PBL教學模式在信息技術課程中應用的研究

牟連佳　李丕賢

摘要：基于問題的學習（PBL）是圍繞開放式的、以學生為中心的問題而展開學習，在教師的輔導下達到課程的學習效果的一種教學方法。無論上的是什么課程，信息技術領域的每一位教師都要努力使其學生能深入研究解決問題，并進行深刻的批判性思考。課程的學習成果之一是培養學生獨立地解決問題的能力，適當的教學方法是可以取得該成果的。只要我們致力于尋求為提高能力所支持的教學方法，就可以使學生提高其分析、解決復雜問題的能力。我們尋求的基于問題的教學方式可以適用于信息技術的各門課程。特別是，本文所研究的方法可以作為非計算機專業（如人文學科）實現計算機創新教育的一個有效途徑。

關鍵詞：基于問題的學習（PBL）；信息技術課程；教學方法；信息技術引領（ITL）

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）37-0253-06

一、前言

基于問題的學習是這樣一種教學方法，它圍繞開放式的、以學生為中心的問題而展開學習，在教師的輔導下達到課程的學習效果。該教學方式是面向認知的建構主義認識論，該認識論從研究與經驗中得出結論：學習者可以通過將教學材料與其實際經歷相關聯的方式學到更多的知識，而且這種經歷可以培養學習者將所學內容概念化的能力。建構主義提倡經驗性、主動性、協同性，且主張提供能培養解決問題能力的學習機會。[1]本教學方式的目的在于使學習者不再被動地吸收與機械式地重復信息，而是積極參與到學習內容中去，并與他人一起進行研究，將學習內容與個人經歷相關聯，并用所學到的相關知識解決問題，因而其最終目的是開發批判性思考的能力。

當然，這就意味著學生是學習過程的主動參與者。勢必帶來的結果則是傳統課堂結構會變得更加寬松，使學生以其認為合適的而并非教師心目中具體規定的方式來獨立思考問題。的確，可以使用各種方法來執行一項智力任務并掌握在執行任務過程中所用到的知識。因而，學生需要以自己的方式來自由構建知識體系。這并不意味著這個過程不受任何結構的約束，相反，它是用相對寬松的結構使學生可以在授課教師的指導下朝著不同的方向進行學習。當然，有許多達成這一學習方法的教學方式，而對我們最有幫助并能培養批判性思維能力的教學方式則是PBL。

PBL最早在醫藥學教育領域中被廣泛采用[2]。具體而言，該方式使學生從“信息收集”轉變為“意義構建”。近年來的許多文獻明確闡述了這一教學方式，并在醫藥學教育領域以外的其他探索領域內對這一方式進行了具體討論。例如，在一份基于問題學習的跨學科期刊中登載了一篇關于PBL要素的重要介紹性文章[3]。

PBL為我們的課程內容提供了相關背景，這意味著各課程所明確的獨立概念被匯聚起來用以解決問題，這些問題通過作業派發給學生供其研究。一個重要的區別是，PBL提供具體問題讓學生來解決。這與進行項目研究不同。

我們對于信息技術課程的項目的優點已理解的很透徹：比如學生參與度可以增加，與專業實踐的聯系更為緊密等。通常的做法是給學生派發項目，以此作為了解其學習情況并對學習情況進行評估的方式方法。但這里的重點是，我們要認識到我們不單單是進行項目研究，還要利用課堂所學的內容知識來解決項目中的具體問題。

學生利用所學內容與其自身經歷來建構與待解決問題有關的知識體系，這一架構則是此研究過程的重要組成部分。PBL與基于項目的學習相似之處在于其共同的目標都是為了成功地完成任務。然而，不同之處在于項目通常具有教師所給出的更為清晰目標的體系，而問題注重的則是在明確成果與成果參數中間學習者所起到的作用。[3]

在實施PBL時，我們需要盡力幫助學生將問題置于其課程內容的環境中，以此方式來尋找解決問題的方案。通常情況下，是以小組形式呈現的，但個人也能有效地從事項目中的工作。該過程確實不易，其中為學生設置需要解決的優質問題是進行有效教學的關鍵步驟。

在學生解決問題能力培養的開始階段，所設問題需要通俗易懂，而在學生作業完成的過程中，將逐步變為非良構的問題。設置有價值的問題是有難度的，尤其是在特定課程中對學生所掌握知識的差異性進行考量之時，在這個過程中教師必須多花時間。此外，PBL要求多花精力直接與學生接觸，因此，在學生解決問題的過程中，教師必須對學生提供指導。在學生可以獨立思考之后，教師提供的指導逐漸減少，但是在初級階段，導師必須努力完成其指導角色。

雖然PBL可以應用于任何學科，但是其對信息技術學科的吸引力是顯而易見的。這一學科的許多課程，比如程序設計或軟件工程，其教學的本質就是為了傳授解決問題的方法。隨著信息技術領域的高速發展，學生了解如何成為成功的獨立學習者也就成為令人關注的問題。我們尤其要重視可以使畢業生能夠自學新技術并能將所學與其解決問題工具之儲備庫相融合的教學方法。在美國計算機協會計算機科學課程臨時修訂版[4][5]中，對計算機科學專業畢業生的5個特點進行了說明，即系統化視角、理解理論與實際相互作用、熟悉常見主題與原理、大量項目經驗、注重思維嚴謹及適應性。PBL方式直接為后兩項特點提供了支持，并通過對問題進行嚴謹的選擇，可以使得這一方式也能起到對前三項特點進行開發的作用。

二、在課程中應用PBL

PBL通常被描述成在單一課程中的應用。鼓勵教師在開始階段給學生出些簡單的問題，然后逐漸增加難度，不再提供具體的指導。我們希望在課程結束后，學生將能解決現實世界中的問題，甚至在理想的情況下，能夠解決他們為自己挑選的更為廣泛的具體問題。學生將在其學習中有更多的權利，并在經歷實際問題的解決過程中遇見意想不到的難題與困境而無所畏懼。這個愿景確實很吸引人，然而在面對一般大學課堂的實際情況之時，單純應用PBL教學方式就有一定的挑戰性了。

通常，學習信息技術專業課程的大學生都對其將要使用的特定工具感興趣，并希望創建在學習課程的過程中所生成的產品。這是很正常的想法，實際上這種想法讓學生有動力去從事復雜任務，但很少有學生是帶著成為解決問題高手的明確意圖來上課的。對于解決問題的一般技能的深度理解會在他們日后的課程學習中，或在畢業進入工作單位后才會出現。因而將這些技能作為我們課程的中心學習就存在一定的挑戰性了。

我們可能從學生中聽到的最多的抱怨之一就是他們總被要求做一些“沒有人告訴我們怎么做”的事情。這種抱怨的意思是雖然我們向學生們說明了解決問題所需要的各個方面，但我們并未向他們說明如何將這些方面整合為一體來達到他們的目標。從教師的角度來看，這種做法是有意為之的。教師期待學生遵循的過程是按照教師教授的內容加以演練的過程，但現在我們卻邀請學生去探求在新的背景下這一過程如何應用。如果沒有這一過程，卻要求對可能的解決方案進行試驗，尋求確定該解決方案是否有成功的途徑，那么學生將無法成為獨立尋找解決方式的問題解決者。所以這一過程很有必要。

但是，注重PBL所倡導的獨立解決問題能力與學生自我指導的探求過程的矛盾會導致新生在面對準予他們的靈活度時感到不知所措。學生中可能有這樣的想法，作業是要求他們解決高度結構化的問題，與向他們講授的那些對應高度的穩定知識類似，應該用相同的步驟，再做一些小的改動，這些作業問題就可以解決了?，F在要將問題分解成幾個層面后再尋找解決方案，學生們可能會對這其中的復雜程度感到陌生，尤其是當問題的某一方面在對應的良好解決方案做出定義之時。必須指出，為了清楚學生和教師對何為問題的認知差異，以及學生與教師對文化沖突理念認知的觀點，這樣的做法都是很有必要的。

PBL在學習的初始階段可以看成是一種工具，通過向學生展示某一種問題定義模型及解決方案可以彌合文化認識上的差異。教師要向其學生介紹該技能，并幫助他們培養解決問題的能力。然而，讓學生感到一定程度的沮喪及具有一定程度的不確定感也是一種適當的做法，重要的是教師要求學生作出的創造性躍變要在學生已掌握的能力范圍內，并且學生通過自己的合理努力能夠發現通往成功之路。我們面臨的挑戰是既要讓學生經歷挫折，但又不能讓他們因為重挫而放棄努力。PBL所提供的架構（尤其是在課程體系內的多項課程之間應用時）可以有效地引導學生通往成功之路。

考慮到所謂解決問題處于所有學術教學及全部課程的中心，尤其考慮到多數大學新生的能力起點相對適中，期望學生在一門課程的學習中就能熟練掌握解決問題的技能不太現實。要將解決問題的能力視作需要長期（很可能是在學生的整個大學生涯期間）培養的能力更為可取。對于解決問題的初學者來說，讓他們知道解決一個問題的方法不止一種，而且鼓勵他們去探索解決問題的方法，那就已經邁出了讓他們意想不到的重大一步。然而，這一步將為學生們在后續課程中取得成功奠定了基礎，因為這些后續課程必須以先期掌握PBL的原則為先決條件。由于這個原因，應該建議將PBL用作整個課程體系的基本框架。

將PBL與整個課程體系相結合還有另一個優點，即該方法為學生提供了一個進行自我調控學習的絕佳機會。一旦得到了這個機會，學生在自我調控學習中就得到了理想和明確的課堂任務支持，以實踐必要的自我學習管理技能，包括時間管理、目標意識以及在其學習過程中合理利用同伴和教師所提供的支持。[6]正如培養解決問題能力一樣，自我調控學習能力也必須隨時間的推移而慢慢培養，可以利用模擬問題分解過程的課堂活動向學生演示學習的一般過程。

此外，針對上述的一些采用PBL課程的新生可能會產生不知所措的情緒，所以應該準備在整個學科內的所有課程中應用PBL方式，因此應該向學生說明該方式是信息技術課程學習的有效方法，并在日后的課程中只要愿意采用該方式就不需要太多的指導。PBL的實踐者可能會有這樣的擔心，如果在初級課程中應用PBL而不在高級階段課程中應用，那么當學生回到傳統的授課模式時，先前所顯現的積極的累積效果就可能會被抹殺。

因此值得注意的是，以問題為基礎的課程教學意味著授課教師要對其職責的重大承諾。我們在上文已經討論過，對學生靠自己努力來解決問題的過程進行指導時可能需要花費大量的時間。當鼓勵學生尋找解決問題的策略時，教師必須有計劃地在本學期中多花時間為學生提供幫助。基于上述原因，以問題為基礎的課程在全體教師的自覺努力下才會更有成效，所以這就需要對額外的工作量予以承認和支持?？梢栽诹私夂妥鹬豍BL義務的前提下來決定和規劃課程的工作量（尤其是在初級入門階段）。

在一種專業中全程實施PBL方法的時候，建議教師應該首先明確地設置入門階段課程，向學生介紹解決問題的過程；還要強調說明，可能會要求他們以自愿探索和創新的精神來解決新的問題。在中期階段的課程中，教師還要針對具體問題應有的解決方法提供一定程度的指導，并給學生們留下適當的創意空間由其發揮。在學生進入學位課程學習之時，要求他們解決的問題的復雜程度會逐步增加，而所提供的指導也會相應減少。在學生大學生涯將要結束之時，目標是讓學生們可以利用最后整個學期努力所學來解決問題，且完全能夠控制問題解決的過程，并最終取得達到現實標準的結果。

三、信息技術引領與人文學科

針對人文學科的特點，建議在相應各學院中成立信息技術引領（ITL）教研室，它是從較為傳統的IT與計算機科學課程中選擇某些課程來設計與人文學科高度結合的跨學科的信息技術專業。ITL專業要求學生根據自己的意愿來選擇實現其長期目標的課程，取決于他們是打算從事與技術直接相關的職業還是技術技能只起到重要輔助作用的職業。選擇這個教學計劃的大學畢業生此后繼續深造的研究生課程包括信息安全、IT管理及娛樂技術。他們中有些人將從事傳統的編程與系統管理職業，也有些人將從事創業投資活動，進入人力資源及科技寫作等分支。通過向學生提供靈活性較大的課程來幫助學生實現各類不同的就業目標。

ITL專業的重要課程可以從以下三個不同側重點的高級課程中任選或作為輔修課程任選（根據人文學科的特點，這些課程的數量、內容及深度都不同于計算機專業應該相應地調整和減少）：計算機技術（涵蓋數據結構、安全、人工智能與系統分析）、數據發現（涵蓋數據挖掘技術、地理信息系統、高級數據庫以及基于網絡的數據庫開發）及新媒體（涵蓋數字圖像、數字視頻、網站開發與平面設計）。這樣的靈活度使學生可以建立起對其有益的上述學習領域之間的聯系，還能為學生不同的職業目標提供支持。此外，我們要盡最大努力來縮短選修專業所要求的預備知識鏈條，讓學生們可以從多個進入點開始課程的學習，也可以讓他們在確定自己在這個教學計劃中的興趣點時，能夠盡早開始學習令他們最感興趣的課程。

考慮到這些終極目標，我們所有的課程都應該具有三個基本的重要學習目標。首先，學生將能夠詳細了解計算的跨多學科特性。第二，畢業生將具有極強的領導能力，包括與同伴及非技術人員的技術交流能力以及項目管理能力。第三，學生不僅能夠利用特定的技術技能解決熟悉的一般問題，還具有熟練且靈活的解決復雜問題的能力。

在上述的課程體系中，將允許學生從三個不同側重點的課程中任選課程，以形成一個內部組合嚴密的主修專業課程體系。通過提供這樣的主修專業課程，將要表明，無論學生所選的課程的側重點如何，都將有一套所有學生通用的知識與技能體系，而且該知識與技能體系還能為各側重點的課程中特定領域的學習提供支持。例如，每位學生都將接受對計算編程、數據庫以及人機互動的教學。將培養解決問題的技能視作主修課的核心主題，并在此過程中將計算作為一種工具使用。鑒于技術的快速發展，試圖教授畢業生在未來職業中所需要的特定技能不太切合實際，這在跨學科課程中尤其如此。因為我們無法預測我們的學生將來應用其專業知識的具體領域。通過重點培養在各個領域中都會使用的解決問題的基本技能，我們就能使學生有能力解決其可能遇到的各種問題。

四、PBL的人文學科IT課程設計

信息技術引領（ITL）專業的課程體系是在整個專業范圍內全程應用PBL。采用該方式，我們將會發現，隨著ITL課程體系的進展，在要求學生學習不同級別的課程時將能夠解決不同類型的問題。在一年級，學生通常完成的是需要采用具體技能的小型練習，隨著課程的深入，他們就開始將這些特定的技能結合起來以解決更為復雜的問題。在課程后期，會給學生派發更大的問題讓其解決，而教師通常會指導他們如何將這些問題分解成其更為熟悉的小問題，并將明確地描述成功的解決方案。

當課程進展到二年級時，則開始要求學生在課后主動對具體技能展開練習，并開始使用問題解決法，但是在大問題的解決上，仍須教師給出具體的指導。對成功的解決方案的特征還要給出相當清晰的指導。當學生進展到三年級課程時，則要求學生們利用其早先課程學習中所獲得的技能對開放型問題找到解決方案，同時獲得教師的反饋，以保證其不偏離正確方向。小型作業的數量在減少，同時要求學生能從需要解決的大型問題中分解出子任務與技能。學生們要承擔重要的責任，他們要對正在解決中的問題進行設計，并自行判斷什么才是可能的成功解決方案。

PBL在ITL課程體系內的最高級應用是在名為“服務性學習項目管理”的四年級頂級課程中的應用，要求所有學生參加。頂級課程要求所有學生在無事先對問題分解指導的情況下完成解決全方位的問題。具體來說，學生通過以小組合作的形式解決當地非盈利性組織的計算需求，以此作為服務性學習項目的重要內容。到了課程的這個階段，學生們已經具有完成項目設計的各種技術技能，他們所面臨的更大的挑戰在于演練項目管理技能，并且能夠自行確定如何管理整個問題解決的過程。

為了通過實例來說明如何在整個課程體系范圍內全程實施PBL，下面主要談談在重點計算機科學課程設計中如何一步一步地引導學生成功地完成高級獨立解決問題的任務。下面的表中給出了一些問題的例證，但是在這些表中并沒有囊括學生可能會遇到的所有問題。只是重點研究了各門代表性課程中所設計的最重要項目。

代表性課程：程序設計導論（在1年級）

問題舉例：利用線程與數組執行旋轉行星的命令。（這是在完成了幾項短小的作業之后所指派的期末課程作業項目）

代表性課程：數據結構（在2年級）

問題示例：組成二至三個學生團隊，在所提出的項目中，分別選擇一項需要一定程度數據操控的項目，然后創建一個有效的應用程序，如：職工信息檢索系統。（這是在完成了若干項傳統作業之后進行的大型課程項目。）

代表性課程：人工智能（在3年級）

問題示例：將學生分為三至四個團隊，提出并實現需要使用一種所學的AI算法的項目，如：機器人路徑規劃。（這是在完成了若干項傳統任務之后制定的重大課程項目。）

代表性課程：服務性學習的頂級課程（在4年級）

問題舉例：組成三至四個學生團隊，設計并實現當地非盈利組織所面臨的現存技術問題（這是單一課程項目，為期一學期）。

如前所述，在程序設計導論課程中，利用與教材直接相關的課堂活動對每項概念進行實踐，而每周的作業則通常是要求學生結合其中的幾個概念來解決一些小問題。隨著課程的深入，課堂活動通常是向學生派發更為寬泛的問題讓學生嘗試著解決，學生要花費時間思考這些問題，在教室前面講述其問題解決的過程，還需要編寫代碼，當然剛開始會走彎路，還要修正錯誤。這些課堂和作業活動向學生提供了必要的架構，使其可以成功地解決課程結束時所遇到的更大的問題。

在數據結構課程中，當要求學生制定解決問題的方案時，須明確告訴學生回想一下在程序設計導論課程結束時所給出的說明，并以此來建立方案模型。這樣學生不僅具備了應該完成的任務的模型，還能體會到將問題看作是有條理且有序步驟的集合的益處，因此他們就不會將任務看成是額外負擔，使他們可以循序漸進地切實開展項目。

在2年級和3年級課程的教師與學生團隊的互動中，這一模式仍然持續。就拿前面描述的那個關于信息檢索系統的數據結構項目來說，考慮到課程的內容，該項目將重點置于存儲和有效地評估對每個人所采集的數據上面?？紤]到學生的知識水平和項目的時間框架，這個項目的規模很容易被擴展到無法控制的程度，于是教師須付出很多努力將項目的范圍控制在合理的水平上。因為他們并不認為學生們已經具備了預測在所制定的時間期限內利用已經學到的技術能夠完成或不能完成什么工作的能力。

相反，教師的角色是對接下來所需要完成內容的進度報告和建議書進行實況核實。這一項要求還非常適用于3年級的人工智能課程。在3年級人工智能課程背景下，不僅由于課程主題更由于課程級別所致，可以期望學生能自行確定何為適當的項目范圍。當然，盡管仍然能夠得到教師的指導，但是可以預期學生們能夠設計出一套他們自己認為合理的特征集。這樣學生不僅有責任找到問題的解決方案，還有責任對問題本身進行界定，這通常是學生在解決問題過程中會漏掉的一項重要任務。

上文所列的表格中闡明了計算機技術側重點中的四門課程在ITL課程體系下解決問題的課程設計，只要對課程內容做出些許更改，保留同樣的指導等級與學習目標細分方式，這個設計就同樣適用于新媒體及數據發現側重點的課程。實際上，由于ITL專業的1年級課程要求所有側重點課程的學生全部都參加，因而能確保所有學生都能在得到詳細指導幫助的同時還能獲得相同的解決重大問題的初步經驗。而所有三個側重點不同的大四下學期的學生也都參加同一課程，并與其他側重點課程的學生混合組隊一起研究問題，這樣4年級頂級課程仍然為經驗共享課程，這樣我們就可以堅信我們的方式是會成功的。無論學生選擇了哪一個專業方向，都必須學習這門培養獨立解決實際問題能力的課程。

4年級頂級項目對使學生最終能夠解決的實際問題類型進行了匯總。與其說這些項目是一門課程的最終產物，不如說它們實際上是整個ITL課程體系的最終產物。這個階段所提供的課程指導是為了幫助學生完全實現在現實世界背景中應用其解決問題的能力。雖然一開始，學生們可能并不認為解決問題是一項必須學習的技能，但是到了畢業的時候，他們將能對此問題進行充分討論，還能夠就如何使其解決問題的策略與其團隊和客戶的需求相適應進行充分討論。

五、結束語

只要高年級學生能在其頂級課程中獲得成功，將會使我們對整個ITL課程體系的成功充滿自信。頂級課程項目要求學生界定他們需要解決的問題，找出能夠在一學期的時間內可以利用現有資源實現的解決方案，然后交付解決方案?？梢詧孕牛瑢W生們只要具備了對其問題解決過程的解釋能力，這些都是積極的信號，說明我們的課程能夠幫助學生培養獨立解決問題的能力。

從課程的整體評價角度來看，必須保證，我們所設計的所有課程都能促進自主學習，這對工作世界十分必要。現實中的問題是，學生只有能對范圍和結果做出界定才能獲得成功。在解決問題的過程中需要確定哪些任務是可以實現的以及如何才能實現這些任務。而且，做項目時要有“獨創思維”或“批判性思維”，另外，在從事科研的時候必須要有創新性的工作。并且，作項目時我們必須確定完成任務的人選、完成任務的時間、小組會面的時間，等等。這樣的經歷與其說是在做項目，不如說是在解決問題，因為最終的結果是面向公眾的，與其他項目任務相比，有一種更“現實”的感覺。同樣，在職場中，每天都會面對人員管理的問題，都會相當明顯地涉及到適應能力、個人與項目的關系、項目的權屬等話題，而在有了做規劃的經驗，它將會給予學生很大的幫助。

我們期望學生對實現的PBL效果都有準確的理解。相信自己已經成為優秀的問題解決者，了解自主學習的作用，并重視良好的解決問題能力以及對于現實社會的適應能力。當回顧過往學習經歷的時候，他們會知道自己的解決問題的能力是如何隨著課程的進展而逐步建立起來的，意識到使他們在高級階段課程中取得成功的不僅僅是那些與內容相關的必要預備知識，還有他們在所有低階課程中所獲得的綜合基本技能，這使得他們將在學業即將結束的階段以及日后的工作中能夠圓滿地解決實際問題。

對于前面所舉的四個例子在現階段可能不適應我國目前非計算機專業學生的實際情況，但是從計算機教育發展的眼光來看，這是實現計算機創新教育的必由之路，現在就應該給予足夠的重視和研究。[7]

參考文獻：

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