不同能力学生的问题解决前教学（PS-I）：评估与干预方案

摘要

本实验方案指导研究人员和教育工作者在本科统计学课程中实施“先解决问题后讲授”（PS-I）教学方法。同时，本文还描述了对该教学方法的嵌入式实验评估，通过测量具有不同认知和情感倾向的学生在学习效果和学习动机方面的表现，来评估PS-I方法的有效性。

摘要

如今，如何促进学生的反思性思维已成为各级教育工作者关注的主要问题之一。许多学生在面对需要高度反思的任务时存在困难，例如在STEM（科学、技术、工程和数学）课程中。他们中还有许多人对这类课程存在根深蒂固的焦虑和缺乏学习动力的问题。为了克服这些认知和情感方面的挑战，研究人员建议采用“先解决问题，后进行教学”（PS-I）的教学方法。PS-I的核心是在课堂教学正式讲授之前，先让学生尝试独立提出问题的解决方案。随后在教学阶段，将这些学生提出的方案与标准解法进行比较，并结合课程内容的讲授进行讨论。研究表明，采用这种方法有助于提升学生的概念理解能力，促进知识向不同任务和情境的迁移，增强学生对自身知识漏洞的认识，并构建个性化的先验知识结构，从而有助于维持其学习动机。尽管该方法具有诸多优势，但也受到一些批评：学生在初始的解题尝试阶段可能会陷入大量无明确方向的试错过程，甚至在此过程中感到挫败，进而对后续学习产生不利影响。更重要的是，目前关于学生已有个体特征如何影响其从该方法中获益（或无法获益）的研究仍十分有限。本研究旨在介绍将PS-I方法应用于本科生统计学学习中的教学设计与实施过程，并提出一种考虑学生已有个体差异的评估该方法有效性的研究方法论。

引言

目前教师最关心的问题之一是如何激发学生的反思能力。这一问题在数学类课程中尤为普遍，例如 STEM 课程（科学、技术、工程和数学），这些课程中许多概念具有高度抽象性，需要学生进行深入反思，但许多学生表示他们仅通过记忆方式进行学习¹。此外，学生对概念的学习往往停留在表层^1,2,3。然而，学生在应用反思和深度学习过程时遇到的困难并不仅限于认知层面。许多学生在面对这些课程时会感到焦虑和缺乏动力^4,5。事实上，这些困难往往在整个学习过程中持续存在⁶。因此，探索能够从动机和认知层面帮助学生为深度学习做好准备的教育策略显得尤为重要，无论其个体差异和初始倾向如何。

寻找能够补充典型教学方法的策略尤为重要，其中最典型的方法之一是直接教学法。直接教学法是指在引入新概念时，通过明确的信息对这些概念进行充分引导，随后采用巩固策略，如解决问题的活动、反馈、讨论或进一步解释^7,8。直接教学法在....

方案

本方案遵循《涉及人类受试者的医学研究伦理原则的赫尔辛基宣言》，但将这些原则应用于教育领域真实情境中开展研究时所面临的额外挑战³²。具体而言，学习条件的分配或参与研究的决定均不得对学生的学习机会造成影响。此外，即使由教师负责评估，也须确保学生的保密性和匿名性。本方案的研究目的、范围和操作程序已获得西班牙阿斯图里亚斯公国研究伦理委员会的批准（编号：242/19）。

请注意，如果用户仅希望实施PS-I方法，则仅步骤6（无需将参与者分配至对照条件）和步骤7是相关的。尽管如此，步骤5和步骤9可作为学生的练习练习加以补充。如果用户还希望进行实验评估，则要求学生在步骤4、5、6和9期间独立完成操作。因此，建议在这些步骤中，学生的座位应安排为每人旁边留出一个空位。

根据实际情况，这些步骤可以在一次课堂时间内连续完成，也可以在不同的课堂时间内分步进行。

1. 关于研究目的与研究流程的学生须知

1. 利用一节课的10分钟时间，向学生介绍本研究的基本情况。
2. 向学生明确说明本研究的总体目的、他们自愿参与的权利、可随时退出研究的自由，以及数据处理过程中匿名性和保密性的保障。
   1. 告知学生，本研究的总体目的是探索不同教育方法的有效性，以及评估学生认知和情感倾向对这些方法有效性的影响。

结果

该方案已在先前的一项研究中成功实施²³，但未包含对学生在胜任感、掌握导向目标、元认知和发散性思维方面先赋倾向的测量。

为解决这些易感因素，本方案包含了先前已验证并显示出高可靠性的措施（表1）。

在PS-I条件的发明问题中，学生生成的典型解决方案如图3A-D所示。学生通常不会提出标准差的标准解法，但他们提出的次优解法反映了对标准差相关特征的思考（例如，极差、偏差求和或偏差平均）。先前的研究表明，在PS-I初始问题中产生的多样化解决方案与更高的学习成效相关，而不论其回答是否正确⁴⁴。然而，需要注意的是，学生在此问题中未给出答案，并不意味着他们未能从中受益，因为学生可能在未产生可见结果的情况下仍对问题进行了批判性反思。

对照组练习题中学生生成的典型解答（见<.......

讨论

本方案旨在指导研究人员和教育工作者在真实课堂环境中实施和评估PS-I方法。根据一些先前的经验，PS-I有助于促进学生的深度学习和学习动机^19,21,24，但针对不同能力水平和动机倾向的学生，仍需进一步研究其有效性^14,27更具体地说，教育工作者可依据本文档，遵循一项根据PS-I文献中最广泛认可的原则设计的统计学课程PS-I实施协议^11,13,20,50 （步骤6-7）。此外，教育工作者和研究人员可参考一项嵌入式的实验评估，用以检验该教学方法在具有不同动机和/或认知倾向的学生中的实施效.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
SPSS 程序	International Business Machines Corporation (IBM)		可使用其他通用数据分析程序替代
PROCESS 程序	Andrew F. Hayes (Ohio State University)		可免费获取于：http://www.processmacro.org。也可使用其他用于中介、调节或条件过程分析的程序替代
统计学态度调查量表（SATS-28）中的认知能力量表	Candace Schau (Arizona State University)		如需使用，应向持有版权的作者申请许可
成就目标问卷修订版（AGQ-R）中的掌握趋近量表	Andrew J. Elliot (University of Rochester)		如需使用，应向作者提出申请
元认知意识量表（MAI）中的认知调控量表	Gregory Schraw (University of Nevada Las Vegas)		如需使用，应向量表创建者提出申请