基于问题的学习:学生学习什么和如何学习？外文翻译资料

基于问题的学习:学生学习什么和如何学习？

作者：辛迪·赫梅洛-西尔弗

摘要：基于问题的学习方法在倡导基于经验的教育方面有着悠久的历史。心理学研究和理论表明，通过让学生通过解决问题的经验来学习，他们可以学习内容和思维策略。基于问题的学习(PBL)是一种教学方法，学生通过促进问题解决来学习。在PBL，学生的学习集中在一个没有单一正确答案的复杂问题上。学生们在协作小组中工作，以确定他们需要学习什么来解决问题。他们进行自我指导学习(SDL)，然后将新知识应用到问题中，反思他们所学的内容和所用策略的有效性。教师的作用是促进学习过程，而不是提供知识。PBL的目标包括帮助学生发展1)灵活的知识，2)有效解决问题的技能，3) SDL技能，4)有效的合作技能，5)内在动机。本文讨论了PBL学习的本质，并检验了支持它的经验证据。对PBL的前3个进球有很多研究，但对后2个进球的研究很少。此外，在医学和天才教育之外进行的研究很少。对于PBL来说，了解这些目标是如何通过低技能学习者实现的是一个重要的研究议程。证据表明，PBL是一种教学方法，提供了帮助学生发展灵活的理解和终身学习技能的潜力。

关键词:基于问题的学习；建构主义学习环境；学习过程；解决问题；自我导向学习。

基于问题的学习方法由来已久。它们是将学习置于有意义的任务中的许多教学方法之一，例如基于案例的教学和基于项目的学习。在基尔帕特里克(1918，1921)和杜威(1938)的传统中，这些方法主张实践经验在学习中的重要性。基于问题的学习(PBL)是这种有意义的经验学习传统的一部分。在PBL，学生通过解决问题和反思他们的经验来学习。PBL非常适合帮助学生成为积极的学习者，因为它将学习置于现实世界的问题中，让学生对自己的学习负责。它具有帮助学习者发展策略和构建知识的双重重点(范德比尔特[CTGV]认知和技术小组，1997；柯林斯等人，1989年；Hmelo和Ferrari，1997；Kolodner等人，1996年)。

对PBL的回顾是及时的，因为在课堂改革的讨论中，灵活思维和终身学习的问题已经成为首要问题(布朗斯福德等人，2000；Greeno等人，1996年)。PBL对16岁以下的教育工作者越来越感兴趣，这表现在关于PBL的书籍的广泛出版(例如，杜赫等人，2001；托尔普和塞奇，2002)。教育工作者对PBL感兴趣，因为它强调积极的、可转移的学习和激励学生的潜力。这篇文章首先描述了PBL，并将其与其他体验式学习方法区分开来。其次，论述了PBL的目标。第三，详细讨论了PBL教程的过程。接下来，文章探讨了我们对PBL的了解。特别是，本节考察了关于PBL目标的研究。最后，文章讨论了研究的局限性和未来的发展方向。

PBL和其他经验方法

PBL专注于围绕有意义问题的调查、解释和解决的经验学习(巴罗斯，2000；托尔普和塞奇，2002)。在PBL，学生们在小型协作小组中工作，学习解决问题所需的知识。教师充当促进者，引导学生在图1所示的学习周期中学习。在这个循环中，也称为PBL辅导过程，向学生展示一个问题场景。他们通过识别场景中的相关事实来阐述和分析问题。这一事实识别步骤有助于学生陈述问题。随着学生更好地理解问题，他们会产生关于可能解决方案的假设。这个循环的一个重要部分是识别与问题相关的知识缺陷。这些知识的不足成为学生在自我指导学习中研究的学习问题(SDL)。跟随SDL，学生们应用他们的新知识根据所学知识评估他们的假设。

图1.基于问题的学习周期

在完成每个问题时，学生们反思所获得的抽象知识。老师帮助学生学习解决问题和合作所需的认知技能。因为学生是自我导向的，管理他们的学习目标和策略来解决PBL的结构不良的问题(那些没有一个正确的解决方案)，他们也获得了终身学习所需的技能。PBL最初是在医学院发展起来的，并被用于从中学到专业教育的各种环境中(巴罗斯，2000；巴罗斯和凯尔森，1995年；巴罗斯和坦布林，1980年；加拉格尔等人，1992年；Hmelo等人，2000年；Hmelo-Silver，2000；托尔普和塞奇，2002；Williams，1992)。

PBL是包括锚定教学和基于项目的科学(CTGV，1997；Krajcik等人，2000年；Linn和Hsi，2000；怀特和弗雷德里克森，1998)。如表一所示，所有三种方法都使用一个共同的问题，并依靠老师来帮助指导学习过程。它们在问题的类型和角色、解决问题的过程以及使用的特定工具方面有所不同。例如，PBL使用现实的，结构不良的问题，如医疗诊断或课程设计(巴罗斯，2000；Hmelo-Silver，2000)。在这种设定下，问题是获取知识和推理策略的重点。在抛锚式教学中，这个问题是一个基于视频的故事，最终给学习者带来了挑战，比如确定某个学校项目是否有利可图。问题在锚定教学中有两个作用。首先，它为学习者提供了一个将他们共享的知识应用到相关问题。

表一：解决问题经验中的学习方法

其次，视频支持持续的问题理解，因为问题通常需要15-20个步骤才能解决。在基于项目的科学中，这个问题是一个驱动性的问题，比如“我的垃圾去哪里了？”这个问题是科学探究的焦点，因为学生必须决定如何回答他们的问题。就过程而言，PBL采用了图1所示的特定PBL学习周期。锚定教学强调计划和子目标的生成，因此学生可以将解决问题的任务变得易于管理。在基于项目的科学中，学生在设计实验、进行预测、观察、然后解释他们的预测为什么正确或不正确的过程中，参与到科学研究的循环中。在工具方面，PBL使用一个简单的工具，一个结构化的白板，上面有事实、想法(即假设)、学习问题和行动计划(稍后讨论)的列表，来帮助组织学生解决问题和学习。相比之下，基于项目的科学使用各种基于计算机的工具来帮助学生解决问题。这些包括元认知支架、计划者和建模工具(Krajcik等，2000；Linn和Hsi，2000)。锚定教学使用工具来帮助学习者控制他们想要复习视频的哪些方面，并包括各种特定问题的评估工具(CTGV，1997)。协作学习是所有三种方法中的一个重要方面。所有这些方法都被证明是有效的(例如，CTGV，1997；Hmelo，1998年；Krajcik等人，2000年；Linn和Hsi，2000；怀特和弗雷德里克森，1998)。

所有这些通过解决问题来学习的方法的核心至少有两个关键问题。首先，所有的方法都强调学习者在合作小组中主动构建知识。第二，学生和教师的角色转变。老师不再被认为是知识的主要宝库；她是协作学习的推动者。教师通过开放式提问帮助指导学习过程，旨在让学生让他们的思维清晰可见，并让所有学生参与到小组过程中。在锚定教学和基于项目的科学中，教师通常在学生需要解决问题活动的信息时进行一些直接的指导。强调SDL是PBL的一大特色。在PBL，学生对自己的学习负责，这需要对正在学习的东西进行反思和批判性思考。在PBL，学生被要求运用他们的知识，并成为反思和自我指导的学习者。

PBL的目标

基于问题的课程通过解决复杂的现实世界的问题，为学生提供有指导的学习经验。PBL是被设计出来的有几个重要的目标(巴罗斯和凯尔森，1995)。它旨在帮助学生：

1)构建广泛灵活的知识库；2)培养有效的解决问题的技能；3)发展自我导向的终身学习技能；4)成为有效的合作者；5)变得有内在的学习动力。

构建广泛而灵活的知识不仅仅是让学生了解某个领域的事实。它涉及跨多个领域的信息集成。这样的知识是围绕着一个领域的深层原则连贯地组织起来的(迟等，1981)。它也被灵活地条件化到可以在不同和适当的情况下流畅地检索和应用的程度(Bransford等人，1990)。随着个人在各种问题情境中应用他们的知识，越来越灵活的知识得到发展(CTGV，1997；Kolodner，1993)。

常识表明，为了鼓励学生发展灵活的知识和有效的解决问题的技能，我们必须将学习嵌入到需要使用这些技能的环境中。实验室实验证明确实如此(如Needham和Begg，1991；Perfetto等人，1983年)。基于课堂的研究也支持这些发现(加拉格尔等人，1992；Hmelo，1998年；Hmelo等人，2000年；Schwartz和Bransford，1998)。在PBL小组中讨论问题(在开始研究学习问题之前)激活了相关的先验知识并促进了新信息的处理(Schmidt等人，1989)。当学生能够将新知识与他们已经知道的知识联系起来时，他们就能更好地构建新知识。

实现第二个目标，发展有效的解决问题的技能，包括运用适当的元认知和推理策略的能力。例如，假设演绎推理是解决医学问题的适当策略，而类比或基于案例的推理可能更适合于许多设计领域，如建筑(Kolodner，1993；Kolodner等人，1996年)。元认知技能是指计划一个人解决问题、监控一个人的进步以及评估一个人的目标是否已经实现的执行控制过程(舍恩菲尔德，1985)。

元认知策略对于发展自我导向的终身学习技能的第三个目标也很重要。这些是实现自主学习的技能。在(Hmelo和Lin，2000；Zimmerman，2002)。首先，学习者必须有元认知意识到他们做什么和不理解什么。其次，他们必须能够设定学习目标，确定他们需要为所从事的任务学习更多的东西。第三，他们必须能够计划他们的学习并选择合适的学习策略。换句话说，他们必须决定实现这些目标的行动路线。最后，在实施他们的计划时，学习者必须能够监控和评估他们的目标是否已经达到。

成为一个好的合作者的第四个目标意味着知道如何作为团队的一部分很好地运作。这包括建立共识、解决分歧、协商小组将要采取的行动以及达成一致(巴伦，2002)。这些任务需要小组所有成员公开交换意见和参与(科恩，1994；温格，1998)。解释一个人的想法对生产性合作很重要，也有助于促进学习。成为一个好的合作者的目标和合作学习的过程经常是交织在一起的。

PBL的最终目标是帮助学生成为有内在动机的人。当学习者在自己的兴趣、挑战或满足感的激励下完成一项任务时，内在动机就会产生。对于医学生来说，制造一个难题很简单，因为他们都有成为医生的内在目标。同样，有天赋的高中生往往有很高的积极性，并具有认知技能，使他们在处理一些复杂的任务时有信心。为技能较低的学生确定一个合适的问题需要问题设计者理解什么是发展合适的，什么是不同学生群体感兴趣的，什么是适度的挑战而不是压倒性的。PBL的几个特点支持增加学习的动力。当学生重视他们所学的东西，并且他们的教育活动与个人有意义的任务相关时，他们会更有动力(法拉利和马哈林厄姆，1998；Leontiev，1978)。当学生相信学习的结果在他们的控制之下时，他们也更有动力(班杜拉，1997；Dweck，1991)。

从本质上来说，问题应该为学生提供一个最近的、切实的目标，即运用他们的知识来解决一个具体的问题。这种类型的目标比看似不可逾越的更遥远、更抽象的目标更具激励性(班杜拉，1997)。奖励学生深刻理解、独立思考和行动的课堂环境也比奖励比较表现的许多传统课堂结构更有激励作用(埃姆斯，1992；Biggs，1985；Ramsden，1992)。PBL教学技术假设所有这些目标都是作为PBL学习周期的一部分来实现的。

PBL辅导过程

PBL学习周期(如图1所示)是通过辅导过程实施的，辅导过程以问题的提出开始，以学生的反思结束。PBL辅导课首先向一群学生展示关于一个复杂问题的最少信息(巴罗斯，2000)。从一开始，学生必须向辅导员提问，以获得更多的问题信息；他们也可以通过做实验或其他研究来收集事实(托尔普和塞奇，2002)。例如，当中学生被要求建造人工肺时，他们进行实验来确定肺必须排出多少空气(Hmelo等人，2000)。在解决问题的过程中，学生们通常会停下来思考他们迄今为止收集的数据，对这些数据提出问题，并对可能有助于解释这些数据的潜在因果机制感到困惑。

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Educational Psychology Review, Vol. 16, No. 3, September 2004 (^°C 2004)

Problem-Based Learning: What and How Do Students Learn?

Cindy E. Hmelo-Silver^1,2

Problem-based approaches to learning have a long history of advocating experience-based education. Psychological research and theory suggests that by having students learn through the experience of solving problems, they can learn both content and thinking strategies. Problem-based learning (PBL) is an instructional method in which students learn through facilitated problem solving. In PBL, student learning centers on a complex problem that does not have a single correct answer. Students work in collaborative groups to identify what they need to learn in order to solve a problem. They engage in self-directed learning (SDL) and then apply their new knowledge to the problem and reflect on what they learned and the effectiveness of the strate-gies employed. The teacher acts to facilitate the learning process rather than to provide knowledge. The goals of PBL include helping students develop 1) flexible knowledge, 2) effective problem-solving skills, 3) SDL skills, 4) effec-tive collaboration skills, and 5) intrinsic motivation. This article discusses the nature of learning in PBL and examines the empirical evidence supporting it. There is considerable research on the first 3 goals of PBL but little on the last 2. Moreover, minimal research has been conducted outside medical and gifted education. Understanding how these goals are achieved with less skilled learners is an important part of a research agenda for PBL. The evidence suggests that PBL is an instructional approach that offers the potential to help students develop flexible understanding and lifelong learning skills.

KEY WORDS: problem-based learning; constructivist learning environments; learning pro-cesses; problem solving; self-directed learning.

1. Department of Educational Psychology, Rutgers, The State University of New Jersey, New Brunswick, New Jersey.
2. Correspondence should be addressed to Cindy E. Hmelo-Silver, 10 Seminary Place, New Brunswick, New Jersey 08901-1183; e-mail: chmelo@rci.rutgers.edu.

235

1040-726X/04/0900-0235/0 ^°C 2004 Plenum Publishing Corporation

236 Hmelo-Silver

Problem-based approaches to learning have a long history. They are one of many instructional approaches that situate learning in a meaning-ful task, such as case-based instruction and project-based learning. In the traditions of Kilpatrick (1918, 1921) and Dewey (1938), these approaches argue for the importance of practical experience in learning. Problem-based learning (PBL) is part of this tradition of meaningful, experiential learning. In PBL, students learn by solving problems and reflecting on their experi-ences (Barrows and Tamblyn, 1980). PBL is well suited to helping students become active learners because it situates learning in real-world problems and makes students responsible for their learning. It has a dual emphasis on helping learners develop strategies and construct knowledge (Cognition and Technology Group at Vanderbilt [CTGV], 1997; Collins et al., 1989; Hmelo and Ferrari, 1997; Kolodner et al., 1996).

A review of PBL is timely because issues of flexible thinking and lifelong learning have come to the fore in discussions of classroom reform (Bransford et al., 2000; Greeno et al., 1996). PBL is of increasing interest to K–16 ed-ucators as demonstrated by widespread publication of books written about PBL (e.g., Duch et al., 2001; Torp and Sage, 2002). Educators are interested in PBL because of its emphasis on active, transferable learning and its poten-tial for motivating students. This article first describes PBL and distinguishes it from other experiential approaches to learning. Second, it discusses the goals of PBL. Third, the PBL tutorial process is discussed in detail. Next, the article examines what we have learned about PBL. In particular, this sec-tion examines the research regarding the goals of PBL. Finally, the article discusses the research limitations and avenues for the future.

PBL AND OTHER EXPERIENTIAL APPROACHES

PBL is focused, experiential learning organized around the investiga-tion, explanation, and resolution of meaningful problems (Barrows, 2000; Torp and Sage, 2002). In PBL, students work in small collaborative groups and learn what they need to know in order to solve a problem. The teacher acts as a facilitator to guide student learning through the learning cycle de-picted in Fig. 1. In this cycle, also known as the PBL tutorial process, the students are presented with a problem scenario. They formulate and ana-lyze the problem by identifying the relevant facts from the scenario. This fact-identification step helps students represent the problem. As students understand the problem better, they generate hypotheses about possible solutions. An important part of this cycle is identifying knowledge deficien-cies relative to the problem. These knowledge deficiencies become what are known as the learning issues that students research during their self-directed learning (SDL). Following SDL, students apply their new knowledge and

Fig. 1. The problem-based learning cycle.

evaluate their hypotheses in light of what they have learned. At the comple-tion of each problem, students reflect on the abstract knowledge gained. The teacher helps students learn the cognitive skills needed for problem solv-ing and collaboration. Because students are self-directed,

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