基于問題解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建*

☆ 申云鳳

（吉林警察學(xué)院信息工程系，吉林長春 131107）

一、基于問題解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境的概念

基于問題解決學(xué)習(xí)（Problem-based learning，PBL），最早應(yīng)用于50年代美國醫(yī)學(xué)教學(xué)中，取得了良好的教學(xué)效果，從而應(yīng)用到多種學(xué)科教學(xué)中。其核心思想是強調(diào)情境教學(xué)，使學(xué)生面對真實的問題情境，在教師引導(dǎo)和干預(yù)下，借助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源和工具，通過小組分工和協(xié)作，開展自主學(xué)習(xí)和探究[1]。國外學(xué)者巴羅斯把基于問題解決學(xué)習(xí)的操作程序分為五個階段。第一階段：創(chuàng)設(shè)情境提出問題；第二階段：學(xué)習(xí)引導(dǎo)、界定、分析問題、搭建學(xué)習(xí)小組；第三階段：探究解決問題；第四階段：展示結(jié)果，結(jié)果匯總；第五階段：評價和反饋。學(xué)生通過五個階段的學(xué)習(xí)開展，完成“提出問題—分析問題—問題解決—歸納總結(jié)—評價和反饋”一系列的知識意義建構(gòu)過程，從而實現(xiàn)對學(xué)生高階問題解決能力的培養(yǎng)。

數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境（Digital learning environment）是學(xué)習(xí)者實現(xiàn)數(shù)字化學(xué)習(xí)與交互的媒體、網(wǎng)絡(luò)等各種數(shù)字化設(shè)施以及開展各種數(shù)字化學(xué)習(xí)場所，是支撐數(shù)字化學(xué)習(xí)的各種外部條件總和[2]。

基于問題解決的數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境（PBL Digital learning environment）是指利用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)的，具備PBL模式特有操作程序和特點的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)行為組織的數(shù)字化學(xué)習(xí)場所。從學(xué)習(xí)者的角度，基于問題解決的數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境既包括顯性的物理環(huán)境，又包括人文和社會環(huán)境，這其中就蘊含各種學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)規(guī)則與學(xué)習(xí)支持性服務(wù)。物理環(huán)境是指學(xué)習(xí)者進行學(xué)習(xí)時所使用的各種計算機硬件和軟件系統(tǒng)，如各種網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺、計算機設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)環(huán)境。

二、支持基于問題解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的理論基礎(chǔ)

（一）建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論思想源于皮亞杰的“發(fā)生認(rèn)識論”和維果斯基的“文化歷史發(fā)展理論”。該理論認(rèn)為知識不是通過教師的傳授得到的，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式而獲得[3]。建構(gòu)主義理論認(rèn)為“情境”“協(xié)作”“會話”和“意義建構(gòu)”是學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)建不可缺少的四大要素。因此，基于問題解決學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建，應(yīng)當(dāng)根據(jù)該理論充分考慮學(xué)習(xí)情境、小組協(xié)作與會話的設(shè)計和實現(xiàn)，以及如何設(shè)定問題解決的途徑和步驟，從而促進學(xué)生對問題進行意義建構(gòu)。

（二）情境認(rèn)知理論

認(rèn)知心理學(xué)家布朗、柯林斯和杜吉德提出了情境認(rèn)知理論，認(rèn)為知識具有情境性[4]。情境問題就是根據(jù)課程內(nèi)容，從現(xiàn)實世界出發(fā)，依據(jù)學(xué)生的知識經(jīng)驗來創(chuàng)設(shè)?；趩栴}解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建從情境認(rèn)知理論出發(fā)，探討如何利用數(shù)字信息技術(shù)創(chuàng)建或模擬一個問題的真實情境，通過技術(shù)實現(xiàn)問題內(nèi)容表征，從而引導(dǎo)學(xué)生理解問題，為問題解決學(xué)習(xí)的開展奠定基礎(chǔ)。

（三）以“問題”為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)

在PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生的學(xué)習(xí)始于一個問題，利用信息技術(shù)我們可以對問題進行內(nèi)容的表征和技術(shù)表征，所謂技術(shù)表征也即問題情境的創(chuàng)設(shè)。當(dāng)學(xué)生面對一個真實問題情境時，也就是學(xué)生要著手解決一個真實任務(wù)。學(xué)生在教師引導(dǎo)和小組成員協(xié)助下，用多學(xué)科的知識和多種學(xué)習(xí)策略完成問題的解決。所以，在PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建中，要充分領(lǐng)會以“問題”為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)的深刻內(nèi)涵，這樣才能建立完整的問題庫系統(tǒng)，并對問題進行表征和呈現(xiàn)，設(shè)定相應(yīng)的教學(xué)策略。

三、基于問題解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境中運用的學(xué)習(xí)支持

基于問題解決數(shù)字資源環(huán)境的構(gòu)建包含教學(xué)內(nèi)容的組織和對學(xué)習(xí)者支持兩方面的內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容的組織是問題表征和學(xué)習(xí)資源呈現(xiàn)方面的內(nèi)容。學(xué)習(xí)支持是學(xué)習(xí)者在數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境中完成問題解決所采取的各種學(xué)習(xí)策略。從建構(gòu)主義、情境認(rèn)知理論和以“問題”為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)理論出發(fā)，PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境中運用的學(xué)習(xí)支持應(yīng)該包含發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)模式體系、建構(gòu)主義模式體系和應(yīng)用模式體系。

（一）發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)模式體系

發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)理論是美國著名教育心理學(xué)家布魯納在20世紀(jì)50年代所倡導(dǎo)的教育改革的重要內(nèi)容。他認(rèn)為，學(xué)生的認(rèn)識過程與人類的認(rèn)識過程有共同之處，教學(xué)過程就是教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)的過程，“學(xué)習(xí)就是依靠發(fā)現(xiàn)”[5]。發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)模式在PBL數(shù)字學(xué)習(xí)支持中主要針對基本概念、原理、規(guī)則等陳述性知識的學(xué)習(xí),通過學(xué)習(xí)者的主動參與發(fā)現(xiàn)知識的應(yīng)用規(guī)則和問題解決策略。針對課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)實際，數(shù)字環(huán)境下的操作程序如下。

實際問題/認(rèn)知問題——實驗、觀察、類比、歸納綜合——猜想結(jié)論、猜想策略——驗證反思。針對不同的教學(xué)內(nèi)容結(jié)合不同的方法，比如：實驗法、觀察法、類比綜合法等，對結(jié)論和規(guī)律進行猜想，然后再用到其他案例中進行驗證。

（二）建構(gòu)主義模式體系

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論倡導(dǎo)學(xué)習(xí)者是學(xué)習(xí)的主體，教師是學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中的引導(dǎo)者，學(xué)習(xí)者通過“情境”“協(xié)作”和“會話”實現(xiàn)知識的意義建構(gòu)過程。由此派生出許多學(xué)習(xí)模式，如探究式、引導(dǎo)式、操練式、案例式、反思式等等[6]。這些學(xué)習(xí)模式在PBL數(shù)字學(xué)習(xí)支持中適用于程序性知識的學(xué)習(xí)，具有極強的可操作性，因此，廣泛應(yīng)用于PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境中，以便更好地發(fā)揮學(xué)習(xí)支持作用。每種學(xué)習(xí)模式包含不同的學(xué)習(xí)內(nèi)涵，但其操作程序基本按照“整體內(nèi)容—局部內(nèi)容—形成系統(tǒng)—整體內(nèi)容”的步驟來進行設(shè)計。每種學(xué)習(xí)模式在每個環(huán)節(jié)上包含不同的內(nèi)涵，比如探究式，就是在整體框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對各個局部進行探究，然后再整合，形成新的整體結(jié)構(gòu)。而案例式可以在案例整體類比的基礎(chǔ)上進行知識遷移，再形成新系統(tǒng)解決新的案例。

（三）應(yīng)用模式體系

問題解決學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)是把解決問題的方法應(yīng)用到新的類似的問題情境中，解決類似的問題，也就是知識的應(yīng)用。應(yīng)用模式體系的過程就是學(xué)習(xí)者首先面對一個新的與先前學(xué)習(xí)相類似的實際問題，運用習(xí)得的問題解決方法進行知識建模，并將其運用于解決新的類似的實際問題，即模式求解過程，以實現(xiàn)實際問題的解決。針對具體問題，其過程如下：實際問題——結(jié)合本節(jié)知識、本章知識、本學(xué)科知識——操作——檢查、優(yōu)化、完善、策略、反思。

四、支持基于問題解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計

基于問題解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建從建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、情境認(rèn)知理論、以問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)理論出發(fā)，著手于基于問題解決學(xué)習(xí)的操作程序和特征，并涵蓋知識建構(gòu)等多種維度。從內(nèi)容上看，其既有以事實和原理為主的陳述性知識，也有以問題解決為主的程序性知識[7]。從技術(shù)上看，運用計算機技術(shù)可以實現(xiàn)問題表征和呈現(xiàn)，可以對問題解決提供工具支持。PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境模型包括學(xué)習(xí)管理模塊、問題模塊、學(xué)習(xí)資源模塊、學(xué)習(xí)支持工具模塊、學(xué)習(xí)工具模塊和診斷模塊，具體模型構(gòu)成如圖1所示。

圖1 PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境模型

（一）問題模塊

問題模塊是實現(xiàn)問題解決的場所，它包括問題情境的創(chuàng)建、問題的表征與呈現(xiàn)、問題解決的學(xué)習(xí)支持工具以及問題庫。問題情境可以引導(dǎo)學(xué)習(xí)者產(chǎn)生問題，理解問題語義。問題的表征與呈現(xiàn)包括學(xué)習(xí)內(nèi)容語義性表征和工具式表征。學(xué)習(xí)支持工具是問題工具式表征，通過學(xué)習(xí)支持工具我們可以針對不同的問題采用不同的學(xué)習(xí)策略，發(fā)現(xiàn)式、探究式、引導(dǎo)式、案例式、操練式、反思式、應(yīng)用式是問題解決經(jīng)常采用的學(xué)習(xí)策略。問題庫的問題來源一部分是根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)領(lǐng)域預(yù)先設(shè)定的專家?guī)?，還有一部分來自于學(xué)習(xí)者常出現(xiàn)的問題及問題解決方法和途徑。

（二）學(xué)習(xí)資源

在解決問題過程中，學(xué)生需要用到與問題解決相關(guān)的學(xué)習(xí)資源，包括相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)課程、門戶網(wǎng)站、教學(xué)講義、多媒體課件以及現(xiàn)在廣泛流行的微課和幕課。網(wǎng)絡(luò)課程和門戶網(wǎng)站的知識內(nèi)容具有系統(tǒng)性，包含的知識點比較全面，而微課和幕課展現(xiàn)了知識內(nèi)容的針對性、多元性、融合性、靈活性等特點，教師可以對教學(xué)資源進行歸類整理后為學(xué)生推送。

（三）學(xué)習(xí)活動工具

學(xué)習(xí)活動工具包括學(xué)習(xí)者在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境中常借助的搜索引擎、協(xié)作與交流工具和成果展示空間。搜索引擎對學(xué)習(xí)者提出的一些陳述性知識能及時有效地進行呈現(xiàn)和反饋。問題解決學(xué)習(xí)一般由4-6人構(gòu)成學(xué)習(xí)小組，小組成員通過協(xié)作與交流平臺，對問題進行交流與商榷。成果展示空間是學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)結(jié)果的展示，可以實現(xiàn)學(xué)習(xí)成果評價。

（四）學(xué)習(xí)診斷

學(xué)習(xí)診斷是對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)結(jié)果和學(xué)習(xí)需求進行診斷的重要場所，通過判斷學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)需求，進行學(xué)習(xí)過程分析和問題解決分析，同時監(jiān)控學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程。通過對學(xué)習(xí)者在線學(xué)習(xí)時長、學(xué)習(xí)次數(shù)、學(xué)習(xí)交流、小組協(xié)作參與情況、作業(yè)完成情況等學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)者語音、動作、表情等學(xué)習(xí)情感數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)采集與分析為學(xué)習(xí)者提供個性化學(xué)習(xí)服務(wù)推薦，包括學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)路徑、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)策略等。

（五）學(xué)習(xí)管理

學(xué)習(xí)管理模塊是對學(xué)習(xí)各模塊功能實現(xiàn)管理的場所，也是學(xué)習(xí)者實現(xiàn)個人事務(wù)管理的場所?？梢詫W(xué)習(xí)者學(xué)籍進行注冊和修改、對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)足跡、交互頻度等學(xué)習(xí)行為進行記錄，便于對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)進行多元化評價。

五、支持基于問題解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的實現(xiàn)

PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境模型可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)進行平臺系統(tǒng)開發(fā)，系統(tǒng)具有良好的可移植性，可以建立不同學(xué)科相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)問題解決的學(xué)習(xí)功能。

（一）“PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境”中問題解決過程的實現(xiàn)

PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境以“問題”為導(dǎo)向，由學(xué)習(xí)者、問題庫、學(xué)習(xí)支持、問題解決過程共同支撐問題解決過程的實現(xiàn)。學(xué)習(xí)者登錄系統(tǒng)后可以自愿選擇學(xué)習(xí)策略，學(xué)習(xí)者在發(fā)現(xiàn)式、探究式、引導(dǎo)式、案例式、操練式、反思式、應(yīng)用式等學(xué)習(xí)模式支持下，選擇相應(yīng)的學(xué)習(xí)策略，由此問題庫中問題表征會呈現(xiàn)不同的學(xué)習(xí)操作程序和路徑。學(xué)習(xí)者在完成理解問題、問題探究、問題解決和問題應(yīng)用等過程后又會產(chǎn)生新的問題，又開始新一輪的問題解決過程（如圖2）。

（二）PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

1.系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用客戶端、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器三層組織架構(gòu)?？蛻舳酥苯用鎸W(xué)習(xí)者用于問題解決學(xué)習(xí)，通過客戶端平臺學(xué)習(xí)者就可以實現(xiàn)所有的學(xué)習(xí)與交流活動,包括學(xué)習(xí)用戶的注冊、登錄、添加、瀏覽、修改、刪除主題等。數(shù)據(jù)服務(wù)器用于支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的操作，當(dāng)客戶端在響應(yīng)用戶操作時,通過調(diào)用Web Service與Web服務(wù)器進行交互,在Web服務(wù)器的支持下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和客戶端的傳輸。一般采用Sql Server類型數(shù)據(jù)庫，通過Asp.Net實現(xiàn)Web Service對數(shù)據(jù)庫的連接，實現(xiàn)用戶對后臺數(shù)據(jù)庫的動態(tài)訪問。其代碼實現(xiàn)為：

圖2 問題解決學(xué)習(xí)過程的實現(xiàn)

2.數(shù)據(jù)同步技術(shù)

為了實現(xiàn)PBL數(shù)字學(xué)習(xí)平臺中客戶端和數(shù)據(jù)服務(wù)器端離線傳輸數(shù)據(jù)的功能，在平臺中應(yīng)用了數(shù)據(jù)同步技術(shù)。首先服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫中建立一張數(shù)據(jù)表t_opertion，專門用于記錄客戶端對數(shù)據(jù)庫其他表的操作，客戶端也同樣有一個類值My Classes子包中的MyUser類，用于保存該操作記錄。如果服務(wù)器t_opertion表中數(shù)據(jù)發(fā)生改變則客戶端中MyUser類的值也發(fā)生改變，以保證數(shù)據(jù)同步。

六、結(jié)束語

基于問題解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建是在現(xiàn)代教育學(xué)、心理學(xué)、學(xué)習(xí)理論、教學(xué)設(shè)計理論、信息技術(shù)等多學(xué)科相互融合的基礎(chǔ)上進行設(shè)計和構(gòu)建的。在實踐中，如何把基于問題解決學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)理論與信息技術(shù)相結(jié)合是基于問題解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的關(guān)鍵,也是理論與技術(shù)相結(jié)合的難點問題。筆者在吉林省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題“網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于問題解決的學(xué)習(xí)促進有效理解的應(yīng)用研究”中，對基于問題解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建進行了實踐，取得了一定研究成果和學(xué)習(xí)效果，但還存在一些不足之處，需要進一步的研究與實踐。