近十年問題導向?qū)W習研究熱點與發(fā)展前沿
——基于CiteSpace和VOSviewer的知識圖譜分析

朱曉艷，羅國平

(廣東石油化工學院 1.外國語學院；2.理學院，廣東 茂名 525000)

一、引言

問題導向?qū)W習 (Problem-Based Learning, PBL) 起源于20世紀60年代中期，是由巴羅斯在麥克馬特斯大學醫(yī)學院首次使用的教學方法。PBL原本是為培養(yǎng)具有扎實理論知識，能夠探討和解決醫(yī)學問題的醫(yī)生。該教學方法被認為是最具創(chuàng)新性的教學方法之一，陸續(xù)在世界各地被采納和傳播，并逐漸推廣到其他學科甚至是中小學。PBL以學生為中心，促使學生主動學習新的概念和理論，解決復雜的現(xiàn)實問題。教師扮演引導者的角色，在課堂上適當給學生提供幫助和建議。自第一次實施以來，PBL在高等教育中的發(fā)展是為了應(yīng)對不斷變化的社會和教育環(huán)境，并試圖加強學科知識與這些學科領(lǐng)域之間的相互關(guān)聯(lián)。杜翔云等人解讀了對PBL的宏觀理解，回顧了PBL的歷史發(fā)展過程，介紹了其不同模式和應(yīng)用環(huán)境，并就PBL在中國大學的借鑒和發(fā)展提出了幾點建議[1]。董樑等人定量對比研究認為PBL教學對醫(yī)學生的自我調(diào)控、學習策略、內(nèi)容與環(huán)境這3個因素有積極推動作用，自主學習能力有所提高，而對學習動機無顯著影響[2]。PBL有利于促進學生的批判思維能力、解決問題能力和溝通能力的發(fā)展，也有助于學生養(yǎng)成終身學習的行為習慣，因而越來越受到國內(nèi)外廣大教育工作者的關(guān)注[3]。當前，為應(yīng)對百年未有之大變局，我國高等教育迎來新一輪變革，“雙一流”、新工科、金課建設(shè)等正在持續(xù)推進。學科建設(shè)、課程建設(shè)的核心要義是解決培養(yǎng)什么人、如何培養(yǎng)人的問題，以滿足時代發(fā)展需求。PBL教學模式在人才培養(yǎng)方面顯示出獨特的優(yōu)勢。為此，本文對2010-2020年以Problem-Based Learning為主題的Web of Science核心集期刊論文進行討論，分析PBL的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并就我國高等學校如何開展PBL教學實踐提出建議。

二、研究工具和方法

本文基于美國德雷塞爾大學陳超美教授開發(fā)的知識圖譜軟件CiteSpace[4]以及荷蘭萊頓大學尼斯·楊·凡·艾克和盧多·瓦特曼開發(fā)的信息可視化軟件VOSviewer[5]。這兩個軟件能夠圖形化某一學科某一領(lǐng)域的研究熱點和研究主題。我們將Web of Science數(shù)據(jù)庫核心集作為數(shù)據(jù)來源，以problem-based learning為主題詞，設(shè)置年份為2010-2020年。選取文獻類型為Article，篩選分析education educational research和education scientific類別的1236篇期刊論文，對PBL在課堂教學方面的研究成果進行可視化分析，探究該領(lǐng)域研究脈絡(luò)、熱點和趨勢，為我國高校開展PBL教學改革、提升教學成效和人才培養(yǎng)質(zhì)量提供理論和實踐依據(jù)。

三、PBL研究基本情況

(一)研究論文的年份分布

我們依據(jù)Web of Science檢索結(jié)果，整理出2010-2020年P(guān)BL研究發(fā)表論文情況，如圖1所示。從論文數(shù)量分布來看，近十年該領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量比較均衡，每一年發(fā)文數(shù)量都超過80篇，其中2013年和2016年發(fā)文數(shù)量最高，均為124篇；2014發(fā)文數(shù)量最低為89篇；2020年發(fā)文數(shù)量仍保持較高，為118篇。盡管PBL已提出半個多世紀，由于這一教學模式具有鮮明的優(yōu)勢，一直受到國內(nèi)外教育工作者的廣泛關(guān)注和實踐，未來一段時間仍然保持比較良好的研究趨勢。從圖1可知，已發(fā)表論文被引頻次呈現(xiàn)快速增長的趨勢，從2010年的被引27次增長至2020年的被引3021次。由此可見，這一領(lǐng)域近十年研究較為熱門。

圖1 2010-2020年P(guān)BL研究論文發(fā)文數(shù)量和被引頻次

(二)高產(chǎn)機構(gòu)分析

在VOSviewer軟件中選擇分析類型為Co-authorship、分析單元為Organizations,設(shè)置每個機構(gòu)最低發(fā)文數(shù)量為5篇，得到37個機構(gòu)的PBL研究論文網(wǎng)絡(luò)聚類圖譜。其中，馬斯特里赫特大學 (Maastricht University) 關(guān)于PBL的研究論文數(shù)量最多，共發(fā)表了48篇；其次是伊拉斯姆斯大學 (Erasmus University)，共發(fā)表了36篇；再次是奧爾堡大學 (Aalborg University)，共發(fā)表了26篇；隨后是共和國理工學院 (Republic Polytechnic)，共發(fā)表了18篇。香港大學 (University of Hong Kong) 和南洋理工大學 (Nanyang Technological University) 在這一領(lǐng)域均發(fā)表16篇。在CiteSpace軟件中，設(shè)置切片時間為1年，選擇節(jié)點類型為機構(gòu) (Institution)，選擇每個切片中被引前10名的機構(gòu)，采用最小生成樹 (Pathfinder) 裁剪方法，得到PBL研究機構(gòu)時序圖，如圖2所示。在機構(gòu)時序圖譜中，節(jié)點為機構(gòu)名稱，節(jié)點大小代表機構(gòu)發(fā)文數(shù)量，節(jié)點環(huán)表示年輪，連線數(shù)量表示機構(gòu)合作情況。馬斯特里赫特大學在2010年已經(jīng)是PBL研究核心節(jié)點，表明在2010年之前該機構(gòu)已開展PBL實踐研究，并取得了影響力比較大的研究成果。隨后，伊拉斯姆斯大學也成為機構(gòu)時序的核心節(jié)點。這兩個機構(gòu)近十年一直持續(xù)PBL研究，并且取得了較多有影響力的研究成果。奧爾堡大學在2015年逐漸成為PBL研究中心。共和國理工學院、香港大學和南洋理工大學也是較早開展PBL研究的機構(gòu)?？傮w而言，PBL研究在國內(nèi)外許多機構(gòu)得到重視，因此近十年一直保持良好的發(fā)展勢頭。2015-2016年前后，中國科學院和華東師范大學投入到PBL領(lǐng)域的研究，逐步獲得了有一定影響力的研究工作。

圖2 2010-2020年問題導向研究機構(gòu)時序圖譜

(三)高產(chǎn)作者分析

表1所示為2010-2020年P(guān)BL研究領(lǐng)域高產(chǎn)作者 (發(fā)文數(shù)量5篇及以上)，共有15人。其中，H. G. Schmidt (Erasmus University) 在該領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)量最多，為28篇；其次是發(fā)表了13篇的C.P.M.van der Vleuten (Maastricht University)，再次是發(fā)表了11篇的J. I. Rotgans (Aalborg University) 和D. H. J. M. Dolmans (Maastricht University)。其余高產(chǎn)作者均發(fā)表5篇及以上。在VOSviewer軟件中選擇分析類型為Co-citation、分析單元為Cited authors，設(shè)置每個作者最低被引頻次為50次，得到43個高被引作者的網(wǎng)絡(luò)聚類圖譜，如圖3所示。由此可見H. G. Schmidt、H. S. Barrows和C. E. Hmelo-Silver與其他作者合作較多，被引頻次較高，中心性較強，是PBL領(lǐng)域影響力較大的研究者。

表1 2010-2020年P(guān)BL研究高產(chǎn)作者

圖3 2010-2020年問題導向共被引作者聚類網(wǎng)絡(luò)圖

(四)高產(chǎn)國家和地區(qū)分析

在VOSviewer軟件中選擇分析類型為Co-authorship、分析單元為Countries,設(shè)置每個國家和地區(qū)最低發(fā)文數(shù)量為5篇，得到43個國家和地區(qū)的PBL研究論文網(wǎng)絡(luò)聚類圖譜。盡管2010-2020年發(fā)文數(shù)量較高的機構(gòu)中鮮有美國機構(gòu)，但美國 (USA) 仍然發(fā)表了329篇研究論文，說明PBL在美國得到比較多機構(gòu)的研究。其中，發(fā)文量較高的為密西根州立大學 (12篇)、印第安納大學 (10篇) 和普渡大學 (9篇)。英國發(fā)表 (England) 99篇，位居第二。荷蘭 (Netherlands) 發(fā)表95篇，位居第三。其中馬斯特里赫特大學和伊拉斯姆斯大學貢獻了84篇。澳大利亞 (Australia) 發(fā)表79篇，中國 (PRC China) 發(fā)表73篇。歐美主要發(fā)達國家在PBL研究方面成果較多，并且與其他國家和地區(qū)關(guān)聯(lián)比較緊密。亞洲地區(qū)中國、沙特阿拉伯 (Saudi Arabia) 和新加坡 (Singapore) 等國家近十年在PBL研究方面的成果也較多(如表2所示)。近年來，中東地區(qū)和東南亞地區(qū)也逐漸產(chǎn)出了PBL方面的研究成果。PBL已經(jīng)成為全世界公認的典型教學方法，繼續(xù)在全球各個國家和地區(qū)得到實踐和研究。

表2 2010-2020年P(guān)BL研究高產(chǎn)國家和地區(qū)

(五)高產(chǎn)期刊分析

表3所示為2010-2020年P(guān)BL研究高產(chǎn)期刊統(tǒng)計情況，共有14個期刊發(fā)文數(shù)量在20篇以上。其中，國際工程教育雜志 (INTERNATIONAL JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION) 共發(fā)表了87篇，其次是BMC醫(yī)學教育 (BMC MEDICAL EDUCATION)和醫(yī)學教師 (MEDICAL TEACHER)，分別發(fā)表了75篇和73篇。由此可見PBL在醫(yī)學教育和工程教育方面都得到了比較廣泛的實踐和研究，產(chǎn)出了較多研究成果。在化學 (JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION)、分子生物學 (BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY EDUCATION) 和計算機科學 (COMPUTERS & EDUCATION) 等學科也可以看到PBL方面的許多研究進展。這反映了PBL教學方法的普適性和有效性，已從醫(yī)學教育推廣應(yīng)用至其他學科教育，得到了眾多院校和學科的實踐研究。

四、PBL研究熱點和研究歷程

(一)關(guān)鍵詞分析

在VOSviewer中對Web of Science核心合集收錄的PBL研究論文關(guān)鍵詞進行分析，分析類型為Co-occurrence、分析單元為All keywords，設(shè)置關(guān)鍵詞最小出現(xiàn)次數(shù)為20次，得到48個關(guān)鍵詞。其中出現(xiàn)頻次較高的分別為problem-based learning(496), education(237)，students(188)，knowledge(89)，science(88) 和curriculum(87) 等。關(guān)鍵詞聚類知識圖譜如圖4所示。表4列舉了2010-2020年P(guān)BL研究高頻關(guān)鍵詞聚類，共有5個類別，分別為：(1)PBL目的。教師通過對教學內(nèi)容的科學編排、設(shè)計，構(gòu)建概念、理論知識的框架，在課堂中引導學生通過合作學習、批判性思考，通過解決問題的形式獲取知識。(2)PBL起源。PBL教學方法起源于醫(yī)學教育，該方法通過設(shè)計一系列超常規(guī)案例研究的問題，要求學生研究具體的病例，引導醫(yī)學生主動學習，提出恰當?shù)膯栴}，并自己擬訂解決問題的方案，從而掌握相關(guān)的理論知識和技能，繼而勝任崗位要求。(3)PBL問題設(shè)計。PBL是一種建構(gòu)主義的教學模式，學生在教師創(chuàng)設(shè)的問題指引下，以解決問題/作出決定的形式完成相關(guān)課程的學習。問題的設(shè)計一般遵循以下過程：選擇內(nèi)容和技能，確定可用資源，書寫問題陳述，選定激發(fā)活動，提出焦點問題，確定評價策略。(4)PBL中心。PBL踐行以學生為中心的教育理念，旨在培養(yǎng)學生批判性思維，問題解決和自我學習的技能。(5)PBL成就。PBL由于在高等教育人才培養(yǎng)方面有巨大優(yōu)勢，從傳統(tǒng)的醫(yī)學教育擴展到工程教育，這一模式通過調(diào)整實施策略，在高等教育促進學生學習動機方面取得了重大成就。

表3 2010-2020年P(guān)BL研究高產(chǎn)期刊

圖4 2010-2020年高校PBL研究熱點關(guān)鍵詞聚類圖

表4 2010-2020年P(guān)BL研究高頻關(guān)鍵詞聚類

(二)研究前沿分析

突現(xiàn)詞分析能夠反映某一時間段的研究新動態(tài)和相關(guān)發(fā)展趨勢。通過CiteSpace軟件，得到PBL研究領(lǐng)域的突現(xiàn)詞 (強度大于3) 如表5所示。由此可知，PBL研究領(lǐng)域突現(xiàn)度最高的詞為工程教育 (Engineering education)，在2014-2017年，PBL教育理念在工程教育方面得到較為廣泛的關(guān)注與實踐，馬斯特里赫特大學、伊拉斯姆斯大學、密西根州立大學、香港大學、奧爾堡大學等機構(gòu)將PBL應(yīng)用在工程教育，取得了可喜的效果。2017-2020年，PBL研究的熱點為有效性 (Validity)、實施執(zhí)行 (Implementation)、影響作用 (Impact) 和翻轉(zhuǎn)課堂 (Flipped classroom) 等。由此可見近幾年P(guān)BL領(lǐng)域更關(guān)注該教學方法的貫徹施行及其有效性分析。并開展PBL結(jié)合其他教學模式 (如翻轉(zhuǎn)課堂) 的相關(guān)研究。

表5 2010-2020年P(guān)BL研究領(lǐng)域突現(xiàn)詞

(三)研究熱點分析

表6所示為2010-2020年P(guān)BL領(lǐng)域被引頻次前10名研究論文。我們發(fā)現(xiàn)，這些論文主要發(fā)表在2010-2014年。被引頻次最高的達到491次，為J. E. McLaughlin等在ACADEMIC MEDICINE發(fā)表的研究成果[6]。排在第二位的是G. S. Mason等發(fā)表在IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION的研究成果[7]，已被引411次。H. G. Schmidt等發(fā)表在MEDICAL EDUCATION的研究論文被引頻次排第三，為298次。被引100次以上的研究論文有17篇。PBL研究熱點主要集中在以下幾個方面。

1. 基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂中，教師提前錄制授課內(nèi)容和問題提綱提供給學生在課前思考、學習，這樣課堂時間就可以用于以學生為中心的學習活動，比如基于問題的學習和以探究為導向的策略。這種方法為教師提供了廣泛參與的學習風格和實施教學的機會，鼓勵學生在專門的課堂時間解決問題。此外，翻轉(zhuǎn)課堂使教師能夠開發(fā)適合每個學生的不同學習經(jīng)驗。J. E. McLaughlin等以制藥學課程為例，討論了翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計原則，并對比研究了翻轉(zhuǎn)課堂的成效。他們認為翻轉(zhuǎn)課堂是學生參與有意義的學習，培養(yǎng)高技能人才的有效途徑[6]。G.S. Mason等從三個方面比較了翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂的效果：(1)內(nèi)容覆蓋范圍；(2) 學生在傳統(tǒng)測驗和考試問題上的表現(xiàn)；

表6 2010-2020年P(guān)BL研究高被引論文

(3)學生對翻轉(zhuǎn)課堂形式的觀察和感知。結(jié)果表明：(1)翻轉(zhuǎn)課堂讓教師覆蓋更多的教學素材；(2)參與翻轉(zhuǎn)課堂的學生在可比測驗和考試問題以及開放式設(shè)計問題上表現(xiàn)相同或更好；(3)雖然一開始學生們很難適應(yīng)新模式，但他們很快適應(yīng)了，并發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂模式令人滿意和有效[7]。C. Y. Chao等研究證實了翻轉(zhuǎn)學習支持的計算機輔助PBL活動能更好地培養(yǎng)學生學習態(tài)度和主動學習，也有利于促進學術(shù)成就。此外，翻轉(zhuǎn)學習這項研究中的方法，就像學習激活劑一樣，提供了更多時間和靈活的學習空間，讓學生提前準備與同學討論分享，完成課內(nèi)計算機輔助PBL活動讓學習變得更加積極和有效[8]。然而，翻轉(zhuǎn)課堂在實施中存在一些問題，如學生的課前準備不充分、缺乏熱情在課堂互動、課堂效率低以及更復雜的教學過程。這些問題對PBL翻轉(zhuǎn)課堂的教學效果產(chǎn)生比較大的影響。

2.PBL的有效性

PBL的有效性從知識的獲取、問題解決和元認知策略、動機、批判性思考和溝通合作技能等方面去評價。H. G. Schmidt等認為PBL有效的觀點得到了相當多的支持，因為問題會引起情境興趣，從而推動學習。PBL中學習的程度既不是僅僅來自小組合作，也不是僅僅來自個體知識獲??；這兩種活動對PBL的學習都有同等的貢獻[9]。W. Hung對PBL文獻報道的不一致結(jié)果進行了可能的解釋。這些不一致或相互矛盾的研究結(jié)果可能來自兩個來源：研究方法和實施。參考研究中使用的PBL模型的不精確性造成了PBL研究結(jié)果的潛在失真。此外，學生和教師在實際實施過程中出現(xiàn)的各種行為與PBL理論假設(shè)相矛盾，可能會混淆PBL研究。為了糾正學生在PBL過程中產(chǎn)生的不良行為，認為學生對教學方法的基本心態(tài)和他們自己的學習習慣可能是關(guān)鍵問題，對學生提出了選擇適當?shù)腜BL實施方法，為學生提供恰當?shù)闹涡圆牧?，激發(fā)學生主動學習，注重PBL課程和問題設(shè)計等措施[10]。A. Yadav等測試學生解決問題的能力和將他們的知識轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實生活中的問題場景。開發(fā)和利用測試學生的概念理解和解決問題的能力而不是他們的實際知識。作者認為未來的研究人員也應(yīng)該使用評估方法評估學生轉(zhuǎn)移知識以解決新問題的能力，而不是衡量他們死記硬背事實知識的能力[11]。K. Brundiers等探討了亞利桑那州立大學可持續(xù)發(fā)展學院開展從課堂到現(xiàn)實世界的學習機會的實踐過程。討論實施的一般挑戰(zhàn)還有組織學習，并將注意力吸引到關(guān)鍵的成功因素上，比如協(xié)作設(shè)計，協(xié)調(diào)和整合在本科生的一般導論課程。澄清了現(xiàn)實世界中的可持續(xù)發(fā)展教育學習機會有助于獲得可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵能力。提出了將功能和漸進模式整合到 (本科) 課程中的實施戰(zhàn)略[12]。

3.PBL的影響因素分析

J. I. Rotgans等旨在探討情境興趣是如何隨時間發(fā)展的，在主動學習的課堂，它與學業(yè)成就的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)問題刺激后情境興趣顯著增加。隨后，情境興趣逐漸減少，但在一天結(jié)束時再次增加。相關(guān)路徑模型的測試表明情境興趣與問題顯示出很強的相互關(guān)系[13]。J. M. Frambach等研究發(fā)現(xiàn)文化和傳統(tǒng)因素的不確定性給中東學生帶來了自主學習的挑戰(zhàn)。等級制度對亞洲學生也帶來了挑戰(zhàn)。成就對兩組非西方學生都有重大影響。雖然文化因素對PBL在非西方環(huán)境下的應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)，但是PBL似乎可以適用于不同的文化背景。然而，它的全球化并不一定是統(tǒng)一的過程和結(jié)果，而是發(fā)展與地域文化相適應(yīng)的的替代方案[14]。S. Sandi-Urena等認為幾乎沒有證據(jù)表明實驗室實踐為學生學習科學課程提供任何積極的結(jié)果。而將學生置于一個被迫使用和練習提出科學問題、批判性思維和元認知等技能的環(huán)境中，他們會在解決問題的能力和元認知方面產(chǎn)生可衡量的變化[15]。

五、研究總結(jié)與展望

(一)研究總結(jié)

經(jīng)過半個多世紀的研究和發(fā)展，PBL教學模式已在多個國家和地區(qū)，多門學科得到實踐和應(yīng)用。近十年該教學方法一直是教育學領(lǐng)域熱門的研究方向，平均發(fā)文數(shù)量超過100篇/年。2020年P(guān)BL研究論文被引頻次超過3000次。PBL研究將持續(xù)受到熱門關(guān)注，并繼續(xù)擴展其應(yīng)用學科和應(yīng)用地區(qū)。麥克馬特斯大學、馬斯特里赫特大學和奧爾堡大學等機構(gòu)長期實踐研究，充分證明PBL教學模式在醫(yī)學教育和工程教育培養(yǎng)學生自學能力、團隊協(xié)作、批判性思考、解決實際問題能力等方面都取得了顯著的成效。國內(nèi)外研究者在PBL實施、PBL問題設(shè)計和課程設(shè)計、PBL有效性和PBL影響因素等方面獲得了大量的研究成果。

(二)研究展望

通常認為PBL的五個核心要素分別為問題導向?qū)W習、小組合作學習、以學生為中心的學習、教師作為指導者的原則和充足的自學時間。每一個要素對PBL教學成效的影響都有必要深入研究，以此不斷提升人才培養(yǎng)質(zhì)量?，F(xiàn)代教育技術(shù)的不斷發(fā)展，促使學生的學習環(huán)境、學習手段和學習方式得到了比較顯著的發(fā)展。例如，慕課(MOOC)平臺的大規(guī)模使用，已對傳統(tǒng)課堂教學帶來了許多挑戰(zhàn)。PBL和現(xiàn)代教育技術(shù)與有機結(jié)合，能否發(fā)揮各自的優(yōu)勢，突現(xiàn)育人成效，值得深入探索?，F(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，也對教育生態(tài)帶來了一定影響?？蛻舳藢W習軟件、虛擬仿真軟件、增強現(xiàn)實技術(shù)給教師和學生帶來了新的教學途徑。結(jié)合這些軟件工具進行PBL課程教學能否達到更好的效果需要實踐研究。問題設(shè)計是PBL非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，后續(xù)的每一個環(huán)節(jié)都是圍繞問題展開的。問題設(shè)計的有效性與學生對課程內(nèi)容的掌握程度有著怎樣的關(guān)聯(lián)，問題設(shè)計對學生課程核心能力和高級思維的培養(yǎng)成效有多大影響需要實驗論證。