朱晓艳，罗国平

(广东石油化工学院 1.外国语学院；2.理学院，广东 茂名 525000)

一、引言

问题导向学习 (Problem-Based Learning, PBL) 起源于20世纪60年代中期，是由巴罗斯在麦克马特斯大学医学院首次使用的教学方法。PBL原本是为培养具有扎实理论知识，能够探讨和解决医学问题的医生。该教学方法被认为是最具创新性的教学方法之一，陆续在世界各地被采纳和传播，并逐渐推广到其他学科甚至是中小学。PBL以学生为中心，促使学生主动学习新的概念和理论，解决复杂的现实问题。教师扮演引导者的角色，在课堂上适当给学生提供帮助和建议。自第一次实施以来，PBL在高等教育中的发展是为了应对不断变化的社会和教育环境，并试图加强学科知识与这些学科领域之间的相互关联。杜翔云等人解读了对PBL的宏观理解，回顾了PBL的历史发展过程，介绍了其不同模式和应用环境，并就PBL在中国大学的借鉴和发展提出了几点建议[1]。董樑等人定量对比研究认为PBL教学对医学生的自我调控、学习策略、内容与环境这3个因素有积极推动作用，自主学习能力有所提高，而对学习动机无显著影响[2]。PBL有利于促进学生的批判思维能力、解决问题能力和沟通能力的发展，也有助于学生养成终身学习的行为习惯，因而越来越受到国内外广大教育工作者的关注[3]。当前，为应对百年未有之大变局，我国高等教育迎来新一轮变革，“双一流”、新工科、金课建设等正在持续推进。学科建设、课程建设的核心要义是解决培养什么人、如何培养人的问题，以满足时代发展需求。PBL教学模式在人才培养方面显示出独特的优势。为此，本文对2010-2020年以Problem-Based Learning为主题的Web of Science核心集期刊论文进行讨论，分析PBL的研究现状和发展趋势，并就我国高等学校如何开展PBL教学实践提出建议。

二、研究工具和方法

本文基于美国德雷塞尔大学陈超美教授开发的知识图谱软件CiteSpace[4]以及荷兰莱顿大学尼斯·杨·凡·艾克和卢多·瓦特曼开发的信息可视化软件VOSviewer[5]。这两个软件能够图形化某一学科某一领域的研究热点和研究主题。我们将Web of Science数据库核心集作为数据来源，以problem-based learning为主题词，设置年份为2010-2020年。选取文献类型为Article，筛选分析education educational research和education scientific类别的1236篇期刊论文，对PBL在课堂教学方面的研究成果进行可视化分析，探究该领域研究脉络、热点和趋势，为我国高校开展PBL教学改革、提升教学成效和人才培养质量提供理论和实践依据。

三、PBL研究基本情况

(一)研究论文的年份分布

我们依据Web of Science检索结果，整理出2010-2020年PBL研究发表论文情况，如图1所示。从论文数量分布来看，近十年该领域发文数量比较均衡，每一年发文数量都超过80篇，其中2013年和2016年发文数量最高，均为124篇；2014发文数量最低为89篇；2020年发文数量仍保持较高，为118篇。尽管PBL已提出半个多世纪，由于这一教学模式具有鲜明的优势，一直受到国内外教育工作者的广泛关注和实践，未来一段时间仍然保持比较良好的研究趋势。从图1可知，已发表论文被引频次呈现快速增长的趋势，从2010年的被引27次增长至2020年的被引3021次。由此可见，这一领域近十年研究较为热门。

图1 2010-2020年PBL研究论文发文数量和被引频次

(二)高产机构分析

在VOSviewer软件中选择分析类型为Co-authorship、分析单元为Organizations,设置每个机构最低发文数量为5篇，得到37个机构的PBL研究论文网络聚类图谱。其中，马斯特里赫特大学 (Maastricht University) 关于PBL的研究论文数量最多，共发表了48篇；其次是伊拉斯姆斯大学 (Erasmus University)，共发表了36篇；再次是奥尔堡大学 (Aalborg University)，共发表了26篇；随后是共和国理工学院 (Republic Polytechnic)，共发表了18篇。香港大学 (University of Hong Kong) 和南洋理工大学 (Nanyang Technological University) 在这一领域均发表16篇。在CiteSpace软件中，设置切片时间为1年，选择节点类型为机构 (Institution)，选择每个切片中被引前10名的机构，采用最小生成树 (Pathfinder) 裁剪方法，得到PBL研究机构时序图，如图2所示。在机构时序图谱中，节点为机构名称，节点大小代表机构发文数量，节点环表示年轮，连线数量表示机构合作情况。马斯特里赫特大学在2010年已经是PBL研究核心节点，表明在2010年之前该机构已开展PBL实践研究，并取得了影响力比较大的研究成果。随后，伊拉斯姆斯大学也成为机构时序的核心节点。这两个机构近十年一直持续PBL研究，并且取得了较多有影响力的研究成果。奥尔堡大学在2015年逐渐成为PBL研究中心。共和国理工学院、香港大学和南洋理工大学也是较早开展PBL研究的机构。总体而言，PBL研究在国内外许多机构得到重视，因此近十年一直保持良好的发展势头。2015-2016年前后，中国科学院和华东师范大学投入到PBL领域的研究，逐步获得了有一定影响力的研究工作。

图2 2010-2020年问题导向研究机构时序图谱

(三)高产作者分析

表1所示为2010-2020年PBL研究领域高产作者 (发文数量5篇及以上)，共有15人。其中，H. G. Schmidt (Erasmus University) 在该领域发表论文数量最多，为28篇；其次是发表了13篇的C.P.M.van der Vleuten (Maastricht University)，再次是发表了11篇的J. I. Rotgans (Aalborg University) 和D. H. J. M. Dolmans (Maastricht University)。其余高产作者均发表5篇及以上。在VOSviewer软件中选择分析类型为Co-citation、分析单元为Cited authors，设置每个作者最低被引频次为50次，得到43个高被引作者的网络聚类图谱，如图3所示。由此可见H. G. Schmidt、H. S. Barrows和C. E. Hmelo-Silver与其他作者合作较多，被引频次较高，中心性较强，是PBL领域影响力较大的研究者。

表1 2010-2020年PBL研究高产作者

图3 2010-2020年问题导向共被引作者聚类网络图

(四)高产国家和地区分析

在VOSviewer软件中选择分析类型为Co-authorship、分析单元为Countries,设置每个国家和地区最低发文数量为5篇，得到43个国家和地区的PBL研究论文网络聚类图谱。尽管2010-2020年发文数量较高的机构中鲜有美国机构，但美国 (USA) 仍然发表了329篇研究论文，说明PBL在美国得到比较多机构的研究。其中，发文量较高的为密西根州立大学 (12篇)、印第安纳大学 (10篇) 和普渡大学 (9篇)。英国发表 (England) 99篇，位居第二。荷兰 (Netherlands) 发表95篇，位居第三。其中马斯特里赫特大学和伊拉斯姆斯大学贡献了84篇。澳大利亚 (Australia) 发表79篇，中国 (PRC China) 发表73篇。欧美主要发达国家在PBL研究方面成果较多，并且与其他国家和地区关联比较紧密。亚洲地区中国、沙特阿拉伯 (Saudi Arabia) 和新加坡 (Singapore) 等国家近十年在PBL研究方面的成果也较多(如表2所示)。近年来，中东地区和东南亚地区也逐渐产出了PBL方面的研究成果。PBL已经成为全世界公认的典型教学方法，继续在全球各个国家和地区得到实践和研究。

表2 2010-2020年PBL研究高产国家和地区

(五)高产期刊分析

表3所示为2010-2020年PBL研究高产期刊统计情况，共有14个期刊发文数量在20篇以上。其中，国际工程教育杂志 (INTERNATIONAL JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION) 共发表了87篇，其次是BMC医学教育 (BMC MEDICAL EDUCATION)和医学教师 (MEDICAL TEACHER)，分别发表了75篇和73篇。由此可见PBL在医学教育和工程教育方面都得到了比较广泛的实践和研究，产出了较多研究成果。在化学 (JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION)、分子生物学 (BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY EDUCATION) 和计算机科学 (COMPUTERS & EDUCATION) 等学科也可以看到PBL方面的许多研究进展。这反映了PBL教学方法的普适性和有效性，已从医学教育推广应用至其他学科教育，得到了众多院校和学科的实践研究。

四、PBL研究热点和研究历程

(一)关键词分析

在VOSviewer中对Web of Science核心合集收录的PBL研究论文关键词进行分析，分析类型为Co-occurrence、分析单元为All keywords，设置关键词最小出现次数为20次，得到48个关键词。其中出现频次较高的分别为problem-based learning(496), education(237)，students(188)，knowledge(89)，science(88) 和curriculum(87) 等。关键词聚类知识图谱如图4所示。表4列举了2010-2020年PBL研究高频关键词聚类，共有5个类别，分别为：(1)PBL目的。教师通过对教学内容的科学编排、设计，构建概念、理论知识的框架，在课堂中引导学生通过合作学习、批判性思考，通过解决问题的形式获取知识。(2)PBL起源。PBL教学方法起源于医学教育，该方法通过设计一系列超常规案例研究的问题，要求学生研究具体的病例，引导医学生主动学习，提出恰当的问题，并自己拟订解决问题的方案，从而掌握相关的理论知识和技能，继而胜任岗位要求。(3)PBL问题设计。PBL是一种建构主义的教学模式，学生在教师创设的问题指引下，以解决问题/作出决定的形式完成相关课程的学习。问题的设计一般遵循以下过程：选择内容和技能，确定可用资源，书写问题陈述，选定激发活动，提出焦点问题，确定评价策略。(4)PBL中心。PBL践行以学生为中心的教育理念，旨在培养学生批判性思维，问题解决和自我学习的技能。(5)PBL成就。PBL由于在高等教育人才培养方面有巨大优势，从传统的医学教育扩展到工程教育，这一模式通过调整实施策略，在高等教育促进学生学习动机方面取得了重大成就。

表3 2010-2020年PBL研究高产期刊

图4 2010-2020年高校PBL研究热点关键词聚类图

表4 2010-2020年PBL研究高频关键词聚类

(二)研究前沿分析

突现词分析能够反映某一时间段的研究新动态和相关发展趋势。通过CiteSpace软件，得到PBL研究领域的突现词 (强度大于3) 如表5所示。由此可知，PBL研究领域突现度最高的词为工程教育 (Engineering education)，在2014-2017年，PBL教育理念在工程教育方面得到较为广泛的关注与实践，马斯特里赫特大学、伊拉斯姆斯大学、密西根州立大学、香港大学、奥尔堡大学等机构将PBL应用在工程教育，取得了可喜的效果。2017-2020年，PBL研究的热点为有效性 (Validity)、实施执行 (Implementation)、影响作用 (Impact) 和翻转课堂 (Flipped classroom) 等。由此可见近几年PBL领域更关注该教学方法的贯彻施行及其有效性分析。并开展PBL结合其他教学模式 (如翻转课堂) 的相关研究。

表5 2010-2020年PBL研究领域突现词

(三)研究热点分析

表6所示为2010-2020年PBL领域被引频次前10名研究论文。我们发现，这些论文主要发表在2010-2014年。被引频次最高的达到491次，为J. E. McLaughlin等在ACADEMIC MEDICINE发表的研究成果[6]。排在第二位的是G. S. Mason等发表在IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION的研究成果[7]，已被引411次。H. G. Schmidt等发表在MEDICAL EDUCATION的研究论文被引频次排第三，为298次。被引100次以上的研究论文有17篇。PBL研究热点主要集中在以下几个方面。

1. 基于PBL的翻转课堂

翻转课堂中，教师提前录制授课内容和问题提纲提供给学生在课前思考、学习，这样课堂时间就可以用于以学生为中心的学习活动，比如基于问题的学习和以探究为导向的策略。这种方法为教师提供了广泛参与的学习风格和实施教学的机会，鼓励学生在专门的课堂时间解决问题。此外，翻转课堂使教师能够开发适合每个学生的不同学习经验。J. E. McLaughlin等以制药学课程为例，讨论了翻转课堂的设计原则，并对比研究了翻转课堂的成效。他们认为翻转课堂是学生参与有意义的学习，培养高技能人才的有效途径[6]。G.S. Mason等从三个方面比较了翻转课堂与传统课堂的效果：(1)内容覆盖范围；(2) 学生在传统测验和考试问题上的表现；

表6 2010-2020年PBL研究高被引论文

(3)学生对翻转课堂形式的观察和感知。结果表明：(1)翻转课堂让教师覆盖更多的教学素材；(2)参与翻转课堂的学生在可比测验和考试问题以及开放式设计问题上表现相同或更好；(3)虽然一开始学生们很难适应新模式，但他们很快适应了，并发现翻转课堂模式令人满意和有效[7]。C. Y. Chao等研究证实了翻转学习支持的计算机辅助PBL活动能更好地培养学生学习态度和主动学习，也有利于促进学术成就。此外，翻转学习这项研究中的方法，就像学习激活剂一样，提供了更多时间和灵活的学习空间，让学生提前准备与同学讨论分享，完成课内计算机辅助PBL活动让学习变得更加积极和有效[8]。然而，翻转课堂在实施中存在一些问题，如学生的课前准备不充分、缺乏热情在课堂互动、课堂效率低以及更复杂的教学过程。这些问题对PBL翻转课堂的教学效果产生比较大的影响。

2.PBL的有效性

PBL的有效性从知识的获取、问题解决和元认知策略、动机、批判性思考和沟通合作技能等方面去评价。H. G. Schmidt等认为PBL有效的观点得到了相当多的支持，因为问题会引起情境兴趣，从而推动学习。PBL中学习的程度既不是仅仅来自小组合作，也不是仅仅来自个体知识获取；这两种活动对PBL的学习都有同等的贡献[9]。W. Hung对PBL文献报道的不一致结果进行了可能的解释。这些不一致或相互矛盾的研究结果可能来自两个来源：研究方法和实施。参考研究中使用的PBL模型的不精确性造成了PBL研究结果的潜在失真。此外，学生和教师在实际实施过程中出现的各种行为与PBL理论假设相矛盾，可能会混淆PBL研究。为了纠正学生在PBL过程中产生的不良行为，认为学生对教学方法的基本心态和他们自己的学习习惯可能是关键问题，对学生提出了选择适当的PBL实施方法，为学生提供恰当的支撑性材料，激发学生主动学习，注重PBL课程和问题设计等措施[10]。A. Yadav等测试学生解决问题的能力和将他们的知识转移到现实生活中的问题场景。开发和利用测试学生的概念理解和解决问题的能力而不是他们的实际知识。作者认为未来的研究人员也应该使用评估方法评估学生转移知识以解决新问题的能力，而不是衡量他们死记硬背事实知识的能力[11]。K. Brundiers等探讨了亚利桑那州立大学可持续发展学院开展从课堂到现实世界的学习机会的实践过程。讨论实施的一般挑战还有组织学习，并将注意力吸引到关键的成功因素上，比如协作设计，协调和整合在本科生的一般导论课程。澄清了现实世界中的可持续发展教育学习机会有助于获得可持续发展的关键能力。提出了将功能和渐进模式整合到 (本科) 课程中的实施战略[12]。

3.PBL的影响因素分析

J. I. Rotgans等旨在探讨情境兴趣是如何随时间发展的，在主动学习的课堂，它与学业成就的关系。研究发现问题刺激后情境兴趣显著增加。随后，情境兴趣逐渐减少，但在一天结束时再次增加。相关路径模型的测试表明情境兴趣与问题显示出很强的相互关系[13]。J. M. Frambach等研究发现文化和传统因素的不确定性给中东学生带来了自主学习的挑战。等级制度对亚洲学生也带来了挑战。成就对两组非西方学生都有重大影响。虽然文化因素对PBL在非西方环境下的应用提出了挑战，但是PBL似乎可以适用于不同的文化背景。然而，它的全球化并不一定是统一的过程和结果，而是发展与地域文化相适应的的替代方案[14]。S. Sandi-Urena等认为几乎没有证据表明实验室实践为学生学习科学课程提供任何积极的结果。而将学生置于一个被迫使用和练习提出科学问题、批判性思维和元认知等技能的环境中，他们会在解决问题的能力和元认知方面产生可衡量的变化[15]。

五、研究总结与展望

(一)研究总结

经过半个多世纪的研究和发展，PBL教学模式已在多个国家和地区，多门学科得到实践和应用。近十年该教学方法一直是教育学领域热门的研究方向，平均发文数量超过100篇/年。2020年PBL研究论文被引频次超过3000次。PBL研究将持续受到热门关注，并继续扩展其应用学科和应用地区。麦克马特斯大学、马斯特里赫特大学和奥尔堡大学等机构长期实践研究，充分证明PBL教学模式在医学教育和工程教育培养学生自学能力、团队协作、批判性思考、解决实际问题能力等方面都取得了显著的成效。国内外研究者在PBL实施、PBL问题设计和课程设计、PBL有效性和PBL影响因素等方面获得了大量的研究成果。

(二)研究展望

通常认为PBL的五个核心要素分别为问题导向学习、小组合作学习、以学生为中心的学习、教师作为指导者的原则和充足的自学时间。每一个要素对PBL教学成效的影响都有必要深入研究，以此不断提升人才培养质量。现代教育技术的不断发展，促使学生的学习环境、学习手段和学习方式得到了比较显著的发展。例如，慕课(MOOC)平台的大规模使用，已对传统课堂教学带来了许多挑战。PBL和现代教育技术与有机结合，能否发挥各自的优势，突现育人成效，值得深入探索。现代信息技术的快速发展，也对教育生态带来了一定影响。客户端学习软件、虚拟仿真软件、增强现实技术给教师和学生带来了新的教学途径。结合这些软件工具进行PBL课程教学能否达到更好的效果需要实践研究。问题设计是PBL非常关键的一个环节，后续的每一个环节都是围绕问题展开的。问题设计的有效性与学生对课程内容的掌握程度有着怎样的关联，问题设计对学生课程核心能力和高级思维的培养成效有多大影响需要实验论证。