陳伯明，蔣吉清

（浙大城市學(xué)院 浙江 杭州 310015）

問題導(dǎo)向教學(xué)法或稱為PBL（Problem-Based Learning）教學(xué)模式，這是一種基于問題來引導(dǎo)學(xué)生思考和學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，是一種發(fā)揮學(xué)生主觀能動性的教學(xué)模式。該教育模式在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置和教學(xué)效果評價等多個方面均與傳統(tǒng)教學(xué)法即基于講授為主的LBL（Lecture-Based Learning）教學(xué)模式有很大區(qū)別。國內(nèi)外研究表明，問題導(dǎo)向教學(xué)模式有助于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力和批判性思維。如何把先進(jìn)的教學(xué)模式用于課堂，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生的先進(jìn)思維，增強(qiáng)學(xué)生分析和解決問題的能力是值得每一個教育工作者深入思考和研究的重要問題。

基于此，本文對“土木工程材料”課程采用了問題導(dǎo)向教學(xué)模式。為了更好地分析和研究問題導(dǎo)向教學(xué)法的優(yōu)缺點及其在工程教育中的有效性，筆者對學(xué)習(xí)基礎(chǔ)基本一致的兩個平行班采用了不同的教學(xué)模式，并對教學(xué)效果進(jìn)行了跟蹤及對比研究。為問題導(dǎo)向教學(xué)法在工程教育中的應(yīng)用找到理論和實踐依據(jù)，本文的研究結(jié)果對于廣大工程專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)模式改革具有較高的參考價值和借鑒作用。

1 問題導(dǎo)向教學(xué)法的理論回顧

1.1 問題導(dǎo)向教學(xué)法的理論基礎(chǔ)

問題導(dǎo)向教學(xué)法作為教學(xué)方法和課程設(shè)計方法目前大多應(yīng)用在高等教育中。根據(jù)Robert Delisle[1]（1996）關(guān)于PBL教學(xué)法的研究，認(rèn)為該問題的提出最早應(yīng)該追溯到John Dewey。John Dewey[2]認(rèn)為教師的教學(xué)應(yīng)該通過喚醒學(xué)生的自然本能來研究和創(chuàng)造。而PBL教學(xué)法的最早應(yīng)用則是Howard Barrows教授在加拿大McMaster大學(xué)醫(yī)學(xué)院的課程教學(xué)中，Howard Barrows教授[3-4]隨后在相關(guān)論文中對如何進(jìn)行PBL教學(xué)作了介紹和總結(jié)。在此之后，歐美國家中包括哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院、英國曼徹斯特醫(yī)學(xué)院等2000多所醫(yī)學(xué)院逐漸采用了這種教學(xué)法，并進(jìn)一步把此方法擴(kuò)展到了工程學(xué)、生物學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)和管理學(xué)等多類學(xué)科，大多取得了很好的教學(xué)效果。

我國在20世紀(jì)80年代后期開始引入這種教學(xué)方法，首先也是在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域中應(yīng)用，并取得了一定的教學(xué)效果，目前逐漸被更多的學(xué)校和專業(yè)所接受和采納。

1.2 從國內(nèi)外研究來看問題導(dǎo)向教學(xué)法具有顯著的教學(xué)效果

Strobel和Barneveld[5]（2009）通過薈萃分析對比傳統(tǒng)課堂，分析了問題導(dǎo)向教學(xué)法的綜合效應(yīng)。研究結(jié)果表明，問題導(dǎo)向教學(xué)法在知識的長期保留、技能發(fā)展及學(xué)生和教師的滿意度方面表現(xiàn)優(yōu)異，而傳統(tǒng)方法則在知識的短期保留中更為有效。Hunt[6]等（2010）認(rèn)為PBL學(xué)習(xí)是一種以問題為中心的教學(xué)方法，工程教學(xué)中該方法在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果方面具有巨大的潛力。工程教學(xué)中，該方法還能使學(xué)生將理論知識與實踐相結(jié)合并應(yīng)用到實踐中去。Schmidt[7]（2007）等認(rèn)為“PBL教學(xué)法的基本原則與我們?nèi)祟惖恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)非常吻合”。相較于“傳統(tǒng)課程專注于知識的獲取和直接應(yīng)用”，“PBL更著重于知識的靈活應(yīng)用”。杜翔云[8]等（2009）認(rèn)為“交叉學(xué)科的PBL方法是一種比傳統(tǒng)授課模式更有效的課程設(shè)計，可以有效地提高和促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、內(nèi)容掌握、自我滿意程度及職業(yè)認(rèn)同感等”。江學(xué)良[9]等（2014）通過在研究生課程中應(yīng)用PBL教學(xué)法，認(rèn)為這種方法“可用以提高學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力與科研水平，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與團(tuán)隊合作精神”。田社平[10]等（2018）通過實證研究認(rèn)為“問題導(dǎo)向教學(xué)法對大學(xué)生批判性思維傾向有顯著的促進(jìn)作用”。

1.3 “土木工程材料”課程采用該教學(xué)法的依據(jù)和期望效果

從國內(nèi)外的文獻(xiàn)和實踐探索中可以看到，問題導(dǎo)向教學(xué)法對于交叉型的學(xué)科具有良好的效果，能夠提高學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力，特別有助于提高學(xué)生分析和解決問題的能力。

土木工程材料是一門兼具理論與實踐而且具有多學(xué)科交叉復(fù)合的特點，結(jié)合了高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)及力學(xué)等多門基礎(chǔ)科學(xué)的成果，在教學(xué)過程中無論對學(xué)生的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)都有極大的挑戰(zhàn)，特別對于大二的學(xué)生來說學(xué)習(xí)難度不小。采用傳統(tǒng)教學(xué)法，通過授課向?qū)W生傳授知識和技能，還是采用問題引導(dǎo)法，使學(xué)生通過問題來學(xué)習(xí)和整合知識、提高能力，對學(xué)生的要求是不同的，預(yù)期效果也大為不同。

在分析和研究了大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)后，授課教師在平行班中采用不同的教學(xué)模式，在學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)基本相同，學(xué)習(xí)勤奮程度類似的情況下，比較學(xué)生的知識掌握程度和分析解決問題的能力。

2 問題導(dǎo)向教學(xué)法的建構(gòu)和教學(xué)對象

2.1 問題導(dǎo)向教學(xué)法的建構(gòu)

本次研究采用實驗班和對照班進(jìn)行教學(xué)效果比較研究。

實驗班采用問題導(dǎo)向教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，教師學(xué)生活動內(nèi)容和流程如圖1。

圖1 問題導(dǎo)向教學(xué)法教師與學(xué)生教學(xué)活動流程圖

具體方法如下：上課前一周，教師結(jié)合教學(xué)目標(biāo)給出章節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)重點要求學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí),并提出若干需要運(yùn)用重要知識點的問題，上課時先用占課堂三分之二的時間抽查學(xué)生預(yù)習(xí)情況并引導(dǎo)其進(jìn)行分析討論，方法為隨機(jī)選擇學(xué)生對課前提出的問題進(jìn)行回答，再根據(jù)學(xué)生的回答情況由老師引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生們對相關(guān)問題進(jìn)行分析、思考和討論，最后老師根據(jù)學(xué)生討論的情況補(bǔ)充不足和遺漏，講解相關(guān)知識點，并提示學(xué)生應(yīng)該如何分析問題，增補(bǔ)該問題在工程中應(yīng)用的要點。討論結(jié)束后，老師用剩余時間對本章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)梳理。課后作業(yè)除計算題外，均屬非強(qiáng)制性完成，學(xué)生可以根據(jù)自己學(xué)習(xí)掌握情況來決定是否做，老師對學(xué)生上交的作業(yè)進(jìn)行批改，但不計入平時成績。課后作業(yè)中普遍存在的問題則會成為以后課堂討論的部分內(nèi)容。

對照班不強(qiáng)求學(xué)生預(yù)習(xí)，上課時教師對知識點和重點內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)性的講授，課后布置相關(guān)作業(yè)，教師批改作業(yè)后針對作業(yè)過程中的問題在課堂上講解。教師在教學(xué)中也會將知識點在工程中的應(yīng)用等實踐內(nèi)容補(bǔ)充給對照班學(xué)生，所以從教師的角度來講，雖然課堂教學(xué)方式不同，但講授的內(nèi)容與問題導(dǎo)向教學(xué)法班級基本一致。

2.2 教學(xué)對象

教學(xué)對象是筆者授課的本校土木工程專業(yè)兩個教學(xué)班，在教學(xué)過程中分別采用問題導(dǎo)向教學(xué)法和以講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)法。

學(xué)生分為兩個行政班，人數(shù)分別為31人和33人，實行小班化教學(xué)，兩個教學(xué)班一個實行問題導(dǎo)向教學(xué)法（31人）（簡稱為實驗班），另一個采用傳統(tǒng)教學(xué)法（33人）（簡稱為對照班）。在本課程教學(xué)之前，兩班學(xué)生各個方面均無顯著差異，學(xué)期結(jié)束后，學(xué)生當(dāng)學(xué)期學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)理論課程如物理學(xué)、材料力學(xué)、測量學(xué)等成績也基本一致。

表1顯示，兩個班級的當(dāng)期其他學(xué)科成績基本相同，而且相比而言對照班在大學(xué)物理方面成績較好，因此，教學(xué)效果評估不會因為兩個班級本身的素質(zhì)差距而產(chǎn)生偏差。

表1 實驗班和對照班其他學(xué)科成績

3 教學(xué)效果評估統(tǒng)計和檢驗及成因分析

3.1 教學(xué)實際效果評估統(tǒng)計和檢驗

因為不同的班級采用的教學(xué)方法不同，因此平時的教學(xué)效果評估方法也有所區(qū)別。但在期末時采用相同的內(nèi)容以保證兩種教學(xué)方法效果的可比性。計量資料采用t檢驗，以t<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

3.1.1 平時教學(xué)效果評估比較

從平時的成績來看，實驗班由于是課前預(yù)習(xí)問題，學(xué)生在討論問題的時候錯誤較多，所以平時成績相對來說要低一些。而對照班則是課后復(fù)習(xí)并做作業(yè)，完成情況較好，成績相對要高些(表2)。

表2 實驗班討論成績和傳統(tǒng)班級作業(yè)完成成績比較表

因是在老師沒有授課情況下的課前預(yù)習(xí)后課堂討論的成績，本可以給予實驗班同學(xué)相對更高的成績，但為了嚴(yán)格與對照班進(jìn)行比較，沒有對平時成績進(jìn)行調(diào)整。

3.1.2 期末考試成績對比及結(jié)果檢驗

兩個班級期末采用相同的試卷以考試的形式對兩種教學(xué)方法進(jìn)行效果評估。試卷總分100分，題型包括單項選擇題（12分）、填空題（15分）、判斷改錯題（8分）、簡答題（30分）、分析題（10分）和計算題（25分），其中單項選擇題、填空題和判斷改錯題以考核知識點為主，分析題和計算題主要考核學(xué)生的分析應(yīng)用能力，簡答題兼顧分析應(yīng)用能力考核和知識點考核。

考試成績情況見表3。實驗班學(xué)生考試成績平均分是70.8分，標(biāo)準(zhǔn)差為15.4；對照班學(xué)生成績平均分是62.9分，標(biāo)準(zhǔn)差為16.9。t檢驗結(jié)果為P=0.03＜0.05，說明兩個教學(xué)班的平均成績差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

表3 實驗班與對照班期末考試成績對比

從表3可以看出，實驗班學(xué)生平均成績明顯高于對照班，平均成績高出對照班學(xué)生7.9分，比值為113%，高出13個百分點。從知識點和能力考核看，對于知識型題目實驗班學(xué)生平均成績雖高于對照班學(xué)生但差別不是特別明顯，而實驗班學(xué)生在解答分析應(yīng)用性問題時明顯優(yōu)于對照班的學(xué)生。

3.2 教學(xué)效果差別成因分析

從上面的教學(xué)效果評價統(tǒng)計及檢驗結(jié)果來看，問題導(dǎo)向教學(xué)法相較于傳統(tǒng)的講授式教學(xué)法有明顯的優(yōu)勢。兩者在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)態(tài)度基本一致的情況下，由于教學(xué)方法的不同，在學(xué)生對知識點的掌握和分析，解決問題能力的培養(yǎng)上產(chǎn)生了不同的效果，結(jié)果也符合國內(nèi)外研究和教學(xué)實踐結(jié)果。

問題導(dǎo)向教學(xué)法在培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力上優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)法可能的原因包括：第一，引導(dǎo)式教學(xué)中學(xué)生需要在課前進(jìn)行充分預(yù)習(xí)，并在課堂中回答問題并討論，相較傳統(tǒng)教學(xué)班的學(xué)生在學(xué)習(xí)上所用的絕對時間會更長，搜索的知識面更廣，要求理解更深入；第二，問題導(dǎo)向教學(xué)法引入了討論環(huán)節(jié)，討論是頭腦風(fēng)暴的一種形式。從心理學(xué)的角度來看，這種學(xué)習(xí)方法有助于長期工作記憶，也有助于創(chuàng)新能力的提高；第三，學(xué)生在課堂中回答問題，能夠得到教師的引導(dǎo)，及時糾正分析中的偏差，這會迅速提高學(xué)生分析和解決問題的能力。第四，學(xué)生之間討論問題和教師對于應(yīng)用的指導(dǎo)，可以使學(xué)生從不同角度來看待問題，有助于學(xué)生提高思考問題的廣度和深度。

課程結(jié)束后，學(xué)生的反饋也證實了問題導(dǎo)向教學(xué)法對學(xué)生的影響是多方面的和積極的。學(xué)期結(jié)束后，授課教師設(shè)計了調(diào)查問卷，對不同教學(xué)法下學(xué)生的行為和感受進(jìn)行了追蹤調(diào)查。調(diào)查問卷主要設(shè)計了學(xué)生的預(yù)習(xí)習(xí)慣、學(xué)生喜歡的教學(xué)方式、對知識點的理解、課后作業(yè)的完成方式和復(fù)習(xí)方式及對課程的總體印象等多個方面。從學(xué)生對調(diào)查問卷的反饋來看，課堂互動受到了學(xué)生的歡迎，兩個班級均有70%以上的學(xué)生歡迎這種模式。而且學(xué)生們也認(rèn)為PBL模式有助于提高自學(xué)能力，培養(yǎng)了自身主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，提高了解決問題的能力。同時從學(xué)生事后能夠回憶的知識點來看，PBL模式也有助于促進(jìn)學(xué)生的長期工作記憶。

4 研究結(jié)論和注意要點

本次研究表明，在“土木工程材料”的教學(xué)中，在學(xué)生素質(zhì)和學(xué)習(xí)態(tài)度基本一致的情況下，問題導(dǎo)向教學(xué)法比傳統(tǒng)教學(xué)法在學(xué)生分析和解決問題能力的培養(yǎng)上有更好的效果，學(xué)生也能適應(yīng)問題導(dǎo)向教學(xué)模式，說明問題導(dǎo)向教學(xué)法可以應(yīng)用在普通大學(xué)生工程教育中。

問題導(dǎo)向教學(xué)法對教師的素質(zhì)也提出了比較高的要求，需要教師的知識面廣，對課堂的掌控力強(qiáng)。在傳統(tǒng)教學(xué)法下，教師的工作主要是清楚地講授知識點，批改作業(yè)，講解作業(yè)中存在的問題。而在問題導(dǎo)向教學(xué)法下，教師不僅要對課堂內(nèi)容進(jìn)行講解和梳理、管理課堂討論、引領(lǐng)學(xué)生對問題進(jìn)行深入分析和探討，還要就學(xué)生討論過程中提出的問題進(jìn)行解釋和引導(dǎo)，涉及的領(lǐng)域會大大超出該課程的范圍，因此對教師的素質(zhì)提出了很高的要求。同時教師的工作量也比傳統(tǒng)教學(xué)模式要大得多。所以在考慮采用該教學(xué)方法時不僅要考慮到學(xué)生的素質(zhì)，同時也要考慮到教師的能力和時間制約。但總的來說，采用問題導(dǎo)向教學(xué)，有助于更好地培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和分析解決問題的能力，能為社會提供更優(yōu)秀的工程技術(shù)人才。