问题导向教学法的建构及与传统教学法教学效果的比较研究——以“土木工程材料”课程教学为例
时间：2023-03-10 17:35:05 来源：千叶帆 本文已影响人
陈伯明，蒋吉清
（浙大城市学院 浙江 杭州 310015）
问题导向教学法或称为PBL（Problem-Based Learning）教学模式，这是一种基于问题来引导学生思考和学习的教学模式，是一种发挥学生主观能动性的教学模式。该教育模式在教学理念、教学内容、教学环节设置和教学效果评价等多个方面均与传统教学法即基于讲授为主的LBL（Lecture-Based Learning）教学模式有很大区别。国内外研究表明，问题导向教学模式有助于培养学生分析和解决问题的能力和批判性思维。如何把先进的教学模式用于课堂，提高学生的学习效率，培养学生的先进思维，增强学生分析和解决问题的能力是值得每一个教育工作者深入思考和研究的重要问题。
基于此，本文对“土木工程材料”课程采用了问题导向教学模式。为了更好地分析和研究问题导向教学法的优缺点及其在工程教育中的有效性，笔者对学习基础基本一致的两个平行班采用了不同的教学模式，并对教学效果进行了跟踪及对比研究。为问题导向教学法在工程教育中的应用找到理论和实践依据，本文的研究结果对于广大工程专业相关课程的教学模式改革具有较高的参考价值和借鉴作用。
1.1 问题导向教学法的理论基础
问题导向教学法作为教学方法和课程设计方法目前大多应用在高等教育中。根据Robert Delisle[1]（1996）关于PBL教学法的研究，认为该问题的提出最早应该追溯到John Dewey。John Dewey[2]认为教师的教学应该通过唤醒学生的自然本能来研究和创造。而PBL教学法的最早应用则是Howard Barrows教授在加拿大McMaster大学医学院的课程教学中，Howard Barrows教授[3-4]随后在相关论文中对如何进行PBL教学作了介绍和总结。在此之后，欧美国家中包括哈佛大学医学院、英国曼彻斯特医学院等2000多所医学院逐渐采用了这种教学法，并进一步把此方法扩展到了工程学、生物学、生理学、心理学和管理学等多类学科，大多取得了很好的教学效果。
我国在20世纪80年代后期开始引入这种教学方法，首先也是在医学教育领域中应用，并取得了一定的教学效果，目前逐渐被更多的学校和专业所接受和采纳。
1.2 从国内外研究来看问题导向教学法具有显著的教学效果
Strobel和Barneveld[5]（2009）通过荟萃分析对比传统课堂，分析了问题导向教学法的综合效应。研究结果表明，问题导向教学法在知识的长期保留、技能发展及学生和教师的满意度方面表现优异，而传统方法则在知识的短期保留中更为有效。Hunt[6]等（2010）认为PBL学习是一种以问题为中心的教学方法，工程教学中该方法在激发学生的学习动力和强化学习效果方面具有巨大的潜力。工程教学中，该方法还能使学生将理论知识与实践相结合并应用到实践中去。Schmidt[7]（2007）等认为“PBL教学法的基本原则与我们人类的认知结构非常吻合”。相较于“传统课程专注于知识的获取和直接应用”，“PBL更着重于知识的灵活应用”。杜翔云[8]等（2009）认为“交叉学科的PBL方法是一种比传统授课模式更有效的课程设计，可以有效地提高和促进学生的认知学习、合作学习、内容掌握、自我满意程度及职业认同感等”。江学良[9]等（2014）通过在研究生课程中应用PBL教学法，认为这种方法“可用以提高学生的工程实践能力、创新能力与科研水平，也有利于培养学生的创新精神与团队合作精神”。田社平[10]等（2018）通过实证研究认为“问题导向教学法对大学生批判性思维倾向有显著的促进作用”。
1.3 “土木工程材料”课程采用该教学法的依据和期望效果
从国内外的文献和实践探索中可以看到，问题导向教学法对于交叉型的学科具有良好的效果，能够提高学生的实践和创新能力，特别有助于提高学生分析和解决问题的能力。
土木工程材料是一门兼具理论与实践而且具有多学科交叉复合的特点，结合了高等数学、物理学、化学、材料学及力学等多门基础科学的成果，在教学过程中无论对学生的学习和教师的教学都有极大的挑战，特别对于大二的学生来说学习难度不小。采用传统教学法，通过授课向学生传授知识和技能，还是采用问题引导法，使学生通过问题来学习和整合知识、提高能力，对学生的要求是不同的，预期效果也大为不同。
在分析和研究了大量的国内外文献后，授课教师在平行班中采用不同的教学模式，在学生学习基础基本相同，学习勤奋程度类似的情况下，比较学生的知识掌握程度和分析解决问题的能力。
2.1 问题导向教学法的建构
本次研究采用实验班和对照班进行教学效果比较研究。
实验班采用问题导向教学模式进行教学，教师学生活动内容和流程如图1。
图1 问题导向教学法教师与学生教学活动流程图
具体方法如下：上课前一周，教师结合教学目标给出章节学习内容和学习重点要求学生进行预习,并提出若干需要运用重要知识点的问题，上课时先用占课堂三分之二的时间抽查学生预习情况并引导其进行分析讨论，方法为随机选择学生对课前提出的问题进行回答，再根据学生的回答情况由老师引导启发学生们对相关问题进行分析、思考和讨论，最后老师根据学生讨论的情况补充不足和遗漏，讲解相关知识点，并提示学生应该如何分析问题，增补该问题在工程中应用的要点。讨论结束后，老师用剩余时间对本章节的教学内容进行总结梳理。课后作业除计算题外，均属非强制性完成，学生可以根据自己学习掌握情况来决定是否做，老师对学生上交的作业进行批改，但不计入平时成绩。课后作业中普遍存在的问题则会成为以后课堂讨论的部分内容。
对照班不强求学生预习，上课时教师对知识点和重点内容进行系统性的讲授，课后布置相关作业，教师批改作业后针对作业过程中的问题在课堂上讲解。教师在教学中也会将知识点在工程中的应用等实践内容补充给对照班学生，所以从教师的角度来讲，虽然课堂教学方式不同，但讲授的内容与问题导向教学法班级基本一致。
2.2 教学对象
教学对象是笔者授课的本校土木工程专业两个教学班，在教学过程中分别采用问题导向教学法和以讲授为主的传统教学法。
学生分为两个行政班，人数分别为31人和33人，实行小班化教学，两个教学班一个实行问题导向教学法（31人）（简称为实验班），另一个采用传统教学法（33人）（简称为对照班）。在本课程教学之前，两班学生各个方面均无显著差异，学期结束后，学生当学期学习的专业基础理论课程如物理学、材料力学、测量学等成绩也基本一致。
表1显示，两个班级的当期其他学科成绩基本相同，而且相比而言对照班在大学物理方面成绩较好，因此，教学效果评估不会因为两个班级本身的素质差距而产生偏差。
表1 实验班和对照班其他学科成绩
3.1 教学实际效果评估统计和检验
因为不同的班级采用的教学方法不同，因此平时的教学效果评估方法也有所区别。但在期末时采用相同的内容以保证两种教学方法效果的可比性。计量资料采用t检验，以t<0.05为差异有统计学意义。
3.1.1 平时教学效果评估比较
从平时的成绩来看，实验班由于是课前预习问题，学生在讨论问题的时候错误较多，所以平时成绩相对来说要低一些。而对照班则是课后复习并做作业，完成情况较好，成绩相对要高些(表2)。
表2 实验班讨论成绩和传统班级作业完成成绩比较表
因是在老师没有授课情况下的课前预习后课堂讨论的成绩，本可以给予实验班同学相对更高的成绩，但为了严格与对照班进行比较，没有对平时成绩进行调整。
3.1.2 期末考试成绩对比及结果检验
两个班级期末采用相同的试卷以考试的形式对两种教学方法进行效果评估。试卷总分100分，题型包括单项选择题（12分）、填空题（15分）、判断改错题（8分）、简答题（30分）、分析题（10分）和计算题（25分），其中单项选择题、填空题和判断改错题以考核知识点为主，分析题和计算题主要考核学生的分析应用能力，简答题兼顾分析应用能力考核和知识点考核。
考试成绩情况见表3。实验班学生考试成绩平均分是70.8分，标准差为15.4；
对照班学生成绩平均分是62.9分，标准差为16.9。t检验结果为P=0.03＜0.05，说明两个教学班的平均成绩差异具有统计学意义。
表3 实验班与对照班期末考试成绩对比
从表3可以看出，实验班学生平均成绩明显高于对照班，平均成绩高出对照班学生7.9分，比值为113%，高出13个百分点。从知识点和能力考核看，对于知识型题目实验班学生平均成绩虽高于对照班学生但差别不是特别明显，而实验班学生在解答分析应用性问题时明显优于对照班的学生。
3.2 教学效果差别成因分析
从上面的教学效果评价统计及检验结果来看，问题导向教学法相较于传统的讲授式教学法有明显的优势。两者在学习基础和学习态度基本一致的情况下，由于教学方法的不同，在学生对知识点的掌握和分析，解决问题能力的培养上产生了不同的效果，结果也符合国内外研究和教学实践结果。
问题导向教学法在培养学生分析问题的能力上优于传统教学法可能的原因包括：第一，引导式教学中学生需要在课前进行充分预习，并在课堂中回答问题并讨论，相较传统教学班的学生在学习上所用的绝对时间会更长，搜索的知识面更广，要求理解更深入；
第二，问题导向教学法引入了讨论环节，讨论是头脑风暴的一种形式。从心理学的角度来看，这种学习方法有助于长期工作记忆，也有助于创新能力的提高；
第三，学生在课堂中回答问题，能够得到教师的引导，及时纠正分析中的偏差，这会迅速提高学生分析和解决问题的能力。第四，学生之间讨论问题和教师对于应用的指导，可以使学生从不同角度来看待问题，有助于学生提高思考问题的广度和深度。
课程结束后，学生的反馈也证实了问题导向教学法对学生的影响是多方面的和积极的。学期结束后，授课教师设计了调查问卷，对不同教学法下学生的行为和感受进行了追踪调查。调查问卷主要设计了学生的预习习惯、学生喜欢的教学方式、对知识点的理解、课后作业的完成方式和复习方式及对课程的总体印象等多个方面。从学生对调查问卷的反馈来看，课堂互动受到了学生的欢迎，两个班级均有70%以上的学生欢迎这种模式。而且学生们也认为PBL模式有助于提高自学能力，培养了自身主动学习的习惯，提高了解决问题的能力。同时从学生事后能够回忆的知识点来看，PBL模式也有助于促进学生的长期工作记忆。
本次研究表明，在“土木工程材料”的教学中，在学生素质和学习态度基本一致的情况下，问题导向教学法比传统教学法在学生分析和解决问题能力的培养上有更好的效果，学生也能适应问题导向教学模式，说明问题导向教学法可以应用在普通大学生工程教育中。
问题导向教学法对教师的素质也提出了比较高的要求，需要教师的知识面广，对课堂的掌控力强。在传统教学法下，教师的工作主要是清楚地讲授知识点，批改作业，讲解作业中存在的问题。而在问题导向教学法下，教师不仅要对课堂内容进行讲解和梳理、管理课堂讨论、引领学生对问题进行深入分析和探讨，还要就学生讨论过程中提出的问题进行解释和引导，涉及的领域会大大超出该课程的范围，因此对教师的素质提出了很高的要求。同时教师的工作量也比传统教学模式要大得多。所以在考虑采用该教学方法时不仅要考虑到学生的素质，同时也要考虑到教师的能力和时间制约。但总的来说，采用问题导向教学，有助于更好地培养学生的自学能力和分析解决问题的能力，能为社会提供更优秀的工程技术人才。
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