中学信息技术参赛论文PBL及其在信息技术教学中的应用

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中学信息技术参赛论文PBL及其在信息技术教学中的应用
摘要：在当前国外教育改革的浪潮中，以问题为基础来展开学习和教学已成为一条基本的改革思路。基于问题学习（Problem based Learning，简称PBL）的教学模式与我国当前教育改革的趋势比较一致，对国内教学改革很有启迪意义。本文在介绍了PBL教学模式的定义、要素与特点的基础上，全面梳理了PBL中问题的设计、教师与学生所扮演的角色、操作过程与方法、PBL在信息技术学科教学中的应用以及PBL教学法的优势与不足等方面的研究成果，并指出了目前这一领域研究中存在的主要问题及今后进一步研究的方向。
关键词：PBL；问题；要素；过程；学科应用；优势；不足
1. 课题背景
基于问题的学习（Problem-Based Learning，简称PBL，也称作问题式学习 )，最早起源于20世纪50年代的医学教育，先后在60多所医科学校中推广、修正。现在，更多的院校采用这种方法进行教学或教学改革，包括教育学院、商学院、工程学院等以及一些高级中学。1969年由美国的神经病学教授Barrows在加拿大的麦克马斯特大学首创，目前已成为国际上较流行的一种教学方法。这一新型的教学模式现已得到世界医学教育界的肯定，目前已有37个国家60多所院校采用这种方法.我国于20世纪80年代中期，一些西医院校开始试行，但目前仍局限于小范围、局部课程的应用，中医学仅在妇科、儿科中有应用。
2. 研究现状
2.1 PBL的定义、要素与特点
一、定义
基于问题的学习是以信息加工心理学和认知心理学为基础的，属于建构主义学习理论的范畴，是建构主义教学改革设想当中的“一条被广泛采用的核心思路”。PBL旨在使学习者建构起宽厚而灵活的知识基础；发展有效的问题解决技能；发展自主学习和终生学习的技能；成为有效的合作者；并培养学习的内部动机。作为一种广义的方法，它先后在60多所医科学校中推广、修正。从南伊利诺州大学医学院医学教育系关于PBL的网站上来看，PBL是基于现实世界的问题的以学生为中心的教育方式。它强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中，通过学习者的合作来解决真正的问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。
二、PBL的基本要素
PBL包括以下十个基本要素：
1、学生必须要有对他们自己学习的责任性；
2、 PBL中的问题情景必须是结构不良的、能够自由探索的；
3、 学习应该是广泛的学科或主题中的整合；
4、 协作是必要的；
5、 在自主学习中学生所学到的必须能够用来分析和解决问题；
6、 对于带着问题从工作中所获得的知识的终端分析和对于所学到的概念和原则的讨论是必要的；
7、 在每一个问题完成和每个课程单元结束时要进行自我评价和小组评价；
8、 PBL中所进行的活动必须是现实世界中那些有一定价值的；
9、 学生的考试必须依据PBL的目标去测量学生的进步；
10、PBL必须符合学科教学法的规律。

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三、PBL的特点
PBL具有以下几个方面的特点：
1、PBL是一种以学习者为中心的教学方式
在PBL中学习者是问题的解决者和意义的建构者，必须赋予他们对于自己学习和教育的责任和培养他们独立自主的精神。教师在PBL中责任是提供学习材料，引导学生进行学习，监控整个学习过程使计划顺利地进行。
2、PBL是基于真实情景的问题
在PBL中学习是基于散乱的复杂的问题的，这些问题非常接近现实世界或真实情景。 在PBL中问题必须对学习者有一定的挑战性，能够发展学习者有效的解决问题的技能和高级思维能力。这样就能确保在将来的工作和学习中学习者的能力有效的迁移到实际问题的解决中。
3、PBL是以“问题”为核心的高水平的学习
从心理学的角度来说，问题可分为结构良好领域的问题和结构不良领域的问题。结构良好领域的问题的解决过程和答案都是稳定的，结构不良领域的问题则 往往没有规则和稳定性。PBL中的问题是属于结构不良领域的问题，不能简单的套用原来的解决方法，要面对新问题，在原有经验的基础上进行中心分析来解决问题。而高水平的学习要求学生把握概念之间的复杂联系并广泛灵活地应用到具体的问题情景中去。因此，PBL是以“问题”为核心的高水平的学习。
2.2 PBL中的问题、教师与学生
一、PBL中的问题
PBL将问题作为学习的起点，PBL中应该采用什么样的问题？如何设计、形成这样的问题呢？从有关文献来看，问题的设计应体现以下特征：
1、问题必须能引出与所学领域相关的概念原理。在设计问题时，首先要确定学生需要获得的基本概念和原理，由此出发设计要解决的问题。
2、问题应该是结构不良的（ill-structured）、开放的（open-ended）、真实的，比 如真实的病例、实际的经营管理问题等。问题应该具有足够的复杂性，包含许多相互联系的部分，而每部分又是很重要的。问题应该是实际(real- world)问题，从而能够在学习者的经验世界中产生共鸣。将学习置于复杂的、实际的问题情境中，这有以下好处：学习知识的情境与以后应用知识的情境具有 相似性，这可以促进知识的提取；在解决问题的过程中来掌握概念、原理和策略可以促进学习在新问题中的迁移；另外，先前学习的实例可以应用到与此类似的问题 解决中。
3、这种问题需能够激发学生的动机，鼓励他们去探索、学习。
4、一个好问题能够随着问题解决的进行自然 地给学生提供反馈，让他们能很好地对知识、推理和学习策略的有效性进行评价，并促进他们的预测和判断。另外，从整个PBL的课程来看，各个概念应在几个问题中多次涉及，以便使学习者建构起更灵活的知识，且避免重要概念的可能遗漏。另外，问题的选择要具体考虑教学目标以及学习者的知识、技能水平和动机态度等因素。

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在呈现问题时有两个值得注意的问题：
1、使学生卷入到问题当中，把问题看成是自己的而不是别人的。
2、 确保所呈现的条件（data）没有把问题的关键因素暴露出来。不要使用所给条件与所需条件完全对应的问题。当然，到底应该设计什么样的问题，研究者们在这一点上也有争议，比如是否一定要使用情境性的真实问题等。“问题”在PBL中具有关键意义，而目前研究者和实际工作者采用的问题各式各样，对PBL中的问题做深入的、系统的分类学研究是非常必要的。
二、PBL中的学生
1、学生是学习的主体，师生地位平等
PBL是以建构主义理论为指导的，以学生为中心的教学方法，在基于问题学习中，学生们是从开放性的问题入手开始学习的，教师对这些问题也没有现成的惟一的 标准答案，而且，查询资料与动手做事等活动又是学生们所不难胜任的，位于学生的最近发展区内，因此，教师与学生站在同等的位置上，学生们不必必须听从老师的指示和解答。
2、学生主动获取知识并自我建构
从知识的获得途径看，学生们是在解决问题的过程中通过查询资料、动手做事、相互讨论以及自我反思而获得和理解知识，不是直接从教师和课本中获得知识，而 且，知识的意义和价值依赖于他们自己所建构的知识之间的一致性、依赖于解决问题的成效，而不是依赖于与权威观点之间的一致性。这意味着，学生们所需要的知识并不完全掌握在教师和课本之中，学生对教师的依赖性大大减小，教师不再是惟一的知识库，而是知识建构的促进者，对学生起点拨和帮衬的作用。
3、学生具有自主性和积极性
在基于问题学习中，学生获得知识主要靠自己，这自然而然地会使他们感到学习知识是自己的事，要对自己的学习负责，因此，必须发挥自己的自主性、主动性和独创性，主动建构自己的知识，不断反思以及批判性地思考知识。否则，将一无所获，甚至还不如在传统的讲授教学中的效果，因为，连现成的知识结果也没有人会直接灌输了。
4、学生群体具有社会性
学生不仅要发挥各自的主体性，而且还要充分发挥小组的社会性，学生作为一个学习共同体，共同承担责任和任务，同时，各自分配一定的认知工作，彼此在知识建构上是紧密相连的，在这里，小组内的合作具有实质性的作用，学生不再像以往那样只重视自己与教师的交流而不重视与同学的交流。因此，学习不再只是自己一个人的事，而是大家的事。
5、学生具有自主学习的能力
在基于问题学习中，贯穿学习活动始终的问题解决活动是促使学生持续付出努力的最佳途径。这正是自主学习的动力所在。
三、PBL中的教师
  在PBL中，学生是积极主动的学习者，而这并不意味着忽视教师的作用。教师能否运用促进性的教学技能，这对PBL的效果来说具有决定性意义。通过因素分析，Wilkerson发现教师的作用主要涉及以下两类：
1、引导小组的工作
包括提供反馈，就学生的推理过程进行提问和启发，鼓励他们对信息的批判性评价，帮助学生在问题讨论中协调、整合基本知识与实际技能等。

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2、支持小组的积极互动
鼓励学生对学习过程的控制调节，建立良好的小组成员关系。教师要引导学生逐步走过PBL的各个环节，监视小组活动，以确保所有 的学生都参与到活动中，要鼓励学生外化他们的思维过程，并鼓励他们相互评论。
2.3 PBL的一般操作方法
  PBL在于通过提出和解决问题实现知识经验的建构，根据Barrows的模型， PBL大致包括以下环节：
1、组织小组
在作为一个小组探索问题之前，学生们要互相认识，为合作学习建立基本的规则，创设舒适的气氛。学习者和促进者（facilitator）（通常为教师）分别做自我介绍，互通姓名，形成毫无偏见的氛围。
2、开始一个新问题
用少量的信息来提供给学生一个复杂的问题，这个问题应该尽量与其在现实世界中的情况相接近，能够吸引学生。学生要选一个人做记录员，负责在“白板”（whiteboard）上记录解决问题的过程，包括问题中的事实信息、学生们的想法和假设以及所确定的学习要点和活动计划。在解决问题的开始，学生和促进者要对问题解决的目标形成共同的理解。促进者可能会问学生：“通过这个问题你想学到什么？”这个问题可以激发起共同的学习目标，而参照该目标，促进者可以更好地监察小组的进步情况，及时纠偏，或提醒学生看是否需要调整目标。学生可能会向促进者提问题，以便获得有关信息，也可能通过自己做实验或其它探究活动来获取更多的事实资料。在解决问题的过程中，学生要确定对解决问题而言很重要、而他们又不太理解、需要进一步学习的概念，即学习要点 （learning issues）。在开始，教师可能会更多地引导，随着学习的进行，学生能更多地管理他们的学习要点，促进者就要慢慢地“隐退”。当学生对问题已经形成了一定的理解，而某些知识的缺乏又严重地阻碍了问题的解决时，学生们就要分头去探索他们所确定的学习要点了。
3、后续行动
小组成员再次集合，沟通他们所学的东西，基于他们新学习的东西生成新的解决问题的假设。在分享他们的学习成果时，很重要的一点是学生们要评价自己的信息以及他人的信息，看信息是怎样得来的，来源是否可靠等，这是促成自主学习的重要途径。
4、活动汇报
各小组利用各种不同形式来报告自己的结论以及得出结论的过程，比如数学分析、图表、口头报告、戏剧表演等。PBL所强调的不只是让学生解决问题，而且要让他们理解问题背后的关系和机制。
5、问题后的反思
为了提炼他们所学到的东西，学生们要有意地反思问题解决的过程。要考虑这个问题与以前所遇到的问题的共同点与不同点，这可以帮助他们 概括和理解新知识的应用情境。而且，在学生们评价自己以及他人的表现时，他们同时也在对自主学习和合作性问题解决活动进行反思，这对于高级的思维技能的发 展来说是很有意义的。

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2.4 PBL在信息技术教学中的应用
一、PBL应用于信息技术教学的优势
1、PBL模式有助于信息技术课教学目标的实现
信息技术课的总体目标是“培养具有信息素养的人才”，信息素养是“从各种资源检索、评估和使用信息的能力，认识到何时需要信息的能力，知道如何学习的能力(Doyle)”，即具有信息处理、信息交流、信息问题解决的能力。PBL的目标重在促使学习者建构灵活的知识基础、发展高层次思维能力、成为自主的学习者与有效的合作者；PBL不仅仅以获得知识为目的，其核心内容是真实问题的解决，在学习过程中，强调利用所能获取到的各种信息资源，学习者在小组中协作探寻解决真实世界的问题。信息技术教学和PBL的总体目标是一致的，如将两者有机结合，必能达到事半功倍的效果。
2、PBL模式更适合信息技术学科特点
信息技术课是一门新兴的工具性、实践性的基础课程。由于其学科本身的特点，传统的教学模式下很难实现信息技术课程的教学目标。如在传统的以教师为中心的教学模式中，学生缺乏实践经验和体验，很容易造成“学而不会用”或“学而不能用”的不正常现象。PBL模式强调以学生为中心，将学习过程置于真实的问题情境中，将问题的解决作为学习目标。在解决问题的过程中，学生要利用自己所掌握的或者所学习的信息技术去获取信息，在“学中用”或在“用中学”信息技术的相关知识。通过这种方式，学生才能真正掌握信息技术技能，并体现信息技术在学习、工作、生活中的价值。
3、PBL模式有利于信息技术与课程整合(curriculum integration)
实现信息技术与学科课程的整合是信息技术教学发展的方向。信息技术与学科课程整合的实质是学科课程信息化。学科课程信息化是指把信息技术融入到学科教学的各个方面，让学科课程内容信息化，课程实施过程信息化，评价信息化。无论是将信息技术融入到其它学科中，还是将信息技术单独作为一门课程，都离不开对信息技术能力的要求。通过PBL模式指导下的信息技术教学，增强师生利用信息技术解决实际问题的能力，更有利于信息技术与课程整合的顺利实现。
4、有助于培养学生自主学习(self-directed learning)能力
信息时代，学生必须具有自主学习能力，才能满足终身学习的需求。将基于问题的学习模式应用于信息技术课堂教学中，有助于培养学生的自主学习能力。在基于问题学习模式中，学生需要自我激励、设置学习目标、自定学习计划、做独立的研究、进行自我引导的学习，应用新建构的知识解决复杂而实际的问题，并对问题的解决过程进行监控和反思。在这种模式下，学生很快成为独立自主的思考者和学习者。
5、有助于培养学生与人合作的能力
基于问题的学习应用于信息技术课堂教学能够有效的促进学生与人合作能力的培养。在PBL模式下的信息技术教学中，学生将通过解决实际问题而获取知识。由于问题具有真实性和复杂性，教师常将学生分成不同的小组，学生以小组为单位工作。每组学生从问题的不同方面、不同角度来看待、分析同一个问题，共同处理学习问题的复杂性；在小组中，各成员需要积极主动参与小组活动，一起互相学习，一同努力解决问题。通过基于问题的学习模式在信息技术教学中的应用，学习者最终将成为一个愿意合作也善于合作的人。

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6、PBL模式更有助于发展学生高层次思维能力。
高层次思维包括问题解决、创造性思维、批判性思维以及自我反思等思维活动。传统的模式下信息技术教学注重基础知识和基本技能的掌握，往往忽略学生高层次思维能力的培养。基于问题的学习模式集中体现了建构主义的学习观念和理论，其主线活动是解决问题，主张将初级知识（基础性知识）的学习融入高级知识（即结构不良领域的知识，是有关于知识应用的知识）的学习中，学生为了解决问题而获取知识，反过来又应用所获取的知识解决实际的问题。学生高层次思维能力正是在高级知识的学习、复杂而实际问题的解决过程中不断发展起来的。
二、基于问题的信息技术课教学过程
1、创设情境，提出问题
PBL模式体现了建构主义的学习与教学理念。强调在真实的问题情境中，在教师的指导和伙伴的帮助下，学习者利用自己原有认知结构中的有关经验，分析要解决问题所需的知识、技能，利用必要的学习资料，主动、积极同化新的知识、建立新旧知识之间的联系，完成意义的建构，从而有效的解决问题。
在教学中，教师要根据学科特点、学习目标、学习者特征，创设恰当的问题情境，并用少量的信息表述问题，以便于让学生知道将要解决的是什么问题，这个问题要尽量与现实生活相联系，以便能够更好的吸引学生注意力、激发学生的学习兴趣、调动学生学习的积极性。教师在学习过程中扮演组织者、资源提供者、促进者、引导者的角色。教师在呈现问题时，要向学生提供必要的、完成任务可能需要的资源。由于问题本身的复杂性，单单依靠学生所占有的资源难以实现问题的解决，教师要向学生提供相关的网址、网上可供查找的数据库、书籍和其它实物文件，以有效地避免学生在网上漫无目的地瞎闯。
2、组织小组，分组学习
由于问题的复杂、真实性，通常需要学习者之间的分工合作，所以PBL的第二步是把学习者组织成一个个小组。分组时，一般采用异质分组的原则，在同一个小组内，学生的认知、性格特点不尽相同，这样，更有利于学生从不同的角度、层次来思考、解决问题。
教师要明确每组在问题解决的过程中的责任和任务；同时，小组内各成员需要明确分工、明确责任，以保证所有的学习者都有自主探索的机会，并能积极投入到问题的解决过程中去。根据问题的复杂状况，各组可共同努力完成某一任务，或各小组独立完成某一任务后，与其他小组共享信息。
3、自主学习、合作交流
PBL模式中，学生在教师的指导下确定学习目标，了解为实现目标所必需掌握的知识。学习目标确定后，小组成员将分头查找资料，独立思考、自主学习，这一过程中，教师要了解每个学习者的责任与学习进度，并提供适时适量的指导。PBL模式中，学生拥有学习自主性，能真正体会主人翁的感觉，易于将学习内化为自己的事情，而不再是教师强加给自己的“任务”。学生能认识到获取知识得靠自己的努力，并对学习产生了相应的责任感，并在学习过程中积极、主动的发挥其独创性，主动完成对所学知识的意义建构。

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同时，由于思维方式、认知结构、家庭背景等方面的差异，学习者对所学内容可能会有不同的认识。对同一事物，某些学习者会有正确的认识，有些可能就有认识上的偏差，或者有些人的认识是完全错误的。那么小组各成员间的合作、沟通、与交流就显得格外重要。学习者通过与伙伴的讨论、交流易于形成对事物的正确认识。同时，小组成员间通过沟通、汇报、讨论、共享学习结果，来讨论如何有效地利用所获得的知识来促进问题的解决。如在讨论的过程中，小组发现所获取的信息、所达成的共识不足以解决这一问题，小组成员就需要进一步的分头查找资料，小组交流并讨论问题解答，直到问题得到解决。
在整个过程中，教师要引导学生评价自己和他人所获取信息的可信度，以培养学生分析、评价信息的能力；指导学生在小组间进行评比竞争，让每个小组展示学习结果，汇报所采用的方法和心得体会，由教师和各组代表评定各组的成绩，以促进小组成员间的交流与合作；学生要充分发挥其主动性，在教师的有效指导下学习、并在学习中应用相关基础知识、掌握基本技能；通过共同讨论，共享其基本知识、基本技能的学习成果，真正体现信息技术的价值。
4、总结评价
评价是教学过程中非常重要的一个环节，通过评价，能反映学习者的学习情况，向学生提供及时、恰当的反馈，使其及时的调整学习步调与进程；另外，教师的表扬和肯定，可以提高学习者的学习积极性和学习效果。
基于问题的学习主要强调问题的解决以及对潜在知识的掌握，强调评价的多元性，即将教师评价、小组评价、自我评价、班级评价有机结合起来，体现评价的主体性；传统的评价常采用总结性、终结性模式，而基于问题的学习，更强调问题解决的过程，要采用发展性的动态评价模式。只有这样，才能从多个方面、多个角度对学生学习活动进行全面、客观的评价。在学习中，教师对于解决问题的过程进行总结和评价，小组各成员在教师的引导下对自己的学习过程进行自我反思和评价，总结所获得的知识和思维技能。反思、评价是学习过程中非常重要的一个环节，通过反思，学生能将新知识与原有的知识联系起来，提炼出概括性的知识；通过评价，学生将真正建构起对所学内容的理解。
2.5 PBL教学法的优势与不足
一、PBL的优势
PBL具有以下优势：
1、为学生们营造了一个轻松、主动的学习氛围，使其能够自主地、积极地畅所欲言，充分表达自己的观点，同时也可以十分容易地获得来自其他同学和老师的信息；
2、可使有关课程的问题尽可能多地当场暴露，在讨论中可以加深对正确理论的理解，还可以不断发现新问题，解答新问题，使学习过程缩短，印象更加深刻；
3、它不仅对理论学习大有益处，还可锻炼学生们多方面的能力，如文献检索、查阅资料的能力，归纳总结、综合理解的能力，逻辑推理、口头表达的能力，主导学习、终身学习的能力等，这些将对今后开展工作和科学研究等打下良好基础。