结合CBL,的布鲁姆教学理论在留学生机制工艺课程中的应用探索
时间：2023-03-23 10:10:04 来源：千叶帆 本文已影响人
冷 晟，薛建彬
（南京航空航天大学 机电学院，南京 210016）
2015年，国家发展改革委、外交部、商务部联合发布了《推动共建丝绸之路经济带和21 世纪海上丝绸之路的愿景与行动》[1]，鼓励国际留学生来华学习交流。2016 年教育部印发的《推进共建“一带一路”教育行动》[2]进一步加强落实教育全面合作。可见高等教育国际化成为一个新的发展趋势，各国大学尤其是发达国家的重点大学纷纷将拓宽国际化办学途径作为自己新的目标。随着高等教育国际化渐成趋势以及我国综合国力和对外影响力的显著提升，越来越多的留学生选择来华交流学习。
作为机械专业留学生的重要专业必修课之一的机械制造工艺与装备课程，属于典型的认知教学。但留学生和国内学生在自身个性、知识接收和思维方式等诸多方面有着显著的不同特点。学校来华留学生多数来自印度、尼泊尔、巴基斯坦、印尼等中东国家，近些年来非洲国家的留学生日益增多，同时增加了一些欧洲国家的交换生（如法国等），留学生接受知识能力参差不齐。同时，由于多数学生不是英语母语，且对机械类的专业术语不熟悉，教学过程受一定的语言影响；
再加上我国的教学方式与留学生在其本国初高中阶段的教学方式有所不同，部分学生不能完全适应，某种程度上削弱了留学生们的上课积极性；
此外，机械制造工艺学课程本身需要和工程实践相结合，同时有较多的理论知识点和工程应用性分析，对学生前期工程应用实践与知识储备也有一定要求。上述种种都给留学生的机械制造工艺课程教学带来了诸多困难。
面对上述困难，在对中国学生教学基础上，如何提高各方面都存在一定差异的留学生的制造工艺能力，已成为给留学生上课的教师需要深入分析、思考和探讨的问题，寻找针对性的教学方法来提高留学生的教学质量具有重大的意义。
因此，作者结合近年来对留学生的授课经验，针对留学生的特质，以及机械制造工艺与装备课程特点，提出在布鲁姆分层教育理论框架下融合CBL（Case Based Learning，案例学习法）教学方法，尝试应用于留学生的教学过程，力争在知识点与内容上接轨国际规范，在教学过程中激发学习主动性，在案例分析中引导创新。
十九世纪德国教育家、科学教育学之父赫尔巴特提出教育阶段论[3]，将教育划分为“明了Clearness——感知新知识；
联想Association——新旧知识关联；
系统System——知识体系化；
方法Method——系统知识运用于实际”四个阶段。而美国当代著名教学家布鲁姆则将认知过程维度细化分成六个层面[4-6]：记忆、理解、应用、分析、评价和创造，以此进一步推进知识的学习、掌握与灵活应用。
在解读大师们的教育论基础上，分析思考如何更好地开展机械制造工艺与装备的教学。机制工艺课程鲜明地带有工程应用的特征，是机械工程及自动化专业四年制本科的专业技术主干课，具有重要的理论研究意义和工程应用价值。课程内容涉及机械原理、机械零件、切削原理、金属切削刀具、金属切削机床、互换性及技术测量、金属制造工艺及夹具等基本知识，是在综合多门先修课程知识的基础上，培养学生具备分析、研究和解决实际生产过程中工艺问题的能力，是一门实践性较强的归结性课程，既有科学性，又有较强的综合性和实践性。需要在新制造工艺规范知识的学习下（Clearness），联系前期所学相关知识（Association），建立其产品制造工艺知识体系（System），并能将所分析归纳总结出的工艺知识，合理有效地应用到实际生产制造环节（Method）。可见，完全吻合赫尔巴特的四个阶段论。要将这四个阶段能很好地融入到教学环节中，布鲁姆的分层教育法则提供了良好具有可操作性的框架：将教学知识点通过教师的课堂讲解，学生在听课过程中进行理解与学习，通过具备实际工程应用特点的案例，引导促进学生将所学知识点梳理并构建其知识框架系统。在此框架下，对学生所学知识的掌握程度，面对工程问题的解决能力，灵活运用与创新的素养进行评价。
而在案例教学过程中，可采用CBL 教学模式。CBL基于案例的学习是Problem-based Learning，PBL 教学法的延伸[7-8]。CBL 教学模式是一种以案例为导向的教学方法，通过对典型案例的分析，有助于引导学生掌握原理分析与推理，提升学生独立分析和解决问题的能力。CBL 教学模式具有以下特点：①需要在知识系统化基础上，综合运用所学知识才能完成任务，提高对专业基础理论知识的理解；
②教学案例具备一定典型代表性和与工程应用特性，学生需要通过独立思考、分组讨论及查找资料，甚至需要进行部分实践验证，才能获得正确答案，强调学习能力与创新意识的培养。
对于留学生而言，他们对理论性知识的掌握能力不如对应用知识的理解与接受，但对知识的灵活运用与创新性发散思维能力较强。主要表现在他们在学习过程中，对知识点的质疑较多，非常乐于表达自己的不同看法及各自不同的解决方案。正是由于这种在其本国初高中阶段所留下的学习特点，使得他们思维活跃灵敏，往往会得到一些大胆而创新的方案。因此，在布鲁姆分层教育框架下，采用留学生更能接受的CBL 教学法，弥补留学生对概念与理论性知识掌握不足的特点，通过CBL来激发留学生们对知识点的多方面发散性思维，以及融会贯通对知识点的掌握与运用。
安德森等对布鲁姆教育理论进行了拓展，在布鲁姆教育理论基础上增加了知识维度[9]，即从知识维度和认知水平维度两个方面对教学目标进行分类，将知识点划分为四个维度，知识的认知过程分成六个层次，见表1。
表1 基于布鲁姆理论的零件定位认知领域分类
布鲁姆教学在机械制造工艺与装备课程教学的应用与实施，以“零件的定位（PartLocating）”为例。
（一）教学目标分类
首先将“零件定位”教学内容拆分，拆解成多个知识点，并按照知识维度四种类别将知识点进行分类，确定不同知识点所属的维度。在此基础上结合布鲁姆理论认知过程的六个维度，认知水平的不同，将“零件的定位”课程内容的知识点按照六个层次进行分类。
（二）基于CBL 的课堂教学过程设计与组织
事实性知识（Factual Knowledge）学习阶段围绕零件在加工过程中的装夹，给出“基准”的概念，按不同类型的基准逐一介绍其特点，并结合前期学生在工程训练的金工实习过程中所接触到的零件加工时在机床上的装夹过程，分析定位和加紧的概念。该阶段以知识点讲解，以及与以往接触的实践知识相结合为主，令学生在温习回顾过程中，掌握新的知识点。
概念性知识（Conceptual Knowledge）学习阶段则围绕“六点定位”原理，先以教师讲授为主，介绍零件上以内孔、外圆或端面定位时，常用的定位元件。然后，通过不同的零件工序图例，组织学生分组进行分析讨论，各个小组给出定位元件的选择方案，再由其他小组评议，并由教师针对小组方案及其他小组的评议进行点评。图例则从简单的零件工序定位，逐步循序渐进增加难度与复杂度，激发学生自主探索式学习：考虑为保证加工，如何采用组合定位的方式。
程序性知识（Procedural Knowledge）学习阶段将根据精度要求，分析计算零件工序加工过程中的定位误差。根据前述定位方案，由教师引导学生回忆先学课程“互换性”及“机械设计”中所学习的零件精度与公差配合等方面的知识，进一步激发学生分析工序加工过程中的定位误差产生原因，由此建立计算方法。在此过程中，可通过例题，进行解算分析，对比分析不同定位方案，评价不同定位方案的优劣。
反省性知识（Metacognitive Knowledge）学习阶段则尝试采用CBL 的教学模式，给一些典型零件（或结构较为复杂，或精度要求较高的零件），分析在不同工序中如何进行零件定位，计算分析不同定位方案下的定位误差给加工带来的影响；
对于精度要求较高，所采用的定位方案的定位误差不满足要求的零件，尝试进行方案优化以减少定位误差。可先由教师针对一个案例进行相关分析，然后给出有难度的实例，由各个小组进行组内设计、计算与分析。根据各个小组所提方案开展讨论，其他小组可对其方案提出质疑并进一步进行分析与方案对比，最后由教师进行总结。
（三）课堂设计组织的特点分析
在新冠肺炎疫情及后疫情期间，留学生的课堂教学主要以线上教学为主，因此在教学组织过程中，通过线上会议室与小组会议室的方式（如ZOOM 所提供的分组讨论功能），可顺利地开展上述教学过程中的小组讨论活动。
在知识点的4 个维度中，均穿插使用了CBL 的案例教学方法。但随着知识点认知过程的推进，案例则由简单逐步向复杂过渡，如图1 所示，且在最后则采用企业实际生产的具有代表性的零件作为Case，启发学生进行知识关联，（Case 中将涉及前期所学课程，如互换性等），力图引导学生梳理所学知识，建立知识的关联，使得所学知识具备结构化与体系化，并强调在工程应用中所需要的解决问题的能力。另一方面，则可以通过这种CBL 的模式，教师并不给出答案（工艺问题在实际应用中其方案也不唯一），而是协助学生对方案进行工程应用性分析，培养学生的分析能力和创造能力。
图1 由浅入深的CBL 案例
将布鲁姆分层教育理论与CBL 教学方法相结合，在2021 年度第二学期留学生的机械制造工艺与装备课程教学中开展了教学实验。将其教学效果在下述几个方面与2020 年度第二学期的教学相对照。
1）课程成绩情况（如图2 所示，数据来源于教务统计网站）。从图中可明显对比出采用CBL 和布鲁姆分层教学理论下，不及格人数占比明显减少，成绩优良人数占比明显提高。
图2 不同教学方式下课程成绩的统计分布
2）课程活跃度。在按不同认识领域进行知识点的讲解与自我学习的有效融合下，学生对案例分析的参与度与活跃程度有效增加，表现在小组讨论分析过程表现比较精彩激烈。
3）课程设计方案可行性大大提高。由于在课堂教学中，丰富的案例小组讨论会激发了学生对工程问题的思考，一定程度上提升了学生对实际问题的解决能力。因此在课堂教学结束后的课程设计阶段，所设计的方案新颖性提高。
综上所述，采用布鲁姆新型教育教学理论与CBL的教学方法相融合，不仅提高了学生的理论成绩，而且对学生的实践与工程设计能力也有明显提高。新型教学方法在教学过程中不仅注重对学生理论知识体系分层次的认知培养，而且注重工程应用案例方面的观察与思考，使学生在学习过程中能够理论联系实际，同时吻合留学生活跃发散性思维模式，给其创新思维提供空间，进而从根本上提高留学生教学质量。
本文在留学生的机械制造工艺与装备课程的教学过程中，尝试引用布鲁姆分层教育理论进行知识点划分，遵循六维度的认知过程，进行教学过程组织，并循序渐进地推出与认知维度相适应的案例，来加深对知识点的理解，逐步引导学生将所学知识灵活运用到案例中，力图在实际工程应用案例中能提出自己的解决方案。通过学期评估考试成绩对比，以及在课程设计阶段所提出的工艺方案的对比，可以发现新的教学模式的教学质量优于传统教学模式，说明布鲁姆教育教学理论与CBL的教学方法的有机融合，是一次具有理论意义和实践价值的探索。
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