深度學(xué)習(xí)研究的現(xiàn)狀、熱點(diǎn)及其發(fā)展趨勢
——基于CiteSpace 可視化知識圖譜分析

梁 策

（吉林師范大學(xué) 吉林 長春 130000）

深度學(xué)習(xí)思想來自布魯姆的“認(rèn)知發(fā)展理論”；學(xué)習(xí)的深層、淺層之分，深度學(xué)習(xí)的概念；最早是由美國學(xué)者馬頓（Ference Marton）和薩爾約（Roger Saljo）在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)不同的學(xué)習(xí)方法能夠產(chǎn)生不同的學(xué)習(xí)效果從而提出的。[1]國內(nèi)學(xué)者對“深度學(xué)習(xí)”方面的研究較晚，直到2005年，黎加厚、何美玲兩位學(xué)者首次對“深度學(xué)習(xí)”這一名詞進(jìn)行概念界定，正式將目光對準(zhǔn)深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域。[2]

本文基于WOS數(shù)據(jù)庫中收集的關(guān)于深度學(xué)習(xí)方面的文獻(xiàn)，以CiteSpace軟件為技術(shù)支持，對深度學(xué)習(xí)研究的現(xiàn)狀、熱點(diǎn)和前沿情況進(jìn)行分析。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，自2017年起，世界各國各領(lǐng)域?qū)W者對深度學(xué)習(xí)相關(guān)問題的研究不斷增多，其中，中國、美國、英國等地的研究者發(fā)文量較大，較為活躍；研究熱點(diǎn)包括深度學(xué)習(xí)概念界定，研究的必要性及建議；研究前沿包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)、深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)、培訓(xùn)。

一、研究過程

本研究檢索文獻(xiàn)均來自Web of Science中的核心合集數(shù)據(jù)庫，主題詞為“Deep Learning”，時間節(jié)點(diǎn)設(shè)置為2011—2021年，其余均為默認(rèn)值，檢索得到95232條來源文獻(xiàn)，從中選取領(lǐng)域中的高被引論文1389條，每個文獻(xiàn)保留標(biāo)題、作者、摘要、關(guān)鍵詞、參考文獻(xiàn)等部分，將其放入 CiteSpace 軟件中進(jìn)行分析。本研究主要來自CiteSpace5.7.R3版本的技術(shù)支持，以該軟件進(jìn)行相關(guān)知識圖譜的分析和研究，CiteSpace是由美國得雷塞爾大學(xué)陳超美博士研發(fā)的，以定性與定量相結(jié)合的研究方式，得出相關(guān)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(lǐng)域?qū)W者了解某一概念或研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、前沿和趨勢[3]，進(jìn)而很好地把握這一概念或這一領(lǐng)域的研究方向。

二、結(jié)果分析

文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，深度學(xué)習(xí)研究文獻(xiàn)呈逐年上升趨勢（如圖1），研究人員的學(xué)科背景主要有教育、醫(yī)療和計(jì)算機(jī)等，文獻(xiàn)類型主要為文章、會議和論文等。

從圖1可知，國際學(xué)者關(guān)于深度學(xué)習(xí)領(lǐng)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(fā)文量大幅度上升，2019年迎來頂點(diǎn)，僅2019年一年的發(fā)文量就達(dá)到了28717篇，比上一年增長了59.4%。由此可見，深度學(xué)習(xí)開始受到關(guān)注。

圖1 深度學(xué)習(xí)研究文獻(xiàn)刊發(fā)數(shù)量

三、高影響力研究學(xué)者及地區(qū)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(xiàn)進(jìn)行分析，得到了發(fā)文量排名前10的學(xué)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(fā)文獻(xiàn)數(shù)量排名前10的國家依次為：中、美、英三國數(shù)量巨大，遙遙領(lǐng)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(fā)文獻(xiàn)數(shù)量排名前10的機(jī)構(gòu)為：中國科學(xué)院學(xué)報、斯坦福大學(xué)、西北理工大學(xué)、麻省理工學(xué)院、武漢大學(xué)、南洋理工大學(xué)、中山大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)、香港中文大學(xué)、天津大學(xué)。

中心度最高的關(guān)鍵術(shù)語為“deep learning(深度學(xué)習(xí))”，被引頻次較高的有“neural network(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))”“classification(分類)”“convolutional neural network(卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))”“model(模型)”“machine learning(機(jī)器學(xué)習(xí))”，說明深度學(xué)習(xí)的建立與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有關(guān)；“模型”“分類”等關(guān)鍵術(shù)語體現(xiàn)了當(dāng)前研究的重點(diǎn)。本研究選擇了近10年（2011—2020）的數(shù)據(jù)作為樣本，然后結(jié)合突現(xiàn)詞展開研究，得出深度學(xué)習(xí)研究前沿詞組如下：計(jì)算機(jī)科學(xué)（computer science）、放射學(xué)（radiology）、交通（transportation）、設(shè)計(jì)（design）、深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)（deep reinforcement learning）、培訓(xùn)（training）。

那么為什么要進(jìn)行深度學(xué)習(xí)呢？2014年出臺的《教育部關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》第一次明確界定“六大核心素養(yǎng)”，2016年，由北京師范大學(xué)牽頭的核心素養(yǎng)研究課題組公布了中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)。這不僅為教學(xué)增添了新的內(nèi)容，也對教學(xué)者和學(xué)習(xí)者提出了新的要求，而深度學(xué)習(xí)恰恰是達(dá)成這一要求的適配理念，能夠支撐完成培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)，改善我國教學(xué)的弊端。比如在實(shí)際教學(xué)過程中，多種因素影響，主導(dǎo)權(quán)沒有或者沒有完全交到學(xué)生手中，主導(dǎo)者仍為教師，教師對客觀經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行講解，學(xué)生被動接受。再如小組式學(xué)習(xí)，目的是突破傳統(tǒng)課堂的局限性；但在實(shí)踐中，只限于某一節(jié)課或某一學(xué)科。高階思維是核心素養(yǎng)目標(biāo)訴求，而深度學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)高階思維有效的方法。為深度學(xué)習(xí)理論的構(gòu)建和探索提出有效建議，是深度學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域的又一熱點(diǎn)。

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(tài)度價值觀的三維目標(biāo)體系，當(dāng)下正值新一輪課程標(biāo)準(zhǔn)修訂，深度學(xué)習(xí)與核心素養(yǎng)的內(nèi)在聯(lián)系是什么，如何將深度學(xué)習(xí)融入日常教學(xué)活動中去，這就需要結(jié)合我國自身實(shí)際情況，有選擇性地借鑒國際經(jīng)驗(yàn)，建立屬于我們的深度學(xué)習(xí)理論體系。

1.深度學(xué)習(xí)是高階思維的表現(xiàn)形式之一，不容忽視

深層次學(xué)習(xí)、問題解決、良好的思維品質(zhì)及思維的自我監(jiān)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(diǎn)和前沿文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域研究的對象主要來自在校學(xué)生，不同學(xué)者切入點(diǎn)不同，研究對象也從小學(xué)生到研究生；但深度學(xué)習(xí)是一種理念，一種終身學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)理念。因此，在研究及實(shí)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(gòu)具有國家特色的深度學(xué)習(xí)理論體系

要想對深度學(xué)習(xí)這一領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步研究，學(xué)者首先應(yīng)該對“深度學(xué)習(xí)”這一概念有較為全面的了解，即對什么是深度學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵是什么，包括哪些要素，深度學(xué)習(xí)與淺度學(xué)習(xí)的區(qū)別與聯(lián)系等問題進(jìn)行梳理，發(fā)現(xiàn)其中的聯(lián)系；結(jié)合國內(nèi)深度學(xué)習(xí)理論研究的實(shí)際情況，建立具有國家特色的深度學(xué)習(xí)理論體系。當(dāng)然，由于國內(nèi)研究較晚，目前缺乏對基礎(chǔ)理論的研究。[5]

3.實(shí)踐與理論并行

我國對深度學(xué)習(xí)的研究起步較晚。以小學(xué)數(shù)學(xué)深度學(xué)習(xí)研究為例。在CNKI上，以“深度學(xué)習(xí)”“小學(xué)數(shù)學(xué)”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，發(fā)現(xiàn)在2011—2020年間，國內(nèi)對小學(xué)數(shù)學(xué)深度學(xué)習(xí)的關(guān)注并不高，僅有79篇文章，其中還有64篇文章是2019—2020年發(fā)表的。由于國內(nèi)研究起步晚、理論不全面，國內(nèi)學(xué)者一開始只將目光聚焦于深度學(xué)習(xí)概念的界定方面，并未在深度學(xué)習(xí)與學(xué)科相結(jié)合方面投入過多。但2019—2020急劇增加的刊發(fā)文獻(xiàn)數(shù)量，也從側(cè)面烘托出國內(nèi)學(xué)者開始關(guān)注深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域。例如，小學(xué)數(shù)學(xué)深度學(xué)習(xí)這一領(lǐng)域的研究，以東北師范大學(xué)馬云鵬教授為代表，他在《小學(xué)數(shù)學(xué)深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)從何做起》[6]《深度學(xué)習(xí)的理解與實(shí)踐模式》[7]等文章中探討了深度學(xué)習(xí)概念的界定，并以單元化教學(xué)的方式對小學(xué)數(shù)學(xué)的部分知識進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，逐步完善了深度學(xué)習(xí)與數(shù)學(xué)學(xué)科的深層次結(jié)合。從分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，我國對于深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的研究仍處于不完善階段，需要越來越多的學(xué)者聚焦于此。即便如此，在構(gòu)建理論基礎(chǔ)的同時，也要做到理論與實(shí)踐結(jié)合，做到理論與實(shí)踐并行。

4.建立完善的評價體系

深度學(xué)習(xí)是一種培養(yǎng)學(xué)生多種素養(yǎng)的學(xué)習(xí)方式，作為培養(yǎng)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(zhǔn)確、全面地對學(xué)生進(jìn)行評價，為學(xué)生“搭梯子”，通過評價，幫助學(xué)生認(rèn)清自己所取得的階段性成果，并反思自己的不足。教師在進(jìn)行評價的時候應(yīng)注意方式方法，采取恰當(dāng)有效的方式將評價反饋給學(xué)生。

我們可以將深度學(xué)習(xí)的研究內(nèi)容分為以下幾個部分（包括但不限于）：深度學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀調(diào)查與問題分析；理論體系建構(gòu)；相關(guān)課程開發(fā)；實(shí)踐檢驗(yàn)等。學(xué)者在研究之前應(yīng)該對深度學(xué)習(xí)有一個正確的認(rèn)識，避免走入誤區(qū)；特別是避免將深度學(xué)習(xí)與淺層學(xué)習(xí)分離，二者并不矛盾，淺層學(xué)習(xí)是深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，深度學(xué)習(xí)是淺層學(xué)習(xí)的深化與拓展。[8]

本研究利用CiteSpace軟件對深度學(xué)習(xí)研究現(xiàn)狀、熱點(diǎn)及前沿進(jìn)行可視化分析，便于以后的研究者對深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域已取得的成果有一個認(rèn)識。但本研究并未對現(xiàn)象進(jìn)行深度剖析，涉及研究領(lǐng)域較多，并未將期刊按照計(jì)算機(jī)、醫(yī)學(xué)、教育等領(lǐng)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(yīng)注意取舍。