基于問(wèn)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(zhǎng)春 131107）

一、基于問(wèn)題解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境的概念

基于問(wèn)題解決學(xué)習(xí)（Problem-based learning，PBL），最早應(yīng)用于50年代美國(guó)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(qiáng)調(diào)情境教學(xué)，使學(xué)生面對(duì)真實(shí)的問(wèn)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(guò)小組分工和協(xié)作，開(kāi)展自主學(xué)習(xí)和探究[1]。國(guó)外學(xué)者巴羅斯把基于問(wèn)題解決學(xué)習(xí)的操作程序分為五個(gè)階段。第一階段：創(chuàng)設(shè)情境提出問(wèn)題；第二階段：學(xué)習(xí)引導(dǎo)、界定、分析問(wèn)題、搭建學(xué)習(xí)小組；第三階段：探究解決問(wèn)題；第四階段：展示結(jié)果，結(jié)果匯總；第五階段：評(píng)價(jià)和反饋。學(xué)生通過(guò)五個(gè)階段的學(xué)習(xí)開(kāi)展，完成“提出問(wèn)題—分析問(wèn)題—問(wèn)題解決—?dú)w納總結(jié)—評(píng)價(jià)和反饋”一系列的知識(shí)意義建構(gòu)過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生高階問(wèn)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(shí)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(kāi)展各種數(shù)字化學(xué)習(xí)場(chǎng)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(wèn)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(kāi)發(fā)的，具備PBL模式特有操作程序和特點(diǎn)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(chǎng)所。從學(xué)習(xí)者的角度，基于問(wèn)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(huì)環(huán)境，這其中就蘊(yùn)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(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)所使用的各種計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)，如各種網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)環(huán)境。

二、支持基于問(wèn)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(shí)論”和維果斯基的“文化歷史發(fā)展理論”。該理論認(rèn)為知識(shí)不是通過(guò)教師的傳授得到的，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會(huì)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(guò)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(huì)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(wèn)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(huì)話的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，以及如何設(shè)定問(wèn)題解決的途徑和步驟，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)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(shí)具有情境性[4]。情境問(wèn)題就是根據(jù)課程內(nèi)容，從現(xiàn)實(shí)世界出發(fā)，依據(jù)學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)來(lái)創(chuàng)設(shè)。基于問(wèn)題解決數(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(gè)問(wèn)題的真實(shí)情境，通過(guò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題內(nèi)容表征，從而引導(dǎo)學(xué)生理解問(wèn)題，為問(wèn)題解決學(xué)習(xí)的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

（三）以“問(wèn)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(gè)問(wèn)題，利用信息技術(shù)我們可以對(duì)問(wèn)題進(jìn)行內(nèi)容的表征和技術(shù)表征，所謂技術(shù)表征也即問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)。當(dāng)學(xué)生面對(duì)一個(gè)真實(shí)問(wèn)題情境時(shí)，也就是學(xué)生要著手解決一個(gè)真實(shí)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(shí)和多種學(xué)習(xí)策略完成問(wèn)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(huì)以“問(wèn)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(wèn)題庫(kù)系統(tǒng)，并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行表征和呈現(xiàn)，設(shè)定相應(yīng)的教學(xué)策略。

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

基于問(wèn)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(duì)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(yùn)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(guó)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(shí)過(guò)程與人類(lèi)的認(rèn)識(shí)過(guò)程有共同之處，教學(xué)過(guò)程就是教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)的過(guò)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(duì)基本概念、原理、規(guī)則等陳述性知識(shí)的學(xué)習(xí),通過(guò)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)參與發(fā)現(xiàn)知識(shí)的應(yīng)用規(guī)則和問(wèn)題解決策略。針對(duì)課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)實(shí)際，數(shù)字環(huán)境下的操作程序如下。

實(shí)際問(wèn)題/認(rèn)知問(wèn)題——實(shí)驗(yàn)、觀察、類(lèi)比、歸納綜合——猜想結(jié)論、猜想策略——驗(yàn)證反思。針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容結(jié)合不同的方法，比如：實(shí)驗(yàn)法、觀察法、類(lèi)比綜合法等，對(duì)結(jié)論和規(guī)律進(jìn)行猜想，然后再用到其他案例中進(jìn)行驗(yàn)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(guò)程中的引導(dǎo)者，學(xué)習(xí)者通過(guò)“情境”“協(xié)作”和“會(huì)話”實(shí)現(xiàn)知識(shí)的意義建構(gòu)過(guò)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(shí)的學(xué)習(xí)，具有極強(qiáng)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?jī)?nèi)容—形成系統(tǒng)—整體內(nèi)容”的步驟來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。每種學(xué)習(xí)模式在每個(gè)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(duì)各個(gè)局部進(jìn)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(lèi)比的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識(shí)遷移，再形成新系統(tǒng)解決新的案例。

（三）應(yīng)用模式體系

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

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

基于問(wèn)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(wèn)題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)理論出發(fā)，著手于基于問(wèn)題解決學(xué)習(xí)的操作程序和特征，并涵蓋知識(shí)建構(gòu)等多種維度。從內(nèi)容上看，其既有以事實(shí)和原理為主的陳述性知識(shí)，也有以問(wèn)題解決為主的程序性知識(shí)[7]。從技術(shù)上看，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)問(wèn)題表征和呈現(xiàn)，可以對(duì)問(wèn)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(wèn)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(wèn)題模塊

問(wèn)題模塊是實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決的場(chǎng)所，它包括問(wèn)題情境的創(chuàng)建、問(wèn)題的表征與呈現(xiàn)、問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)支持工具以及問(wèn)題庫(kù)。問(wèn)題情境可以引導(dǎo)學(xué)習(xí)者產(chǎn)生問(wèn)題，理解問(wèn)題語(yǔ)義。問(wèn)題的表征與呈現(xiàn)包括學(xué)習(xí)內(nèi)容語(yǔ)義性表征和工具式表征。學(xué)習(xí)支持工具是問(wèn)題工具式表征，通過(guò)學(xué)習(xí)支持工具我們可以針對(duì)不同的問(wèn)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(wèn)題解決經(jīng)常采用的學(xué)習(xí)策略。問(wèn)題庫(kù)的問(wèn)題來(lái)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)欤€有一部分來(lái)自于學(xué)習(xí)者常出現(xiàn)的問(wèn)題及問(wèn)題解決方法和途徑。

（二）學(xué)習(xí)資源

在解決問(wèn)題過(guò)程中，學(xué)生需要用到與問(wèn)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(mén)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(mén)戶網(wǎng)站的知識(shí)內(nèi)容具有系統(tǒng)性，包含的知識(shí)點(diǎn)比較全面，而微課和幕課展現(xiàn)了知識(shí)內(nèi)容的針對(duì)性、多元性、融合性、靈活性等特點(diǎn)，教師可以對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行歸類(lèi)整理后為學(xué)生推送。

（三）學(xué)習(xí)活動(dòng)工具

學(xué)習(xí)活動(dòng)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(duì)學(xué)習(xí)者提出的一些陳述性知識(shí)能及時(shí)有效地進(jìn)行呈現(xiàn)和反饋。問(wèn)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(guò)協(xié)作與交流平臺(tái)，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行交流與商榷。成果展示空間是學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的展示，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)。

（四）學(xué)習(xí)診斷

學(xué)習(xí)診斷是對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程、學(xué)習(xí)結(jié)果和學(xué)習(xí)需求進(jìn)行診斷的重要場(chǎng)所，通過(guò)判斷學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)需求，進(jìn)行學(xué)習(xí)過(guò)程分析和問(wèn)題解決分析，同時(shí)監(jiān)控學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程。通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)者在線學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、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(yǔ)音、動(dòng)作、表情等學(xué)習(xí)情感數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析為學(xué)習(xí)者提供個(gè)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(duì)學(xué)習(xí)各模塊功能實(shí)現(xiàn)管理的場(chǎng)所，也是學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)個(gè)人事務(wù)管理的場(chǎng)所。可以對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)籍進(jìn)行注冊(cè)和修改、對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)足跡、交互頻度等學(xué)習(xí)行為進(jìn)行記錄，便于對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)進(jìn)行多元化評(píng)價(jià)。

五、支持基于問(wèn)題解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境模型可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)進(jìn)行平臺(tái)系統(tǒng)開(kāi)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(kù)，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)功能。

（一）“PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境”中問(wèn)題解決過(guò)程的實(shí)現(xiàn)

PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境以“問(wèn)題”為導(dǎo)向，由學(xué)習(xí)者、問(wèn)題庫(kù)、學(xué)習(xí)支持、問(wèn)題解決過(guò)程共同支撐問(wèn)題解決過(guò)程的實(shí)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(wèn)題庫(kù)中問(wèn)題表征會(huì)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(wèn)題、問(wèn)題探究、問(wèn)題解決和問(wèn)題應(yīng)用等過(guò)程后又會(huì)產(chǎn)生新的問(wèn)題，又開(kāi)始新一輪的問(wèn)題解決過(guò)程（如圖2）。

（二）PBL數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)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)。客戶端直接面對(duì)學(xué)習(xí)者用于問(wèn)題解決學(xué)習(xí)，通過(guò)客戶端平臺(tái)學(xué)習(xí)者就可以實(shí)現(xiàn)所有的學(xué)習(xí)與交流活動(dòng),包括學(xué)習(xí)用戶的注冊(cè)、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(kù)的操作，當(dāng)客戶端在響應(yīng)用戶操作時(shí),通過(guò)調(diào)用Web Service與Web服務(wù)器進(jìn)行交互,在Web服務(wù)器的支持下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)和客戶端的傳輸。一般采用Sql Server類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)Asp.Net實(shí)現(xiàn)Web Service對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)訪問(wèn)。其代碼實(shí)現(xiàn)為：

圖2 問(wèn)題解決學(xué)習(xí)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)

2.數(shù)據(jù)同步技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)PBL數(shù)字學(xué)習(xí)平臺(tái)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(tái)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(kù)中建立一張數(shù)據(jù)表t_opertion，專門(mén)用于記錄客戶端對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)其他表的操作，客戶端也同樣有一個(gè)類(lèi)值My Classes子包中的MyUser類(lèi)，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(lèi)的值也發(fā)生改變，以保證數(shù)據(jù)同步。

六、結(jié)束語(yǔ)

基于問(wèn)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(jì)理論、信息技術(shù)等多學(xué)科相互融合的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)和構(gòu)建的。在實(shí)踐中，如何把基于問(wèn)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(wèn)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(diǎn)問(wèn)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(wèn)題解決的學(xué)習(xí)促進(jìn)有效理解的應(yīng)用研究”中，對(duì)基于問(wèn)題解決數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建進(jìn)行了實(shí)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(jìn)一步的研究與實(shí)踐。