素養時代基于問題的學習應該怎么做？

肖月 鄭永和 王晶瑩

摘 要：以Web of Science數據庫中452篇基于問題的學習的論文為研究對象，通過知識圖譜的方式，研究梳理了基于問題的學習的發文量、關鍵詞詞頻，以關鍵詞共現網絡所呈現出的研究熱點和前沿趨勢為參照，發現該領域以學生、教師、學習環境三個方面為研究重點，涵蓋了學生高階思維能力培養、教師角色定位、問題情境化等多方面內容。

關鍵詞：核心素養;基于問題的學習;學習環境;高階思維

中圖分類號：G4文獻標志碼：A文章編號：2096-0069（2020）06-0015-07

收稿日期：2020-04-24

基金項目：中國科學技術協會科學技術普及部項目“新時代基層科普轉型升級策略研究”（2020qmkxsz-11）

作者簡介：肖月（1998— ），女，安徽六安人，北京師范大學碩士研究生，研究方向為科學教育;鄭永和（1964— ），男，遼寧丹東人，北京師范大學教授，研究方向為科學教育;王晶瑩（1980— ），女，山東蓬萊人，北京師范大學教授，研究方向為科學教育，本文通訊作者。

國際學生評價項目（The Programme for International Student Assessment， PISA）最早始于2000年，閱讀、數學和科學是其必測科目。PISA每三年一次更迭、新增利于全球教育創新的測評子項目。如2015年新增了考查學生的協作問題解決能力的子項目。協作問題解決能力，即個體有效地參與由兩名或兩名以上成員組成的團隊，通過共享理解、達成共識，尋求解決方案，匯集組內知識、技能和行動以解決問題的能力[1]。基于問題的學習（Problem-Based Learning， PBL）符合素養時代培養學生協作問題解決能力的教學方法。本文將對Web of? Science數據庫教育領域的PBL文章進行文獻計量學分析，在充分了解國際PBL教學領域研究熱點和趨勢的基礎上，基于我國核心素養課程需求，論述PBL對教與學的影響，進一步探索該教學方法的運用方案和有效實施策略。

一、研究背景和理論闡釋

新一輪基于核心素養的教學改革中，理科課程將問題式教學理念融入課標中并鼓勵教師積極探索實踐探究的教學方式，其研究背景具有時代性。

（一）PBL的研究背景和發展

PBL是用來獲取特定領域知識的方法[2]，早期的蘇格拉底的談話法、杜威的問題教學法、布魯納的發現學習法都體現了通過問題學習的思想，但其真正成為一種獨立的方法是在20世紀60年代后期，美國霍華德（Howard）在加拿大麥克馬斯特大學醫學院率先開發出PBL。20世紀80年代，美國陸續出臺系列報告呼吁培養探索型和發現型人才，在報告的推動下探究式學習模式蓬勃興起，PBL便是其中之一。我國學者在21世紀初開始關注PBL理論并將其融入教育實踐中，經過20多年的發展，已應用到多個領域中。

梅洛-希爾弗（Hmelo-Silver）在PBL研究中提出了一個典型的教學過程（如圖1）。在這個過程中，教師首先給學生提供了一個問題情境，然后學生通過識別情境中相應的事實性因素來分析并界定問題。學生抽絲剝繭理解實際需要解決的問題后，會根據先驗知識做出可能的假設，但是此時的假設并不能很好地解決問題，于是學生識別出已有知識與解決問題所需知識間的差距。接著，學生會運用新學習的知識來解決問題，重新審視最初的假設以找出最合適的解決方案，問題解決后則開始反思整個學習過程中的收獲。教師在整個過程中會幫助學生學習認知技巧。

（二）PBL的理論辨析

PBL是基于建構主義的教學方法。PBL的課堂以學生為中心，將學生直接置于真實情境中以發展學生的問題解決能力。學生需要定義問題、做出假設、查找資料、尋找問題的解決辦法，在整個過程中學習的目標是明確的，學習是自發產生的。在PBL發展的過程中存在PBL教學是否有效的爭議。基希納（Krischner） 等人通過總結以往使用最低指導方法的實證研究發現，最低指導的教學方式沒有直接指導效果好，主要原因在于最低指導違反了人類認知結構[3]，即忽視了人類的工作記憶和長期記憶或者二者之間的復雜關系。施密特（Schmidt）則在另一篇文章中辯駁道， PBL屬于非指導教學但是絕不等于最低指導教學。相反，PBL允許有彈性的指導，這種指導方式比完全指導教學更符合人類的認知結構，也可以很好地管理認知負荷[4]。

基于問題的學習、基于項目的學習和案例學習這三種教學方法均是基于建構主義且依賴于教師的幫助，但它們在起源、問題、流程、結果和目的上都存在著差別。就問題的選擇而言，基于問題的學習采用現實的非良構問題，在問題背景下，它的流程是做假設、收集證據、小組討論、分享反思，最后產生關于如何解決這個問題的策略方案。基于項目的學習選擇的是驅動問題，這個問題貫穿了整個項目，有利于引導學生發生科學詢問，學生先預測再觀察，最后對科學問題提出解釋，其結果是創建可見的產品。基于案例的學習最早起源于1870年哈佛法學院，目的在于培養學生案例分析和決策能力，案例中蘊含著問題，學生需要對案例進行判斷、分析和交流，最后由教師進行總結。案例學習的結果是產生關于案例的分析報告。三者都重視合作學習，并已經廣泛運用于課堂教學中，而且都被證明是有效的學習方法。

二、PBL的國際研究經驗：演進與熱點

本部分以Web of Science數據庫核心期刊作為文獻檢索來源，于2019年11月16日以“problem based learning”為主題詞進行精確檢索，學科范圍限制為教育與教育研究、學科教育和特殊教育，文獻類型為文章，語種為英語，共獲得論文452篇。

（一）研究演進與核心問題

本研究先統計1985—2019年的發文情況并繪制折線圖，使用可視化工具CiteSpace對論文關鍵詞進行共現分析以了解論文主題，接著使用聚類功能以了解各研究類別的狀況。PBL研究整體呈上升趨勢，2015年以來是發展的高潮期。（如圖2）

（二）教師的社會一致性有助于塑造良好的師生關系

教師的社會一致性是指一種能和學生進行非正式和共情交流，從而創造一個開放交流思想的學習環境的能力[22]。大量研究表明，學生期望與教師形成良好的師生關系，教師營造可以平等對話的氛圍、尊重學生意見、理解學生感受和適當分享社會經驗都是PBL教學過程中學生較為重視的方面，且教師的社會一致性對學生的學習結果有顯著正向影響。帕潘查克（Papinczak） 調查了學生和導師對于理想型PBL教師的看法，發現不管是教師還是學生都強調師生關系和發展積極的師生關系的重要性[23]。卡薩布（Kassab） 等人在研究中發現，盡管學生重視教師的專業知識和對于學生的提升能力，但除此之外，學生還關注導師與學生是否能建立起良好的關系，例如尊重學生的意見、理解學生的感受[24]。陳（Chen） 等人在PBL學習階段結束后對學生進行概念回憶測試，發現教師的社會一致性對學生的學習過程以及最終的學習結果有著顯著的影響[25]。

（三）教師的認知一致性可以幫助教師深入理解學生的學習程度和學習挑戰

教師的認知一致性是指教師以學生的語言表達自己，使用學生使用的概念，并以一種學生可以輕易掌握的方式解釋事情的能力[26]。認知一致性是康沃爾（Cornwall）在解釋為什么同伴導師在幫助學生掌握概念方面要優于教師時創造出來的。他認為同伴導師可能與學生有著相似的認知模式或知識基礎，這種認知一致性使同伴導師可以使用學生理解的話語進行交流并以一種學生更容易掌握的方式解釋概念。對同伴導師的研究表明，同伴導師通常自然地與學生在認知上保持一致，因為同伴導師可以更好地把握學生在解決相關問題中面臨的學習挑戰[27]。施密特（Schmidt）和穆斯塔（Moust）的研究表明社會一致性和專業知識都會影響到認知一致性，而認知一致性會影響教師輔導學生的效果，也會通過增加學生的自學時間間接影響到學業成績。因此，有效的指導需要教師既擁有學科內容知識，又可以在個人層面與學生形成良好的互動，還能使用學生容易理解的語言進行講解和交流。

五、PBL學習環境研究進展

教育信息化的發展對學習環境提出了更高的要求，學習環境由最初的自然學習環境邁入了智慧學習環境。在智慧學習環境背景下，如何將技術更好地融入PBL中為教師和學生提供支持和服務是本部分的重點內容。

（一）問題情境化對促進小組合作和提升感知有正向作用

智慧學習環境的研究和實踐使得在PBL融入新興技術成為必然。阿卜杜拉（Abdullah） 等人研究將問題以虛擬的形式呈現是否有助于增強學生的自我管理學習和小組合作技能，結果表明通過VR環境呈現出的問題情境對學生的小組合作技能有明顯的提升作用，有利于學生維持高的自我管理水平[28]。菲丹（Fidan）和通杰爾（Tuncel）設計了準實驗研究在物理教育中AR對學生學習成就和態度的影響，結果表明AR技術增加了學生的學習成就，并激發了學生對物理學習的興趣[29]。因為學生在學習物理中的力、移動、壓力等是比較有挑戰的，AR通過將虛擬的元素動態地放置在物理的環境中，有利于提升學生的感官感知[30]，故而未來可以將此項技術更多地應用到PBL情境中以促進學生發生有效學習。

（二）基于計算機的腳手架從多方面提供學習支持

由于不同的背景知識、學習技能和動機水平，學生剛開始參加PBL學習會產生困難。此時，腳手架可以使PBL的任務變得易于管理和操作，基于計算機的腳手架已經廣泛應用于教學過程中且對學生的認知結果產生了積極的影響。基于計算機的腳手架提供的可視化、問題提示、概念地圖等功能可為學生解決復雜問題提供幫助。此外，基于計算機的腳手架還可以提高學生的動機和興趣[31]。貝蘭（Belland）用元分析方法判斷計算機支架在PBL情境中對STEM教育的影響，結果表明，計算機腳手架可以幫助學生在以問題為中心的指導中高效學習[32]。基姆（Kim） 等人用貝葉斯元分析方法發現在PBL背景下將計算機作為學習支架放在STEM教育中使用是一個高效的學習方法，可以提高學生的高階思維能力和學習表現，并認為越是簡單直接的支架越適合PBL教學，比如專家模型和暗示[33]，因為腳手架最開始是幫助學生提高學習的參與度并成功完成他們能力之外的任務，如果以一種復雜且困難的方式出現，腳手架可能會成為阻礙。

六、研究總結和展望

本文基于全球PBL研究的文獻計量學研究，進一步從學生的學、教師的教、教與學互動的學習環境三個層面探討PBL的運用過程，明確了PBL的最終目的在于提高學生對知識的掌握和協作問題解決能力的提升上。PBL學習中，學生經歷了問題情境、結果假設、收集證據、小組討論、分享反思等系列過程，教師則是課堂整體進度和效果的把控者，在問題選擇、腳手架設計、學習情境呈現、學科知識講授等方面均需慎重考量。學習環境對于教師的教和學生的學起到連接和推動的作用，多項研究證明VR、AR在教學中可以有效地發揮作用，同時各種計算機技術的運用也有助于學生認知與非認知技能的提升。綜觀國際上該領域的研究，還存在技術運用策略、教學效果的監控與測評等方面的局限。基于此，本研究提出以下建議。

（一）評估方式立體化

查閱文獻的過程中發現大多數關于PBL的研究都采用準實驗研究和前測、后測的實驗設計方案。很多研究在評估學生PBL教學效果時主要評估學生準確記憶概念性和事實性知識的能力，很少有研究將問題解決能力和知識轉化能力考慮進評估中。PBL不僅能提高學生學習內容性知識的能力，還能提高學生學習動機和態度、決策制定能力、問題解決能力、批判性思維能力和自我導向性學習能力等能力。如果評估方式和PBL培養導向之間出現了不一致的情況，那么PBL便不能充分發揮它的特色，也得不到更廣泛的應用。因此，在評估方面可以探索多維度、立體化和精準的PBL教學效果的評估，還可采納技術手段輔助評估。

（二）PBL實施的長效性

PBL不僅可以應用到理工科教育領域，還可以應用到語言學習中。實驗證明，PBL在語言學習中可以增強學生的交流技巧，特別是說和寫的能力。那么PBL在其他學科和學段中是否能取得很好的教學效果、如何才能取得更好的學習效果還需要研究者做進一步長期的探索和驗證。此外，盡管PBL對于學生的問題解決、概念理解和跨學科知識轉換等能力有促進作用，然而很多剛接觸PBL的學習者在學習的過程中仍然存在困難，這些困難在他們僅參與一次PBL活動過程中不會得到很大的改善。因此，一方面研究者在做PBL研究中需要使用策略性的方法讓學生熟悉PBL流程和模式，另一方面教學工作者在日常教學過程中可多結合PBL教學方法，而且基于問題的學習持續的時間越長，對于學生產生的影響越大，越有利于學生核心素養的培育。

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（責任編輯 孫震華）