基于问题导学的K-8数学与科学教育外文翻译资料

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基于问题导学的K-8数学与科学教育：文献综述

Joi Merritt，Mi Yeon Lee，Peter Rillero，Barbara M.Kinach

（亚利桑那州立大学）

摘 要：本文通过系统的文献综述，探讨了在学前到八年级(3-14岁)的数学和科学课堂上实施基于问题和项目的学习(PBL)的有效性。9项研究符合以下纳入标准:（a）关注PBL；（b）实验研究；（c）幼儿园至8年级水平，(d)关注数学或科学内容。在这些研究中，我们考察了：所使用的PBL的定义、明确标识为对学生学习重要的PBL的组成部分以及PBL的有效性。综述发现，尽管对PBL没有统一的定义，但PBL是一种提高K-8学生科学学术成就的有效方法，包括知识保留、概念发展和态度。并对意义和局限性进行了讨论。

关键词：基于问题的学习 基于项目的学习 小学 中学 数学教育 科学教育

引言

教育的历史充满了让学生学习更积极的呼吁，然而死记硬背一直是教育的主要内容。数字信息的爆炸式增长及其检索的便捷性，或许将日益把人们的注意力从记忆信息转移到信息的利用上。基于问题的学习(problem -based learning, PBL)是一种教育教学方法，通过解决问题和在现实环境中整合和应用知识，以促进学习和21世纪能力和技能的发展。先前关于PBL在高等教育中的有效性的研究表明，PBL在长期记忆和技能发展方面传统的基于讲座的教学更有效。然而，关于PBL在学前教育到初中教育(5-14岁)中的有效性还知之甚少。在这篇论文中，我们检验了PBL在幼儿园到初中(K-8)科学和数学课堂中有效性的定量证据，以确定PBL作为一种有前途的学习方法的观点是否值得。

1. PBL的发展

尽管杜威（1938）撰写了有关PBL的观点，但第一个系统的实施是在1970年代麦克马斯特大学的医学教育领域（Barrows，1996； Barrows＆Tamblyn，1980）。医学生通过与实际或模拟患者的互动以及书面案例研究来识别症状，进行诊断并开出处方来学习内容和临床推理（Barrows＆Tamblyn，1980）。在医学教育发展的基础上，其他专业领域也采用了PBL。广告、建筑、工商管理、工程、护理和物理治疗等专业都对PBL的可承受性进行了研究，发现它是在这些专业环境中学习内容和技能的有效手段(Barrows, 1996; Gould amp; Sadera, 2015; Quinn amp; Albano, 2008; Zubaidah, 2005).

1. 研究动机

PBL方法也被应用于中小学学习（Kim et al., 2012; Trinter, Moon, amp; Brighton, 2015），但还需要更多的研究来确定PBL在教育环境中对学生学习的影响(Rico amp; Ertmer, 2015)。作为研究人员，我们对PBL在数学和科学课堂上的有效性特别感兴趣，因为我们参与了一个更大的项目，即研究PBL作为一种工具来支持英语学习者学习这些领域的学术内容。我们进行了这一系统的文献综述，具体检查定量研究揭示了什么是PBL的有效性，学生学习数学和科学概念，从学前到初中(K-8;年龄3 - 14)。我们的目的是将这篇文献综述的结果应用到更大的研究中，即通过PBL提高英语语言学习者的数学和科学学习。

由于英国学者和日本学者(2013)发现基于项目的学习和基于问题的学习非常相似，我们在文献综述中同时纳入了“基于问题”和“基于项目”的学习文章。三个问题指导我们的文献回顾:

（1）研究人员如何定义PBL?

（2）PBL的哪些组成部分被明确定义为对学生学习有显著效果?

（3）PBL在确定因变量方面的有效性如何?

1. 文献审查过程

为了对文献进行系统的回顾，我们采用了类似于Bennett，Lubben，Hogarth和Campbell（2007）讨论的方法。在我们的方法中，我们（1）开发了搜索策略标准，（2）搜索了符合我们标准的文章，（3）筛选了文章以确保它们符合纳入标准，（4）提取了特定方面的报告详细信息研究。这为我们提供了进行可重复的结构化审查的机会。

这篇系统性文献综述集中在同行评审的期刊文章上。我们最初的搜索侧重于确定与科学和/或数学教育有关的“基于问题的”和“基于项目的”学习论文，以及幼儿园前到高中阶段（3至18岁）的学生。我们最初包括了针对高中阶段学生的结果，因为我们不确定在幼儿园到初中阶段是否有大量的定量研究。在ERIC和PsycInfo数据库上进行的初始搜索从这些数据库中获得了504篇文章的标题和摘要。四名研究人员筛选了这些文章，以找出那些侧重于PBL的对象，这些对象包括围绕数学和/或科学教育的学前到高中阶段的学生。

在这一过程中，四位研究者通读了文章的摘要，以确定哪些文章符合我们最初的搜索标准：与学前到高中阶段的数学和/或科学教育相关的基于问题或基于项目的学习研究，包括定量分析。评分者之间的信度范围在0.80到0.90之间，讨论并解决了差异。

在最初确定的504篇文章中，有80篇文章在摘要审查后仍需进行进一步分析。我们对文章的第二次筛选从仅仅阅读摘要扩展到略读文章。这一次，除了原来的标准外，作者根据五个因素对文章进行了分类:

bull; 包括定量分析

bull; 研究检验PBL

bull; PBL类型(基于问题或基于项目的学习)

bull; 水平(大学、幼儿园到8年级、高中)

bull; 学科(数学，科学，两者，其他)

虽然摘要提到了定量分析，但我们对每一篇文章的阅读确保了文章确实呈现和讨论了定量结果。对定量分析的关注是由于我们对PBL与传统教学模式相比的有效性感兴趣。这也适用于检查是否讨论了PBL，并确定研究使用的是哪种类型的PBL(基于问题的或基于项目的)。我们纳入了年级水平和学科领域的标准，以缩小文献审查到我们的兴趣领域:K-12数学和科学教育。

在第一轮筛选中，评分员之间的信度平均值为0.80，对差异的讨论导致了百分百的一致。如前所述，我们不确定在小学至初中阶段是否有足够数量的PBL文章值得审查，但此过程导致在这些级别上识别出了25篇文章。因此，为了回答我们的研究问题，我们能够删除高中级别的文章，以及在我们的初筛时未消除的任何大学级别的文章。

最后的文章筛选过程包括对每一篇文章的四个标准的全面阅读:（a）实验或准实验设计，（b） PBL的定义，（c）包括的PBL成分，（d） PBL的有效性(测量的变量，即学术成就、态度)。我们选择检验实验或准实验研究，以便我们能够识别那些将PBL与传统教学模式相比较的研究，从而更好地理解是什么使PBL有效。我们还对研究人员如何定义PBL以及PBL的哪些组成部分是研究的重点感兴趣。最后，我们想确定研究人员用来检验PBL有效性的变量。

这一轮筛选的结果是，评估者之间的平均可靠性为0.90，讨论并解决了差异，结果百分百一致。不符合我们标准的文章被删除，这导致只剩下的9篇文章。

表1是我们最终分析中包含的研究综述。在对初步结果的讨论中，已经使用论文编号确定了研究。每个列表包括作者、研究发生时的年级水平(如果在研究描述中包含年龄，则用括号括起来)和定量测量的因变量。一些研究使用了混合方法，但如前所述，我们只关注定量结果。虽然我们的搜索最初包括科学和数学的内容领域，但最终通过分析的研究只集中在科学概念上。

表1 分析中包含的研究综述

1. 研究结果

在本节中，我们将讨论文章分析中出现的三个主题：（a）PBL的定义，（b）PBL设计组件，以及（c）PBL的有效性。

（一）定义PBL

基于问题的学习是一种教学方法，其定义在研究者中缺乏一致性。本文献综述中对PBL定义的分析确定了K-8数学与科学教育中研究者对PBL定义的多种理论来源:临床医学教育、功能/课程设计、建构主义和概念变化理论(见表2)。

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