智能時代以問題為導向的多元化教學模式的構建與實踐

王步

摘? 要：為適應學生中心、成果導向的教育要求，探索了智能時代以問題為導向（PBL）的多元化教學模式的構建。根據PBL的學習過程和特點，提出了其在高等工程教育中的適用條件;提出了PBL問題設計原則及教學要求。結合數學實踐，提出了雨課堂+PBL模式、視頻會議線上翻轉+PBL模式以及SPOC異步線上授課+PBL模式的適用條件，給出了這些模式基于PBL的建構過程。并以實際教學案例介紹了PBL教學模式的應用情況。

關鍵詞：基于問題的學習（PBL）;學生中心;線上線下混合式教學;問題設計;教學模式

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）32-0096-05

Abstract： To meet the requirements of student-centered and achievement-oriented education， this paper explores how to design and construct diversified teaching model based on problem-based learning （PBL） in the age of intelligence. According to PBL learning process， the applicable conditions and occasions of PBL in higher engineering education are put forward. The design principles of PBL problems are put forward and the requirements for teachers and are clarified. On the basis of the practice teaching， the applicable conditions of the rain classroom teaching +PBL mode， video conference online flip+PBL mode， and the teaching mode of SPOC asynchronous online teaching+PBL mode are put forward. The construction process of these models based on PBL is given. And the design and application of PBL mode are introduced with a practical teaching case.

Keywords： Problem-Based Learning （PBL）; student-centered; online and off-line mixed teaching; question design; teaching mode

在互聯網普及的時代，信息技術發展改變了傳統教育的教學服務模式。在智能化時代，如何利用各種智能終端進行交互式課堂設計是教學的關鍵。尤其是新冠肺炎疫情的發生，使得高等院校無法進行正常的線下課堂教學，線上教學被廣泛采用，各種教學平臺和智能設備發揮了極大作用，這種效應延續到了線下教學。無論是線下還是線上教學，核心目的在于人才培養，在于讓學生通過高效的課堂組織掌握核心知識點，提高分析和解決問題的能力。

多年的工科創新實踐教學與理論教學的相互反饋結果表明，學生得到高分并不意味著他們能夠靈活應用知識，究其關鍵在于傳統的課堂重在講授，缺少了培養學生逐步獨立思考的環節。通過精心的教學和教育環境設計，使學生在互動型學習環境中建構知識、拓展思維和能力發展，獲得學習的內在動力和內在價值，是當前高等教育的改革方向和要求。而問題導向式學習（problem-oriented learning）或者基于問題的學習（problem-based learning） （本文統稱為PBL）與現代教學手段相結合，對于教學目標的達成具有天然的適應性。即使是在單門課程中，也有證據顯示PBL可以促進學生學習動力和技能方面的發展[1]。鑒于此，本文重點探討基于問題的學習在線上線下混合式教學中的應用，以及不同教學模式如何基于PBL進行建構和設計，以期提高學生的獨立思考能力和創新能力。

一、以問題為導向的教學模式在高等工程教育中的適用性

PBL教學模式的理論假設基于建構主義理論[2-3]，它強調把學習設置到問題情境中，通過學習者的合作探究問題背后的科學知識，形成解決問題的能力。就課程而言，PBL并非適用于每門課程，在一門課程中也并非所有章節均適合采用PBL，應加以評估。如果學生沒有學科基礎或教學內容太難，問題就可能無法激活相關概念從而影響知識建構的效果;對于學生還沒有必要知識儲備的課程，學生可能也無法激活記憶中與問題相關的概念及關聯性。而對于專業課程或者具有交叉性質的課程，由于有工程背景和基礎學科的鋪墊，PBL的教學模式是適合的。對于理工科專業課程，將工程實際問題作為教學切入點，通過創設問題情境或分析典型案例的方式進行討論協作學習，不僅可以加深他們對于工程理論知識的理解，還可以提高解決問題的能力。

目前，工科專業課大多存在學時壓縮問題，采用PBL是否可以完成教學任務是很多教師擔心的問題。Spiro等人提出的認知彈性理論主張將學習分為高級學習與初級學習。Spiro觀點的核心在于促進高級學習，他認為高級學習要求學生把握概念的復雜性，能運用概念去分析、思考問題以及靈活運用這些概念[4]。PBL的學習目標決定了其學習是一種高級學習行為。如果能在有限的課堂時間內集中培養相對復雜和困難的學習能力，把相對容易理解的內容放在課外自學，就可以完成PBL的教學任務。教師應相信學生有能力通過課外自主學習消化部分知識，從而精煉課堂內容，使得PBL教學具有可操作性和實用性。

二、以問題為導向的教學模式課堂組織要求

（一）問題設計原則

PBL問題的構建不是簡單地將工程問題中的陳述式的學科知識直接轉換成疑問式的表達[5]，而是包括了教學目標、基本概念及關聯性的表達，問題設計原則包括以下幾點。

1. 問題的匹配性

PBL問題應該與教學目標、內容和進度相匹配且不超綱，問題的解答中應包含著明顯的工程問題的相關概念和核心知識點。

2. 問題的真實性

問題應盡量與實際工程項目和實踐應用密切聯系，圍繞著實際工程進行知識建構。

3. 問題的交叉性

PBL的問題設計應連接先前學習的知識，并考慮本節問題與整章、整本教材的聯系乃至與其他學科之間的交叉。問題之間的聯系可以采用多種類型，如學科知識層層遞進的層次型、由中心問題引發多角度分析的發散型、問題相互交疊提升的螺旋型等[6]。

4. 問題的層次性

Atwood等人的研究表明[7]，平均在五個教學問題中，有一個是課堂管理性問題，三個是回憶以前學習過的知識點，只有一個問題是指向學習者更高層次的思維活動。教師應根據教學內容，將問題進行層次分類，從易到難。根據時間安排，將簡單問題放在課前預習，將難點放在課堂，循序漸進地啟發學生的思維。

5. 問題的聚焦性

PBL的課堂問題應聚焦于少量、重要的信息，以完成知識、能力和情感的傳遞[8]，確保在課堂上完成教學任務。

6. 問題的難度適中

對于PBL而言，太難的問題或太簡單的問題都是無效問題。問題應盡量符合學生的認知水平和規律，以確保PBL教學的順利進行。

（二）課堂組織要求

1. 明確教學目標

教師必須清楚本門課程教學要達到的目標，這一目標應從問題情境→知識建構→思維拓展→能力培養來構建。

2. 精心進行教學設計

教學設計主要指教學過程設計[9-10]。完整的課程教學設計包括內容設計，教學法設計，教學評價設計，教學技術設計和教學環境設計[11]。問題設計應緊跟教學內容，實際工程情境的描述可借助視頻、圖像等提出，盡量形象生動。在此基礎上教師需將教學內容從概念、關聯、方法方面進行系統設計?！案拍睢笔侵笇栴}情境中涉及到的工程核心知識點的梳理和描述，讓學生清晰知道需要學什么;“關系”是指各知識點之間的內在聯系，讓學生清晰知道問題之間的關聯和邏輯;“方法”指的是問題解決過程中需要用到的方法或模型，讓學生找到解決問題的方法。介紹清楚這些，學生就可以有目標、有思路去進行討論和交流，從而達到解決問題的目的。

3. 合理安排課內外時間

PBL教學中教師需設計問題讓學生思考和討論，因此需要課前、課中、課后的有效銜接：課前布置預習任務，學生帶著問題加入課堂;課中集中培養高級學習能力，教師講解核心要點，引導學生互動和思考;課后作業提交鞏固。

4. 重視過程考核

考核標準是影響學生學習策略的重要因素。PBL會占用一定的課外時間，平時成績的比重應加大（可以達到50%）。過程中的考核應通過平臺記錄，作為平時成績的依據。

5. 確定討論方式

PBL的部分問題需要學生討論交流。矚目等視頻會議軟件可很好地支持小組會議。教師可根據問題容量確定小組人數。學生自行組隊還是老師分配，課堂彈幕互動是否可以完成任務都需要事先確定。

6. 加大支持和幫助力度

線上PBL教學的課外支持必須到位，才能保證PBL學習成效。

三、以問題為導向的多元混合式教學模式的構建

基于PBL的課堂組織要求，以下三種常用的基于PBL的教學建構過程如下。

（一）雨課堂+PBL教學模式

對于需要逐層深入探討的教學內容，采用雨課堂+PBL教學模式。雨課堂強大的師生互動功能，使得合班大課的PBL模式得以實現。這種模式可線上或線下授課，需要學生利用智能設備進入雨課堂。雨課堂課前、課中、課后的每一個環節都功能強大。雨課堂的數據統計功能可作為課堂教學過程記錄、教學效果分析和持續改進的依據。雨課堂+PBL教學模式的建構過程見圖1。

（二）視頻會議線上翻轉+PBL教學模式

對于需要分組討論、交流學習的教學內容，采用視頻會議線上翻轉+PBL教學模式。視頻會議軟件如矚目等可以將學生分組在各個獨立的云房間，學生通過視頻方式交流討論。時間到了教師結束分組回到授課大房間，進行總結。翻轉課堂需要老師事先發布資料，學生提前熟悉或查找文獻，否則在翻轉云課堂上的討論會流于形式或不夠深入，也會有同學不積極參與。視頻會議線上翻轉+PBL教學模式的建構過程見圖2。

（三）SPOC異步線上授課+PBL教學模式

對于可以充分利用MOOC資源的章節，可以采取SPOC異步線上授課+PBL教學模式。教師根據授課計劃定期布置MOOC視頻學習任務、作業和組織線上討論。學生需要在時間節點內自主完成MOOC的視頻學習、作業和參加課堂討論[12]。SPOC功能使得教師將時間和精力轉向更高價值、更為復雜的高階教學活動中，如就難點和重點內容進行深入剖析、組織討論等。SPOC異步線上授課+PBL教學模式的建構過程見圖3。

四、以問題為導向的教學設計案例

工程事故分析及處理課程是長安大學土木工程專業（建筑工程方向）的專業選修課，課程通過典型工程事故實例，闡述土木工程中各類事故調查、分析、處理和預防的原則與基本方法。在鋼筋混凝土強度不足引發的事故分析中采用問題導向模式混合教學，按照問題情境——知識建構——思維拓展來進行教學設計，見表1。

五、結束語

在指導大學生創新實踐活動的過程中，發現問題導向式方法對于提高大學生獨立思考和創新能力效果明顯，在此基礎上探索了將PBL模式用于理論課程教學的組織方法。在智能化時代，利用智能終端進行交互式學習是現代技術發展的必然結果。隨著人工智能的快速發展，遠程線上教學將會越來越多，特別是全球疫情發展的不確定性，使得高等教育必須探索以學生為中心的線上線下混合教學模式。本文探討了基于PBL的線上線下混合式教學的構建過程，以期為類似課程的混合式教學提供思路和方法，也為提高大學生分析和解決問題的能力提供借鑒。

參考文獻：

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[9]趙炬明.聚焦設計：實踐與方法（上）——美國“以學生為中心”的本科教學改革研究之三[J].高等工程教育研究，2018（2）：30-44.

[10]趙炬明.什么是好的課程設計[J].高等教育研究，2020，41（9）：84-87.

[11]趙炬明，高筱卉.關于實施“以學生為中心”的本科教學改革的思考[J].中國高教研究，2017（8）：36-40.

[12]小規模限制性在線課程[EB/OL].https：//baike.baidu.com/item/spoc/599393？fr=aladdin.