促進大學生深度學習的PBL教學方法研究與實踐

李穎 侯世林 師玉榮 高朋

摘? 要：學習科學視角下深度學習能力受到社會各界的廣泛關注，促進學生的深度學習已經成為高等教育的重要議題和研究熱點。以問題為導向的PBL教學方法是更強調能力導向的教學，是促進學生深度學習的重要教學理念和方法。為評價分析大學生深度學習現狀及其影響因素，在設計性實驗課程中開展PBL教學，并在此基礎上研究PBL教學方法對大學生深度學習的促進作用及改進策略。研究結果表明，實驗班八個二級評價指標的平均值均略高于對照班，一定程度上可以說明PBL教學設計與實施可以促進大學生的深度學習。大學生深度學習的進一步促進策略可以從團隊學習能力和反思評價能力方面重點實施。

關鍵詞：深度學習；PBL；教學方法；設計性實驗；教學實踐

中圖分類號：G420? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）11-0096-04

Abstract： Deep learning ability from the perspective of learning science has attracted more and more people's extensive attention. Promoting students' deep learning has become an important topic and research hotspot in higher education. In this paper， PBL teaching is carried out in the course of Design Experiments. In order to evaluate and analyze the current situation and influencing factors of deep learning of college students， the promotion effect of PBL teaching method on students' deep learning and improvement strategies are studied. The results show that the average values of the eight secondary evaluation indicators in the experimental class are slightly higher than those in the control class， which to some extent indicates that PBL teaching design and implementation can promote the deep learning of college students. The further promotion strategies of deep learning for college students can be mainly implemented from the aspects of reflective evaluation ability and team learning ability.

Keywords： deep learning; PBL; teaching method; Design Experiments; teaching practice

在學習科學視角下，深度學習是指在理解的基礎上，學習者能夠批判地學習新思想和事實，并將它們融入原有的認知結構中，能夠在眾多思想間進行練習并能夠將已有的知識遷移到新的情境中，做出決策并解決問題的學習。21世紀以來，隨著學習理論的發展，突出高階思維培養、更加注重能力和素質提升的深度學習已經跨越了認知理論的界限，成為了各階段教育研究工作者的重要議題和研究熱點[1]。為有效促進學生的深度學習，國內外學者充分利用優化課程設計、改進教學方法、整合教學資源并依托信息技術等手段進行了有意義的探索和研究[2-4]。

以問題為導向的教學方法（Problem-based Learning，PBL）是基于教學中現實問題和具體任務的“以學習者為中心”的教育方式。與傳統意義上的以教師教授為主的教學方法相比，PBL更加強調以學習者的主動學習為主，PBL通過科學設計和規劃將學習過程與復雜的、有意義的問題情景緊密鏈接，使得學習者針對問題開展自主探究式深度學習，實現知識、能力和素質全面協調發展。PBL是更強調能力導向的教學，是可以促進學生深度學習的重要教學理念和方法，能提升學生的自主學習能力、團隊合作能力、解決問題的能力和批判思考的能力[5-6]。

本文以選修設計性實驗課程的大一選課學生作為實驗組開展PBL教學，其他專業的大一學生作為對照組，采用深度學習評價指標體系對兩組學生進行測試分析，評價分析大學生深度學習現狀及其影響因素，在此基礎上研究PBL教學方法對學生深度學習的促進作用及策略。

一? 研究設計

（一）? 設計性實驗課程的設計

設計性實驗依托開放性物理問題的綜合分析及解決，旨在培養大學生創新意識、創新能力、綜合素養和工作技能。課程實驗項目的設計特別是實驗項目的開放性是課程建設的核心工作，開放性實驗項目如何實施教學是影響課程目標達成及教學效果的重要因素。

實驗項目的設計方面，我們采用了中國大學生物理學術競賽（China Undergraduate Physics Tournament，簡稱CUPT）的賽題作為實驗項目，這些賽題由國際青年物理學家錦標賽（International Young Physicists' Tournament，IYPT）每年度發布，IYPT每年度17個物理問題詳見IYPT官方網站[7]。IYPT的物理問題都是開放性的，需要學生運用所學知識對實際物理問題進行理論分析和實驗研究，學生的創新意識、綜合素養和工作技能也在分析問題、解決問題的過程中得到鍛煉和提升。因此，設計性實驗課程選擇當年的部分IYPT賽題作為實驗項目，符合該課程培養學生綜合素養和提升工作技能的設置初衷。

設計性實驗的實驗項目具有開放性、創新性、綜合能力要求高、多層面和難度大等特點，對教與學都提出了更高的要求，甚至是全新的挑戰。每年的賽題都是全新的，老師既需要“深入”研究題目又需要“淺出”引導啟發學生，學生需要開展深度學習，只有通過對問題的深度研究，才能達到知識、能力和素質全面協調發展的目標。

（二）? PBL教學方法的設計與實施

結合設計性實驗的項目，充分發揮教師的學習引導者作用，教師在課前提出核心驅動問題，指引學生問題思考和問題解決的方向。課堂教學中以核心問題為基礎，創設討論式課堂，充分激發學生學習的興趣和積極主動性。學生在課后的理論分析、實驗研究、小組合作討論過程和成果展示交流中，自始至終都有意識地積極貫徹基于問題的PBL教學設計思路和方法。

1? 課前——核心驅動問題的分解與凝練

設計性實驗的項目都是特別開放的，教師需要在課前提出核心驅動問題，對激發學生的興趣至關重要。雖然大多IYPT題目都十分清晰明確地表述了要研究的物理情景和有關問題，但IYPT題目在內容上又呈現出天然的開放性，導致學生經常在實驗項目的審題和分解出現卡點，甚至錯過了研究問題的重點。老師重點從關鍵詞和物理概念入手引發學生找到核心驅動問題，在此基礎上，引導學生進一步檢索和討論。

2? 課堂——以問題為主線的討論式課堂教學

設計性實驗的課堂教學設計也打破了傳統的理論課教學和實驗課教學的模式，理論課和實驗課深度融合相互促進，從實驗項目的核心驅動問題出發引導觀察并討論物理現象，引出基本物理原理和啟發式地分析討論進一步的物理問題。

3? 課后——以問題為中心的討論交流

課后同學們在課堂討論基礎上以小組合作形式完成實驗項目的研究，包括文獻調研、實驗方案設計、實驗過程及數據處理與分析和研究成果展示。在成果展示的教學環節，借鑒IYPT和CUPT的正方、反方和評論方提問的模式，參考學術會議和論文答辯的專家提問模式，采取收集專家問題的教學設計讓所有同學成為討論交流的主角。討論和學術交流的研討過程讓同學們能夠就疑惑和問題各抒己見、彼此激發，真正實現了團隊共同研究問題。這種討論式學習方式對學生的閱讀、表達、自學和思考能力的提高都有幫助，尤其是對思考能力提高的認可度最高[8-9]。

（三）? 大學生深度學習評價指標體系

為調研當前大學生深度學習現狀及其影響因素并評估分析PBL教學方法對學生深度學習的促進作用，采用文獻[10]建立的深度學習評價指標體系進行深度學習的調研分析。該評價指標體系包括深度情感、深度行為和深度認知三個一級指標，二級評價指標有學習態度、情感交流、團隊合作、批判思維、問題解決、知識理解、知識遷移建構和反思評價。該文獻已經通過項目分析、信度檢驗、探索性因素分析、效度檢驗、ＡＭＯＳ驗證性因素分析，驗證該模型適配度較好，結構模型較合理，可以用于評估大學生的深度學習水平。本文研究中也采用了該文獻的正式問卷，問卷由二級評價指標的８個維度構成。問卷中共有42個問題，包括基本信息題３題，學習態度４題，情感交流４題，團隊合作５題，批判思維５題，問題解決３題，知識理解５題，知識遷移建構５題，反思評價８題。評價指標體系的量表采用Likert 5點計分法，讓學習者根據自己的實際情況來判斷題目所述內容與自己的符合程度。１表示“完全不符合”，２表示“比較不符合”，３表示“不確定”，４表示“比較符合”，５表示“完全符合”，得分越高，深度學習程度越高。

1? 實驗樣本及數據來源分析

在2020年秋季學期末，以選修設計性實驗課程的55名大一同學為實驗班，選取同一個學部另一學院44名大一同學作為對照班，對實驗班和對照班學生進行深度學習問卷的數據采集和分析，所有問卷均為有效問卷。實驗班和對照班同學的深度學習整體描述性分析結果和性別差異統計分析結果見表1。

從表1可以看出，本次實驗的實驗班和對照班的人數和男女比例相近，具有一定可參照性。實驗班和對照班的總平均得分為3.926和3.702，實驗班略高于對照班，可能與實驗班的設計性實驗課程實施PBL教學方法有一定的關系。對照班男生女生的深度學習分別為3.785和3.522，女生平均得分略低于男生。實驗班男生女生的深度學習平均得分為3.919和3.942，二者基本相同，沒有性別差異性。

2? 各維度統計結果分析

實驗班和對照班在八個二級指標維度上的統計分析結果見表2。從表2可以看出，大學生深度學習在八個維度上的平均值在3.600～3.939，相對比較集中，問題回答選項比較趨向于選項4“比較符合”，由此可以推斷出該校大學生深度學習現狀比較令人滿意，當然也還有很大提升空間。情感維度下的學習態度和情感交流得分最高，說明大學生的學習態度比較積極，情感交流方面也能積極敞開，通過多種渠道利用各種資源完成課程及學習任務。

在深度學習的行為指標維度下，無論是實驗班和對照班，團隊合作的平均得分都是最低的，兩個班深度學習平均得分差異最小的也在團隊合作這個二級指標。團隊合作過程中，同學們通過討論、提問甚至辯論不僅分享各自的知識、經驗與成果，更能實現思維的相互碰撞與激發。因此，團隊學習是所有參與成員知識轉移和能力提升的過程，這是一個變化相對緩慢更需要持久投入的過程。團隊學習的學習方式需要改變學生多年形成的學習態度與觀念，需要參與的學生有整體共同的學習參與性和積極主動性。

另外，深度認知維度下反思評價平均得分也是相對較低的，僅高于團隊學習的平均得分。表明大部分學生的認知能力和對知識的理解反思能力有待提升，在教學設計中教師需要設計多元化的教學策略，讓學生通過更多的總結、自評、互評、展示和提問機會來提升反思評價能力，進而促進深度學習的認知。

3? 實驗班和對照班統計結果對比分析

圖1給出了實驗班和對照班的數據對比。從圖1中可以看出，實驗班和對照班的八個二級評價指標的平均分得分趨勢是一致的，本文還采用122名大一學生的大班進行了深度學習測試，各二級指標的得分趨勢與實驗班和對照班也是一致的，說明本文研究中采用的深度學習評價模型是科學合理的，本研究中所采集的數據是有效的。從圖1還可以看出，實驗班八個二級評價指標的平均值均略高于對照班，一定程度上可以說明實驗班采用的PBL教學方法可以促進大學生的深度學習，確切的結論或影響因素分析需要更加深入的研究，特別是需要更多數據支撐的實證研究。

從圖1實驗班和對照班的對比數據還可以看出，行為指標下的團隊合作是得分最接近的二級指標，這說明通過一學期的PBL教學實踐對實驗班學生團隊學習水平和能力的提升也相對較小。因此，大學生團隊學習水平的提升需要老師、學生及社會各界的長期努力和共同關注。

行為指標下的問題解決是實驗班和對照班平均得分相差最大的二級指標，由此可以初步推斷采用PBL教學方法可以激勵學生研究問題背后的本質，促進學生利用原有的知識來解決實際問題，促進學生在解決問題的同時經常歸納總結深化知識點的學習，使得知識和能力培養方面相互促進。

二? 結論

通過對大學生深度學習現狀的初步調研以及實驗班和對照班問卷數據的對比分析，可得以下總結與啟示。

1）該校大一學生在學習的深度情感方面積極主動。在深度學習的情感維度方面，根據問卷數據可以推斷出該校大一學生深度學習現狀比較令人滿意，當然也還有很大提升空間。情感維度下的學習態度和情感交流得分最高，說明大學生的學習態度比較積極，情感交流方面也能積極敞開，通過多種渠道利用各種資源來完成課程及學習任務。

2）PBL教學方法可以促進大學生的深度學習。通過對比分析實驗班和對照班的深度學習整體描述分析數據可知，實驗班八個二級評價指標的平均值均略高于對照班，一定程度上可以說明PBL教學設計與實施對實驗班同學產生了積極的影響，實驗班采用的PBL教學方法可以促進大學生的深度學習，確切的結論或影響因素分析需要更加深入的研究，特別是需要更多數據支撐的實證研究。

3）大學生的團隊學習需要重點關注。在深度學習的行為指標維度下，實驗班和對照班的團隊合作平均得分都是相對最低的，這說明通過一學期的PBL教學實踐，實驗班同學在團隊合作方面的提升也相對最小，可知大學生團隊合作的提升和促進任重而道遠。團隊合作水平的提升需要改變學生多年形成的學習態度與觀念，需要參與的學生有整體共同的參與性和積極主動性，還需要負責課堂教學設計實施的老師、社會各界的長期努力和共同關注。

4）反思評價能力需要提升。在深度學習的認知維度方面，學生的反思評價得分也相對較低，僅高于團隊合作得分，表明大部分學生的總結、反思和評價能力有待提升。在教學設計中教師需要設計多元化的教學策略，讓學生通過更多的總結、自評、互評、展示和提問機會來提升反思評價能力。從通識教育層面，通過開設相關的通識課程，提升學生的思考力和學習力，培養學生的創造性思維和批判性思維。

參考文獻：

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[7] Official IYPT Website（International Young Physicists' Tournament）[EB/OL].https：//www.iypt.org.

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[9] 馬麗珍，師玉榮，馬君.討論式教學對學習風格不同學生多元能力影響的研究[C]//第六屆高校教學發展網絡（CHED）年會論文集，2019.

[10] 張歡.協作式問題探究下的大學生深度學習研究[D].昆明：云南大學，2019.