教師引導風格對非良構問題領域的PBL學習影響研究

吳忭 杜豐豐

【摘要】? 以往衡量問題導向學習（Problem-based learning， PBL）的效果主要采用總結性評價，缺乏對學習者學習過程的關注與分析。但在非良構問題領域的PBL學習中，學習過程是呈現學習者專業思維能力發展的關鍵。如何通過分析PBL中的會話內容對專業思維能力進行建模，教師在這一發展過程中又充當何種角色，是PBL領域學者們關注的話題。本研究選擇醫學教育這一典型的非良構問題領域作為研究情境，采用不同的教師引導風格進行PBL教學，通過認知網絡分析對學習者的專業思維發展過程及導師引導策略進行分析建模。研究結果揭示了賦權促進型引導風格較指導控制型引導風格對于學習者的社會性知識建構和學科思維能力培養具有更好的效果。此外，本研究也展現出認知網絡分析這種創新的質性數據量化分析方法，在建模和評價社會性學習過程中的學科思維能力方面具有較大的應用潛力。

【關鍵詞】? 非良構問題解決;問題導向學習;認知網絡分析;引導風格;中醫教育;知識建構;學科思維;社會性學習

【中圖分類號】? G642.0? ? ? ?【文獻標識碼】? A? ? ? ?【文章編號】? 1009-458x（2019）9-0065-07

一、引言

現實世界中的真實問題區別于學校中的學科問題，普遍具有典型的非良構特征，即問題信息不完備、解決途徑不唯一、解決方案不確定、需要運用跨學科的知識技能和推理論證能力等。文化的快速變遷、全球環境日益復雜使得未來學習者需要具備解決非良構問題的能力。問題導向學習（PBL）作為一種基于建構主義理論的教學策略，具有提高學習動機、激勵學習投入、促進深度學習和學科思維能力培養的特征，在培養學習者非良構問題解決能力方面具有極大潛力。PBL一般采用真實的領域問題作為驅動，讓學習者以小組形式展開協作探究，在分析理解問題的同時回顧已知、發現未知和明確將知，并通過小組分享學習成果、探討將知的話題、商討論證問題的解決方案。PBL教學方法自上世紀60年代在加拿大麥克馬斯特大學醫學院首次提出以來，在醫學、商業、工程、設計、教育等眾多專業領域的教學中被廣泛應用。但是，教育研究者和教學實踐人員對于應用PBL的方法仍然存在一些爭議。首先，PBL的學習過程不僅僅是同學之間的討論，還包括教師和學生的互動。教師扮演的導師角色的主要職責究竟是學習過程的引導者，還是以內容專家的身份指導學生展開討論？是賦權促進型的引導方式抑或指導控制型的引導方式更能促進高質量的PBL討論？教師的不同引導風格究竟會如何影響PBL的討論過程以及學科思維能力的發展？對于這些問題，目前尚未有一致的意見。

此外，目前大部分對于PBL學習的評價方式仍然以傳統紙筆測試，以及對討論活動中社交溝通和學習規劃等非認知能力的自我評價和同伴評價為主，缺少對討論過程和討論質量的有效評估和專業思維能力測評。一方面，這是學習目標和評價目標之間存在的偏差;另一方面，這也凸顯當前面向協作學習的大規模質性數據分析測評所面臨的挑戰，即如何提供社交互動過程中專業思維能力發展軌跡的有效證據。尤其對于諸如醫學這樣具有復雜知識結構、領域問題具有非良構特征的學科，建模和評估學生的專業思維能力需要在對專業實踐活動深度理解的基礎上進行量化建模和意義建構，才能提供扎根的在統計上有效的評估證據。針對上述兩方面問題，本研究選擇中醫PBL為研究情境，采用謝弗等人（Shaffer， Collier， & Ruis， 2016）提出的認知網絡分析方法，分析和建模在不同教師引導風格下學習者專業思維能力的差異和發展特征。

二、文獻綜述

（一）非良構問題解決

非良構問題區別于良構問題的主要特征在于前者對問題解決者的元認知和論證能力有更高的要求（Jonassen， 2014， pp. 269-288）。通常，非良構問題解決的步驟可以概括為領域問題的理解、提出觀點和假設、論證推理和用證據解釋推理的過程四個連貫迭代的環節，在各個環節又都需要問題解決者靈活運用跨學科的知識（Wu， et al.， 2016）。因此，在解決非良構問題時，學生的專業能力發展其實是通過社交互動來協同構建不同能力維度之間的緊密聯系。在培養學生非良構問題解決時，研究者常常采用PBL的形式進行教學。PBL強調將學習置于復雜、有意義的問題情境中，學生通過觀點闡述、爭論質疑、沖突協商、知識分享等社會互動過程投入專業實踐，發展高層次的專業思維能力（Savery， J， & Duffy， 1995）。然而，梅洛. 希爾弗（Hmelo-Silver， & Barrows， 2006）認為PBL雖然有利于問題解決和知識建構過程的有效整合，但傳統紙筆測試的評價方式并沒有全面呈現這一建構過程，尤其對PBL討論過程所反映的專業思維能力的發展變化，鮮少有評價。因此，需要針對PBL這種社會性學習方式，研究如何分析會話內容來建模學生個體和小組的專業認知圖式。

（二）PBL中的教師引導風格

為了促進學生在非良構問題領域的PBL學習，拉卓等人（Lajoie， et al.， 2015）提出學習規劃的6個策略維度，即引導、規劃、執行、監控、評價和解釋，而具有不同引導風格的教師在教學支架的策略選擇和使用上具有異質性（Berghmans， et al.， 2012）。對于PBL討論中教師所采用的引導風格學者們有不同的看法，如巴羅斯（Barrows， 1988）將教師的角色描述為學習促進者，認為經驗豐富的學習促進者應該具備的技能包括支持學生自主學習、提問、生成假設，推動學生解釋、復述、總結。但是布迪等人（Budé， 2011）則認為，PBL中教師有針對性的提問和指導更能夠促進學生的深度理解。帕品扎克等人（Papinczak， Tunny， & Young， 2009）認為教師本質是在兩種引導風格（促進和指導）之間取得平衡，但是關于這兩種指導方式如何影響PBL學習中的互動過程還有待探究。

三、研究設計

（一）理論框架及研究問題

基于上述非良構問題解決的認知建模和教學支架的設計策略，本研究提出非良構問題領域的PBL學習教師指導框架（如圖1所示），試圖探究這一框架下教師和學生在PBL討論中的自然互動過程及教師引導風格對學生非良構問題解決能力發展的影響，并提出以下兩個研究問題：

問題一：在非良構問題領域的PBL討論過程中，賦權促進型導師和指導控制型導師指導下的學習小組的學科思維能力發展有何不同？

問題二：在非良構問題領域的PBL討論過程中，賦權促進型和指導控制型兩種引導風格的導師分別采用怎樣的支架策略來促進學生的學科思維能力發展？

（二）研究情境和對象

本研究的參與者來自中國東部地區一所中醫藥大學，包括19名中醫相關專業研究生（中醫內科學和針灸專業）和2位中醫PBL導師。參與者被隨機分為兩組，每組由一位導師引導學習。通過實驗前對導師進行訪談了解其教學理念和課堂實際教學行為，確定兩名導師分別具有不同的引導風格。其中，一名導師偏向給學生賦權、促進學生自主學習和主動探究的教學模式，所在小組命名為F組（N=10）;另一名導師則偏向有效指導學生的深度思考、控制學生的討論內容和問題解決過程，其所在小組命名為D組（N=9）。

實驗情境選擇了“針灸醫學書籍閱讀”這門課程中的一個學習單元進行PBL教學。該單元講述了一名腦創傷綜合癥患者接受針灸診治的實際病例，病例分為三幕。教學實驗持續了三周，第一周和第三周是課堂討論，第二周是學生自主學習。在第一周課上，導師會依次發放病例的前兩幕信息，需要學生通過討論理解病例相關知識（已知）提出病例可能的診斷意見（將知），明確需要進一步學習的知識（未知）;第二周，組員需要就第一次討論列明需要學習的知識點，查閱相關資料展開課外自主學習與推論;在第三周的課程中，學生要分享他們所學的知識，并進一步討論他們目前對該案例的看法，通過論證和協商盡可能形成對這個病例的診斷和治療方案的共識。最后，教師會發放病例的第三幕信息，供學生了解病例的發展或者實際診斷和治療方案，以促使學生對案例知識、問題解決過程、協作討論表現進行反思。

（三）數據收集和編碼框架

我們對F組和D組兩個小組在第一周和第三周的PBL討論進行了全程錄像和討論內容的文字轉錄，文字轉錄的對話記錄共1，856條。本研究使用參與者在談話中的輪流發言作為編碼分析的基本單位，從學生的中醫思維能力和導師的支架策略兩個維度對發言內容進行編碼，編碼框架如表1所示。我們參考以往西醫臨床問題解決能力的編碼維度，并將其拓展到中醫教育領域，在原有的5個編碼，即西醫臨床概念、概念關系、推理論證、臨床操作和診斷結論的基礎上，增加了中醫內科學知識和針灸知識兩個新的編碼。對于支架策略的編碼方案，本研究采用拉卓等人（Lajoie， et al.， 2015）提出的關于學習規劃的6個維度，即導向、規劃、執行、監控、評價和解釋?？紤]到本研究所收集到的討論數據中涉及執行和評價兩個維度的數據較少，故刪除這兩個維度，保留其他4個編碼。轉錄的文本數據由兩名研究人員獨立編碼，編碼結果均達到較好的一致性（kappa>0.7），并通過討論解決了編碼的差異問題。

（四）數據分析方法

為了深入分析社會性學習，如PBL中的學習互動過程，謝弗等人（Shaffer， et al.， 2016）提出了一種叫作認知網絡分析（Epistemic Network Analysis，ENA）的質性數據量化分析方法，用網絡模型建模復雜問題領域的專業思維水平，在工程設計、城市規劃、外科手術等非良構問題解決領域獲得了良好的應用效果（Chesler， et al.， 2013; Nash & Shaffer， 2011; Ruis， et al.， 2017）。本研究將進一步拓展該研究方向，探索ENA方法在中醫PBL教育中的應用。

ENA是通過對話語數據進行定量分析來描述個人（或團體）認知框架模式的分析方法。它通過創建一個網絡模型來描述個人（或團體）使用的概念在話語數據中相互連接的方式，還原了特定領域專業思維要素之間的發展和聯系。所有的要素關系以動態網絡模型表示，可以量化隨著時間的推移這些連接的強度和組成的變化。由于其形式的多樣性，它可以用于任何系統中，以一組相對較小的固定的元素組成的復雜的動態關系網絡來模擬關聯的模式。也就是說，它是一種針對多變量參數技術（如潛在類模型）的網絡分析優化的方法。

在具體操作時，ENA先將數據格式化，對數據分段分析，一般分為5個～7個片段，這些片段被稱為節（Stanza）。同一節中共同發生的元素相互關聯，不同節中的元素之間沒有關聯。由此，可以使數據中的連接是有意義的，最終可以解釋元素間的連接結構。為了確定數據中對象的聯系，ENA為每個節構建鄰接矩陣，量化每節中編碼元素的共現。再將得到的每個節對應的鄰接矩陣累加、歸一化并創建高維認知網絡，這樣每一個節的元素之間的連接結構都由高維空間中一個鄰接向量表示。它包含所有節中所有元素的共現，然后通過奇異值分解對（歸一化）鄰接向量進行解釋和可視化，將原始高維空間旋轉，減少旋轉后的空間維數以捕捉數據中的最大變化（奇異值分解類似于主成分分析，但不重新計算數據）。最后，ENA使用一個優化算法將網絡模型的節點（復雜、協作思維的編碼元素）放置在ENA空間中，使每個網絡模型的質心與降維的網絡位置相對應。

本研究通過對兩個PBL小組第一周和第三周課堂討論中的會話內容進行編碼及認知網絡建模，得到了兩組前后兩次討論的中醫臨床思維的認知網絡圖，以及兩位PBL導師的教學支架策略的認知網絡圖。我們對兩個小組和相應導師的網絡圖結構進行量化分析和比較，并選擇典型的討論片段做定性會話分析，為認知網絡圖的量化分析結果提供質性的證據支持。

四、研究結果

（一）兩個PBL小組學生的學科思維能力結構特征

我們按照編碼框架對F組和D組的第一次和第二次討論中的話語進行編碼，生成了各自的認知網絡圖和對應的質心位置圖（見圖2）。其中圖2-A是質心位置圖，圖2-B～2-E分別是F組的第一次和第二次討論內容以及D組的第一次和第二次討論內容生成的平均認知網絡;圖2-F和2-G分別是F組和D組的前后兩次討論生成的平均認知網絡的差異圖。進一步對上述生成的小組平均認知網絡采用獨立樣本T檢驗比較質心的X坐標和Y坐標的差異，得到兩組學生在兩次討論中學科思維的差異情況（見表2）。

根據圖2-B至圖2-G中的認知網絡節點的位置，我們發現針灸經絡的編碼位于x軸的負向，中醫思維的相關編碼位于y軸的正向，西醫臨床思維的相關編碼位于y軸的負向。因此對于該平面中各個認知網絡結構所造成的網絡質心位置的差異可以通過該平面不同維度和方向的意義來詮釋。F組學生的第一次討論和第二次討論在X維度和Y維度均不存在顯著性差異，D組學生的第一次討論和第二次討論在Y維度（中醫思維與西醫臨床思維）方面存在顯著性差異，顯示D組學生的討論從西醫臨床思維方式向中醫思維方式發展（t=-3.503，p=0.006）。

通過分析兩次討論的平均認知網絡圖，我們發現F組的針灸經絡概念和其他四個專業思維能力（臨床操作、西醫臨床概念、推理和論證、中醫概念）之間建立了較強的聯系（見圖2-B和圖2-C）。比較兩個平均網絡的差異，我們發現盡管兩個網絡之間差異并不顯著，但是針灸概念和臨床概念在第一次討論中的聯系更多（圖2-F中的虛線部分代表第一次討論的認知網絡連線權重更大），而針灸經絡概念、中醫概念和臨床操作在第二次討論中的聯系更多（圖2-F中的實線部分代表第二次討論的認知網絡連線權重更大）。而在D組中，我們發現學生的思維能力特點是在中醫概念、推理論證、西醫臨床概念和臨床操作四個要素之間有更多的聯系，但與針灸經絡概念之間的關聯并不明顯（見圖2-D和圖2-E）。比較兩個平均網絡的差異我們發現，D組在第一次討論中臨床操作與臨床概念之間有更多的聯系（圖2-G中的虛線代表第一次討論的認知網絡連線權重更大），而在第二次討論中針灸概念、臨床概念、中醫概念之間的聯系更多，并且這種模式遷移在統計上是顯著的（圖2-G中的實線代表第二次討論的認知網絡連線權重更大）。

（二）兩個PBL組中導師的教學支架模式

為了分析兩位導師在PBL討論中的教學支架模式特點，我們對采用教學支架策略編碼后的數據進行ENA分析（見圖3）。結果顯示，F組的導師在第一次和第二次討論中的教學支架模式發生了顯著變化。在第一次討論中，F組導師主要采用導向性支架策略幫助學生建立中醫內科學概念、推理論證能力、西醫臨床概念和針灸經絡概念之間的聯系。在第二次討論中，F組導師采用了更加靈活的支架策略幫助學生建立不同專業思維要素之間的關聯，包括監控、導向和解釋策略。但是，D組的教師在兩次討論中都采用了較為單一的支架策略，即始終采用導向性策略，并且目的主要是促進學生對中醫內科學概念的理解。

（三）PBL話語分析

為了說明兩個小組的PBL會話過程以及導師對小組討論的教學支架作用，我們從兩個小組各選取一個典型的討論片段做會話分析，進一步說明上述認知網絡分析的研究發現。這兩個討論片段均是學生在就該病例進行辨證診斷。F組導師的發言側重于引導學生進行更加深刻的思考，而不是過多地干預學生討論的內容。F4（4號學生）首先指出病人所具有的一個癥狀，并詢問由這個癥狀可能推斷是什么疾病。F9發表了自己的觀點，并試圖使用中醫內科學的知識來佐證他的論點。此時，FT（F組導師）通過提問試圖引導F9進一步確認自己的觀點。當F9改變了他的假設時，導師又通過追問來探究他潛在的推理過程。此外，導師說了一句看似無實質意義的話——“我和其他同學有一樣的疑惑”，鼓勵其他學生進行批判性思考，勇于提出質疑。正如我們看到的那樣，當教師講完那句話后，其他學生加入了對話，并提出了更多不同的疑問，如F10的提問有助于建立辨證診斷與臨床治療的聯系，F3的問題則促使大家進一步思考該病例的臨床癥狀與不同病理產物的中醫概念之間的聯系。

與F組的教師不同，D組的教師在類似的診斷推理討論場合中，經常采用質疑的方式主導學生交流的內容。導師首先提出一個診斷推理問題。當D2給出她對特定中醫內科術語的理解時，導師打斷了她的回答并重復了這個問題。這表明教師只希望得到是或否的回答。然后D2再次回答，但沒有進一步解釋。導師也沒有進一步詢問D2原因，而是繼續提出異議。這時 D4提供了另一個證據來論證她的觀點，而導師又直接挑戰了她的論點。這個例子表明，D組的教師傾向于在討論期間占據主導地位，并且更傾向于引導以目標為導向的PBL會話過程。此外，導師較少提供學生進行深入知識交流、觀點分享的機會，這或許也在一定程度上阻礙了該組學生發展中醫臨床思維不同能力維度的機會。

五、研究結論

賦權促進型導師和指導控制型導師指導下的學習小組的學科思維能力發展有何不同？通過實驗我們發現，賦權促進型組（F組）在西方問題理解和中醫問題解決之間的知識結構比指導控制型組（D組）更為均衡。具體而言，F組更側重于用針灸思維來解釋臨床表現，而D組更注重解決臨床問題而忽視針灸思維，這使得F組第二次學習進度落后很多。對推理實例的話語分析進一步證實了這一量化分析結果。我們發現F組和D組表現出討論同一主題的不同能力模式。F組在西方臨床概念和針灸知識之間建立了更多的聯系，不僅考慮了基于西方臨床知識、臨床應用和中醫知識的診斷推理，而且還考慮了關于經絡功能（如昆侖穴位）和針灸方法（如頭皮針灸）的臨床治療。D組在臨床概念與中醫概念之間有很多的聯系，但在針灸和中醫與臨床概念之間建立聯系較少。

對于不同引導風格的導師采用何種支架策略來促進學生的學科思維能力發展，實驗發現賦權促進型導師采用了更加靈活的調節策略，促進了學生在多個能力維度的協同發展，而控制指導型導師則以更單一的支架策略影響PBL的討論。賦權促進型導師帶領的PBL小組顯示出更加均衡完善的專業能力網絡，并且更注重以深層理解（如經絡理論）來解決實際問題;控制指導型導師帶領的PBL小組的討論，則始終局限于已有的知識（西醫的臨床治療方案）及相對淺表的（中醫）知識，而缺少建立與（針灸經絡）跨學科知識更深層的聯系。本研究表明教師在培養學生的學科思維能力時，不應局限在單一學科領域（如本研究中的中醫或者針灸經絡領域），應識別出學生應該掌握的跨學科的概念（西醫的循證醫學思路和中醫/針灸的辨證施治），注意培養跨學科的論證推理和批判性思維，幫助學生建立不同能力維度之間的廣泛聯系。

六、小結

本研究采用一種創新的認知網絡分析方法，通過分析PBL會話內容建模學生在中醫這一非良構問題領域的思維能力水平和發展模式，并探索PBL導師的不同引導風格對學生能力發展的影響。因為，PBL在非良構問題領域的主要學習目標應該是幫助學生建構復雜的領域知識，而不是單純為了解決某個具體問題。賦權促進型的引導風格更注重小組討論中的學習規劃和元認知過程，有利于營造更加民主和平等的溝通氛圍，促進學生的發散性思維、批判性思維和推理論證能力，以及跨學科知識的建構與整合。因此，PBL導師的學習促進者角色代表了一種適應性教學的理念，即教師所提供的教學支架是一種即興、適時的因勢利導和循循善誘，要善于捕捉學生的交互動態促進學生之間的觀點澄清、提問質疑、爭論論證、沖突協商。此外，本研究還揭示了學生在PBL討論過程中建立的學科思維各維度之間的結構關系，以及多元化學習調控策略支持不同思維能力發展的成效，并展示出認知網絡分析這種量化民族志的研究方法在PBL情境下評測學生思維能力水平的巨大潛力。

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收稿日期：2018-12-10

定稿日期：2019-05-28

作者簡介：吳忭，博士，副教授，碩士生導師;杜豐豐，碩士研究生。華東師范大學教育信息技術學系（200062）。

責任編輯 張志禎 劉 莉