促进大学生深度学习的PBL教学方法研究与实践

李颖 侯世林 师玉荣 高朋

摘  要：学习科学视角下深度学习能力受到社会各界的广泛关注，促进学生的深度学习已经成为高等教育的重要议题和研究热点。以问题为导向的PBL教学方法是更强调能力导向的教学，是促进学生深度学习的重要教学理念和方法。为评价分析大学生深度学习现状及其影响因素，在设计性实验课程中开展PBL教学，并在此基础上研究PBL教学方法对大学生深度学习的促进作用及改进策略。研究结果表明，实验班八个二级评价指标的平均值均略高于对照班，一定程度上可以说明PBL教学设计与实施可以促进大学生的深度学习。大学生深度学习的进一步促进策略可以从团队学习能力和反思评价能力方面重点实施。

关键词：深度学习；PBL；教学方法；设计性实验；教学实践

中图分类号：G420      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）11-0096-04

Abstract： Deep learning ability from the perspective of learning science has attracted more and more people's extensive attention. Promoting students' deep learning has become an important topic and research hotspot in higher education. In this paper， PBL teaching is carried out in the course of Design Experiments. In order to evaluate and analyze the current situation and influencing factors of deep learning of college students， the promotion effect of PBL teaching method on students' deep learning and improvement strategies are studied. The results show that the average values of the eight secondary evaluation indicators in the experimental class are slightly higher than those in the control class， which to some extent indicates that PBL teaching design and implementation can promote the deep learning of college students. The further promotion strategies of deep learning for college students can be mainly implemented from the aspects of reflective evaluation ability and team learning ability.

Keywords： deep learning; PBL; teaching method; Design Experiments; teaching practice

在學习科学视角下，深度学习是指在理解的基础上，学习者能够批判地学习新思想和事实，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行练习并能够将已有的知识迁移到新的情境中，做出决策并解决问题的学习。21世纪以来，随着学习理论的发展，突出高阶思维培养、更加注重能力和素质提升的深度学习已经跨越了认知理论的界限，成为了各阶段教育研究工作者的重要议题和研究热点[1]。为有效促进学生的深度学习，国内外学者充分利用优化课程设计、改进教学方法、整合教学资源并依托信息技术等手段进行了有意义的探索和研究[2-4]。

以问题为导向的教学方法（Problem-based Learning，PBL）是基于教学中现实问题和具体任务的“以学习者为中心”的教育方式。与传统意义上的以教师教授为主的教学方法相比，PBL更加强调以学习者的主动学习为主，PBL通过科学设计和规划将学习过程与复杂的、有意义的问题情景紧密链接，使得学习者针对问题开展自主探究式深度学习，实现知识、能力和素质全面协调发展。PBL是更强调能力导向的教学，是可以促进学生深度学习的重要教学理念和方法，能提升学生的自主学习能力、团队合作能力、解决问题的能力和批判思考的能力[5-6]。

本文以选修设计性实验课程的大一选课学生作为实验组开展PBL教学，其他专业的大一学生作为对照组，采用深度学习评价指标体系对两组学生进行测试分析，评价分析大学生深度学习现状及其影响因素，在此基础上研究PBL教学方法对学生深度学习的促进作用及策略。

一  研究设计

（一）  设计性实验课程的设计

设计性实验依托开放性物理问题的综合分析及解决，旨在培养大学生创新意识、创新能力、综合素养和工作技能。课程实验项目的设计特别是实验项目的开放性是课程建设的核心工作，开放性实验项目如何实施教学是影响课程目标达成及教学效果的重要因素。

实验项目的设计方面，我们采用了中国大学生物理学术竞赛（China Undergraduate Physics Tournament，简称CUPT）的赛题作为实验项目，这些赛题由国际青年物理学家锦标赛（International Young Physicists' Tournament，IYPT）每年度发布，IYPT每年度17个物理问题详见IYPT官方网站[7]。IYPT的物理问题都是开放性的，需要学生运用所学知识对实际物理问题进行理论分析和实验研究，学生的创新意识、综合素养和工作技能也在分析问题、解决问题的过程中得到锻炼和提升。因此，设计性实验课程选择当年的部分IYPT赛题作为实验项目，符合该课程培养学生综合素养和提升工作技能的设置初衷。

设计性实验的实验项目具有开放性、创新性、综合能力要求高、多层面和难度大等特点，对教与学都提出了更高的要求，甚至是全新的挑战。每年的赛题都是全新的，老师既需要“深入”研究题目又需要“浅出”引导启发学生，学生需要开展深度学习，只有通过对问题的深度研究，才能达到知识、能力和素质全面协调发展的目标。

（二）  PBL教学方法的设计与实施

结合设计性实验的项目，充分发挥教师的学习引导者作用，教师在课前提出核心驱动问题，指引学生问题思考和问题解决的方向。课堂教学中以核心问题为基础，创设讨论式课堂，充分激发学生学习的兴趣和积极主动性。学生在课后的理论分析、实验研究、小组合作讨论过程和成果展示交流中，自始至终都有意识地积极贯彻基于问题的PBL教学设计思路和方法。

1  课前——核心驱动问题的分解与凝练

设计性实验的项目都是特别开放的，教师需要在课前提出核心驱动问题，对激发学生的兴趣至关重要。虽然大多IYPT题目都十分清晰明确地表述了要研究的物理情景和有关问题，但IYPT题目在内容上又呈现出天然的开放性，导致学生经常在实验项目的审题和分解出现卡点，甚至错过了研究问题的重点。老师重点从关键词和物理概念入手引发学生找到核心驱动问题，在此基础上，引导学生进一步检索和讨论。

2  课堂——以问题为主线的讨论式课堂教学

设计性实验的课堂教学设计也打破了传统的理论课教学和实验课教学的模式，理论课和实验课深度融合相互促进，从实验项目的核心驱动问题出发引導观察并讨论物理现象，引出基本物理原理和启发式地分析讨论进一步的物理问题。

3  课后——以问题为中心的讨论交流

课后同学们在课堂讨论基础上以小组合作形式完成实验项目的研究，包括文献调研、实验方案设计、实验过程及数据处理与分析和研究成果展示。在成果展示的教学环节，借鉴IYPT和CUPT的正方、反方和评论方提问的模式，参考学术会议和论文答辩的专家提问模式，采取收集专家问题的教学设计让所有同学成为讨论交流的主角。讨论和学术交流的研讨过程让同学们能够就疑惑和问题各抒己见、彼此激发，真正实现了团队共同研究问题。这种讨论式学习方式对学生的阅读、表达、自学和思考能力的提高都有帮助，尤其是对思考能力提高的认可度最高[8-9]。

（三）  大学生深度学习评价指标体系

为调研当前大学生深度学习现状及其影响因素并评估分析PBL教学方法对学生深度学习的促进作用，采用文献[10]建立的深度学习评价指标体系进行深度学习的调研分析。该评价指标体系包括深度情感、深度行为和深度认知三个一级指标，二级评价指标有学习态度、情感交流、团队合作、批判思维、问题解决、知识理解、知识迁移建构和反思评价。该文献已经通过项目分析、信度检验、探索性因素分析、效度检验、ＡＭＯＳ验证性因素分析，验证该模型适配度较好，结构模型较合理，可以用于评估大学生的深度学习水平。本文研究中也采用了该文献的正式问卷，问卷由二级评价指标的８个维度构成。问卷中共有42个问题，包括基本信息题３题，学习态度４题，情感交流４题，团队合作５题，批判思维５题，问题解决３题，知识理解５题，知识迁移建构５题，反思评价８题。评价指标体系的量表采用Likert 5点计分法，让学习者根据自己的实际情况来判断题目所述内容与自己的符合程度。１表示“完全不符合”，２表示“比较不符合”，３表示“不确定”，４表示“比较符合”，５表示“完全符合”，得分越高，深度学习程度越高。

1  实验样本及数据来源分析

在2020年秋季学期末，以选修设计性实验课程的55名大一同学为实验班，选取同一个学部另一学院44名大一同学作为对照班，对实验班和对照班学生进行深度学习问卷的数据采集和分析，所有问卷均为有效问卷。实验班和对照班同学的深度学习整体描述性分析结果和性别差异统计分析结果见表1。

从表1可以看出，本次实验的实验班和对照班的人数和男女比例相近，具有一定可参照性。实验班和对照班的总平均得分为3.926和3.702，实验班略高于对照班，可能与实验班的设计性实验课程实施PBL教学方法有一定的关系。对照班男生女生的深度学习分别为3.785和3.522，女生平均得分略低于男生。实验班男生女生的深度学习平均得分为3.919和3.942，二者基本相同，没有性别差异性。

2  各维度统计结果分析

实验班和对照班在八个二级指标维度上的统计分析结果见表2。从表2可以看出，大学生深度学习在八个维度上的平均值在3.600～3.939，相对比较集中，问题回答选项比较趋向于选项4“比较符合”，由此可以推断出该校大学生深度学习现状比较令人满意，当然也还有很大提升空间。情感维度下的学习态度和情感交流得分最高，说明大学生的学习态度比较积极，情感交流方面也能积极敞开，通过多种渠道利用各种资源完成课程及学习任务。

在深度学习的行为指标维度下，无论是实验班和对照班，团队合作的平均得分都是最低的，两个班深度学习平均得分差异最小的也在团队合作这个二级指标。团队合作过程中，同学们通过讨论、提问甚至辩论不仅分享各自的知识、经验与成果，更能实现思维的相互碰撞与激发。因此，团队学习是所有参与成员知识转移和能力提升的过程，这是一个变化相对缓慢更需要持久投入的过程。团队学习的学习方式需要改变学生多年形成的学习态度与观念，需要参与的学生有整体共同的学习参与性和积极主动性。

另外，深度认知维度下反思评价平均得分也是相对较低的，仅高于团队学习的平均得分。表明大部分学生的认知能力和对知识的理解反思能力有待提升，在教学设计中教师需要设计多元化的教学策略，让学生通过更多的总结、自评、互评、展示和提问机会来提升反思评价能力，进而促进深度学习的认知。

3  实验班和对照班统计结果对比分析

图1给出了实验班和对照班的数据对比。从图1中可以看出，实验班和对照班的八个二级评价指标的平均分得分趋势是一致的，本文还采用122名大一学生的大班进行了深度学习测试，各二级指标的得分趋势与实验班和对照班也是一致的，说明本文研究中采用的深度学习评价模型是科学合理的，本研究中所采集的數据是有效的。从图1还可以看出，实验班八个二级评价指标的平均值均略高于对照班，一定程度上可以说明实验班采用的PBL教学方法可以促进大学生的深度学习，确切的结论或影响因素分析需要更加深入的研究，特别是需要更多数据支撑的实证研究。

从图1实验班和对照班的对比数据还可以看出，行为指标下的团队合作是得分最接近的二级指标，这说明通过一学期的PBL教学实践对实验班学生团队学习水平和能力的提升也相对较小。因此，大学生团队学习水平的提升需要老师、学生及社会各界的长期努力和共同关注。

行为指标下的问题解决是实验班和对照班平均得分相差最大的二级指标，由此可以初步推断采用PBL教学方法可以激励学生研究问题背后的本质，促进学生利用原有的知识来解决实际问题，促进学生在解决问题的同时经常归纳总结深化知识点的学习，使得知识和能力培养方面相互促进。

二  结论

通过对大学生深度学习现状的初步调研以及实验班和对照班问卷数据的对比分析，可得以下总结与启示。

1）该校大一学生在学习的深度情感方面积极主动。在深度学习的情感维度方面，根据问卷数据可以推断出该校大一学生深度学习现状比较令人满意，当然也还有很大提升空间。情感维度下的学习态度和情感交流得分最高，说明大学生的学习态度比较积极，情感交流方面也能积极敞开，通过多种渠道利用各种资源来完成课程及学习任务。

2）PBL教学方法可以促进大学生的深度学习。通过对比分析实验班和对照班的深度学习整体描述分析数据可知，实验班八个二级评价指标的平均值均略高于对照班，一定程度上可以说明PBL教学设计与实施对实验班同学产生了积极的影响，实验班采用的PBL教学方法可以促进大学生的深度学习，确切的结论或影响因素分析需要更加深入的研究，特别是需要更多数据支撑的实证研究。

3）大学生的团队学习需要重点关注。在深度学习的行为指标维度下，实验班和对照班的团队合作平均得分都是相对最低的，这说明通过一学期的PBL教学实践，实验班同学在团队合作方面的提升也相对最小，可知大学生团队合作的提升和促进任重而道远。团队合作水平的提升需要改变学生多年形成的学习态度与观念，需要参与的学生有整体共同的参与性和积极主动性，还需要负责课堂教学设计实施的老师、社会各界的长期努力和共同关注。

4）反思评价能力需要提升。在深度学习的认知维度方面，学生的反思评价得分也相对较低，仅高于团队合作得分，表明大部分学生的总结、反思和评价能力有待提升。在教学设计中教师需要设计多元化的教学策略，让学生通过更多的总结、自评、互评、展示和提问机会来提升反思评价能力。从通识教育层面，通过开设相关的通识课程，提升学生的思考力和学习力，培养学生的创造性思维和批判性思维。

参考文献：

[1] 戴歆紫，王祖浩.国外深度学习的分析视角及评价方法[J].外国教育研究，2017（10）：45-58.

[2] 刘辉，康文彦.国内深度学习研究的知识图谱——基于381篇中文核心期刊论文的可视化分析[J].教育理论与实践，2020，40（1）：52-57.

[3] 吕林海，龚放.中美研究型大学本科生深层学习及其影响机制的比较研究——基于中美八所大学SERU调查的实证分析[J].教育研究，2018，39（4）：111-120.

[4] 黄志芳，周瑞婕，赵呈领，等.面向深度学习的混合式学习模式设计及实证研究[J].中国电化教育，2019（11）：120-128.

[5] 刘智，吴伟，姜倩.问题式学习对大学生批判性思维的影响研究——基于国内外31项研究的元分析[J].高教探索，2020（3）：43-49.

[6] 肖立，孟立军.“级联效应”：一项基于PBL美国21世纪大学生自主学习能力培养的质性研究[J].中国远程教育：综合版，2017（12）：38-45.

[7] Official IYPT Website（International Young Physicists' Tournament）[EB/OL].https：//www.iypt.org.

[8] 马丽珍，马君.讨论式学习对大学生能力发展影响的实证研究[J].高教学刊，2020（18）：51-53.

[9] 马丽珍，师玉荣，马君.讨论式教学对学习风格不同学生多元能力影响的研究[C]//第六届高校教学发展网络（CHED）年会论文集，2019.

[10] 张欢.协作式问题探究下的大学生深度学习研究[D].昆明：云南大学，2019.