随着人工智能、大数据、脑科学以及学习科学的不断发展,指向学生高阶思维能力培养的深度学习理念备受学者的关注。与此同时,随着新课改的不断深入,高中数学的教学目标也逐步完成了由三维目标到核心素养为导向的教学目标的转变。当前,以核心素养为导向的高中数学教学更加注重学生高阶思维能力的培养,其做法与深度学习理念不谋而合。那么在实际的高中数学教学中能否应用深度学习理念来促进学生高阶思维能力的养成呢?又应怎样将深度学习理念应用到高中数学课堂中呢?基于对以上问题的思考,本文从深度学习理论出发,针对目前高中数学现状进行了相关理论研究和实践研究。首先,运用CiteSpace等文献计量工具对深度学习研究领域的国内外文献进行了定性和定量分析,从而呈现出国内外深度学习的发展脉络以及全景框架。其次,通过对海口市某高中高一高二学生进行相关问卷调查,评测出高中数学深度学习现状,从而总结出当前高中生在数学深度学习的过程中主要存在的问题,并对相关问题进行了成因分析。再次,基于当前高中数学深度学习现状以及相关教育教学理论,设计了指向深度学习的高中数学教学设计流程,并对整个教学流程中应用到的相关教学方法进行了具体阐述。最后,从新授课与练习课两种课型出发,设计了指向深度学习的高中数学教学设计案例,并针对高中数学三角函数相关知识设置对照试验,控制教学设计为单一自变量,分别对实验组和对照组学生的数学学习成绩、数学学习兴趣、整合理解能力、高阶思维能力四个方面进行相关对比研究,根据T检验和描述性统计结果,验证指向深度学习的高中数学教学设计的有效性。通过研究发现,指向深度学习的高中数学教学设计流程能有效地提高学生的数学学习兴趣以及整合理解能力,并且还能使学生养成良好的思维习惯,进一步地提高学生的高阶思维能力。除此之外,指向深度学习的高中数学教学设计流程也可以为一线教师提供方法指导,为一线教师的教育教学提供新思路。