智能時(shí)代以問題為導(dǎo)向的多元化教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)踐

王步

摘? 要：為適應(yīng)學(xué)生中心、成果導(dǎo)向的教育要求，探索了智能時(shí)代以問題為導(dǎo)向（PBL）的多元化教學(xué)模式的構(gòu)建。根據(jù)PBL的學(xué)習(xí)過程和特點(diǎn)，提出了其在高等工程教育中的適用條件;提出了PBL問題設(shè)計(jì)原則及教學(xué)要求。結(jié)合數(shù)學(xué)實(shí)踐，提出了雨課堂+PBL模式、視頻會(huì)議線上翻轉(zhuǎn)+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(gòu)過程。并以實(shí)際教學(xué)案例介紹了PBL教學(xué)模式的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：基于問題的學(xué)習(xí)（PBL）;學(xué)生中心;線上線下混合式教學(xué);問題設(shè)計(jì);教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(lián)網(wǎng)普及的時(shí)代，信息技術(shù)發(fā)展改變了傳統(tǒng)教育的教學(xué)服務(wù)模式。在智能化時(shí)代，如何利用各種智能終端進(jìn)行交互式課堂設(shè)計(jì)是教學(xué)的關(guān)鍵。尤其是新冠肺炎疫情的發(fā)生，使得高等院校無法進(jìn)行正常的線下課堂教學(xué)，線上教學(xué)被廣泛采用，各種教學(xué)平臺(tái)和智能設(shè)備發(fā)揮了極大作用，這種效應(yīng)延續(xù)到了線下教學(xué)。無論是線下還是線上教學(xué)，核心目的在于人才培養(yǎng)，在于讓學(xué)生通過高效的課堂組織掌握核心知識(shí)點(diǎn)，提高分析和解決問題的能力。

多年的工科創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)的相互反饋結(jié)果表明，學(xué)生得到高分并不意味著他們能夠靈活應(yīng)用知識(shí)，究其關(guān)鍵在于傳統(tǒng)的課堂重在講授，缺少了培養(yǎng)學(xué)生逐步獨(dú)立思考的環(huán)節(jié)。通過精心的教學(xué)和教育環(huán)境設(shè)計(jì)，使學(xué)生在互動(dòng)型學(xué)習(xí)環(huán)境中建構(gòu)知識(shí)、拓展思維和能力發(fā)展，獲得學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力和內(nèi)在價(jià)值，是當(dāng)前高等教育的改革方向和要求。而問題導(dǎo)向式學(xué)習(xí)（problem-oriented learning）或者基于問題的學(xué)習(xí)（problem-based learning） （本文統(tǒng)稱為PBL）與現(xiàn)代教學(xué)手段相結(jié)合，對于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成具有天然的適應(yīng)性。即使是在單門課程中，也有證據(jù)顯示PBL可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力和技能方面的發(fā)展[1]。鑒于此，本文重點(diǎn)探討基于問題的學(xué)習(xí)在線上線下混合式教學(xué)中的應(yīng)用，以及不同教學(xué)模式如何基于PBL進(jìn)行建構(gòu)和設(shè)計(jì)，以期提高學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力。

一、以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式在高等工程教育中的適用性

PBL教學(xué)模式的理論假設(shè)基于建構(gòu)主義理論[2-3]，它強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置到問題情境中，通過學(xué)習(xí)者的合作探究問題背后的科學(xué)知識(shí)，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(jié)均適合采用PBL，應(yīng)加以評(píng)估。如果學(xué)生沒有學(xué)科基礎(chǔ)或教學(xué)內(nèi)容太難，問題就可能無法激活相關(guān)概念從而影響知識(shí)建構(gòu)的效果;對于學(xué)生還沒有必要知識(shí)儲(chǔ)備的課程，學(xué)生可能也無法激活記憶中與問題相關(guān)的概念及關(guān)聯(lián)性。而對于專業(yè)課程或者具有交叉性質(zhì)的課程，由于有工程背景和基礎(chǔ)學(xué)科的鋪墊，PBL的教學(xué)模式是適合的。對于理工科專業(yè)課程，將工程實(shí)際問題作為教學(xué)切入點(diǎn)，通過創(chuàng)設(shè)問題情境或分析典型案例的方式進(jìn)行討論協(xié)作學(xué)習(xí)，不僅可以加深他們對于工程理論知識(shí)的理解，還可以提高解決問題的能力。

目前，工科專業(yè)課大多存在學(xué)時(shí)壓縮問題，采用PBL是否可以完成教學(xué)任務(wù)是很多教師擔(dān)心的問題。Spiro等人提出的認(rèn)知彈性理論主張將學(xué)習(xí)分為高級(jí)學(xué)習(xí)與初級(jí)學(xué)習(xí)。Spiro觀點(diǎn)的核心在于促進(jìn)高級(jí)學(xué)習(xí)，他認(rèn)為高級(jí)學(xué)習(xí)要求學(xué)生把握概念的復(fù)雜性，能運(yùn)用概念去分析、思考問題以及靈活運(yùn)用這些概念[4]。PBL的學(xué)習(xí)目標(biāo)決定了其學(xué)習(xí)是一種高級(jí)學(xué)習(xí)行為。如果能在有限的課堂時(shí)間內(nèi)集中培養(yǎng)相對復(fù)雜和困難的學(xué)習(xí)能力，把相對容易理解的內(nèi)容放在課外自學(xué)，就可以完成PBL的教學(xué)任務(wù)。教師應(yīng)相信學(xué)生有能力通過課外自主學(xué)習(xí)消化部分知識(shí)，從而精煉課堂內(nèi)容，使得PBL教學(xué)具有可操作性和實(shí)用性。

二、以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式課堂組織要求

（一）問題設(shè)計(jì)原則

PBL問題的構(gòu)建不是簡單地將工程問題中的陳述式的學(xué)科知識(shí)直接轉(zhuǎn)換成疑問式的表達(dá)[5]，而是包括了教學(xué)目標(biāo)、基本概念及關(guān)聯(lián)性的表達(dá)，問題設(shè)計(jì)原則包括以下幾點(diǎn)。

1. 問題的匹配性

PBL問題應(yīng)該與教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和進(jìn)度相匹配且不超綱，問題的解答中應(yīng)包含著明顯的工程問題的相關(guān)概念和核心知識(shí)點(diǎn)。

2. 問題的真實(shí)性

問題應(yīng)盡量與實(shí)際工程項(xiàng)目和實(shí)踐應(yīng)用密切聯(lián)系，圍繞著實(shí)際工程進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)。

3. 問題的交叉性

PBL的問題設(shè)計(jì)應(yīng)連接先前學(xué)習(xí)的知識(shí)，并考慮本節(jié)問題與整章、整本教材的聯(lián)系乃至與其他學(xué)科之間的交叉。問題之間的聯(lián)系可以采用多種類型，如學(xué)科知識(shí)層層遞進(jìn)的層次型、由中心問題引發(fā)多角度分析的發(fā)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(gè)教學(xué)問題中，有一個(gè)是課堂管理性問題，三個(gè)是回憶以前學(xué)習(xí)過的知識(shí)點(diǎn)，只有一個(gè)問題是指向?qū)W習(xí)者更高層次的思維活動(dòng)。教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，將問題進(jìn)行層次分類，從易到難。根據(jù)時(shí)間安排，將簡單問題放在課前預(yù)習(xí)，將難點(diǎn)放在課堂，循序漸進(jìn)地啟發(fā)學(xué)生的思維。

5. 問題的聚焦性

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

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(yīng)盡量符合學(xué)生的認(rèn)知水平和規(guī)律，以確保PBL教學(xué)的順利進(jìn)行。

（二）課堂組織要求

1. 明確教學(xué)目標(biāo)

教師必須清楚本門課程教學(xué)要達(dá)到的目標(biāo)，這一目標(biāo)應(yīng)從問題情境→知識(shí)建構(gòu)→思維拓展→能力培養(yǎng)來構(gòu)建。

2. 精心進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)主要指教學(xué)過程設(shè)計(jì)[9-10]。完整的課程教學(xué)設(shè)計(jì)包括內(nèi)容設(shè)計(jì)，教學(xué)法設(shè)計(jì)，教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)，教學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)和教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)[11]。問題設(shè)計(jì)應(yīng)緊跟教學(xué)內(nèi)容，實(shí)際工程情境的描述可借助視頻、圖像等提出，盡量形象生動(dòng)。在此基礎(chǔ)上教師需將教學(xué)內(nèi)容從概念、關(guān)聯(lián)、方法方面進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。“概念”是指對問題情境中涉及到的工程核心知識(shí)點(diǎn)的梳理和描述，讓學(xué)生清晰知道需要學(xué)什么;“關(guān)系”是指各知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，讓學(xué)生清晰知道問題之間的關(guān)聯(lián)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(xué)生找到解決問題的方法。介紹清楚這些，學(xué)生就可以有目標(biāo)、有思路去進(jìn)行討論和交流，從而達(dá)到解決問題的目的。

3. 合理安排課內(nèi)外時(shí)間

PBL教學(xué)中教師需設(shè)計(jì)問題讓學(xué)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(yù)習(xí)任務(wù)，學(xué)生帶著問題加入課堂;課中集中培養(yǎng)高級(jí)學(xué)習(xí)能力，教師講解核心要點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生互動(dòng)和思考;課后作業(yè)提交鞏固。

4. 重視過程考核

考核標(biāo)準(zhǔn)是影響學(xué)生學(xué)習(xí)策略的重要因素。PBL會(huì)占用一定的課外時(shí)間，平時(shí)成績的比重應(yīng)加大（可以達(dá)到50%）。過程中的考核應(yīng)通過平臺(tái)記錄，作為平時(shí)成績的依據(jù)。

5. 確定討論方式

PBL的部分問題需要學(xué)生討論交流。矚目等視頻會(huì)議軟件可很好地支持小組會(huì)議。教師可根據(jù)問題容量確定小組人數(shù)。學(xué)生自行組隊(duì)還是老師分配，課堂彈幕互動(dòng)是否可以完成任務(wù)都需要事先確定。

6. 加大支持和幫助力度

線上PBL教學(xué)的課外支持必須到位，才能保證PBL學(xué)習(xí)成效。

三、以問題為導(dǎo)向的多元混合式教學(xué)模式的構(gòu)建

基于PBL的課堂組織要求，以下三種常用的基于PBL的教學(xué)建構(gòu)過程如下。

（一）雨課堂+PBL教學(xué)模式

對于需要逐層深入探討的教學(xué)內(nèi)容，采用雨課堂+PBL教學(xué)模式。雨課堂強(qiáng)大的師生互動(dòng)功能，使得合班大課的PBL模式得以實(shí)現(xiàn)。這種模式可線上或線下授課，需要學(xué)生利用智能設(shè)備進(jìn)入雨課堂。雨課堂課前、課中、課后的每一個(gè)環(huán)節(jié)都功能強(qiáng)大。雨課堂的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能可作為課堂教學(xué)過程記錄、教學(xué)效果分析和持續(xù)改進(jìn)的依據(jù)。雨課堂+PBL教學(xué)模式的建構(gòu)過程見圖1。

（二）視頻會(huì)議線上翻轉(zhuǎn)+PBL教學(xué)模式

對于需要分組討論、交流學(xué)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容，采用視頻會(huì)議線上翻轉(zhuǎn)+PBL教學(xué)模式。視頻會(huì)議軟件如矚目等可以將學(xué)生分組在各個(gè)獨(dú)立的云房間，學(xué)生通過視頻方式交流討論。時(shí)間到了教師結(jié)束分組回到授課大房間，進(jìn)行總結(jié)。翻轉(zhuǎn)課堂需要老師事先發(fā)布資料，學(xué)生提前熟悉或查找文獻(xiàn)，否則在翻轉(zhuǎn)云課堂上的討論會(huì)流于形式或不夠深入，也會(huì)有同學(xué)不積極參與。視頻會(huì)議線上翻轉(zhuǎn)+PBL教學(xué)模式的建構(gòu)過程見圖2。

（三）SPOC異步線上授課+PBL教學(xué)模式

對于可以充分利用MOOC資源的章節(jié)，可以采取SPOC異步線上授課+PBL教學(xué)模式。教師根據(jù)授課計(jì)劃定期布置MOOC視頻學(xué)習(xí)任務(wù)、作業(yè)和組織線上討論。學(xué)生需要在時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)自主完成MOOC的視頻學(xué)習(xí)、作業(yè)和參加課堂討論[12]。SPOC功能使得教師將時(shí)間和精力轉(zhuǎn)向更高價(jià)值、更為復(fù)雜的高階教學(xué)活動(dòng)中，如就難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行深入剖析、組織討論等。SPOC異步線上授課+PBL教學(xué)模式的建構(gòu)過程見圖3。

四、以問題為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)案例

工程事故分析及處理課程是長安大學(xué)土木工程專業(yè)（建筑工程方向）的專業(yè)選修課，課程通過典型工程事故實(shí)例，闡述土木工程中各類事故調(diào)查、分析、處理和預(yù)防的原則與基本方法。在鋼筋混凝土強(qiáng)度不足引發(fā)的事故分析中采用問題導(dǎo)向模式混合教學(xué)，按照問題情境——知識(shí)建構(gòu)——思維拓展來進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，見表1。

五、結(jié)束語

在指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的過程中，發(fā)現(xiàn)問題導(dǎo)向式方法對于提高大學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力效果明顯，在此基礎(chǔ)上探索了將PBL模式用于理論課程教學(xué)的組織方法。在智能化時(shí)代，利用智能終端進(jìn)行交互式學(xué)習(xí)是現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。隨著人工智能的快速發(fā)展，遠(yuǎn)程線上教學(xué)將會(huì)越來越多，特別是全球疫情發(fā)展的不確定性，使得高等教育必須探索以學(xué)生為中心的線上線下混合教學(xué)模式。本文探討了基于PBL的線上線下混合式教學(xué)的構(gòu)建過程，以期為類似課程的混合式教學(xué)提供思路和方法，也為提高大學(xué)生分析和解決問題的能力提供借鑒。

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