国外深度学习研究的现状与进展 ——基于WOS数据库中SSCI 文献的分析

原标题:国外深度学习研究的现状与进展 ——基于WOS数据库中SSCI 文献的分析

本文发表于 《数字教育》 2019年第5期(总第29期)域外观察栏目,页码:76-82。转载请注明出处。

摘 要:文章以Web of Science 核心合集SSCI 数据库近十年收录的343 篇相关文献为研究对象,以文献计量和词频分析为研究方法,对国外深度学习研究的现状和进展进行分析。研究发现:从2010 年开始,深度学习作为一个独特的研究领域受到越来越多的关注,当下正处于发展期;深度学习概念的形成大体分为两个阶段,总的来看依然缺乏一个清晰的理论框架来定义深度学习。文章最后对国外深度学习研究的特点进行了分析,并针对国内研究的不足提出了改进建议。

关键词:深度学习;研究现状;词频分析;文献计量

| 全文共8178字,建议阅读时长8分钟 |

在新时代知识经济背景下,培养符合未来社会和工作需要的21 世纪创新人才是当前我国高等教育改革和发展的头等大事。深度学习的实施正在成为推动我国未来教育发展、提升学生高阶思维能力和问题解决能力的有力抓手[1]。2017 年新媒体联盟发布的《地平线报告》指出,深度学习是未来5 年或更长时间推动高等教育发展变革的关键方向。在这种背景下,本文综合使用CiteSpace、Bicomb 等工具, 对Web of Science(简称WOS)库中的SSCI 文献进行了计量分析, 力图准确把握国外深度学习研究现状和进展,为国内深度学习的研究提供一定的借鉴和参考。

二、数据来源和分析过程

(一)数据来源

本研究的统计数据和分析样本全部来源于WOS 数据库。WOS 是国际上最具影响力和权威性的电子文献数据库之一,也是全球学者获取学术资源的重要渠道, 因此,WOS 所收录的论文能够反映其所代表领域的研究现状和进展。另外,由于“深度学习”是教育学、计算机科学等领域共同使用的概念,但内涵和性质又有较大不同,而本研究只针对教育学领域下的深度学习进行研究,为此我们在WOS 的SSCI 库中进行了检索。具体策略是:以“深度学习”(deep learning)和“深度学习方法”(deepapproaches to learning) 为主题,以2009 年至2018 年为时间跨度,以“论文” (article)为文献类型进行检索,然后通过人工筛选, 剔除无关文献后,最终获得分析样本为343 篇论文。

(二)分析过程

随着网络技术的迅速发展,文献计量学分析方法早已取代了人工统计方法,成为科学研究中不可或缺的重要方法。本文首先利用CiteSpace 5.1 知识图谱对txt格式的文献数据进行年发文量统计和期刊共被引分析,初步了解深度学习的发文情况和重要的期刊分布情况;其次,运用Bicomb 2.0 对高频关键词进行提取,进一步探究深度学习的热点;最后,对高频关键词进行主题分类,分析重要主题及进展情况,并以可视化的方式展示出深度学习领域的研究现状。

三、分析结果

(一)文献时间分布

基于时间维度对发表文献数量和引文数量进行分析,如下图所示。从发文数量看,每年发表论文的数量并不算多,基本在20 ~50 篇之间,按照普赖斯的文献指数规律,有关深度学习研究还处于发展期,未来还有较大的研究空间。从图中也可以看出,2011— 2013 年间,有关深度学习研究的文献数量出现了较大变化和快速增长。从引文数量看,2009 年至2018 年间每年被引文献频次呈现持续且强劲的增长趋势,这表明深度学习正在作为一个独特的研究领域受到越来越多的关注。

(二)重要期刊

文献计量学家曾指出引证与被引证之间存在一种十分可靠的联系,并且除了引证特征,还没有其他特征可以测定出研究文献间的联系[2]。共被引分析是CiteSpace 的核心功能,本文通过对文献进行期刊共被引分析(Cite Journal),得到排名前10 位的高频期刊, 如下表所示。

从被引频次看,被引频次超过100 次的期刊共6 种, 其中《英国教育心理学杂志》《高等教育》和《高等教育研究》是最常被引用的3 种期刊,被引频次分别为257、194 和149。《英国教育心理学杂志》于1904 年创立,1914 年被英国心理学会收购,是一本处于心理学界前沿、具有国际贡献和大量读者群的教育心理学杂志。期刊被引半衰期一般反映了期刊所载论文的生命周期,是测度期刊老化速度的一种指标[3]。从被引半衰期来看,美国的《教育心理学评论》《教育心理学杂志》《教育研究评论》和英国的《英国教育心理学杂志》期刊的生命周期相对较长,老化速度也相对较慢。期刊影响因子可以理解为期刊论文获得的客观响应,是反映期刊重要性的宏观测度,可以被用来计算期刊在一个学科领域的学术影响。一般来说,影响因子越大,该期刊在科学发展和文献交流过程中的作用和影响相对就越大[4]。从影响因子来看,影响因子最大的期刊是美国的《教育研究评论》。该期刊是以教育研究文献的批判性综合评论为主的期刊,由于具有类似综述式的高客观响应度特点,该刊成为影响因子最高的教育类杂志,对国外深度学习的发展过程起到了相对较大的推动作用。

(三)研究热点

关键词是文献的重要组成部分,凝聚了文献的论述核心,通过对文献关键词的分析,可以理清科学研究的热点[5]。本研究利用Bicomb2.0 对343 篇样本的关键词进行提取,共提取了1505 个关键词。为了避免关键词命名不规范对分析结果的影响,本文对同义的关键词进行合并(如learning approaches 和learning approach)以及泛义关键词的剔除(如education 和student 等),提取出37 个关键词作为高频关键词。

词频排名在前10 位的分别是深度学习(156)、学习方法(127)、学术成就(40)、高等教育(31)、表面学习(30)、学习策略(25)、评估(23)、动机(22)、自我效能感(20)和基于问题的学习(14)。除去主题检索词“深度学习” 外,其他关键词反映出深度学习理论研究、以学为主的深度学习教学(或学习)策略研究和深度学习的测量研究等是当前研究的热点。

学习方法、自我调节、基于问题的学习和自我效能感等词表明了当前国外深度学习的教学策略逐渐从“以教为主”过渡到“以学为主”。基于问题的学习(PBL) 就是典型的“以学为主”的学习方式,多尔曼曾在2016 年的文献综述中表明,高等教育机构采用了基于问题的学习方法,这促进了学生的深度学习[6]。深度学习、表面学习、批判性思维和学习的概念等关键词,反映了当前人们对深度学习本质及其内涵的关注。马顿、恩特威斯尔、比格斯和拉姆斯登等人把深度学习定义为一种过程取向,即对深度学习的理解基本限定于学习方式。而美国研究院(American Institute for Research,简称AIR) 把深度学习定义为结果取向,即深度学习能力,这种理念驱使了包括美国八所公立学校的深度学习变革[7]。评估、同伴评估和反馈等高频关键词表明,深度学习研究中的重点问题是如何测量深度学习的发生。学习过程评价问卷是在3P 学习过程理论模型的基础上构建的,典型的问卷有修订双因素学习过程问卷(R-SPQ-2F)和修订双因素认知过程问卷(R-LPQ-2F)。对高阶认知学习结果的评价中较典型的是智能平衡评估联盟(Smarter Balanced Assessment Consortium) 开发的系统评测体系,评估了美国《共同核心标准》中提到的学生的问题解决能力和批判性思维能力等多种关键能力[8]。

(四)重要研究主题及进展

结合高频关键词和重要文献阅读,本文把有关深度学习研究的重要主题归纳为深度学习的内涵研究、促进深度学习的活动设计研究、深度学习的影响因素研究和深度学习评价研究等。

1. 深度学习的内涵研究

深度学习的内涵研究主要包括的高频关键词有深度学习、学习方法、表面学习、学习的概念、批判性思维、战略学习、建构主义等。通过分析文献内容,不难看出在教育领域中深度学习的界定一直是深度学习领域的热点且尚未达成共识。典型的理解有两种:一种理解认为深度学习是一种过程即学习方式[9],另一种理解认为深度学习是一种结果即学习能力[10]。将深度学习视为一种学习过程的最具代表性的人物是美国学者马顿和罗杰,这两个学者在1976 年的论文《学习的本质区别: 结果和过程》中首次公开提出深度学习这一概念。马顿通过实验的方式证明了学习结果存在质的差异,他认为如果学习结果存在质的差异,那么很可能在学习过程中也存在相应的差异[11]。马顿对大学生的研究发现,学生在面对学习材料时参与的学习过程类型存在明显的个体间差异,并使用术语“深度学习”和“表面学习”来区分和解释这种个体间的差异。事实上, 在学习过程中,马顿和罗杰认为基本上有两个不同的处理层次可以清晰区分,这两种不同层次的加工,他们称之为深度加工和表面加工,对应于学习者关注学习材料的不同方面。

尽管20 世纪的学者都将深度学习视为一种学习过程,但进入21 世纪,深度学习的概念出现了新的转向[12],深度学习作为一种学习结果而不是学习过程出现在人们的视野中。其中有代表性的界定是休利特基金会(William and Flora Hewlett Fouridation) 的阐释,它将深度学习视为一种能力,强调学生能够运用所学从而掌握核心内容知识的能力,包括思维批判能力、合作交流能力、真实问题的解决能力等。美国研究院也对深度学习概念进行了界定,将深度学习界定为学生对知识的深度理解和在实际情境中迁移运用的一种能力[13]。

丁斯莫尔和亚历山大研究发现,目前不同的研究中对深度学习和表面学习的研究结果是模糊不清的,因此他们强调,研究应该从一个清晰的理论框架来定义深度学习[14]。深度学习最终要落实在实践中为教育服务,当前对于其在实践中的应用效果和价值的探索是至关重要的。

2. 促进深度学习的活动设计研究

从学习方法、学术成就、高等教育、基于问题的学习、协作学习、学习方式、实现目标、医科学生、教学方法、基于案例的学习、大学生、主动学习、以学生为中心的学习环境、医学教育、学习成绩、体验式学习16 个高频关键词可以看出,国外关于促进深度学习活动设计的研究成果非常丰富。一方面是在教学中采用新型的教学手段。例如,马克·佩格鲁姆进行的创意博客是否能促进深度学习的教学实验。结果显示,随着时间的推移,创意性博客确实有助于促进深度学习[15]。库伯在2010 年提出了一个体验式学习框架,以了解游戏是如何能够潜在地创造一个独特的语言学习空间并有利于深度学习的。案例研究表明,在该语言学习空间里玩耍可以促进智力、身体、精神和道德领域的深度学习[16]。古尔皮纳尔通过修订后的双因素学习过程问卷对医学生的学习方式能否影响他们对PBL 的满意度进行了调查。调查结果显示,64.6% 的学生采用了深入的学习方法,同时这些学生对PBL 的满意度也相当高[17]。

另一方面是鼓励学生采用新型的学习方法。例如, 里德探讨了重新设计的PBL 课程能否成功地促进医学本科生的深度学习。通过学习技能量表(ASSIST) 和T 检验对结果进行统计分析,结果不仅表明了这种课程能够促进深度学习,还发现了PBL 的作用可能不像以往认为的那么简单[18]。巴拉索里亚等在探究一种新的综合医学教育设计对学生学习方法的影响时证实了基于问题的学习能够促进深度学习这一观点,同时他们还发现了使学生转向深度学习可能是一项复杂的任务[19]。

3. 影响深度学习的因素研究

通过动机、自我效能感、性别、自我调节、性格、元认知、投入度、感知等8 个高频关键词可以看出, 深度学习的影响因素是多元的。从现有研究来看,影响深度学习的因素主要有环境、性别、动机、教师、教学方法、元认知、教学评价、投入度、学习习惯、年龄和工作经历等等。

有的学者认为深度学习的影响因素有很多,且这些因素可以简单直接地对深度学习效果产生影响。比如,郭立秋等人采用结构方程模型对性别差异进行分类,考察性别因素是否能够影响学生深度学习,结果显示,男生倾向于产生深度学习,而女生则没有这种倾向[20]。潘慧芳研究了自我效能感与深度学习和表面学习的关系,分析显示深度学习的初始水平对自我效能感和表面学习方法的改变有积极的影响[21]。

有的研究则比较了两种或者两种以上的学习环境或者不同的教学方法对深度学习的影响,这些复杂的研究表明,深度学习不能够简单地被影响,深度学习和其他因素之间的关系是多元的和异常复杂的,因此对深度学习影响因素的探究是一个极其复杂的过程,许多其他干扰因素都可能会对研究结果产生影响。比如,2010 年马里斯·拜登发表了一篇综述《使用以学生为中心的学习环境来刺激深度学习方法:鼓励或阻碍其有效性的因素》。这篇综述将25 篇文章中的若干影响因素进行归类,最终将深度学习的影响因素划分为环境因素、感知的环境因素及学生因素[22]。马里斯·拜登的研究结果展示出了这些影响因素不仅仅是简单直接地作用于深度学习,深度学习更多的是多元、复杂、共同作用的结果。

4. 深度学习评价研究

评价研究也是深度学习研究的一个重要主题,深度学习评价研究的5 个高频关键词有学习过程问卷、学习技能量表、评估、同伴评估和反馈。评价的研究最终体现在评价工具上,目前国外在深度学习中使用的主要评价工具包括自报告问卷、学业成就评价、概念图和眼球追踪等。

第一种是自报告问卷。最常用的问卷工具就是修订双因素学习过程问卷和修订双因素认知过程问卷。这两种问卷是由比格斯和肯布尔编写修改的适合教师评估学生学习方式的简短有效的测量问卷,由2 个因素和4 个维度组成[23],前者有20 个选项,后者有22 个选项。2 个主要因素分别是深层方法和表面方法,4 个维度分别是深层动机维度、深层战略维度、表面动机维度和表面战略维度,同时又细分为内在利益、努力工作、相关想法、理解、害怕失败、资格目标、最小化研究范围和记忆这8 个小维度。修订双因素学习过程问卷针对的是大学生,修订双因素认知过程问卷针对的是初高中生,这两种问卷均可以由一名正规教师快速而容易地使用,用于监控教学环境,能够有效地评价学生在学习过程中是否达到了深层次的学习方法[24]。

第二种是学业成就评价。学业成就评价可以作为一面镜子,可以反映出学习者的弱点和长处。在教育教学中,学业成绩作为一项重要的标准用来衡量学习效果的好坏。在深度学习评价方面,最具代表性的学业成就评价是国际学生评估项目(Program for International Student Assessment, 简称PISA)。PISA 是一项由经济合作与发展组织(Organization for Economic Co-operation and Development,简称OECD)统筹的学生能力国际评估计划,主要测试学生们能否掌握参与社会所需要的知识与技能,因此, PISA 的试题着重于应用和情境化。受测学生如果在PISA 中表现良好,恰恰说明了受测学生能够灵活运用学科知识与认知技能,针对情境化的问题进行批判性思考并自行建构答案,也同样说明了该学生达到了深度学习。换言之,通过学业成就评价系统也能对深度学习做出相对准确的评价。

第三种是概念图工具。概念图工具能将学习者的知识系统进行可视化展示,有学者根据学生学前学后绘制的概念图的变化来定性评估深度学习质量[25]。

第四种是眼球追踪工具。眼球追踪工具由眼视系统(EyeGaze System)对学生的眼球运动情况进行记录从而进行分析评价。贾斯特和卡彭特提出通过眼球追踪的方式了解学生的整个认知过程。研究表明,在解决更复杂的问题时学习者眼球的注视次数会增多,持续时间会变长[26]。

四、结论与建议

(一)研究结论

文章以Web of Science 核心合集SSCI 数据库近十年收录的343 篇深度学习相关文献为研究对象,以文献计量和词频分析为研究方法,对国外深度学习研究的现状进行勾勒。研究发现,国外关于深度学习的研究正处于发展期,从2010 年开始,正在作为一个独特的研究领域受到越来越多的关注。深度学习概念的形成分为两个阶段:一是20 世纪70 年代受奥苏贝尔的有意义学习理论和杜威反思性思维的影响,深度学习被认为是一种学习过程,关注的是学习者对知识的深度理解、反思和迁移应用的过程;二是进入到21 世纪初期,受“21 世纪技能”理念的影响,深度学习开始走向结果取向,即强调对学习者问题解决能力、创造性以及批判性思维能力的培养。目前有关深度学习的重要研究主题包括深度学习内涵研究、促进深度学习活动设计研究、深度学习影响因素研究和深度学习评价的研究。总的来看,目前不同的研究中对深度学习和表面学习的研究结果是模糊不清的,缺乏一个清晰的理论框架来定义深度学习。另外,通过对相关文献内容的阅读与分析发现,国外对深度学习研究的主题具体,并以实证研究为主。从研究对象上看,高等教育是深度学习实证研究的主要阵地。从教学方法和学习方式上看,基于案例的学习、基于问题的学习、体验式学习等方法被证实能够很好地实现深度学习。研究的内容大多着眼于课堂教学实践中,主要探究深度学习的达成或分析其具体的影响因素。

(二)对国内深度学习研究的启示

与国外研究相比,国内的研究需要加强实证研究和评价体系建设。

1. 加强实证研究

从实际情况来看,国内对深度学习的思辨式研究明显偏多,实证研究相对偏少。国外对深度学习的研究,最值得我们借鉴的就是重视实证研究。从国外的研究来看,同一种深度学习方式或策略,不同学习对象、不同的课程,甚至是不同教学内容,其实际效果有时差异很大。建议今后我们要加强实证研究:一是要多采用实验法、调查法、观察法、人种志等比较客观的研究方法,来检验深度学习研究成果的有效性、解释深度学习中的问题;二是要深入学科、深入课程、深入课堂,开展建立在深度学习真实应用场景、基于数据和证据的研究。

2. 加强评价体系建设

俗话说“工欲善其事,必先利其器”,缺乏有效的评价体系势必会影响研究的质量。在深度学习评价方面,国外的研究相对比较丰富,综合使用了自报告问卷、学业成就评价量表、概念图等多种方式。国内在这方面做得不够,需要加强建设。一方面,在引用国外研究成果时,如评价量表、评价问卷等,建议先进行本土化检验,查看其有效性;另一方面是结合我国的教育实情和教育改革实际,加强本土化开发,引导深度学习研究服务于我国教育发展的需要。

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李嘉雯(1995— ),女,辽宁盘锦人,硕士研究生,研究方向为数字化学习;

李玉斌(1975— ),男,满族,河北承德人,教授,辽宁师范大学计算机与信息技术学院副院长,博士生导师,研究方向为数字化学习、信息技术教育。返回搜狐,查看更多

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