PBL教学模式在信息技术课程中应用的研究

牟连佳　李丕贤

摘要：基于问题的学习（PBL）是围绕开放式的、以学生为中心的问题而展开学习，在教师的辅导下达到课程的学习效果的一种教学方法。无论上的是什么课程，信息技术领域的每一位教师都要努力使其学生能深入研究解决问题，并进行深刻的批判性思考。课程的学习成果之一是培养学生独立地解决问题的能力，适当的教学方法是可以取得该成果的。只要我们致力于寻求为提高能力所支持的教学方法，就可以使学生提高其分析、解决复杂问题的能力。我们寻求的基于问题的教学方式可以适用于信息技术的各门课程。特别是，本文所研究的方法可以作为非计算机专业（如人文学科）实现计算机创新教育的一个有效途径。

关键词：基于问题的学习（PBL）；信息技术课程；教学方法；信息技术引领（ITL）

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）37-0253-06

一、前言

基于问题的学习是这样一种教学方法，它围绕开放式的、以学生为中心的问题而展开学习，在教师的辅导下达到课程的学习效果。该教学方式是面向认知的建构主义认识论，该认识论从研究与经验中得出结论：学习者可以通过将教学材料与其实际经历相关联的方式学到更多的知识，而且这种经历可以培养学习者将所学内容概念化的能力。建构主义提倡经验性、主动性、协同性，且主张提供能培养解决问题能力的学习机会。[1]本教学方式的目的在于使学习者不再被动地吸收与机械式地重复信息，而是积极参与到学习内容中去，并与他人一起进行研究，将学习内容与个人经历相关联，并用所学到的相关知识解决问题，因而其最终目的是开发批判性思考的能力。

当然，这就意味着学生是学习过程的主动参与者。势必带来的结果则是传统课堂结构会变得更加宽松，使学生以其认为合适的而并非教师心目中具体规定的方式来独立思考问题。的确，可以使用各种方法来执行一项智力任务并掌握在执行任务过程中所用到的知识。因而，学生需要以自己的方式来自由构建知识体系。这并不意味着这个过程不受任何结构的约束，相反，它是用相对宽松的结构使学生可以在授课教师的指导下朝着不同的方向进行学习。当然，有许多达成这一学习方法的教学方式，而对我们最有帮助并能培养批判性思维能力的教学方式则是PBL。

PBL最早在医药学教育领域中被广泛采用[2]。具体而言，该方式使学生从“信息收集”转变为“意义构建”。近年来的许多文献明确阐述了这一教学方式，并在医药学教育领域以外的其他探索领域内对这一方式进行了具体讨论。例如，在一份基于问题学习的跨学科期刊中登载了一篇关于PBL要素的重要介绍性文章[3]。

PBL为我们的课程内容提供了相关背景，这意味着各课程所明确的独立概念被汇聚起来用以解决问题，這些问题通过作业派发给学生供其研究。一个重要的区别是，PBL提供具体问题让学生来解决。这与进行项目研究不同。

我们对于信息技术课程的项目的优点已理解的很透彻：比如学生参与度可以增加，与专业实践的联系更为紧密等。通常的做法是给学生派发项目，以此作为了解其学习情况并对学习情况进行评估的方式方法。但这里的重点是，我们要认识到我们不单单是进行项目研究，还要利用课堂所学的内容知识来解决项目中的具体问题。

学生利用所学内容与其自身经历来建构与待解决问题有关的知识体系，这一架构则是此研究过程的重要组成部分。PBL与基于项目的学习相似之处在于其共同的目标都是为了成功地完成任务。然而，不同之处在于项目通常具有教师所给出的更为清晰目标的体系，而问题注重的则是在明确成果与成果参数中间学习者所起到的作用。[3]

在实施PBL时，我们需要尽力帮助学生将问题置于其课程内容的环境中，以此方式来寻找解决问题的方案。通常情况下，是以小组形式呈现的，但个人也能有效地从事项目中的工作。该过程确实不易，其中为学生设置需要解决的优质问题是进行有效教学的关键步骤。

在学生解决问题能力培养的开始阶段，所设问题需要通俗易懂，而在学生作业完成的过程中，将逐步变为非良构的问题。设置有价值的问题是有难度的，尤其是在特定课程中对学生所掌握知识的差异性进行考量之时，在这个过程中教师必须多花时间。此外，PBL要求多花精力直接与学生接触，因此，在学生解决问题的过程中，教师必须对学生提供指导。在学生可以独立思考之后，教师提供的指导逐渐减少，但是在初级阶段，导师必须努力完成其指导角色。

虽然PBL可以应用于任何学科，但是其对信息技术学科的吸引力是显而易见的。这一学科的许多课程，比如程序设计或软件工程，其教学的本质就是为了传授解决问题的方法。随着信息技术领域的高速发展，学生了解如何成为成功的独立学习者也就成为令人关注的问题。我们尤其要重视可以使毕业生能够自学新技术并能将所学与其解决问题工具之储备库相融合的教学方法。在美国计算机协会计算机科学课程临时修订版[4][5]中，对计算机科学专业毕业生的5个特点进行了说明，即系统化视角、理解理论与实际相互作用、熟悉常见主题与原理、大量项目经验、注重思维严谨及适应性。PBL方式直接为后两项特点提供了支持，并通过对问题进行严谨的选择，可以使得这一方式也能起到对前三项特点进行开发的作用。

二、在课程中应用PBL

PBL通常被描述成在单一课程中的应用。鼓励教师在开始阶段给学生出些简单的问题，然后逐渐增加难度，不再提供具体的指导。我们希望在课程结束后，学生将能解决现实世界中的问题，甚至在理想的情况下，能够解决他们为自己挑选的更为广泛的具体问题。学生将在其学习中有更多的权利，并在经历实际问题的解决过程中遇见意想不到的难题与困境而无所畏惧。这个愿景确实很吸引人，然而在面对一般大学课堂的实际情况之时，单纯应用PBL教学方式就有一定的挑战性了。

通常，学习信息技术专业课程的大学生都对其将要使用的特定工具感兴趣，并希望创建在学习课程的过程中所生成的产品。这是很正常的想法，实际上这种想法让学生有动力去从事复杂任务，但很少有学生是带着成为解决问题高手的明确意图来上课的。对于解决问题的一般技能的深度理解会在他们日后的课程学习中，或在毕业进入工作单位后才会出现。因而将这些技能作为我们课程的中心学习就存在一定的挑战性了。

我们可能从学生中听到的最多的抱怨之一就是他们总被要求做一些“没有人告诉我们怎么做”的事情。这种抱怨的意思是虽然我们向学生们说明了解决问题所需要的各个方面，但我们并未向他们说明如何将这些方面整合为一体来达到他们的目标。从教师的角度来看，这种做法是有意为之的。教师期待学生遵循的过程是按照教师教授的内容加以演练的过程，但现在我们却邀请学生去探求在新的背景下这一过程如何应用。如果没有这一过程，却要求对可能的解决方案进行试验，寻求确定该解决方案是否有成功的途径，那么学生将无法成为独立寻找解决方式的问题解决者。所以这一过程很有必要。

但是，注重PBL所倡导的独立解决问题能力与学生自我指导的探求过程的矛盾会导致新生在面对准予他们的灵活度时感到不知所措。学生中可能有这样的想法，作业是要求他们解决高度结构化的问题，与向他们讲授的那些对应高度的稳定知识类似，应该用相同的步骤，再做一些小的改动，这些作业问题就可以解决了。现在要将问题分解成几个层面后再寻找解决方案，学生们可能会对这其中的复杂程度感到陌生，尤其是当问题的某一方面在对应的良好解决方案做出定义之时。必须指出，为了清楚学生和教师对何为问题的认知差异，以及学生与教师对文化冲突理念认知的观点，这样的做法都是很有必要的。

PBL在学习的初始阶段可以看成是一种工具，通过向学生展示某一种问题定义模型及解决方案可以弥合文化认识上的差异。教师要向其学生介绍该技能，并帮助他们培养解决问题的能力。然而，让学生感到一定程度的沮丧及具有一定程度的不确定感也是一种适当的做法，重要的是教师要求学生作出的创造性跃变要在学生已掌握的能力范围内，并且学生通过自己的合理努力能够发现通往成功之路。我们面临的挑战是既要让学生经历挫折，但又不能让他们因为重挫而放弃努力。PBL所提供的架构（尤其是在课程体系内的多项课程之间应用时）可以有效地引导学生通往成功之路。

考虑到所谓解决问题处于所有学术教学及全部课程的中心，尤其考虑到多数大学新生的能力起点相对适中，期望学生在一门课程的学习中就能熟练掌握解决问题的技能不太现实。要将解决问题的能力视作需要长期（很可能是在学生的整个大学生涯期间）培养的能力更为可取。对于解决问题的初学者来说，让他们知道解决一个问题的方法不止一种，而且鼓励他们去探索解决问题的方法，那就已经迈出了让他们意想不到的重大一步。然而，这一步将为学生们在后续课程中取得成功奠定了基础，因为这些后续课程必须以先期掌握PBL的原则为先决条件。由于这个原因，应该建议将PBL用作整个课程体系的基本框架。

将PBL与整个课程体系相结合还有另一个优点，即该方法为学生提供了一个进行自我调控学习的绝佳机会。一旦得到了这个机会，学生在自我调控学习中就得到了理想和明确的课堂任务支持，以实践必要的自我学习管理技能，包括时间管理、目标意识以及在其学习过程中合理利用同伴和教师所提供的支持。[6]正如培养解决问题能力一样，自我调控学习能力也必须随时间的推移而慢慢培养，可以利用模拟问题分解过程的课堂活动向学生演示学习的一般过程。

此外，针对上述的一些采用PBL课程的新生可能会产生不知所措的情绪，所以应该准备在整个学科内的所有课程中应用PBL方式，因此应该向学生说明该方式是信息技术课程学习的有效方法，并在日后的课程中只要愿意采用该方式就不需要太多的指导。PBL的实践者可能会有这样的担心，如果在初级课程中应用PBL而不在高级阶段课程中应用，那么当学生回到传统的授课模式时，先前所显现的积极的累积效果就可能会被抹杀。

因此值得注意的是，以问题为基础的课程教学意味着授课教师要对其职责的重大承诺。我们在上文已经讨论过，对学生靠自己努力来解决问题的过程进行指导时可能需要花费大量的时间。当鼓励学生寻找解决问题的策略时，教师必须有计划地在本学期中多花时间为学生提供帮助。基于上述原因，以问题为基础的课程在全体教师的自觉努力下才会更有成效，所以这就需要对额外的工作量予以承认和支持。可以在了解和尊重PBL义务的前提下来决定和规划课程的工作量（尤其是在初级入门阶段）。

在一种专业中全程实施PBL方法的时候，建议教师应该首先明确地设置入门阶段课程，向学生介绍解决问题的过程；还要强调说明，可能会要求他们以自愿探索和创新的精神来解决新的问题。在中期阶段的课程中，教师还要针对具体问题应有的解决方法提供一定程度的指导，并给学生们留下适当的创意空间由其发挥。在学生进入学位课程学习之时，要求他们解决的问题的复杂程度会逐步增加，而所提供的指导也会相应减少。在学生大学生涯将要结束之时，目标是让学生们可以利用最后整个学期努力所学来解决问题，且完全能够控制问题解决的过程，并最终取得达到现实标准的结果。

三、信息技术引领与人文学科

针对人文学科的特点，建议在相应各学院中成立信息技术引领（ITL）教研室，它是从较为传统的IT与计算机科学课程中选择某些课程来设计与人文学科高度结合的跨学科的信息技术专业。ITL专业要求学生根据自己的意愿来选择实现其长期目标的课程，取决于他们是打算从事与技术直接相关的职业还是技术技能只起到重要辅助作用的职业。选择这个教学计划的大学毕业生此后继续深造的研究生课程包括信息安全、IT管理及娱乐技术。他们中有些人将从事传统的编程与系统管理职业，也有些人将从事创业投资活动，进入人力资源及科技写作等分支。通过向学生提供灵活性较大的课程来帮助学生实现各类不同的就业目标。

ITL专业的重要课程可以从以下三个不同侧重点的高级课程中任选或作为辅修课程任选（根据人文学科的特点，这些课程的数量、内容及深度都不同于计算机专业应该相应地调整和减少）：计算机技术（涵盖数据结构、安全、人工智能与系统分析）、数据发现（涵盖数据挖掘技术、地理信息系统、高级数据库以及基于网络的数据库开发）及新媒体（涵盖数字图像、数字视频、网站开发与平面设计）。这样的灵活度使学生可以建立起对其有益的上述学习领域之间的联系，还能为学生不同的职业目标提供支持。此外，我们要尽最大努力来缩短选修专业所要求的预备知识链条，让学生们可以从多个进入点开始课程的学习，也可以让他们在确定自己在这个教学计划中的兴趣点时，能够尽早开始学习令他们最感兴趣的課程。

考虑到这些终极目标，我们所有的课程都应该具有三个基本的重要学习目标。首先，学生将能够详细了解计算的跨多学科特性。第二，毕业生将具有极强的领导能力，包括与同伴及非技术人员的技术交流能力以及项目管理能力。第三，学生不仅能够利用特定的技术技能解决熟悉的一般问题，还具有熟练且灵活的解决复杂问题的能力。

在上述的课程体系中，将允许学生从三个不同侧重点的课程中任选课程，以形成一个内部组合严密的主修专业课程体系。通过提供这样的主修专业课程，将要表明，无论学生所选的课程的侧重点如何，都将有一套所有学生通用的知识与技能体系，而且该知识与技能体系还能为各侧重点的课程中特定领域的学习提供支持。例如，每位学生都将接受对计算编程、数据库以及人机互动的教学。将培养解决问题的技能视作主修课的核心主题，并在此过程中将计算作为一种工具使用。鉴于技术的快速发展，试图教授毕业生在未来职业中所需要的特定技能不太切合实际，这在跨学科课程中尤其如此。因为我们无法预测我们的学生将来应用其专业知识的具体领域。通过重点培养在各个领域中都会使用的解决问题的基本技能，我们就能使学生有能力解决其可能遇到的各种问题。

四、PBL的人文学科IT课程设计

信息技术引领（ITL）专业的课程体系是在整个专业范围内全程应用PBL。采用该方式，我们将会发现，随着ITL课程体系的进展，在要求学生学习不同级别的课程时将能够解决不同类型的问题。在一年级，学生通常完成的是需要采用具体技能的小型练习，随着课程的深入，他们就开始将这些特定的技能结合起来以解决更为复杂的问题。在课程后期，会给学生派发更大的问题让其解决，而教师通常会指导他们如何将这些问题分解成其更为熟悉的小问题，并将明确地描述成功的解决方案。

当课程进展到二年级时，则开始要求学生在课后主动对具体技能展开练习，并开始使用问题解决法，但是在大问题的解决上，仍须教师给出具体的指导。对成功的解决方案的特征还要给出相当清晰的指导。当学生进展到三年级课程时，则要求学生们利用其早先课程学习中所获得的技能对开放型问题找到解决方案，同时获得教师的反馈，以保证其不偏离正确方向。小型作业的数量在减少，同时要求学生能从需要解决的大型问题中分解出子任务与技能。学生们要承担重要的责任，他们要对正在解决中的问题进行设计，并自行判断什么才是可能的成功解决方案。

PBL在ITL课程体系内的最高级应用是在名为“服务性学习项目管理”的四年级顶级课程中的应用，要求所有学生参加。顶级课程要求所有学生在无事先对问题分解指导的情况下完成解决全方位的问题。具体来说，学生通过以小组合作的形式解决当地非盈利性组织的计算需求，以此作为服务性学习项目的重要内容。到了课程的这个阶段，学生们已经具有完成项目设计的各种技术技能，他们所面临的更大的挑战在于演练项目管理技能，并且能够自行确定如何管理整个问题解决的过程。

为了通过实例来说明如何在整个课程体系范围内全程实施PBL，下面主要谈谈在重点计算机科学课程设计中如何一步一步地引导学生成功地完成高级独立解决问题的任务。下面的表中给出了一些问题的例证，但是在这些表中并没有囊括学生可能会遇到的所有问题。只是重点研究了各门代表性课程中所设计的最重要项目。

代表性课程：程序设计导论（在1年级）

问题举例：利用线程与数组执行旋转行星的命令。（这是在完成了几项短小的作业之后所指派的期末课程作业项目）

代表性课程：数据结构（在2年级）

问题示例：组成二至三个学生团队，在所提出的项目中，分别选择一项需要一定程度数据操控的项目，然后创建一个有效的应用程序，如：职工信息检索系统。（这是在完成了若干项传统作业之后进行的大型课程项目。）

代表性课程：人工智能（在3年级）

问题示例：将学生分为三至四个团队，提出并实现需要使用一种所学的AI算法的项目，如：机器人路径规划。（这是在完成了若干项传统任务之后制定的重大课程项目。）

代表性课程：服务性学习的顶级课程（在4年级）

问题举例：组成三至四个学生团队，设计并实现当地非盈利组织所面临的现存技术问题（这是单一课程项目，为期一学期）。

如前所述，在程序设计导论课程中，利用与教材直接相关的课堂活动对每项概念进行实践，而每周的作业则通常是要求学生结合其中的几个概念来解决一些小问题。随着课程的深入，课堂活动通常是向学生派发更为宽泛的问题让学生尝试着解决，学生要花费时间思考这些问题，在教室前面讲述其问题解决的过程，还需要编写代码，当然刚开始会走弯路，还要修正错误。这些课堂和作业活动向学生提供了必要的架构，使其可以成功地解决课程结束时所遇到的更大的问题。

在数据结构课程中，当要求学生制定解决问题的方案时，须明确告诉学生回想一下在程序设计导论课程结束时所给出的说明，并以此来建立方案模型。这样学生不仅具备了应该完成的任务的模型，还能体会到将问题看作是有条理且有序步骤的集合的益处，因此他们就不会将任务看成是额外负担，使他们可以循序渐进地切实开展项目。

在2年级和3年级课程的教师与学生团队的互动中，这一模式仍然持续。就拿前面描述的那个关于信息检索系统的数据结构项目来说，考虑到课程的内容，该项目将重点置于存储和有效地评估对每个人所采集的数据上面。考虑到学生的知识水平和项目的时间框架，这个项目的规模很容易被扩展到无法控制的程度，于是教师须付出很多努力将项目的范围控制在合理的水平上。因为他们并不认为学生们已经具备了预测在所制定的时间期限内利用已经学到的技术能够完成或不能完成什么工作的能力。

相反，教师的角色是对接下来所需要完成内容的进度报告和建议书进行实况核实。这一项要求还非常适用于3年级的人工智能课程。在3年级人工智能课程背景下，不仅由于课程主题更由于课程级别所致，可以期望学生能自行确定何为适当的项目范围。当然，尽管仍然能够得到教师的指导，但是可以预期学生们能够设计出一套他们自己认为合理的特征集。这样学生不仅有责任找到问题的解决方案，还有责任对问题本身进行界定，这通常是学生在解决问题过程中会漏掉的一项重要任務。

上文所列的表格中阐明了计算机技术侧重点中的四门课程在ITL课程体系下解决问题的课程设计，只要对课程内容做出些许更改，保留同样的指导等级与学习目标细分方式，这个设计就同样适用于新媒体及数据发现侧重点的课程。实际上，由于ITL专业的1年级课程要求所有侧重点课程的学生全部都参加，因而能确保所有学生都能在得到详细指导帮助的同时还能获得相同的解决重大问题的初步经验。而所有三个侧重点不同的大四下学期的学生也都参加同一课程，并与其他侧重点课程的学生混合组队一起研究问题，这样4年级顶级课程仍然为经验共享课程，这样我们就可以坚信我们的方式是会成功的。无论学生选择了哪一个专业方向，都必须学习这门培养独立解决实际问题能力的课程。

4年级顶级项目对使学生最终能够解决的实际问题类型进行了汇总。与其说这些项目是一门课程的最终产物，不如说它们实际上是整个ITL课程体系的最终产物。这个阶段所提供的课程指导是为了帮助学生完全实现在现实世界背景中应用其解决问题的能力。虽然一开始，学生们可能并不认为解决问题是一项必须学习的技能，但是到了毕业的时候，他们将能对此问题进行充分讨论，还能够就如何使其解决问题的策略与其团队和客户的需求相适应进行充分讨论。

五、结束语

只要高年级学生能在其顶级课程中获得成功，将会使我们对整个ITL课程体系的成功充满自信。顶级课程项目要求学生界定他们需要解决的问题，找出能够在一学期的时间内可以利用现有资源实现的解决方案，然后交付解决方案。可以坚信，学生们只要具备了对其问题解决过程的解释能力，这些都是积极的信号，说明我们的课程能够帮助学生培养独立解决问题的能力。

从课程的整体评价角度来看，必须保证，我们所设计的所有课程都能促进自主学习，这对工作世界十分必要。现实中的问题是，学生只有能对范围和结果做出界定才能获得成功。在解决问题的过程中需要确定哪些任务是可以实现的以及如何才能实现这些任务。而且，做项目时要有“独创思维”或“批判性思维”，另外，在从事科研的时候必须要有创新性的工作。并且，作项目时我们必须确定完成任务的人选、完成任务的时间、小组会面的时间，等等。这样的经历与其说是在做项目，不如说是在解决问题，因为最终的结果是面向公众的，与其他项目任务相比，有一种更“现实”的感觉。同样，在职场中，每天都会面对人员管理的问题，都会相当明显地涉及到适应能力、个人与项目的关系、项目的权属等话题，而在有了做规划的经验，它将会给予学生很大的帮助。

我们期望学生对实现的PBL效果都有准确的理解。相信自己已经成为优秀的问题解决者，了解自主学习的作用，并重视良好的解决问题能力以及对于现实社会的适应能力。当回顾过往学习经历的时候，他们会知道自己的解决问题的能力是如何随着课程的进展而逐步建立起来的，意识到使他们在高级阶段课程中取得成功的不仅仅是那些与内容相关的必要预备知识，还有他们在所有低阶课程中所获得的综合基本技能，这使得他们将在学业即将结束的阶段以及日后的工作中能够圆满地解决实际问题。

对于前面所举的四个例子在现阶段可能不适应我国目前非计算机专业学生的实际情况，但是从计算机教育发展的眼光来看，这是实现计算机创新教育的必由之路，现在就应该给予足够的重视和研究。[7]

参考文献：

[1]Jonassen，D.Toward a design theory of problem solving[J]. Educational Technology

Design and Development. 2000，48（4）：63–85.

[2]Barrows，H.S. Problem-based learning in medicine and beyond：A brief overview.

In L. Wilkerson & W. Gijselaers（Eds.），Bringing problem-based learning to higher

education：Theory and practice[C]. New directions for teaching and learning series，San Francisco，CA：Jossey-Bass. 1996，（68）：3-12

[3]Savery，J. Overview of problem-based learning：Definitions and distinctions[J].The Interdisciplinary Journal of Problem-based Learning，2006，1（2）：9–20.

[4]ACM.（2008a）. Computer science curriculum 2008[EB/OL].Retrieved February 7，2010，from

http：//www.acm.org//education/curricula/ComputerScience2008.pdf.

[5]ACM. （2008b）. Curriculum guidelines for undergraduate degree programs in information Technology[EB/OL].

Retrieved February 7，2010，from http：//www.acm.org//education/curricula/IT2008%20Curriculum.pdf.

[6]Pintrich，P. Understanding self-regulated learning[J].New Directions for Teaching & Learning，1995，3（10）：3–12.

[7]牟連佳，等.大学计算机创新教育及其创新教学研究[J].高教论坛，2006，（4）：42-45，48.