基于PBL问题体系建构及情景创设研究

刘 超，宋 欢

(江西师范大学 计算机信息工程学院，江西 南昌 330022)

基于PBL问题体系建构及情景创设研究

刘 超，宋 欢

(江西师范大学 计算机信息工程学院，江西 南昌 330022)

本文在阐述基于改进PBL教学策略实现教学目标的结构基础上，分析课程问题体系结构与教学内容之间的关系，提出了课程问题体系的构建方法。以独立完整知识的组成要素为基础，讨论了知识问题分类及其问题情景创设途径。以“计算机体系结构”教学内容为例，建构问题体系，创设问题情景。

基于问题学习；教学策略；问题体系

0 引言

Barrows教授依据建构主义教学理论提出的基于问题学习PBL(Problem Based Learning)的教学理念，通过直接呈现问题、进入问题情境开展学习，特别适用于容易搭建问题体系、建立假设空间的诸如“计算机体系结构”课程的教学[1-2]。

转变知识建构主体、丰富教学设施、优良师生素质和多样教学体制是PBL教学理念实现的基础条件。目前，高校教学管理仍以班级授课为主，一般高校本科学生的学习主动性与基础能力欠佳，使得PBL教学理念难以实现[3]。

如何借鉴PBL教学理念，根据一般本科高校学生的实际改进PBL教学策略，以促进教师教学研究，提高学生学习兴趣，改善学生学习态度，是PBL应用的必然途径。对于改进的PBL教学策略，“构建问题体系、创设问题情景”是教师课程教学研究的关键任务。

1 改进的PBL教学策略

教学策略由组织策略、传递策略和管理策略等三部分组成。

组织策略是教学内容的分解及其排序，教学内容的取舍依赖于教学目标和学生特点[4]。教学目标是制订教学策略的基础之一，课程的教学目标从低到高可分为知识掌握、能力培养和情感培育等三个层次，知识源于教学内容，能力培养表现于知识掌握的过程与方法，情感培育隐含于知识掌握与能力培养的过度之中[5]。知识掌握与能力培养是显性目标，在教学过程中，需要操作且可控制评价；情感培育则是隐性目标，在教学过程中，无需操作且不可控制评价[5]。特别地，情感即学科情感，情感培育目标即是培育学生对学科知识与能力的态度与价值观，是教书育人的重要途径[5]。

管理策略是组织策略与传递策略的有机集成与融合。

改进的PBL教学策略的教学活动流程为：①搭建问题体系与创设问题情景→②组建研讨小组→③提出问题与引导简介→④内容预习与问题研讨→⑤陈述假设空间与解决方案→⑥精讲点评→⑦复习反思与方法研讨→⑧陈述解决方法并点评梳理→⑨导出新问题后重复③～⑨。它包括9个教学环节，其中③“提出问题与引导简介”即是问题呈现，问题呈现的质量取决于创设的问题情景[3]。对于改进的PBL教学策略，教师课程教学研究的关键任务在于：根据教学内容的分层时序结构，构建相应的问题体系，并对问题创设情景，同时也是教学目标实现的基础。基于改进PBL教学策略实现课程教学显性目标的结构如图1所示。

图1 课程教学显性目标的实现结构

2 课程问题体系的结构及构建方法

教学内容通常是按章、节、点等三级来分解组织，因此教学内容体系一般采用具有课程、章、节、点等四层的树来表达。由课程教学显性目标的实现结构可知，问题体系是由教学内容体系决定的，即依据课程、章、节、点的教学内容，依次提出相应层次的问题，且下层问题是上层问题的分解。一门课程是依据专业培养目标来设置的，与课程对应的问题可称之为全局层问题；章一般是从概念角度对课程教学内容分解，与章对应的问题可称之为概念层问题；节一般是从过程方法角度对章教学内容分解，与节对应的问题可称之为方法层问题；点一般是从实现角度对节教学内容分解，与点对应的问题可称之为实现层问题。因此，课程问题体系可以采用具有全局、概念、方法和实现等四层的树来表达，对应的问题可分为全局层问题、概念层问题、方法层问题和实现层问题，如图2所示。

图2 课程问题体系的四层树结构

由课程、章、节、点的教学内容，提出全局层、概念层、方法层、实现层四层树结构的过程中，存在两种映射关系。一是“一对一”，“一对一”映射关系是指一项课程、章、节、点的教学内容对应能提出全局层、概念层、方法层、实现层中的一个问题，例如，点教学内容与实现层问题之间一般是一对一的：“流水线的表示方法”这一点上的教学内容能对应提出一个实现层问题,即“为便于分析计算机中流水线的功效，如何利用文字与图表来表示”[2]。二是“一对多”，“一对多”映射关系是指一课程、章、节、点的教学内容能对应提出全局层、概念层、方法层、实现层中的多个问题。课程、章、节教学内容与全局层、概念层、方法层问题之间一般是“一对多”的。如“流水线基本概念”一节教学内容对应提出二个方法层问题, 即“计算机工作为什么采用流水线方式”、“计算机采用流水线方式工作时有什么要求”[2]。

以教学内容的定位思想为基础，由全局层、概念层、方法层提出的问题体系，可以导出章、节、点教学内容，如由“计算机体系结构”全局层问题可以导出课程整体结构。由二个全局层问题：“软硬件功能如何分配”和“硬件功能采用什么技术方法实现”导出“计算机体系结构”课程教学内容的定位：以通用并行处理技术为主，单处理机的结构组织为辅。由“软硬件功能如何分配”问题，则导出“计算机属性优选技术”一章[2]；由于硬件功能是对数据进行加工、存储和传输，由“硬件功能采用什么技术方法实现”问题，则导出“流水线技术”、“存储组织技术”和“互连网络技术”三章[2]；在加工、存储和传输等三个硬件功能中，加工技术与存储技术的应用，涉及部件的结构组织，存储技术与存储部件的结构组织融于一章，加工技术(即流水线技术)与处理机结构组织则分离，从而增设“指令级高度并行处理机的组织”一章[2]，附加“计算机体系结构导论”一章，为上述各章学习奠定基础[2]。问题体系与教学内容之间的结构关系如图3所示(上半部分)。

3 问题分类及情景创设途径

一个相对独立且完整的知识，无论难易、繁简、深浅，一般由事实前提、基本观点、特有概念、主导规律、方法技术和应用实现等六个要素组成[6]。

事实可以是已有的、理论的或反常的(目前难于解释)；观点则是对事实本质的概括；不同的完整知识存在不同概念(集)，集中不同概念之间的关系则是规律，是观点的进一步发展与具体化；方法技术是指规律建构的方法与技术；应用实现则是方法技术在特定概念领域或对象中的应用实现。显然，相对独立且完整知识的六个组成要素都是知识，可称之为元知识，而相对独立且完整知识则称之为整知识，整知识是六个元知识的集合。“计算面体系结构”课程与章的教学内容一般是一个整知识，包含六个元知识。如“流水线技术”一章的六个元知识为：①“流水线技术”在工业生产中广泛应用是已有的事实；②“生产率得到极大提高”是一个基本观点；③由此提出了“指令流水线”和“吞吐率”的概念；④规律是“指令流水线”可极大提高指令处理的“吞吐率”；⑤而“相关处理”是提高“吞吐率”的方法；⑥“指令流水线结构”是“流水线技术”与“相关处理方法”在指令处理中的应用实现[2]。节与点的教学内容则是对整知识包含的要素的阐述——元知识，如“流水线基本概念”和“线性流水线的性能及其分析”二节是对“指令流水线”的事实前提、基本观点、特有概念、主导规律等知识要素的阐述[3]。知识是教学内容提炼与升华，基于问题学习的教学策略是从问题出发，通过系列教学活动使学生获取知识。那么，从问题获取的知识特性来看，问题亦可分为整问题和元问题。显然，全局层和概念层的问题是整问题，方法层和实现层的问题是元问题，问题体系与知识特性之间的结构关系如图3所示(下半部分)。由于观点是事实的概括、规律是概念间的关系，事实与观点问题、概念与规律问题往往是同时呈现的，则元问题分为事实观点问题、概念规律问题、方法技术问题和应用实现问题等四种。

图3 教学内容、问题体系与知识特性间的结构关系

问题情景是指教学中个体觉察到的一种有目的但又不知如何达到的心理困境，其基本功能在于：一是激活学生的问题意识,形成基于问题解决的学习任务；二是使问题与学生原有认知经验发生联系,利用现有认知经验去“同化顺应”新知识[7]。同一问题的不同情景，其功能实现的程度不同，即情景的有效性不同。为了提高情景的有效性，依据情景特性，问题情景创设方法主要有悬念式、质疑式、矛盾式、递进式、开放式、对比式等[7]。而任何问题情景均需要一定的素材为基础，同一素材可采用不同方法创设问题情景。因此，依据素材特性，问题情景创设分为基于实验、基于事例、基于知识和无基直呈四条途径。基于实验途径是将问题蕴涵于实验内容之中，以实验直观提供的感性信息为素材来创设问题情景；基于知识途径是利用学生原有专业知识，以新旧知识之间的关联性为素材来创设问题情景；在现实生活、工作和生产过程中，蕴涵着一定的概念规律和原理方法，基于事例途径则是以客观实际事例为素材来创设问题情景；无基直呈途径是以问题本身为素材，以通俗易解的多媒体等形式直接呈现。

不同知识问题可采用不同途径来创设问题情景，但一种问题情景创设途径并不一定适用于任何知识问题。对于整问题，一般可以依据课程教学内容的特点来创设问题情景。由于“计算机体系结构”课程教学内容理论性与抽象性强，难以利用基于实验途径来创设问题情景，利用新旧知识的联系创设问题情景则可易于学生理解。如“流水线技术”一章，学生在“计算机组成原理”课程中已掌握了冯·诺依曼计算机的程序指令是“顺序驱动，串行处理”的，而在“汇编语言程序设计”课程中又了解到8086CPU的程序指令是“顺序驱动，重叠处理”的，由“串行处理”改进为“重叠处理”的优势、需要什么技术支持、还存在什么问题等，展开该章问题情景的创设。整问题是基于事实与观点而提出的，事实观点元问题情景包含于整问题情景之中。对于概念规律、方法技术和应用实现等元问题，则可采用基于事例、基于知识和无基直呈等途径创设问题情景。如非线性流水线的调度方法，则利用一条非线性流水线处理多个任务来直接呈现问题；指令流水线的实现结构，则可通过具体的流程加工生产线事例创设问题情景等等[2]。

4 结语

本文以“计算机体系结构”课程为例，阐述了根据课程问题体系的结构和建构方法，可搭建与课程教学内容相适应的问题体系；而依据问题情景创设途径与方法，可有效创设问题情景，达到预期目标。

[1] 李东，张英涛，宋颖慧等.“基于问题的学习”及其在计算机组成技术教学中的应用[J].北京:计算机教育.2011,25(22)：43～46.

[2] 刘超.计算机体系结构(第二版)[M].北京:中国水利水电出版社.2010.

[3] 刘超，高荣旭.“基于问题学习”教学策略的改进研究[J].沈阳:高等农业教育.2015,(7):49～52.

[4] 王小莉.基于建构主义的“PBL”教学法探讨[J].广州:南方医学教育.2010，(2)：19～21.

[5] 李晓文，王莹.教学策略[M].北京：高等教育出版社，2000.

[6] 陈洪敏.科学知识体系的结构与演化规律[J].临沂:临沂师范学院学报.2003,25(2):51～54.

[7] 徐宾.有效问题情景的基本特征与创设策略[J].长春:现代中小学教育.2007,(5):37～39.

Studies on Situation Design and Construction Based on PBL Problem System

LIU Chao , SONG Huan

(CollegeofComputerInformationandEngineering,JNU,Nanchang330022,China)

On the basis of introducing the teaching goal's structure based on modified PBL teaching strategy, the relationship between curriculum system structure and teaching content were analyzed, and construction method of curriculum problem system are put forward.In addition, based on the elements of independent and intact knowledge, knowledge question classification and approach of creating question circumstances have been discussed.Take computer architecture as an example, in application level, construct problem architecture, create problem situation and achieve expected targets.

problem-based learning；teaching strategy；problem system

2016-01-10;

2016-05-26

江西省高校教学改革研究项目-基于PBL“计算机体系结构”教学策略的研究(编号：JXJG-13-2-25)

刘 超(1963-)，男，教授，主要从事计算机硬件课程教学和复杂系统研究，E-mail:214607731@qq.com

G420

A

1008-0686(2016)06-0070-04