問題導向教學法的建構(gòu)及與傳統(tǒng)教學法教學效果的比較研究
——以“土木工程材料”課程教學為例

陳伯明，蔣吉清

（浙大城市學院 浙江 杭州 310015）

問題導向教學法或稱為PBL（Problem-Based Learning）教學模式，這是一種基于問題來引導學生思考和學習的教學模式，是一種發(fā)揮學生主觀能動性的教學模式。該教育模式在教學理念、教學內(nèi)容、教學環(huán)節(jié)設置和教學效果評價等多個方面均與傳統(tǒng)教學法即基于講授為主的LBL（Lecture-Based Learning）教學模式有很大區(qū)別。國內(nèi)外研究表明，問題導向教學模式有助于培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力和批判性思維。如何把先進的教學模式用于課堂，提高學生的學習效率，培養(yǎng)學生的先進思維，增強學生分析和解決問題的能力是值得每一個教育工作者深入思考和研究的重要問題。

基于此，本文對“土木工程材料”課程采用了問題導向教學模式。為了更好地分析和研究問題導向教學法的優(yōu)缺點及其在工程教育中的有效性，筆者對學習基礎基本一致的兩個平行班采用了不同的教學模式，并對教學效果進行了跟蹤及對比研究。為問題導向教學法在工程教育中的應用找到理論和實踐依據(jù)，本文的研究結(jié)果對于廣大工程專業(yè)相關課程的教學模式改革具有較高的參考價值和借鑒作用。

1 問題導向教學法的理論回顧

1.1 問題導向教學法的理論基礎

問題導向教學法作為教學方法和課程設計方法目前大多應用在高等教育中。根據(jù)Robert Delisle[1]（1996）關于PBL教學法的研究，認為該問題的提出最早應該追溯到John Dewey。John Dewey[2]認為教師的教學應該通過喚醒學生的自然本能來研究和創(chuàng)造。而PBL教學法的最早應用則是Howard Barrows教授在加拿大McMaster大學醫(yī)學院的課程教學中，Howard Barrows教授[3-4]隨后在相關論文中對如何進行PBL教學作了介紹和總結(jié)。在此之后，歐美國家中包括哈佛大學醫(yī)學院、英國曼徹斯特醫(yī)學院等2000多所醫(yī)學院逐漸采用了這種教學法，并進一步把此方法擴展到了工程學、生物學、生理學、心理學和管理學等多類學科，大多取得了很好的教學效果。

我國在20世紀80年代后期開始引入這種教學方法，首先也是在醫(yī)學教育領域中應用，并取得了一定的教學效果，目前逐漸被更多的學校和專業(yè)所接受和采納。

1.2 從國內(nèi)外研究來看問題導向教學法具有顯著的教學效果

Strobel和Barneveld[5]（2009）通過薈萃分析對比傳統(tǒng)課堂，分析了問題導向教學法的綜合效應。研究結(jié)果表明，問題導向教學法在知識的長期保留、技能發(fā)展及學生和教師的滿意度方面表現(xiàn)優(yōu)異，而傳統(tǒng)方法則在知識的短期保留中更為有效。Hunt[6]等（2010）認為PBL學習是一種以問題為中心的教學方法，工程教學中該方法在激發(fā)學生的學習動力和強化學習效果方面具有巨大的潛力。工程教學中，該方法還能使學生將理論知識與實踐相結(jié)合并應用到實踐中去。Schmidt[7]（2007）等認為“PBL教學法的基本原則與我們?nèi)祟惖恼J知結(jié)構(gòu)非常吻合”。相較于“傳統(tǒng)課程專注于知識的獲取和直接應用”，“PBL更著重于知識的靈活應用”。杜翔云[8]等（2009）認為“交叉學科的PBL方法是一種比傳統(tǒng)授課模式更有效的課程設計，可以有效地提高和促進學生的認知學習、合作學習、內(nèi)容掌握、自我滿意程度及職業(yè)認同感等”。江學良[9]等（2014）通過在研究生課程中應用PBL教學法，認為這種方法“可用以提高學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力與科研水平，也有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神與團隊合作精神”。田社平[10]等（2018）通過實證研究認為“問題導向教學法對大學生批判性思維傾向有顯著的促進作用”。

1.3 “土木工程材料”課程采用該教學法的依據(jù)和期望效果

從國內(nèi)外的文獻和實踐探索中可以看到，問題導向教學法對于交叉型的學科具有良好的效果，能夠提高學生的實踐和創(chuàng)新能力，特別有助于提高學生分析和解決問題的能力。

土木工程材料是一門兼具理論與實踐而且具有多學科交叉復合的特點，結(jié)合了高等數(shù)學、物理學、化學、材料學及力學等多門基礎科學的成果，在教學過程中無論對學生的學習和教師的教學都有極大的挑戰(zhàn)，特別對于大二的學生來說學習難度不小。采用傳統(tǒng)教學法，通過授課向?qū)W生傳授知識和技能，還是采用問題引導法，使學生通過問題來學習和整合知識、提高能力，對學生的要求是不同的，預期效果也大為不同。

在分析和研究了大量的國內(nèi)外文獻后，授課教師在平行班中采用不同的教學模式，在學生學習基礎基本相同，學習勤奮程度類似的情況下，比較學生的知識掌握程度和分析解決問題的能力。

2 問題導向教學法的建構(gòu)和教學對象

2.1 問題導向教學法的建構(gòu)

本次研究采用實驗班和對照班進行教學效果比較研究。

實驗班采用問題導向教學模式進行教學，教師學生活動內(nèi)容和流程如圖1。

圖1 問題導向教學法教師與學生教學活動流程圖

具體方法如下：上課前一周，教師結(jié)合教學目標給出章節(jié)學習內(nèi)容和學習重點要求學生進行預習,并提出若干需要運用重要知識點的問題，上課時先用占課堂三分之二的時間抽查學生預習情況并引導其進行分析討論，方法為隨機選擇學生對課前提出的問題進行回答，再根據(jù)學生的回答情況由老師引導啟發(fā)學生們對相關問題進行分析、思考和討論，最后老師根據(jù)學生討論的情況補充不足和遺漏，講解相關知識點，并提示學生應該如何分析問題，增補該問題在工程中應用的要點。討論結(jié)束后，老師用剩余時間對本章節(jié)的教學內(nèi)容進行總結(jié)梳理。課后作業(yè)除計算題外，均屬非強制性完成，學生可以根據(jù)自己學習掌握情況來決定是否做，老師對學生上交的作業(yè)進行批改，但不計入平時成績。課后作業(yè)中普遍存在的問題則會成為以后課堂討論的部分內(nèi)容。

對照班不強求學生預習，上課時教師對知識點和重點內(nèi)容進行系統(tǒng)性的講授，課后布置相關作業(yè)，教師批改作業(yè)后針對作業(yè)過程中的問題在課堂上講解。教師在教學中也會將知識點在工程中的應用等實踐內(nèi)容補充給對照班學生，所以從教師的角度來講，雖然課堂教學方式不同，但講授的內(nèi)容與問題導向教學法班級基本一致。

2.2 教學對象

教學對象是筆者授課的本校土木工程專業(yè)兩個教學班，在教學過程中分別采用問題導向教學法和以講授為主的傳統(tǒng)教學法。

學生分為兩個行政班，人數(shù)分別為31人和33人，實行小班化教學，兩個教學班一個實行問題導向教學法（31人）（簡稱為實驗班），另一個采用傳統(tǒng)教學法（33人）（簡稱為對照班）。在本課程教學之前，兩班學生各個方面均無顯著差異，學期結(jié)束后，學生當學期學習的專業(yè)基礎理論課程如物理學、材料力學、測量學等成績也基本一致。

表1顯示，兩個班級的當期其他學科成績基本相同，而且相比而言對照班在大學物理方面成績較好，因此，教學效果評估不會因為兩個班級本身的素質(zhì)差距而產(chǎn)生偏差。

表1 實驗班和對照班其他學科成績

3 教學效果評估統(tǒng)計和檢驗及成因分析

3.1 教學實際效果評估統(tǒng)計和檢驗

因為不同的班級采用的教學方法不同，因此平時的教學效果評估方法也有所區(qū)別。但在期末時采用相同的內(nèi)容以保證兩種教學方法效果的可比性。計量資料采用t檢驗，以t<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

3.1.1 平時教學效果評估比較

從平時的成績來看，實驗班由于是課前預習問題，學生在討論問題的時候錯誤較多，所以平時成績相對來說要低一些。而對照班則是課后復習并做作業(yè)，完成情況較好，成績相對要高些(表2)。

表2 實驗班討論成績和傳統(tǒng)班級作業(yè)完成成績比較表

因是在老師沒有授課情況下的課前預習后課堂討論的成績，本可以給予實驗班同學相對更高的成績，但為了嚴格與對照班進行比較，沒有對平時成績進行調(diào)整。

3.1.2 期末考試成績對比及結(jié)果檢驗

兩個班級期末采用相同的試卷以考試的形式對兩種教學方法進行效果評估。試卷總分100分，題型包括單項選擇題（12分）、填空題（15分）、判斷改錯題（8分）、簡答題（30分）、分析題（10分）和計算題（25分），其中單項選擇題、填空題和判斷改錯題以考核知識點為主，分析題和計算題主要考核學生的分析應用能力，簡答題兼顧分析應用能力考核和知識點考核。

考試成績情況見表3。實驗班學生考試成績平均分是70.8分，標準差為15.4；對照班學生成績平均分是62.9分，標準差為16.9。t檢驗結(jié)果為P=0.03＜0.05，說明兩個教學班的平均成績差異具有統(tǒng)計學意義。

表3 實驗班與對照班期末考試成績對比

從表3可以看出，實驗班學生平均成績明顯高于對照班，平均成績高出對照班學生7.9分，比值為113%，高出13個百分點。從知識點和能力考核看，對于知識型題目實驗班學生平均成績雖高于對照班學生但差別不是特別明顯，而實驗班學生在解答分析應用性問題時明顯優(yōu)于對照班的學生。

3.2 教學效果差別成因分析

從上面的教學效果評價統(tǒng)計及檢驗結(jié)果來看，問題導向教學法相較于傳統(tǒng)的講授式教學法有明顯的優(yōu)勢。兩者在學習基礎和學習態(tài)度基本一致的情況下，由于教學方法的不同，在學生對知識點的掌握和分析，解決問題能力的培養(yǎng)上產(chǎn)生了不同的效果，結(jié)果也符合國內(nèi)外研究和教學實踐結(jié)果。

問題導向教學法在培養(yǎng)學生分析問題的能力上優(yōu)于傳統(tǒng)教學法可能的原因包括：第一，引導式教學中學生需要在課前進行充分預習，并在課堂中回答問題并討論，相較傳統(tǒng)教學班的學生在學習上所用的絕對時間會更長，搜索的知識面更廣，要求理解更深入；第二，問題導向教學法引入了討論環(huán)節(jié)，討論是頭腦風暴的一種形式。從心理學的角度來看，這種學習方法有助于長期工作記憶，也有助于創(chuàng)新能力的提高；第三，學生在課堂中回答問題，能夠得到教師的引導，及時糾正分析中的偏差，這會迅速提高學生分析和解決問題的能力。第四，學生之間討論問題和教師對于應用的指導，可以使學生從不同角度來看待問題，有助于學生提高思考問題的廣度和深度。

課程結(jié)束后，學生的反饋也證實了問題導向教學法對學生的影響是多方面的和積極的。學期結(jié)束后，授課教師設計了調(diào)查問卷，對不同教學法下學生的行為和感受進行了追蹤調(diào)查。調(diào)查問卷主要設計了學生的預習習慣、學生喜歡的教學方式、對知識點的理解、課后作業(yè)的完成方式和復習方式及對課程的總體印象等多個方面。從學生對調(diào)查問卷的反饋來看，課堂互動受到了學生的歡迎，兩個班級均有70%以上的學生歡迎這種模式。而且學生們也認為PBL模式有助于提高自學能力，培養(yǎng)了自身主動學習的習慣，提高了解決問題的能力。同時從學生事后能夠回憶的知識點來看，PBL模式也有助于促進學生的長期工作記憶。

4 研究結(jié)論和注意要點

本次研究表明，在“土木工程材料”的教學中，在學生素質(zhì)和學習態(tài)度基本一致的情況下，問題導向教學法比傳統(tǒng)教學法在學生分析和解決問題能力的培養(yǎng)上有更好的效果，學生也能適應問題導向教學模式，說明問題導向教學法可以應用在普通大學生工程教育中。

問題導向教學法對教師的素質(zhì)也提出了比較高的要求，需要教師的知識面廣，對課堂的掌控力強。在傳統(tǒng)教學法下，教師的工作主要是清楚地講授知識點，批改作業(yè)，講解作業(yè)中存在的問題。而在問題導向教學法下，教師不僅要對課堂內(nèi)容進行講解和梳理、管理課堂討論、引領學生對問題進行深入分析和探討，還要就學生討論過程中提出的問題進行解釋和引導，涉及的領域會大大超出該課程的范圍，因此對教師的素質(zhì)提出了很高的要求。同時教師的工作量也比傳統(tǒng)教學模式要大得多。所以在考慮采用該教學方法時不僅要考慮到學生的素質(zhì)，同時也要考慮到教師的能力和時間制約。但總的來說，采用問題導向教學，有助于更好地培養(yǎng)學生的自學能力和分析解決問題的能力，能為社會提供更優(yōu)秀的工程技術人才。