感知體驗。例如，美國伊利諾伊大學香檳分校構建的交互仿真式行星天文學習空間（Meteor），將地面作為天體空間的虛擬仿真器，通過在學生腳踝處佩戴傳感器，提供以自我運動模擬天體運動軌跡的服務（如圖3）。④個性化服務旨在通過提供生成式資源與生成類工具等服務，支持個性化教與學。例如，學生運用文心一言等大模型輔助完成學科主題的教學設計創(chuàng)設任務。（二）學習分析設計學習分析設計旨在以深度學習特征和核心素養(yǎng)為目標導向，依托國家課程方案與課程標準、權威的學科教材與評價體系等，結合智慧學習環(huán)境的要素功能，設計教學目標、開展學情分析、組織學習內(nèi)容，支持智慧課堂的學習活動設計。教學目標設計旨在依托國家課程標準及學科教材，融合深度學習特征和學科核心素養(yǎng)，采用ABCD（Audience、Behavior、Conditions、Degree）教學目標陳述法（包括主體、行為、條件和程度），系統(tǒng)性開展由“ABCD+深度學習特征+核心素養(yǎng)”組成結構化設計，明晰通過何種具體行動達成何種水平、基于何種學習路徑支持深度學習特征和學科核心素養(yǎng)。教學目標設計可遵循以下原則：①通過自主表現(xiàn)行動，提升學生的認知內(nèi)驅(qū)力，喚醒深層動機、培養(yǎng)自我管理能力；②通過總結輸出行動，逐步接近學生的最近發(fā)展區(qū)，發(fā)展高階思維、培養(yǎng)科學精神；③通過學習共同體的協(xié)作參與行動，將個體認知沖突轉(zhuǎn)化為群體認知沖突，開展問題解決、培養(yǎng)社會責任感；④通過開展做中學行動，延伸學生的身體體驗，達成切身體驗、培養(yǎng)樂學善學素養(yǎng)；⑤通過制作并生成人工制品活動，實現(xiàn)理論到實踐的轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新素養(yǎng)。學情分析設計旨在基于智慧學習環(huán)境中數(shù)據(jù)、模型、資源、工具與服務要素，分析學習者特征、量化知識結構、定位學習起點、規(guī)劃學習路徑，輔助教學目標和學習內(nèi)容設計。學情分析設計可遵循以下原則：①課中將學生的心理資源喚醒程度可視化，分析學生認知內(nèi)驅(qū)力的調(diào)節(jié)水平；②課前將學生群體的先驗知識結構可視化，確定其最近發(fā)展區(qū)，定位學習起點、規(guī)劃學習路徑；③課前基于學習者特征和分布式結構構建學習小組，分析學生小組的社會交互網(wǎng)絡；④課前設計符合學習者特征的交互式資源或體驗性工具，量化學生群體的具身程度、延伸身體體驗；⑤課后對活動成果進行內(nèi)容分析和系統(tǒng)評價，并以知識圖譜的形式反饋。學習內(nèi)容設計旨在依托課程標準和教材，結合智慧學習環(huán)境要素，開發(fā)并建立數(shù)字資源與教學重難點的映射關系，搭建課程的知識結構體系，支持學習內(nèi)容的系統(tǒng)化整合與分布式呈現(xiàn)。學習內(nèi)容設計可遵循以下原則：①空間型、技能型內(nèi)容中運用體驗式資源和調(diào)整型工具，喚醒深層動機、開展切身體驗；②在真實問題情境中運用交互式資源和增強型工具，支持問題解決、達成高階思維；③作品等產(chǎn)出成果中運用調(diào)整型、重構型工具和支架性服務，完成實踐創(chuàng)新。（三）學習活動設計學習活動設計是依托相關學習理論和教學策略設計的一系列學習活動的總和，包括活動目標、活動任務、活動方式和活動成果。活動任務設計為其核心要素，可呈現(xiàn)出不同的學習活動序列。例如，體驗式學習活動包括具體體驗、觀察反思、抽象概括、主動實踐等序列[11]。本研究依托深度學習關鍵要素的活動目標，遵循“淺層學習—臨界點—深層學習”的內(nèi)部機制，設計促進深度學習發(fā)生的復合型活動任務序列，結合智慧學習環(huán)境的要素功能，確定活動方式、輸出活動成果，支持學生在問題解決中達成深度學習，如圖4所示。1.活動目標設計本研究依托深度學習機制，設計深層動機、高階思維、問題解決、切身體驗和實踐創(chuàng)新等活動目標的達成路徑。即基于淺層學習活動喚醒深層動機、達成高階思維，并將此視為深度學習發(fā)生的臨界點和問題解決活動的開端。學生通過維持深層動機、運用高階思維、伴隨切身體驗開展問題解決，輸出實踐創(chuàng)新成果。認知內(nèi)驅(qū)力源于學生的好奇心和探究心理。活動通過激活學生的好奇心、維系正向情緒，提高學生的專注度和自信心，塑造和強化學生的認知內(nèi)驅(qū)力，喚醒深層動機。最近發(fā)展區(qū)是指學生的實際發(fā)展水平與潛在發(fā)展水平的距離，是有效學習和因材施教發(fā)生的前提。在最近發(fā)展區(qū)內(nèi)，通過設計由基礎活動到復雜活動的學習支架，實現(xiàn)認知水平的逐層遞進，達成高階思維。具身交互是身體在場的體驗性與建構性交互活動，通過搭建由體驗型資源和調(diào)整型工具構成的沉浸式學習環(huán)境，拓展身體感知程度、延伸身體在場范圍，營造切身體驗。問題解決是學生在真實問題情境中通過社會互動和協(xié)商開展有意義的知識建構的過程。協(xié)作探究途徑貫穿問題解決過程的始終[12]。換言之，學習共同體在協(xié)作探究活動中開展社會建構，有效執(zhí)行問題解決。實踐創(chuàng)新是指通過問題解決活動生成實踐性和創(chuàng)新性應用成果，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實際問題解決能力。2.活動任務設計本研究依托深度學習機制，設計支持深度學習發(fā)生的學習活動序列，包括具體體驗、自主調(diào)研、反饋調(diào)節(jié)等進階型的淺層學習活動，問題表征、協(xié)作探究、增值體驗、協(xié)同建構等螺旋上升型的問題解決活動，共享反思、應用生成等強化型的深層學習活動。（1）淺層學習活動：喚醒深層動機、達成高階思維。具體體驗是基于物理空間中實物及其關聯(lián)資源的體驗性學習活動，旨在通過具體感知和關聯(lián)映射等方法創(chuàng)設情境，激活學生的經(jīng)驗、正向情緒和好奇心，提升認知內(nèi)驅(qū)力、喚醒深層動機，支持學生積極、專注地投入自主調(diào)研活動。自主調(diào)研是基于權威的靜態(tài)資源或大模型、智能體等重構型工具開展的自主學習活動，旨在通過最近發(fā)展區(qū)設計基礎性、綜合性和復雜性等進階型情境任務，支持學生基于選擇注意力機制篩選整合資源、逐步完成任務，提高認知水平。反饋調(diào)節(jié)是基于教師或數(shù)字工具的指導性、感知性反饋開展的自我調(diào)節(jié)活動，旨在通過IRF（Initiation-Response-Feedback）對話模式引導學生主動開展或感知他者（教師、同伴、工具）的生成式反饋信息，支持學生反思并調(diào)節(jié)調(diào)研結果，維系深層動機，達成高階思維。（2）問題解決活動：運用高階思維，伴隨切身體驗，支持問題解決。問題表征是基于思維工具、學科工具等開展的人機交互活動，支持學習共同體識別、分解復雜問題，明晰執(zhí)行計劃、定位癥結所在，實現(xiàn)思維外顯。協(xié)作探究是基于在線交互平臺和支架式服務開展的社會交互活動，支持共同體按照分解的問題和制訂的計劃開展社會交互和共同協(xié)商，運用學習支架拓展思路、發(fā)散思維，實現(xiàn)高階思維的運用和意義建構的生成。增值體驗是基于體驗式資源、可穿戴設備、具身智能體等重構型工具開展的具身交互活動，旨在通過沉浸式環(huán)境調(diào)動大腦及身體感知運動系統(tǒng)的協(xié)同參與，支持學生運用并塑造新知覺經(jīng)驗，深化知識體系、營造切身體驗。協(xié)同建構是基于知乎圓桌、Teambition等協(xié)作性工具開展的社會建構活動，支持學習共同體協(xié)商并整合協(xié)作探究和增值體驗的成果，初步生成問題解決方案。（3）深層學習活動：展示反思方案，輸出實踐創(chuàng)新。共享反思是基于學習結果反饋模型、演示類和評價反饋類工具等開展的反思交流活動，通過展示并反饋問題解決方案的評價結果，定位問題解決過程的重難點，支持學生個體、同伴或教師經(jīng)驗的定向共享、補充、質(zhì)疑、整合，提高問題解決過程和結果的平均留存率，實現(xiàn)對問題解決方案的高效反思與修訂完善。應用生成是基于編程開發(fā)與AI大模型等制作類工具、思維類工具等開展的實踐創(chuàng)新活動，旨在通過應用相關工具執(zhí)行完善后的問題解決方案，支持學生整合或發(fā)散思維，輸出人工制品，達成實踐創(chuàng)新應用。3.活動方式設計活動方式設計包括活動資源、活動工具、活動服務等環(huán)境支持和教師預設的活動規(guī)則設計。淺層學習活動旨在學情數(shù)據(jù)、生成式資源和交互性服務等支持下，采用人機自主交互等形式開展。問題解決活動旨在體驗式資源、調(diào)整型工具、支架性服務和體驗性服務等支持下，采用人機交互和組內(nèi)人際交互的形式開展。深層學習活動在結果數(shù)據(jù)和調(diào)整型工具的支持下，采用組間人際交互等