基于问题解决数字学习环境的构建*

☆ 申云凤

（吉林警察学院信息工程系，吉林长春 131107）

一、基于问题解决数字学习环境的概念

基于问题解决学习（Problem-based learning，PBL），最早应用于50年代美国医学教学中，取得了良好的教学效果，从而应用到多种学科教学中。其核心思想是强调情境教学，使学生面对真实的问题情境，在教师引导和干预下，借助网络学习资源和工具，通过小组分工和协作，开展自主学习和探究[1]。国外学者巴罗斯把基于问题解决学习的操作程序分为五个阶段。第一阶段：创设情境提出问题；第二阶段：学习引导、界定、分析问题、搭建学习小组；第三阶段：探究解决问题；第四阶段：展示结果，结果汇总；第五阶段：评价和反馈。学生通过五个阶段的学习开展，完成“提出问题—分析问题—问题解决—归纳总结—评价和反馈”一系列的知识意义建构过程，从而实现对学生高阶问题解决能力的培养。

数字学习环境（Digital learning environment）是学习者实现数字化学习与交互的媒体、网络等各种数字化设施以及开展各种数字化学习场所，是支撑数字化学习的各种外部条件总和[2]。

基于问题解决的数字学习环境（PBL Digital learning environment）是指利用多媒体技术和网络技术开发的，具备PBL模式特有操作程序和特点的学习资源和学习行为组织的数字化学习场所。从学习者的角度，基于问题解决的数字学习环境既包括显性的物理环境，又包括人文和社会环境，这其中就蕴含各种学习策略、学习规则与学习支持性服务。物理环境是指学习者进行学习时所使用的各种计算机硬件和软件系统，如各种网络学习平台、计算机设备、网络等技术环境。

二、支持基于问题解决数字学习环境构建的理论基础

（一）建构主义学习理论

建构主义学习理论思想源于皮亚杰的“发生认识论”和维果斯基的“文化历史发展理论”。该理论认为知识不是通过教师的传授得到的，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得[3]。建构主义理论认为“情境”“协作”“会话”和“意义建构”是学习环境创建不可缺少的四大要素。因此，基于问题解决学习环境的构建，应当根据该理论充分考虑学习情境、小组协作与会话的设计和实现，以及如何设定问题解决的途径和步骤，从而促进学生对问题进行意义建构。

（二）情境认知理论

认知心理学家布朗、柯林斯和杜吉德提出了情境认知理论，认为知识具有情境性[4]。情境问题就是根据课程内容，从现实世界出发，依据学生的知识经验来创设。基于问题解决数字学习环境的构建从情境认知理论出发，探讨如何利用数字信息技术创建或模拟一个问题的真实情境，通过技术实现问题内容表征，从而引导学生理解问题，为问题解决学习的开展奠定基础。

（三）以“问题”为导向的学习

在PBL数字学习环境中，学生的学习始于一个问题，利用信息技术我们可以对问题进行内容的表征和技术表征，所谓技术表征也即问题情境的创设。当学生面对一个真实问题情境时，也就是学生要着手解决一个真实任务。学生在教师引导和小组成员协助下，用多学科的知识和多种学习策略完成问题的解决。所以，在PBL数字学习环境构建中，要充分领会以“问题”为导向的学习的深刻内涵，这样才能建立完整的问题库系统，并对问题进行表征和呈现，设定相应的教学策略。

三、基于问题解决数字学习环境中运用的学习支持

基于问题解决数字资源环境的构建包含教学内容的组织和对学习者支持两方面的内容。教学内容的组织是问题表征和学习资源呈现方面的内容。学习支持是学习者在数字学习环境中完成问题解决所采取的各种学习策略。从建构主义、情境认知理论和以“问题”为导向的学习理论出发，PBL数字学习环境中运用的学习支持应该包含发现式学习模式体系、建构主义模式体系和应用模式体系。

（一）发现式学习模式体系

发现式学习理论是美国著名教育心理学家布鲁纳在20世纪50年代所倡导的教育改革的重要内容。他认为，学生的认识过程与人类的认识过程有共同之处，教学过程就是教师引导学生发现的过程，“学习就是依靠发现”[5]。发现式学习模式在PBL数字学习支持中主要针对基本概念、原理、规则等陈述性知识的学习,通过学习者的主动参与发现知识的应用规则和问题解决策略。针对课程内容和学习实际，数字环境下的操作程序如下。

实际问题/认知问题——实验、观察、类比、归纳综合——猜想结论、猜想策略——验证反思。针对不同的教学内容结合不同的方法，比如：实验法、观察法、类比综合法等，对结论和规律进行猜想，然后再用到其他案例中进行验证。

（二）建构主义模式体系

建构主义学习理论倡导学习者是学习的主体，教师是学习者学习过程中的引导者，学习者通过“情境”“协作”和“会话”实现知识的意义建构过程。由此派生出许多学习模式，如探究式、引导式、操练式、案例式、反思式等等[6]。这些学习模式在PBL数字学习支持中适用于程序性知识的学习，具有极强的可操作性，因此，广泛应用于PBL数字学习环境中，以便更好地发挥学习支持作用。每种学习模式包含不同的学习内涵，但其操作程序基本按照“整体内容—局部内容—形成系统—整体内容”的步骤来进行设计。每种学习模式在每个环节上包含不同的内涵，比如探究式，就是在整体框架结构的基础上，对各个局部进行探究，然后再整合，形成新的整体结构。而案例式可以在案例整体类比的基础上进行知识迁移，再形成新系统解决新的案例。

（三）应用模式体系

问题解决学习的最终目标是把解决问题的方法应用到新的类似的问题情境中，解决类似的问题，也就是知识的应用。应用模式体系的过程就是学习者首先面对一个新的与先前学习相类似的实际问题，运用习得的问题解决方法进行知识建模，并将其运用于解决新的类似的实际问题，即模式求解过程，以实现实际问题的解决。针对具体问题，其过程如下：实际问题——结合本节知识、本章知识、本学科知识——操作——检查、优化、完善、策略、反思。

四、支持基于问题解决数字学习环境的设计

基于问题解决数字学习环境的构建从建构主义学习理论、情境认知理论、以问题为导向的学习理论出发，着手于基于问题解决学习的操作程序和特征，并涵盖知识建构等多种维度。从内容上看，其既有以事实和原理为主的陈述性知识，也有以问题解决为主的程序性知识[7]。从技术上看，运用计算机技术可以实现问题表征和呈现，可以对问题解决提供工具支持。PBL数字学习环境模型包括学习管理模块、问题模块、学习资源模块、学习支持工具模块、学习工具模块和诊断模块，具体模型构成如图1所示。

图1 PBL数字学习环境模型

（一）问题模块

问题模块是实现问题解决的场所，它包括问题情境的创建、问题的表征与呈现、问题解决的学习支持工具以及问题库。问题情境可以引导学习者产生问题，理解问题语义。问题的表征与呈现包括学习内容语义性表征和工具式表征。学习支持工具是问题工具式表征，通过学习支持工具我们可以针对不同的问题采用不同的学习策略，发现式、探究式、引导式、案例式、操练式、反思式、应用式是问题解决经常采用的学习策略。问题库的问题来源一部分是根据学习者的学习领域预先设定的专家库，还有一部分来自于学习者常出现的问题及问题解决方法和途径。

（二）学习资源

在解决问题过程中，学生需要用到与问题解决相关的学习资源，包括相应的网络课程、门户网站、教学讲义、多媒体课件以及现在广泛流行的微课和幕课。网络课程和门户网站的知识内容具有系统性，包含的知识点比较全面，而微课和幕课展现了知识内容的针对性、多元性、融合性、灵活性等特点，教师可以对教学资源进行归类整理后为学生推送。

（三）学习活动工具

学习活动工具包括学习者在数字化学习环境中常借助的搜索引擎、协作与交流工具和成果展示空间。搜索引擎对学习者提出的一些陈述性知识能及时有效地进行呈现和反馈。问题解决学习一般由4-6人构成学习小组，小组成员通过协作与交流平台，对问题进行交流与商榷。成果展示空间是学习者对学习结果的展示，可以实现学习成果评价。

（四）学习诊断

学习诊断是对学习者学习过程、学习结果和学习需求进行诊断的重要场所，通过判断学习者学习风格和学习需求，进行学习过程分析和问题解决分析，同时监控学习者的学习过程。通过对学习者在线学习时长、学习次数、学习交流、小组协作参与情况、作业完成情况等学习行为数据和学习者语音、动作、表情等学习情感数据，进行数据采集与分析为学习者提供个性化学习服务推荐，包括学习内容、学习路径、学习资源、学习策略等。

（五）学习管理

学习管理模块是对学习各模块功能实现管理的场所，也是学习者实现个人事务管理的场所。可以对学习者学籍进行注册和修改、对学习者学习足迹、交互频度等学习行为进行记录，便于对学习者学习进行多元化评价。

五、支持基于问题解决数字学习环境设计的实现

PBL数字学习环境模型可以通过计算机网络技术和多媒体技术进行平台系统开发，系统具有良好的可移植性，可以建立不同学科相应的数据库，实现问题解决的学习功能。

（一）“PBL数字学习环境”中问题解决过程的实现

PBL数字学习环境以“问题”为导向，由学习者、问题库、学习支持、问题解决过程共同支撑问题解决过程的实现。学习者登录系统后可以自愿选择学习策略，学习者在发现式、探究式、引导式、案例式、操练式、反思式、应用式等学习模式支持下，选择相应的学习策略，由此问题库中问题表征会呈现不同的学习操作程序和路径。学习者在完成理解问题、问题探究、问题解决和问题应用等过程后又会产生新的问题，又开始新一轮的问题解决过程（如图2）。

（二）PBL数字学习环境设计的关键技术

1.系统架构

本系统采用客户端、Web服务器、数据服务器三层组织架构。客户端直接面对学习者用于问题解决学习，通过客户端平台学习者就可以实现所有的学习与交流活动,包括学习用户的注册、登录、添加、浏览、修改、删除主题等。数据服务器用于支持数据库的操作，当客户端在响应用户操作时,通过调用Web Service与Web服务器进行交互,在Web服务器的支持下，实现数据库数据和客户端的传输。一般采用Sql Server类型数据库，通过Asp.Net实现Web Service对数据库的连接，实现用户对后台数据库的动态访问。其代码实现为：

图2 问题解决学习过程的实现

2.数据同步技术

为了实现PBL数字学习平台中客户端和数据服务器端离线传输数据的功能，在平台中应用了数据同步技术。首先服务器端数据库中建立一张数据表t_opertion，专门用于记录客户端对数据库其他表的操作，客户端也同样有一个类值My Classes子包中的MyUser类，用于保存该操作记录。如果服务器t_opertion表中数据发生改变则客户端中MyUser类的值也发生改变，以保证数据同步。

六、结束语

基于问题解决数字学习环境构建是在现代教育学、心理学、学习理论、教学设计理论、信息技术等多学科相互融合的基础上进行设计和构建的。在实践中，如何把基于问题解决学习的学习理论与信息技术相结合是基于问题解决数字学习环境构建的关键,也是理论与技术相结合的难点问题。笔者在吉林省教育科学“十二五”规划课题“网络环境下基于问题解决的学习促进有效理解的应用研究”中，对基于问题解决数字学习环境构建进行了实践，取得了一定研究成果和学习效果，但还存在一些不足之处，需要进一步的研究与实践。