基于问题学习(PBL)模式在高中生物学教学中的应用研究

1基于问题学习（PBL）模式在高中生物学教学中的应用研究学军中学生物组余林摘要“基于问题学习”（Problem-BasedLearning、简称PBL）模式是由当前盛行的建构主义学习理论衍生出来的。本文根据PBL模式的要素和特点改造和设计了高中生物学PBL学习模式，并进行了应用研究，以探索新的学习方式，以利于发挥学生学习的主动性、能动性、独立性，以及发展与提高学生的创新意识和实践能力。关键词学习方式基于问题学习（PBL）高中生物学教学1.“PBL”模式的要素和特点1．1．“PBL”模式的简介基于问题学习（Problem-BasedLearning、简称PBL、也译为问题式学习）是1969年由美国的神经病学教授Barrows在加拿大的麦克马斯特大学首创，后来在美国医学教育中得到精炼和发展，并得到广泛应用。基于问题学习（PBL）是基于现实世界的问题、以学生为中心的教育方式，它强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中，通过学习者的合作来解决真正的问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。PBL是以信息加工心理学和认知心理学为基础的，属于建构主义学习理论的范畴，是建构主义教学改革设想当中的“一条被广泛采用的核心思路”。PBL包括课程和学习过程（curriculumandaprocess）两个方面。课程由精心选择和设计的问题组成，通过问题的解决使学生获得知识、自我引导学习的策略和团队合作的技巧；学习过程则是对生活、职业中遭遇的问题和挑战的通常、系统的解决方法的复制（replicates）。PBL是一种以学习者为中心、以“问题”为核心的高水平的学习方式，PBL有三个方面的特征：学习开始于学生遇到的包含问题的情景；呈现的问题往往是不良结构的；采用基于问题的学习单元的教师对学生负有辅导的责任而不是指令。这种学习方式充分体现了学生探究、自主、合作学习的思想。在国外当前建构主义教育浪潮中，它已经成为学习及教学过程的一条基本的改革思路。基于问题学习在目前已大有取代传统的讲演模式之势。1．2．“PBL”模式的要素和特点PBL的典型模式由以下五个环节构成：1．2．1．组织一个新的小组⑴小组成员相互介绍。⑵营造氛围，PBL角色介绍（包括教师或辅导者）。1．2．2．启动一项新问题⑴设置问题。⑵认识问题（学生内化问题）。⑶描述所要的产品或操作。⑷分配任务（在白板上罗列下列栏目），见下表2想法（假设）事实学习议题行动计划学生对问题提出假设，这些假设可能涉及原因、效果以及可能的解答等。学生不断综合自己探询获得的、对所生成假设比较重要的信息。学生罗列出为了完成任务他们所需要知道或懂得的东西。学生罗列出为了完成任务他们所需要做的事情。⑸推敲问题，见下表继续重新表征、分析和综合白板上的想法想法（假设）事实学习议题行动计划扩展/集中分析、综合、再综合确定/证明制定计划⑹拟出可能的结果（尽管还有许多东西可能需要学习）。⑺提炼学习议题，并分派学习议题。⑻确定资源。⑼拟出工作步骤和时间期限。1．2．3．新一轮问题解决⑴讨论所用的资源以及对这些资源的评论。⑵重新评定问题，见下表应用所学的东西修改假设列表1．2．4．展示成果1．2．5．在解决问题之后进行反思⑴抽象并总结知识（形成定义、图解、列表、概念、要旨及原则等）。⑵对以下几方面自我评价、并接受小组成员及促进者的评论：在整个问题解决过程中的推理；利用各种资源发掘信息；在小组任务中发挥自己的作用；获得、精炼知识。2.研究的规划2．1．实验对象的选择及实验条件的控制2003年9月，在所任教的高二年级中选择两个平行班（每班55人共110人）设计为一个对照组，其中一个为控制班，一个为实验班。控制班采用传统的教学与学习模式进行，以教师的讲演为主。而实验班采用经改造后的想法（假设）事实学习议题行动计划修改应用新知识、再综合（如有必要）确定新的重新设计3PBL模式进行学习。而且实验班专门开设一个教室，教室中应有多媒体设备，并按学习小组的形式重新布置课桌椅的位置。在进行高中生物学PBL模式应用之前先让实验班学习“高中生物学PBL模式”的意义、过程、特点及要求。实验前，在控制班和实验班进行了学习方式的调查，并对调查结果进行统计分析。在实验班还进行了学习兴趣、学习习惯等方面调查。将实验班的同学分为8个学习小组，每组7—8人。小组的形成主要由学生自由组合，但最好是组内学生各具特色，能够相互取长补短，即小组成员是异质的、互补的，小组活动中有更多、更丰富的信息输入和输出，可以激发出更多的观点，使全组形成更深入、更全面的认识。组内要有分工，以明确责任。每组设组长一名，负责全组的协调等工作；设记录员一名，负责记录小组的思维过程和学习过程，以及最终形成成果；推选一人为报告人，向全班呈现小组学习成果；推选一人为评委，组成全班评委。2．2．学习单元的设计（问题设置）选取高二生物的“绪论”、“生命的物质基础”、“生命的基本单位—细胞”、“生物的新陈代谢”章节作为研究的教学内容。根据PBL的要素、特点和我国高中生物学教育的现状，以及课程标准、教材内容及内容之间的联系和相对独立性，将这些教学内容设计为不同的学习单元，问题设置在学习单元中，以学习单元的形式进行课堂学习。每个单元主要由以下五个部分组成：问题背景、引导性问题、学习过程（主要任务、时间限制、学习资源等）、成果说明、反思与反馈等。不同的学习单元安排不同的课时。因此在高中生物课堂教学应用这种学习模式时，需要有大量的前期努力进行学习单元的设计。2．3．时间安排按照教学进度，高二生物的“绪论”、“生命的物质基础”、“生命的基本单位—细胞”、“生物的新陈代谢”章节的教学大约需要48课时，约三个月时间。因此，此次研究前后共约三个月。3．高中生物学PBL模式的应用下面以单元“光合作用”为例阐明经改造后的PBL模式在高中生物学学习中的应用。3．⒈设置问题第一课时，向学生分发单元资料和阅读资料，人手一份，使学生明确该单元的问题设置、任务要求、时间安排等。如“光合作用”的资料：光合作用㈠问题背景绿色植物光合作用是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水合成为有机物、光能转化为化学能储存在有机物中，并释放氧气的过程。光合作用是生物界最基本4的物质代谢和能量代谢，为动物和人类提供了食物和能量。释放的氧气使还原性大气变为氧化性大气，有氧呼吸成为可能。当前，世界（包括我国）面临的一个重要难题是粮食问题，还有部分国家和地区未解决温饱问题。所以提高粮食产量是当务之急。在农业生产上（如农作物的温室/大棚栽培等）通过提高光合作用速率，可以促进有机物的积累而提高农作物的产量。那么，为了提高农作物的光合作用速率，可采取哪些措施（即影响光合作用的主要环境因素）呢？㈡引导性问题⒈叶片叶肉细胞中叶绿体的结构是如何与其功能相适应的？⒉什么是光合作用？它的实质是什么？有哪些生理意义？⒊叶绿体中可以完成如下所示主要过程：光能→化学能；产生氧气；CO2→C6H12O6⑴这些过程是如何进行的？⑵它们的进行需要哪些条件？影响它们进行的主要环境因素有哪些？㈢学习过程⒈理论准备：⑴根据引导性问题，阅读教材、印发资料的相关内容，并到图书馆、上网等查找相关的一些知识。⑵针对以上问题整理、理解相关知识。⒉实验：⑴叶片横切临时装片制作并观察叶片结构及叶绿体。⑵叶绿体中色素的提取和分离实验。⑶实验设计：利用真空渗入法排除叶肉细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉入水中。在光合作用的过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在细胞间隙积累，结果使原来下沉的叶片上浮，根据上浮所需时间的长短，即能比较光合作用的强弱。根据上面所给的信息，设计“探究影响光合作用速率的主要环境因素”的实验。——提出设计方案，讨论、实验、观察、记录与结果分析并得出结论。⒊考察了解当地农作物栽培的情况，尤其是为提高农作物产量而采取的措施。⒋时间安排：6课时。除课堂时间以外，如果不够，则利用课外时间，课内—课外结合起来完成问题的解决。㈣成果说明假设你是一名农业技术人员，要求你写出一份指导农民采取哪些措施（环境因素）来提高农作物的光合作用速率，从而提高农作物产量的建议报告（报告中要包括措施及采取这些措施的理由）。㈤反思⒈总结知识：⑴列表比较：光反应和暗反应的区别与联系。⑵建立光合作用的概念图。⒉自我评价、同伴评价：自我引导学习和合作学习的有效性5学习单元中设置了问题：为了提高农作物的光合作用速率，农业生产上可采取哪些措施？。教师在描述问题时要说明：⑴学习的内容—光合作用；⑵为了解决问题需要学生利用的资源—主要是教材、印发的农作物温室栽培等资料、实验室资源，鼓励学生利用网络资源和社会资源等；⑶学习的过程—个人学习（教材阅读和资料查找等）、小组学习、实验等；⑷需要的时间—课内6课时，还需要利用课外的一些时间。并对课内6课时进行分配，明确每课时的内容与任务；⑸期望学生产生的成果—写出一份指导农民采取哪些措施（环境因素）来提高农作物的光合作用速率，从而提高农作物产量的建议报告，以便给学生一个明确的目标和必须达到的标准；⑹单元学习后的反思要求—总结知识和自我评价、同伴评价；以及⑺该单元的学习评价形式。3．2．研究解决问题在教师描述问题后，学生们进入小组学习。首先，小组对问题进行初步的讨论，并对学习任务进行分工。将几个引导性问题分配给不同的成员，经过各自的理论学习进行准备，每个成员不仅要学习分配到的引导性问题，而且要对该单元的所有的理论都要进行学习，之后再着重准备分配给他的问题。记录员要记录下分工的情况。教师巡视各组，检查并参与各组的讨论。接着各组员根据学习单元中的引导性问题，仔细阅读、学习教材以及印发的资料中有关光合作用的内容，初步了解光合作用的研究历史、概念、条件、过程、意义等基础知识。课后利用阅览室、图书馆以及网络等资源查阅光合作用和农作物栽培的一些知识。并利用课外时间到附近农村访问，了解农民提高农作物产量的措施。为同伴之间的交流与问题解决作好理论准备。第二课时，每小组分成两个实验小组完成叶片横切临时装片制作并观察叶片结构及叶绿体的实验、叶绿体中色素的提取和分离实验。目的是了解植物光镜下叶绿体的形态，以及光合作用所需色素的种类与颜色等知识。第三课时，在第一、二课时学习的基础上，小组集中学习，一是引导性问题是否都解决了。小组成员分工对引导性问题进行解释，并一起对问题的解释进行讨论完善；二是讨论影响光合作用速率的因素有哪些，并在此基础上设计探究影响光合作用速率的主要环境因素的实验。该实验设计有一定难度，主要是通过学生的思考与交流激发学生积极主动地思维与学习，不一定要求学生设计的多少科学与合理。在小组学习时，记录员要记录每个成员的任务完成的情况以及对讨论所做的贡献。第四课时，每小组分成两个实验小组完成小组设计的探究影响光合作用速率的主要环境因素的实验。第五课时，小组重新聚集在一起，交流与讨论学习与实验的情况，总结出影响光合作用速率的主要因素以及其作用机制，然后一起完成建议报告。记录员记录、整理与书写建议报告，并制作成幻灯片。在单元学习中，学生应该是积极主动的学习者，一方面是学生个体的学6习如相关内容的阅读、资料查找等以进行理论准备，另一方面是，同伴之间交流与合作学习共同解决相关的问题。而教师主要作为帮助者、促进者的角色，对学生的学习进行帮助、指导与监控，并且要贯穿在整个学习过程之中，要在学生能充分发挥自己的知识、能力、创造性的前提下，做一些引导、纠正、监控等工作，教师不直接进行单元内容的讲演更不能直接告诉学生问题的答案。3．3．成果报告第六课时，即单元的最后一课时进行成果说明，因为时间的限制，不可能每个小组都进行报告，而是选择两个小组报告，其他小组上交报告。报告人向全班报告本组的学习成果。之后，其他同学根据报告内容进行自由提问，报告人和其组员对这些提问进行答辩。教师作为一名听众，与其他同学一样不时提出疑问。为了激发学生的学习动机、活跃成果报告会的气氛，在第一课时布置任务时还宣布要对学生的成果报告进行评分（满分为10分）。每个小组推荐一人组成全班评委，并按