【面向问题导向学习的3C3R问题设计模型述评】

　　[摘 要] 问题导向学习是针对问题解决过程所进行的学习,对于问题导向学习而言,问题设计的有效性直接影响着问题导向学习的成功实施。研究已经表明,在所施行的问题导向学习中,设计的问题并非总是有效的。无效的问题不仅会影响到学生获得足够的领域知识,也会影响到学生问题解决能力或高阶思维能力的发展。美国北达科他州大学洪�博士于2006年就面向问题导向学习提出了问题设计的3C3R模型。3C3R模型包括两类成分:核心成分和过程成分。核心成分是内容、情境和联系(content, context and connection),这3个核心成分主要用来支持领域知识的学习,如概念、规则和原理知识。过程成分是探究、推理和反思(researching, reasoning and reflecting),这3个过程成分则关注学习者的认知学习过程,用来支持学生应用所获得的领域知识来解决复杂问题,发展学生高级思维能力及学生自我导向能力。洪�博士长期对问题导向学习、问题解决、问题类型与难度、系统思考与建模等主题进行研究,他提出的3C3R模型解决了教学设计者和教师在问题导向学习设计中的实际问题。本文将围绕问题导向学习的本质及其有效性来介绍了3C3R问题设计模型创建的基本观点、构成要件及其应用价值。
　　[关键词] 问题导向学习;3C3R模型;问题设计;问题解决
　　[中图分类号] G40―057 [文献标识码] A [文章编号] 1672―0008(2010)01―0070―05
　　
　　一、引言
　　
　　问题导向学习(PBL:Problem-based learning)是教育领域中最具革新的一种教学形式,其目的是为了培养学生应用知识解决复杂和现实问题的能力,并帮助学生发展高级思维,养成学生自我导向的学习能力。
　　我们知道,问题导向学习与传统讲授及演示式的教学形式相比,改变了传统讲授教学中教师控制和主导教学的局面,进而转向了问题引领的学习者中心,整个学习方式是以学习者为主体,且学习焦点又集中于所欲探讨的问题之上。传统的教学形式通常会导致学生能够理解和记忆书本知识,能够解决“书本问题”,但却不能灵活运用知识去解决现实生活中的实际问题。PBL与基于项目的学习、基于设计的学习、基于案例推理的学习等教学形式一样为学习者开创了更适合于获取活性知识(情境知识),发展学生解决现实问题能力和自我导向学习能力的有效途径和方式。
　　
　　“PBL是最有效的几个教学方式之一,它采用一种截然不同的方法来促进学生的学习。相反于通过呈现学习内容让学生去记忆和理解来开始其学习过程,PBL模仿了人类自然的学习过程。这就是说,当遇到问题时,学习就开始了。为了寻找问题的解决方案,人们就会围绕问题和问题发生的环境学习相关技能和知识。”[1]所以,PBL从上世纪50年代开始一直到现在,受到了教育实践者越来越的关注和施行,人们把它作为革新课程教学环境,促进教学改革的“主流范式”广泛应用到基础教育和高等教育的教学实践之中,并取得了积极的成果。
　　
　　二、问题与问题导向学习
　　
　　随着PBL在基础教育和高等教育中教学实践的深入开展,关于PBL的有效性问题成为了大量学者和实践者广泛关注的问题。
　　其实,从上世纪50年代开始,其有效性一直是一个公开争论的话题。PBL的倡导者坚持认为,在减少学生的惰性知识以及提高学生的问题解决能力和自我导向学习能力上,PBL比传统方法更有效。[2]而怀疑者则坚决认为,PBL是昂贵而又无效的,因为它需要花费学生和教师更多的时间去获取同样的学习成果。[3] 2006年,基尔希讷(Kirschner)、斯韦勒(Sweller)和克拉克(Clark)还仍然坚称,PBL不如传统方法有效,因为适用它的最小指导方法不符合人类的认知体系。[4]
　　我们知道,问题解决学习起始于问题,终结于问题,以问题为中心来组织课程和学习情境,开启整个教与学历程,作为刺激学生的学习、引导其探究而发展未来工作所需的专业知识与解题技能的工具。[5]巴罗斯(Barrows)和汤伯林(Tamblyn)解释道,PBL中的学习“产生于理解或解决问题的工作过程,因而在学习过程一开始就遇到问题是很重要的”。[6]巴罗斯和凯尔森(Kelson)指出问题是PBL的成功要件,PBL必须设计出令人能信服的真实问题情境,能引发多元的假设,并规划出符合学习目标的知识概念与技能,以培养学习者的问题解决能力及创造性思考,同时,教学内容能整合、包含一个以上的学科。[7]毫无疑问,问题是PBL的核心,问题设计在决定PBL的成功性上扮演着关键角色。
　　美国心理学艾伦・纽威尔 (Allen Newell)和赫伯特・西蒙 (Herbert A.Simon)认为:问题是一种情境,具有三个主要组成部分:①当前状态;②目标状态;③从当前状态向目标状态转化所需的一系列操作。[8]当代美国教学设计领域的领军人物戴维・乔纳森认为“问题只有两个重要特点。首先,问题是一个未知数。当我们有一个目标却不知道该如何到达该目标时,这就是一个未知数,这时我们就有了一个问题。其次,解答这个未知数对于我们而言必须具有某种社会的、文化的或智力的价值。如果没人认为这个未知数是有价值的,那么就还尚未察觉到问题的存在。”[9]
　　由此可见,在PBL中,生成或选择问题是最具挑战性的任务。为了解决这一挑战性任务,密苏里大学哥伦比亚分校毕业的学习技术专业博士洪�(Woei Hung)提出了一种指导有效、精确和可靠问题设计的3C3R模型。洪�博士(Woei Hung)指出,如果PBL问题是无效的,它们可能就会对应不恰当的(即不足的、过多的或脱离主题的)内容覆盖面,要求具备不适当的问题解决技能(高于或低于学习者的能力),或在问题中包含计划外模棱两可的信息。
　　正是由于这些缺陷,无效的PBL问题会影响学生对于先前知识的激活和他们的小组解决问题的进程,引起学生在提出原先设计的问题所涵盖的学习问题方面的困难,并影响学生的自我导向学习,然后依次影响学生的内容获取和整体的学习经历。因而,问题的设计肯定会影响PBL课程的有效性。[10]
　　洪�博士提出的3C3R问题设计模型是一种在问题导向学习中用来指导问题设计的概念框架,它为教学设计者和教师展示了有效问题设计的6个设计维度和如何进行有效、可靠、恰当的问题设计9个步骤。3C3R模型提出的问题设计要件和设计过程体现了PBL这一复杂教学系统中各个变量之间的内在因果关系,整合了从问题的识别与表征、问题空间的搜索与构建解决方案到执行方案、检验结果的整个活动过程。
　　
　　三、3C3R问题设计模型的构成要件
　　
　　任何关于教学的有效性探讨都要从我们对学习的了解开始,尤其是对于富有挑战性的PBL而言,它的高阶目标(Higher-order goals)是培养学生应用知识解决复杂和现实问题的能力,并帮助学生发展高级思维,养成学生自我导向的学习能力。高阶目标是要通过某些分析家所称的“有意义学习”来实现,“有意义学习”使批判性思维、灵活的问题解决成为可能,能够在新情境中迁移技能与应用知识。[11]巴罗斯在1986年发表的《问题导向学习的分类》一文中就明确提出了PBL的四大目标:情境化、推理过程、自我导向学习技能和学习动机。[12]
　　PBL不是开始于内容,而是开始于解决问题。在PBL中,学生不是按照“课本”逻辑顺序从教学者那里接收学习内容,而是解决一个问题或一系列问题,用来解决问题的知识和由问题而衍生出来的相关信息则构成了PBL的内容范围。
　　其次,PBL强调以真实世界的问题作为学习的基础。大量的研究证明,如果学生有机会参与到情景更为“真实”的学习中,他们在复杂任务中的学习会更深入,表现更为优秀。学生就不必通过强调记忆、回忆或简单算法的应用这样的限制性任务来循规蹈矩地发展分析问题的能力、批判性思维的能力、有效读写的能力或解决复杂问题的能力。[13][14]所以,PBL中的问题应该来自于现实世界中的真实情境,不应当是所谓的高度概括的、结构化的、去情境化的书本知识材料,这样就会实现知识或技能的情境化学习。
　　推理过程是PBL中另一个重要的因素。PBL不是简单地收集事实,而是要建构和组织知识、选择性思考、并进行判断和决策,这是学习者完成问题解决任务的关键。正如邓拉普(Dunlap)和格来宾哥(Grabinger)所说的,参与到问题导向学习活动中所需要的这些认知过程促进了学习者更高水平的思维技能,因而也促使了更深层次的理解和在未来更好地应用和迁移知识。[15]
　　帮助学习者成为自我导向学习者也是PBL的最终目标之一。萨弗里(Savery)和达菲(Duffy)断言,在PBL环境中,学习者必须发展自己的学习技能和策略去成功地完成学习任务。嵌入在学习过程中的这些学习活动鼓励和提高了学习者在学习过程之中和学习过程之后的自我调控和元认知。[16]梅奥(Mayo)、唐纳利(Donnelly)、纳什(Nash)和施瓦茨(Schwartz)提出,教师或辅导者应充当“元认知指导者”的角色。这些自我导向学习技能尤为重要,因为它们是独立的问题解决能力和终生学习的关键。[17]
　　巴罗斯提出的四大目标表明了问题设计的价值取向。所以,问题设计不仅涉及到基础性知识、事实性知识的获取,而且涉及到学习过程中学生积极的思考投入(mindful engagement)和有意义的参与,涉及到是否实现自我导向学习中的认知过程。洪�博士认为,PBL中的问题应该起着学习内容和知识的组织者、学习环境的情境化者、思考和推理的刺激者和学习激发者的功能。[18]所以,洪�博士围绕问题导向学习的四个目标提出了3C3R问题设计模型,该模型强化了PBL的具体特征,并减少了在PBL中经常出现的实施问题,它能够有效指导教学设计者和教育工作者为所有水平的学习者设计问题,促进问题导向学习的深度发展。
　　洪�博士提出的3C3R问题设计模型由两类成分所组成:核心成分和过程成分(如图1所示)。核心成分包括内容、情境和联系,用它们来支持内容/概念学习;过程成分包括探究、推理和反思(researching, reasoning and reflecting),它们支持了问题解决技能和自我导向学习中的认知过程。[19]
　　1.3C3R问题设计模型的核心成分
　　3C3R问题设计模型的核心成分所关注的是:为内容知识搭建结构,将领域知识情境化,以及围绕研究中的主题建立一个概念框架。所以,洪�博士把内容作为3C3R问题设计模型第一个核心成分。过去的研究表明,通常情况下,利用PBL的学生在内容测试中表现得比传统学生稍微差。研究者一般将这一测试结果部分归因于PBL对于内容深度和高阶思维能力的强调,可能忽略了对学习内容广度和事实性知识获取的关注。
　　正如霍夫曼(Hoffman)和里奇(Ritchie)1997年所推测的,这一问题可能起源于PBL课程中有限的时间限制,导致花在事实性知识获取上的时间被用来去发展问题解决和推理技能,或者是由于设计了无效的问题,导致学生去获取和处理了与预期内容领域不直接相关的过量信息。[20]例如,一个有关“全球变暖”的PBL的问题,预期是要强调地球大气层的基础知识和概念,但是却内含了比地球大气层多得多的概念。
　　对于PBL而言,它不仅旨在帮助学生发展问题解决技能,而且需要同时性地建构领域知识基础。由于领域知识的获取是推理和寻求问题解决方案的前提,因而发展问题解决技能和获取领域知识在PBL中是同等重要的。因此,在设计PBL问题时,洪�博士把内容成分作为设计的第一核心要素考虑进来。
　　3C3R问题设计模型的第二个核心成分是情境。情境认知理论认为:最好的学习是发生于努力去达成感兴趣目标的境脉之中,只有将学习镶嵌在它所进行的社会的和物理的情境脉络中时,有意义学习才会发生。认知语法学家戈登(Godden)和巴德利(Baddeley)1975年提出:当在与未来运用时相同或相似的情境中学习内容时,知识和技能就更容易被想起和保留。[21]为了成为某一特定领域中的有效问题解决者,学习者不仅需要获取充分的领域知识,还需要获取特定的情境知识,这些知识是隐含的,但对于有效问题解决却是至关重要的。
　　托普(Torp)和塞季(Sage)1998年也指出:问题的情境信息帮助学习者将建构的知识和获取的技能与现实生活中的相关情景相联系,缺乏情境知识可能会导致学生很难将知识迁移到现实生活情景中。[22]普罗瓦特(Prawat)指出,将学习置于一种实际情境中能帮助学习者更好地意识到该如何使用知识。[23]更重要的是,情境通常会因为问题解决者的专业关注点而影响他们的推理过程和解决方案。[24]
　　所以,许多研究者坚持认为,PBL中所使用的问题应尽可能的真实。同样,洪�博士把情境视为问题设计的第二个核心成分,他认为情境有效性、情境化程度和学生动机是情境设计三个重要方面。
　　3C3R问题设计模型的第三个核心成分是联系。对于PBL而言,学生一般是围绕问题来组织他们的知识结构。PBL课程通常包含一系列问题,这些问题涵盖了课程的各个方面,如果在PBL中能够把相关知识“打包”成案例或问题集合,学生就可以有效地获取相关知识,并在现实生活环境中解决相同或相似问题时,他们就能有效地回忆起相关知识。
　　根据认知灵活性理论,如果领域内的概念和信息相互关联不是明确,学生获得知识就会变得“相互隔离”,并且这会使知识的迁移变得很困难。[25]洪�博士认为,通过联系,可以将概念框架内的概念和信息相互结合,也可以将内容融入情境。因此,联系对于指导学生将其所学知识整合进一个认知灵活、概念正确的知识基础中是至关重要的。联系还能帮助学习者理解不同情境下概念。他认为,在PBL问题设计中,可以使用先决条件法、重叠法、多维法等多种方法来融入联系成分。
　　正如霍夫曼和里奇1997年所提出的,仅在一种类型的问题中学习概念,可能会妨碍学生迁移和解决复杂现实世界问题的能力。[26]重叠法帮助学生联系特定领域或情境内的相关概念,而多维法将它带入下一水平,通过联系不同领域和情境内的概念来使学生能够更充分地整合他们的概念网络。
　　总之,洪�博士在3C3R问题设计模型中提出的三个核心成分,其功能是PBL设计中建立一个问题基础,并且使该问题充分、精确地对应学习目的和目标,情境化领域知识,并引导学生形成整合的概念框架。
　　2.3C3R问题设计模型的过程成分
　　PBL被认为是一种使学生参与到问题解决活动中进行有效学习的教学模式。但是,施瓦兹(Schwartz)、布罗菲(Brophy)、林(Lin)和布兰斯福德(Bransford)在1999年告诫道,参与并不能保证取得期望的、令人满意的学习成果。[27]研究表明:不能取得好的学习成果可能是由于缺少对学习过程的指导和促进。例如缺乏激励和驱动的问题就会造成学生参与度低。
　　为了确保在PBL过程中取得所期望的学习成果,洪�博士把过程成分纳入到3C3R问题设计模型之中,其目的是为了在PBL中促进和支持学生的思考投入(mindful engagement)和有意义参与。洪�博士提出的过程成分是探究、推理和反思,它们是动态成分,与3C3R模型中的静态核心成分相关。这些动态成分的功能主要是:①指导学生向着预期的学习目标努力;②根据学习者的认知准备状态调整所需的认知处理水平;③减轻学生初步体验PBL时的不适。[28]因此,3R的一般目的是促进问题解决过程中的有意义参与,并培养有效的、高效率的学习者和问题解决者。
　　纽威尔与西蒙认为问题解决就是对问题的理解和搜索。问题的理解就是形成问题的内部表征,依据这个表征,信息加工系统开始搜索解决问题的途径。所以,问题解决过程的第一个阶段是理解与表征问题,也称为问题空间建构。该阶段的主要任务是确定问题到底是什么,需要哪些信息,哪些信息是己知信息和未知信息,哪些信息是主要信息,哪些信息是次要信息等。洪�博士把这一活动视为探究问题的过程,主要任务是探究领域内的必要信息,为问题解决过程的下一个阶段做准备。所以,洪�博士把探究(researching)作为问题设计的第一个过程成分,通过该成分引导学习者向着预期的内容努力,防止学生遇到非良构问题而偏离预定目标,因为,非良构问题属于开放性问题,容易偏离预定目标,超越预期的学习内容。洪�博士还指出,探究成分的设计应该关注主要两个方面:目标规范和情境规范。目标规范是指在探究问题的过程中,所有的活动都要指向问题的目标状态,即问题空间终点。
　　巴伦等人于1998年指出,学习者对问题目标状态即问题空间终点意识会极大地指导了他们的学习。如果问题没有一个明确的、特定的目标状态,学习者就不可能实质参与到问题的探究过程中。情境规范是指探究应得到情境的支持,并在问题的情境中得到反映。因为,领域知识是高度指向特定情境的。一些概念或原则可能是一些领域或行业的共同基础,但其应用可能随着行业的不同而发生巨大的变化。例如,弗莱舍根据电子检修工的表现研究了“设计、制造和修理”三种情境变化。他发现,情境决定了检修工最初的参照框架,然后依次影响他们对于与问题解决任务相关的信息的探究和处理。[29]
　　洪�博士提出的第二个成分是推理(reasoning)。推理能够促进从探究相关信息中获得知识的应用,并发展学习者的问题解决技能。推理在问题解决过程中非常重要,因为,通过推理才能确保问题解决者解决问题。
　　推理是问题解决者深度认知参与(cognitive engagement)的过程,这包括分析所有变量的属性以及变量间的相互关系;将新获得的知识与先前知识相连结,并重组他们的领域知识基础;通过因果推理来理解变量和基本结构间的相互因果关系;通过逻辑推理来生成和测试假设,以及确认可能的解决方案或去除不可行的方案。通过这样的认知深度参与,问题解决者将未经加工过的知识处理成有意义的、可应用的知识和概念整合的知识。从本质上讲,推理过程使得问题解决者能够加深和扩大他们的概念理解。
　　第三个过程成分是反思。反思是一个关键因素,它在PBL担当着元认知向导的角色。它帮助学习者达到最佳的学习效果,并使学习者成为自我导向的、终生的学习者。问题解决者通过反思他们在问题解决过程中建构起来的知识,学习者就有机会系统地、概念化地组织和整合该领域内的知识。并相应调整他们的策略。所以,反思成分的最终目的是激发学习者深层次探索问题的好奇心,并引起对他们自身学习的意识和评价。
　　
　　四、3C3R问题设计模型的应用价值
　　
　　PBL是广为应用的教学方式之一,它跨越了各种学科和专业研究,涉及所有年龄的学习者,并在全世界流行。它也是教育中经过了实践验证有效教学方式。尽管有人质疑它的学习效果,但人们还是普遍赞同PBL在以下方面是有效的:它能提高学生在现实情境中应用领域知识的能力,提高他们独立解决问题的熟练程度,并能发展他们的自我导向学习技能。有人认为问题导向学习使学生在基本知识获取上比传统方法差,其实,这些争论点引起了人们对PBL中问题有效性的质疑。
　　所以,在PBL中,问题设计成为了人们研究问题导向学习有效性的关注点。在PBL中,学习是由解决问题而发起和演变来的。毫无疑问,问题的设计在以下方面扮演了重要角色:它影响学生的领域知识获取、问题解决技能和在PBL课程中的学习经历。所以,确保PBL课程中问题的质量是非常必要的。
　　洪�博士开发3C3R问题设计模型给教学设计者提供了一个很好的概念框架,利用它可以帮助PBL课程的设计者系统性地设计有效问题,以此提升PBL的有效性。设计模型中的3C成分(内容、情境和联系)强调了问题的静态特征,而3R成分(探究、推理和反思)讨论了问题的动态特征。所以,3C3R问题设计模型全面考虑了问题设计过程中的许多变量因素及其复杂的、内在因果关系,这样可以帮助我们更好地理解和把握问题导向PBL的特征,设计有效的问题。
　　
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　　[27]Schwartz, D. L., Brophy, S., Lin, X., Bransford, J. D. Software for managing complex learning: Examples from an educational psychology course[J]. Educational Technology Research and Development, 1999, 47(2): 39-59.省略);缪茜惠,扬州大学新闻与传媒学院在读硕士研究生,主要研究方向是阅读教育、研究设计、学校再设计、学习改革和教师教育等。
　　
　　The Study of the 3C3R Problem Design Model and its Application for Problem-based Learning
　　Feng Rui1,2 & Miao Xihui1
　　(1. College of Journalism and Communication, Yangzhou University, Yangzhou Jiangsu225002;
　　2. Department of Curriculum and Teaching, East China Normal University, Shanghai 200062)
　　
　　【Abstract】 Problem-based learning (PBL) is a type of learning carried out for the process of problem solving. To PBL, the effectiveness of problem design affects the success of its implementation directly. Research has shown that PBL problems have not always been effective. Ineffective problem could not only affect whether students acquire sufficient domain knowledge, but also affect their abilities of problem solving or their development of higher-order thinking. In 2006, for designing problems in PBL, Dr. Woei Hung from University of North Dakota of America proposed the 3C3R problem design model. The 3C3R model comprises two classes of components: core components and processing components. Core components are content, context and connection, which mainly support domain knowledge learning, such as concepts, rules and principles. While processing components are researching, reasoning and reflecting, which concern students’ cognitive processes, support them to apply the domain knowledge they acquired to solve complex problems, and develop their abilities of higher-order thinking and self-directed learning. Dr. Woei Hung’s research focuses on problem-based learning, problem solving, types and difficulty levels of problems, systems thinking and modeling. The 3C3R model he suggested could deal with the practical problems when instructional designers and teachers are designing PBL. Based on the nature and effectiveness of PBL, this paper will introduce the basic idea, components and application value of the 3C3R model.
　　【Keywords】 Problem-based learning; 3C3R Model;Problem design; Problem solving
　　
　　责任编辑:陈 媛