基于问题学习的物理教学

2022-09-11

基于问题学习 (Problem-based Learning, 也译成问题式学习, 缩写为PBL) 是一种与建构主义理论及其教学原则非常吻合的教学模式, 它以问题为中心, 让学生围绕问题展开知识的建构, 籍此过程促进学生灵活掌握基础知识和发展高层次的思维技能、解决问题能力以及自主学习能力.其教学过程一般包括以下几个环节:形成一个小组, 提出一个新问题, 解决问题, 展示与交流成果, 在解决问题后进行反思.这种教学模式与我国当前的教学改革所提倡的诸多模式如研究性学习、发现式学习以及启发式教学在基本理念上具有极大的相似性, 与当前的教育改革趋势具有一致性, 因此对物理教学改革思路很具有启迪意义。

1 PBL的主要特点

1.1 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中的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。

1.2 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。

1.3 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, P B L是以“问题”为核心的高水平的学习。

2 PBL的学习目标

2.1 建构灵活的知识基础

学生在解决实际问题过程中建构起来的知识将是灵活的知识。这是因为: (1) 学生建构知识是出于实际问题的需要, 是根据对问题的分析讨论而产生学习议题后而学习的, 如此, 知识与一定的实际情境挂起钩来, 有一定的缘起, 知识因此获得了其重要意义; (2) 学生为了解决问题而研究一定的学习议题, 他们查找大量信息, 从中抽取信息、组织信息, 自己建构起了知识的最终产品形式, 因此, 知识的意义是出自个人化的深层理解, 是他们自己的知识, Beretter&Scanlamalia (1996) 指出, 个体必须学会将知识看作是个体产物, 这种产物可以通过创造性地反思已有理论和证据之间的关系而加以改进; (3) 当学生完成学习议题后, 他们最终还要用从学习议题研究中所获得的知识来解决问题, 这意味着, 他们不仅通过自己的查找和思维等过程而获得了知识的内容, 而且还亲自经历了知识是如何被使用的。这样的知识是他们自己的知识, 是能够灵活加以迁移的知识。

相比较而言, 在传统课堂上, 学生所学的知识常常是“横空出世”, 由老师生硬地提出来, 学生并不知道为什么要学、也不想问为什么要学, 慢慢地形成了一种习惯:要我学我就学, 反正书上的知识都是科学的;而且, 在学习的过程中, 学生是在老师的指引和暗示下推导出老师所预期的知识, 这些知识产品的形式都是由书本上规定的, 所有学生对知识意义的理解和表征应当是完全一致的;这样的知识将是惰性的、不灵活的知识, 只能在考试中、在书本新知识的学习中发挥作用, 不能被灵活地迁移到复杂的实际问题之中。

2.2 发展高层次思维能力

概括地说, 高层次思维是有意识的、围绕特定目标的、付出持续心理努力的、需要发散、研究判断和反思等认知活动的复杂的思维, 它包括问题解决、创造性思维、批判性思维以及自我反思等思维活动。基于问题的学习的主线活动是解决问题, 学生必须进行一系列的解决问题的思维活动, 如界定问题、分析问题、提出假设、搜集资料以及验证假设等。由于问题是开放式的, 没有现成的答案, 需要进行创造性的思维, 例如思维尽可能发散, 学生之间相互启发, 各自提出不同的想法。并且, 学生最终要彼此评论各自的工作和想法, 因此学生需要进行自主而积极的批判性思维。最后, 学生解决问题是为了从问题解决过程中反思和抽象出专业知识、解决问题的策略以及学习策略, 学生必须进行元认知反思活动。因此, P B L为学生提供了许多机会来发展并实践他们的高层次思维技能。

2.3 成为自主的学习者

通过P B L, 学生需要自我激励、设置学习目标、做独立的研究、进行自我引导的学习。将新建构的知识应用到复杂的问题解决之中, 并且还要监控和反思解决问题的过程。当他们完成问题解决之后, 他们学会成为独立自主的思考者和学习者。

2.4 成为有效的合作者

在PBL中, 学生通过解决真实性的实际问题而学习。由于问题太复杂了, 学生需要以小组为单位进行工作, 在小组中, 学生共享专业知识, 共同处理所含学习议题的复杂性。在小组中, 学生需要积极主动参与小组活动, 与小组其他成员相互依赖、共同承担责任, 进行积极的良性互动, 相互交流想法、相互鼓励和沟通。通过PBL的学习, 最终使学习者成为一个愿意合作也善于合作的人。

3 PBL中问题的提出、设计和形成

PBL将问题作为学习的起点, 因此, 问题设计的如何, 直接影响到学生学习的质量。一个好的问题设计, 可以促进学生的深度学习 (Deep Learning) 。PBL中应该采用什么样的问题?如何设计、形成这样的问题呢?

(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。问题应该具有足够的复杂性, 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, 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。

下面列举一些我在物理教学中的问题设计:

平抛运动一节的教学开始, 我设计的问题是如何测定玩具手枪发射出的子弹的速度?在讲额定功率概念前, 提出问题:载重汽车为什么在爬坡时要换挡?动量定理的教学设计了这样的问题:为什么玻璃杯掉到水泥地上易碎而掉到海绵上却不易破碎呢?

4 基于问题学习的物理教学过程

我们将以动量定理一节知识为例来探索如何在物理教学中来实施基于问题学习, 并阐述其教学的基本过程。

(1) 组织小组:在探索问题之前, 学生首先要组成一个学习小组, 学生们要互相了解或认识, 为合作学习创设一个良好的人际氛围。一般情况下4—5人一个学习小组。

(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。在解决问题的开始, 学生和教师要对问题解决的目标形成共同的理解。为了能产生关于动量定理等相关问题的学习议题, 我们设置的问题是:为什么玻璃杯掉到水泥地上易碎而掉到海绵上却不易破碎呢?

(3) 后续行动:各小组得到物理问题后, 他们对问题进行议论, 提出假设, 再用事实证明假设的合理性。经过这样的往复过程, 逐渐形成学习议题。

各小组记录下对问题的解决及其思维过程, 罗列有关这个问题的事实、组员的想法和假设所确定的学习议题以及研究计划和所采取的行动。

小组成员在解决这个问题时感到缺乏某些知识, 致使问题解决活动无法进行下去。小组成员就要分散去查询书籍资料, 最后共同完成学习议题。

在新一轮问题解决阶段, 组员重新集中, 交流各自学到的知识, 用新学到的知识重新分析问题, 考虑他们的假设, 提出新的问题, 又产生新的学习议题。在这一过程中, 学生不仅要分享彼此学到的知识, 更为重要的是, 他们还要评价自己的信息以及其他小组的信息, 这有助于成为自我引导的学习者, 从而有助于他们适应所面临的校外实际情景。

(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, 比如物理过程分析、每个物理量值的变化、口头报告等。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) 教师讲解:由教师对各小组的结论作归纳性总结, 并在黑板上推导出动量定理。

(6) 问题后的反思:在问题解决之后进行的反思中, 学生会有意识地对他们新解决的问题进行反思和抽象。他们会考虑当前问题与以前问题之间有什么联系, 这个问题与其它问题有什么相似之处和相异之处。这种反思有助于他们概括并懂得什么时候可以应用这种新知识, 使学校教育与社会需要的差距缩小, 使学生灵活掌握知识, 实现有意义的学习。更重要的是通过评价自己的成果, 反思自我引导学习和合作解决问题的有效性, 有利于发展学生高层次思维能力。

在基于问题学习的教学过程中, 要充分认识到它在培养学生应用知识解决实际问题、创造性思维等方面有着自身的优势, 其教学价值是巨大的。我们在具体应用这种教学模式时, 应重在对其要素 (如问题的作用、学生反思的重要性) 的认识, 要结合我国物理教学现状做适当调整, 这样能让它在当前物理教学改革中发挥更大的实用价值。

摘要：基于问题的学习, 目前已成为国际上较流行的一种教学方法。它以问题为中心, 强调以学生的主动学习为主, 而不是传统教学中强调的以教师讲授为主。其学习目标重在促使学习建构灵活的知识基础、发展高层次思维能力、成为自主 (自我调节) 的学习者与有效的合作者。

关键词：基于问题学习,深度学习,高层次思维能力