基于设计思维的PBL教学模式构建

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   摘 要:设计思维是一种以人为本的创新方式,它强调解决问题要从人的需求出发,多角度地寻求创新解决方案,并创造更多的可能性.这一思维方式与“基于问题的学习”教学模式相结合会帮助学习者创造性地解决问题,对学生学科核心素养的发展具有重要意义。本文将探究学科教学模式的一种新途径的可行性,尝试建构基于设计思维的PBL教学模式。
   关键词:设计思维;PBL教学模式
  中图分类号:TS209  文献标识码:A  文章编号:1673-260X(2021)04-0098-05
  1 引言
   《2017地平线报告(基础教育版)》强调多学科、跨学科等术语,将校内课程与现实世界结合,从一种新的视角让学生通过探索自主地创造性地解决问题[1]。在《普通高中物理课程标准(2017年版)》中指出:“我国普通高中教育是在义务教育基础上进一步提高国民素质、面向大众的基础教育,任务是促进学生全面而有个性的发展,为学生适应社会生活、高等教育和职业发展做准备,为学生的终身发展奠定基础。进一步提高学生综合素质是普通高中的培养目标,着力学生核心素养的发展,使其具有理想信念、社会责任感、科学文化素养和终身学习能力,有自主发展能力和沟通合作能力”[2],并强调物理学科的育人要通过物理学科核心素养来实现。而物理学科核心素养主要包括的四个方面强调了质疑与批判、交流合作、反思和实事求是等学生自主解决问题需要的关键能力。
   在17年课程标准对物理学科核心素养的描述中,“探索日常生活中的道理”“解决问题”“公开发表个人见解”“与他人合作”等词语都表明了坚持学生主体地位,培养探究能力和解决问题能力的育人核心。问题导向学习(Problem-Based Learning,简称为PBL)的核心理念就是培养学生成为“自我指导的学习者”,这种教学模式起源于努力理解和解决一个问题的学习[3],它主要是通过小组协作的学习形式解决劣构问题和实现教学目标,基于真实情境并回归到真实生活中。设计思维是一种以人为本的创新方式,它强调解决问题要从人的需求出发,多角度地寻求创新解决方案,并创造更多的可能性。诺贝尔奖获得者,经济学家赫布·西蒙在他的著作《人工科学》设计思维定义为一种在现有条件下寻求更好方案的过程,也就是利用设计思维来满足消费者的需求并提供更好的备用解决方案,他认为设计思维主要涉及认知性、情感表达和人际活动三个方面。这样的思维方式与“基于问题的学习”的教学模式相结合能够帮助学习者对问题进行创造性的解决,对学科核心素养的发展也具有重要意义。本文将探究学科教学模式的一种新途径的可行性,尝试建构基于设计思维的PBL教学模式。
  2 设计思维与PBL教学模式
  2.1 PBL教学模式
  2.1.1 PBL教学模式的内涵及特征
   近年来,“发现学习”“探究学习”“基于问题的学习”和“基于项目的学习”等这些西方教育方法,在我国基础教育的新课改革中起到不可忽视的作用。这几种教学方法的相似之处在于这些教学方法在应用时,需要教师在学科基础上为学生设计接近生活实际的复杂问题情境,学生经过自己设计解决问题的流程,探究并解决问题,最终领悟其中的知识,并可以进行知识的迁移与应用。但是“发现学习”“探究学习”“基于问题的学习”和“基于项目的学习”也是有区别的,教师要认识到这四种教学方法各自的特点与适用条件,并将其与传统教学方法比较,在教学过程中根据不同的教学背景选取合适的教学方法。
   “基于问题的学习”的教学模式可以帮助学生处在真实的情境中,让学生亲自处理现实生活的真实问题,提高学生自主学习能力、解决问题的能力和发展高级思维能力等。“基于问题的学习”教学模式是一种源于医学的并取得成功的教学方法,Barrows在20世纪80年代最先对“基于问题的学习”教学活动的几个环节进行归纳和提炼,在整个发展过程中,研究者们依然倾向于Barrows系统化了的结构和流程[4]。至今,它已被广泛地应用于各式教育、培训机构、商业应用和工程等多个领域,并已被证明这样的教学模式比传统的教学方法更加有效。
   笔者通过对现有研究分析得出“基于问题的学习”的教学模式具有如下三个基本特征:
   (1)PBL教学模式以学生为中心。在这个过程中,教師不再直接讲授知识,而是让学生依靠小组合作的方式来解决基于真实情境下的结构不良问题,教师只充当引领者的角色,在必要的时候进行指导和提供学习资源,从而达到学生知识面拓展和解决问题能力提升的目的。研究表明,“基于问题的学习”塑造了独立的学习者,增加了学生学习的自主权[5]。
   (2)PBL教学模式是一种处于真实复杂的情境中的学习。以问题解决的过程来呈现。问题的设计要注意与已有知识的相关性,考虑到学生的研究能力,也要在把握前沿的基础上注意跨学科的特点,以求学生更加全面的发展。
   (3)PBL教学模式是一种学习方法。在这种教学模式中,学习者通过对问题的研究,运用综合性的知识找到多种针对结构不良问题的可行的解决方案。
  2.1.2 PBL教学模式的一般过程
   在20世纪初,杜威提出了问题解决过程的五阶段模型,20世纪中后期,在现代认知心理学的基础上,基克又提出了问题解决的四阶段模型,20世纪后期,Barrows对“基于问题的学习”教学活动的结构和流程进行了系统化[6],如图1所示。
   从上面的研究可以得出,“基于问题的学习”教学大致分为五个阶段。其中组织学习环节要注意小组划分时各位成员的自身能力与素质,营造小组氛围,帮助学生快速进入问题研究的状态;创设问题包含分解问题、进行假设以及深度理解问题;执行问题指通过组内分享、反复地修改并综合学习成果、教师要给予学生必要的指导和协作,最终解决问题;展示成果包含各小组间汇报学习成果、深层次理解问题;反思评价包含自评、互评和教师的生成性评价。围绕分析问题、提出假设、验证假设的过程,最后在已有知识的基础上进行新的知识体系的重组建构。随着研究和实践的推进,2004年Melon-Silver(麦罗·希尔文)在Harrows的基础上进行调整和修改提出了“基于问题的学习”的七步教学流程[7],如图2所示。    此外,还有很多专家学者也提出了问题解决的过程模型,虽然各有差异,但中心思想都是解决不良构问题。在已有研究基础上,笔者将问题解决的一般过程归纳为如下模型,如图3所示。
   在所建构的PBL教学模式中共有九个环节:(1)划分小组。达到“组间同质”“组内互质”的要求。(2)问题情境。教师在考虑学生现有认知的基础上综合各方面的因素而设置出不良构问题。(3)内化问题。内化问题指由学生主动地建构或在教师的协助下深度地理解问题,这是开展后续问题解决活动的重要基础。(4)提出假设。每位同学先独立思考,再在小组内部进行讨论与互评,最终选出有代表性的解决方案,整个过程要求学生有独立思考的能力、批判性的反思能力以及把控全局的设计思维。(5)演绎推理。实施具体方案之前,结合真实复杂的实际情境,对每种方案进行演绎推理。(6)可行性判断。在充分考虑时间、人力、物力、经费等各方面因素后,判断每种方案是否可行,若不可行,重复(3)—(6),若可行继续环节(7)执行方案。将选定好的方案在实际情境中具体地加以实施。(8)展示成果。一是对方案实施的过程进行评价;二是对方案实施后所产生的效果进行评价,并让学生以小组汇报的形式进行结果的展示,最后确认是否达到预期效果,成功地解决了该问题。(9)修订方案。若评价效果不理想,则需要分析原因,再对方案进行修改,之后重复第(7)步骤,直至解决问题,体现出迭代的特点。其中,资料库在整个问题解决的过程中起到重要的辅助作用,可以帮助学生快速地找到所需资源。需要注意的是,整个问题解决的过程并非是线性的操作,学习者可以在任何一个过程或环节进行重复的操作。
  2.2 设计思维
  2.2.1 设计思维的内涵及特征
   设计思维是指人们在遭遇复杂的现实问题时,能够综合运用自己的知能,通过设计与思维双螺旋结构的相互依赖与促进,不断生成新的问题解决策略,进而创造性地形成解决问题的思路与方案[8]。它是一种以人为本的解决问题的方式方法,具有从多角度出发、普遍适用和跨学科跨领域的特点,是一种可以创造多种问题解决方案并以多种方式激发创新思维的途径,在教学过程中应用这一思维方式对培养学生的核心素养有重要的意义。
  2.2.2 设计思维培养的一般过程
   设计思维的最初模型是由SIMON建立的线性模型:分析→综合→评价;BROWN将模型上建构成了循环模式,由灵感、构思和实施三个阶段构成,如图4所示;IDEO公司提出的模型包括发现、解释、构思、实验、评估五个阶段[9];清华大学柳冠中教授[10]将设计思维分为观察、分析、归纳、联想、创造和评价六个环节,各个环节之间是循环渐进的;LIEDTKA把设计思维看作是对四个问题的回答,每一个问题都是一个不同的设计思维过程,在此基础上,LIEDTKA[12]还给出了设计思维过程的十大设计工具,我国学者对它的可视化过程如图5所示[12]:目前采用最广泛的是由斯坦福设计研究院研究开发的EDIPT模型,包括同理心、需求、创想、原型、测试五个阶段[13]。阶段一为同理心也称为共情,简单的理解就是通过观察、倾听、调查等方式进行深入的了解,并换位思考;阶段二是需求,要准确的找到用户的需要;阶段三是创想,最常用“头脑风暴”的方法尽可能地找到多种解决问题的方案;阶段四是原型,可以理解通过对上一个阶段的解决方案的执行来得到一个具体的产品模型或者是一个小规模的环境或过程的简单模拟;阶段五为测试,通过执行后的结果与预期目标进行对比进行评价与反馈,判断需求是否被满足,需要注意的是,该思维模型的五个阶段是非线性的,使用者可以在任何时间段重复操作某个过程或者某一阶段。本文将从EDIPT模型出发,探索在教学中应用的新模式。
  2.3 PBL教学模式与设计思维的内在联系
   通过分析设计思维和PBL教学模式的内涵、特征及其一般的过程,可以发现二者之间是相互联系的,分析思维各阶段要素和PBL教学模式过程要素如表1所示。
   John Dewey提出:“我们怎样思考往往比我们思考什么更重要”。在21世纪我们需要让学生在发展自我、融入社会以及能够胜任自己的工作,学生的解決问题的能力就显得尤为重要,而在生活中我们遇到的往往是复杂的非良构的问题,如何解决这样的问题是我们要重点关注的,从表1可以看到设计思维与PBL教学模式明显的交叉点,值得关注的是,设计思维是通过以人为本的非线性方法来处理不良构的问题,它需要综合各方面的因素,以得到多种处理问题的方式,更具体地来说,设计思维是一种对待问题的态度,它以不同的思维方式创造性地处理问题,打破了传统的基于逻辑推理的方法,而PBL教学模式最初也是由医学中的角色扮演来呈现问题,明显地体现出换位思考、以人为本的特点,因此基于设计思维的PBL教学模式有深度融合的必要。
  3 基于设计思维的PBL教学模式
   基于设计思维的PBL的教学模式是将设计思维作为帮助学生解决问题的有效途径,设计思维的过程实际上也是解决问题的过程。因此基于设计思维的PBL教学模式的过程与“基于问题的学习(PBL)”的过程基本一致,只是解决问题的途径有所不同。基于设计思维的PBL教学模式通过培养学生的设计思维来提升学生解决问题的能力,其解决问题的教学模式构建将设计思维的要素贯穿其中。
   依据前文所构建的PBL教学模式、设计思维的各要素及应用广泛的EDIPT模型,本文构建了基于设计思维的PBL教学模式,如图6所示。该模式主要由批判性反思、学习资源、问题解决的过程三部分构成,其中问题解决的过程包括:前期准备阶段、解决问题阶段、评价反馈阶段,各个阶段之间密不可分,相互影响。
   (1)前期准备阶段:本阶段中教师在了解学生现有能力的基础上确定教学目标并给提供学生相关的素材及要解决的问题,让学生进行自主学习。学生要依据设置的问题进行批判性的思考,并完成任务。接下来,学生要对课堂上得到的反馈进行批判性的反思,与此同时在小组讨论的前提下确定所要研究的问题。    (2)问题解决阶段:经过前阶段的准备,学生对所要解决的问题已经进行了内化,接下来学生要在已有的问题情境下,对问题进行深度的剖析,并利用学习资源对所需信息进行搜集处理,通过小组合作提出最终的假设,再经过演绎推理对所提出的假设进行可行性的判断,若不可行,则通过修订方案继续执行问题解决阶段,直至问题解决。在本过程中,教师要注意关键性的指导。
   (3)评价反馈阶段:完成第二个阶段后要对得出的解决方案进行小组的成果展示,最后进行组内的自评以及组间的相互评价,教师也要根据学生解决问题的过程进行过程性的评价和最终结果性的评价,评价过程要客观、真实,这种反馈和反思是进一步提升学生解决问题能力的关键,多元化的评价方式也能让学生进行不断地反思和总结,在进一步内化知识的同时对现有的解决方案进行迭代。教师在该阶段要注意引导学生及时对自己和他人的学习过程进行反思和评价。
  4 结束语
   本文以落实培养学生的核心素养为目的,在现有研究基础上,通过对两者相关要素的对比,得到它们之间相互融合、密不可分的关系,并提出基于设计思维的PBL的教学模式,下一步将在教学实践中通过多种研究方法对其进一步的研究。需要注意的是,这种解决问题的思维方式对学生现有知识有一定的要求,还需要教师为学生提供合适的学习资源,只有综合考虑各方面的因素,才有助于基于设计思维的PBL教学模式的顺利开展。
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