結(jié)合CBL 的布魯姆教學(xué)理論在留學(xué)生機(jī)制工藝課程中的應(yīng)用探索

冷 晟，薛建彬

（南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，南京 210016）

2015年，國家發(fā)展改革委、外交部、商務(wù)部聯(lián)合發(fā)布了《推動(dòng)共建絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶和21 世紀(jì)海上絲綢之路的愿景與行動(dòng)》[1]，鼓勵(lì)國際留學(xué)生來華學(xué)習(xí)交流。2016 年教育部印發(fā)的《推進(jìn)共建“一帶一路”教育行動(dòng)》[2]進(jìn)一步加強(qiáng)落實(shí)教育全面合作。可見高等教育國際化成為一個(gè)新的發(fā)展趨勢，各國大學(xué)尤其是發(fā)達(dá)國家的重點(diǎn)大學(xué)紛紛將拓寬國際化辦學(xué)途徑作為自己新的目標(biāo)。隨著高等教育國際化漸成趨勢以及我國綜合國力和對外影響力的顯著提升，越來越多的留學(xué)生選擇來華交流學(xué)習(xí)。

作為機(jī)械專業(yè)留學(xué)生的重要專業(yè)必修課之一的機(jī)械制造工藝與裝備課程，屬于典型的認(rèn)知教學(xué)。但留學(xué)生和國內(nèi)學(xué)生在自身個(gè)性、知識(shí)接收和思維方式等諸多方面有著顯著的不同特點(diǎn)。學(xué)校來華留學(xué)生多數(shù)來自印度、尼泊爾、巴基斯坦、印尼等中東國家，近些年來非洲國家的留學(xué)生日益增多，同時(shí)增加了一些歐洲國家的交換生（如法國等），留學(xué)生接受知識(shí)能力參差不齊。同時(shí)，由于多數(shù)學(xué)生不是英語母語，且對機(jī)械類的專業(yè)術(shù)語不熟悉，教學(xué)過程受一定的語言影響；再加上我國的教學(xué)方式與留學(xué)生在其本國初高中階段的教學(xué)方式有所不同，部分學(xué)生不能完全適應(yīng)，某種程度上削弱了留學(xué)生們的上課積極性；此外，機(jī)械制造工藝學(xué)課程本身需要和工程實(shí)踐相結(jié)合，同時(shí)有較多的理論知識(shí)點(diǎn)和工程應(yīng)用性分析，對學(xué)生前期工程應(yīng)用實(shí)踐與知識(shí)儲(chǔ)備也有一定要求。上述種種都給留學(xué)生的機(jī)械制造工藝課程教學(xué)帶來了諸多困難。

面對上述困難，在對中國學(xué)生教學(xué)基礎(chǔ)上，如何提高各方面都存在一定差異的留學(xué)生的制造工藝能力，已成為給留學(xué)生上課的教師需要深入分析、思考和探討的問題，尋找針對性的教學(xué)方法來提高留學(xué)生的教學(xué)質(zhì)量具有重大的意義。

因此，作者結(jié)合近年來對留學(xué)生的授課經(jīng)驗(yàn)，針對留學(xué)生的特質(zhì)，以及機(jī)械制造工藝與裝備課程特點(diǎn)，提出在布魯姆分層教育理論框架下融合CBL（Case Based Learning，案例學(xué)習(xí)法）教學(xué)方法，嘗試應(yīng)用于留學(xué)生的教學(xué)過程，力爭在知識(shí)點(diǎn)與內(nèi)容上接軌國際規(guī)范，在教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，在案例分析中引導(dǎo)創(chuàng)新。

一 布魯姆分層教育理論及CBL 教學(xué)方法適用性分析

十九世紀(jì)德國教育家、科學(xué)教育學(xué)之父赫爾巴特提出教育階段論[3]，將教育劃分為“明了Clearness——感知新知識(shí)；聯(lián)想Association——新舊知識(shí)關(guān)聯(lián)；系統(tǒng)System——知識(shí)體系化；方法Method——系統(tǒng)知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際”四個(gè)階段。而美國當(dāng)代著名教學(xué)家布魯姆則將認(rèn)知過程維度細(xì)化分成六個(gè)層面[4-6]：記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)和創(chuàng)造，以此進(jìn)一步推進(jìn)知識(shí)的學(xué)習(xí)、掌握與靈活應(yīng)用。

在解讀大師們的教育論基礎(chǔ)上，分析思考如何更好地開展機(jī)械制造工藝與裝備的教學(xué)。機(jī)制工藝課程鮮明地帶有工程應(yīng)用的特征，是機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)四年制本科的專業(yè)技術(shù)主干課，具有重要的理論研究意義和工程應(yīng)用價(jià)值。課程內(nèi)容涉及機(jī)械原理、機(jī)械零件、切削原理、金屬切削刀具、金屬切削機(jī)床、互換性及技術(shù)測量、金屬制造工藝及夾具等基本知識(shí)，是在綜合多門先修課程知識(shí)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生具備分析、研究和解決實(shí)際生產(chǎn)過程中工藝問題的能力，是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的歸結(jié)性課程，既有科學(xué)性，又有較強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性。需要在新制造工藝規(guī)范知識(shí)的學(xué)習(xí)下（Clearness），聯(lián)系前期所學(xué)相關(guān)知識(shí)（Association），建立其產(chǎn)品制造工藝知識(shí)體系（System），并能將所分析歸納總結(jié)出的工藝知識(shí)，合理有效地應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)（Method）。可見，完全吻合赫爾巴特的四個(gè)階段論。要將這四個(gè)階段能很好地融入到教學(xué)環(huán)節(jié)中，布魯姆的分層教育法則提供了良好具有可操作性的框架：將教學(xué)知識(shí)點(diǎn)通過教師的課堂講解，學(xué)生在聽課過程中進(jìn)行理解與學(xué)習(xí)，通過具備實(shí)際工程應(yīng)用特點(diǎn)的案例，引導(dǎo)促進(jìn)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)點(diǎn)梳理并構(gòu)建其知識(shí)框架系統(tǒng)。在此框架下，對學(xué)生所學(xué)知識(shí)的掌握程度，面對工程問題的解決能力，靈活運(yùn)用與創(chuàng)新的素養(yǎng)進(jìn)行評價(jià)。

而在案例教學(xué)過程中，可采用CBL 教學(xué)模式。CBL基于案例的學(xué)習(xí)是Problem-based Learning，PBL 教學(xué)法的延伸[7-8]。CBL 教學(xué)模式是一種以案例為導(dǎo)向的教學(xué)方法，通過對典型案例的分析，有助于引導(dǎo)學(xué)生掌握原理分析與推理，提升學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力。CBL 教學(xué)模式具有以下特點(diǎn)：①需要在知識(shí)系統(tǒng)化基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)才能完成任務(wù)，提高對專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解；②教學(xué)案例具備一定典型代表性和與工程應(yīng)用特性，學(xué)生需要通過獨(dú)立思考、分組討論及查找資料，甚至需要進(jìn)行部分實(shí)踐驗(yàn)證，才能獲得正確答案，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。

對于留學(xué)生而言，他們對理論性知識(shí)的掌握能力不如對應(yīng)用知識(shí)的理解與接受，但對知識(shí)的靈活運(yùn)用與創(chuàng)新性發(fā)散思維能力較強(qiáng)。主要表現(xiàn)在他們在學(xué)習(xí)過程中，對知識(shí)點(diǎn)的質(zhì)疑較多，非常樂于表達(dá)自己的不同看法及各自不同的解決方案。正是由于這種在其本國初高中階段所留下的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，使得他們思維活躍靈敏，往往會(huì)得到一些大膽而創(chuàng)新的方案。因此，在布魯姆分層教育框架下，采用留學(xué)生更能接受的CBL 教學(xué)法，彌補(bǔ)留學(xué)生對概念與理論性知識(shí)掌握不足的特點(diǎn)，通過CBL來激發(fā)留學(xué)生們對知識(shí)點(diǎn)的多方面發(fā)散性思維，以及融會(huì)貫通對知識(shí)點(diǎn)的掌握與運(yùn)用。

二 結(jié)合CBL 的布魯姆分層教育理論在教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)施

安德森等對布魯姆教育理論進(jìn)行了拓展，在布魯姆教育理論基礎(chǔ)上增加了知識(shí)維度[9]，即從知識(shí)維度和認(rèn)知水平維度兩個(gè)方面對教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行分類，將知識(shí)點(diǎn)劃分為四個(gè)維度，知識(shí)的認(rèn)知過程分成六個(gè)層次，見表1。

表1 基于布魯姆理論的零件定位認(rèn)知領(lǐng)域分類

布魯姆教學(xué)在機(jī)械制造工藝與裝備課程教學(xué)的應(yīng)用與實(shí)施，以“零件的定位（PartLocating）”為例。

（一）教學(xué)目標(biāo)分類

首先將“零件定位”教學(xué)內(nèi)容拆分，拆解成多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，并按照知識(shí)維度四種類別將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分類，確定不同知識(shí)點(diǎn)所屬的維度。在此基礎(chǔ)上結(jié)合布魯姆理論認(rèn)知過程的六個(gè)維度，認(rèn)知水平的不同，將“零件的定位”課程內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)按照六個(gè)層次進(jìn)行分類。

（二）基于CBL 的課堂教學(xué)過程設(shè)計(jì)與組織

事實(shí)性知識(shí)（Factual Knowledge）學(xué)習(xí)階段圍繞零件在加工過程中的裝夾，給出“基準(zhǔn)”的概念，按不同類型的基準(zhǔn)逐一介紹其特點(diǎn)，并結(jié)合前期學(xué)生在工程訓(xùn)練的金工實(shí)習(xí)過程中所接觸到的零件加工時(shí)在機(jī)床上的裝夾過程，分析定位和加緊的概念。該階段以知識(shí)點(diǎn)講解，以及與以往接觸的實(shí)踐知識(shí)相結(jié)合為主，令學(xué)生在溫習(xí)回顧過程中，掌握新的知識(shí)點(diǎn)。

概念性知識(shí)（Conceptual Knowledge）學(xué)習(xí)階段則圍繞“六點(diǎn)定位”原理，先以教師講授為主，介紹零件上以內(nèi)孔、外圓或端面定位時(shí)，常用的定位元件。然后，通過不同的零件工序圖例，組織學(xué)生分組進(jìn)行分析討論，各個(gè)小組給出定位元件的選擇方案，再由其他小組評議，并由教師針對小組方案及其他小組的評議進(jìn)行點(diǎn)評。圖例則從簡單的零件工序定位，逐步循序漸進(jìn)增加難度與復(fù)雜度，激發(fā)學(xué)生自主探索式學(xué)習(xí)：考慮為保證加工，如何采用組合定位的方式。

程序性知識(shí)（Procedural Knowledge）學(xué)習(xí)階段將根據(jù)精度要求，分析計(jì)算零件工序加工過程中的定位誤差。根據(jù)前述定位方案，由教師引導(dǎo)學(xué)生回憶先學(xué)課程“互換性”及“機(jī)械設(shè)計(jì)”中所學(xué)習(xí)的零件精度與公差配合等方面的知識(shí)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生分析工序加工過程中的定位誤差產(chǎn)生原因，由此建立計(jì)算方法。在此過程中，可通過例題，進(jìn)行解算分析，對比分析不同定位方案，評價(jià)不同定位方案的優(yōu)劣。

反省性知識(shí)（Metacognitive Knowledge）學(xué)習(xí)階段則嘗試采用CBL 的教學(xué)模式，給一些典型零件（或結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，或精度要求較高的零件），分析在不同工序中如何進(jìn)行零件定位，計(jì)算分析不同定位方案下的定位誤差給加工帶來的影響；對于精度要求較高，所采用的定位方案的定位誤差不滿足要求的零件，嘗試進(jìn)行方案優(yōu)化以減少定位誤差。可先由教師針對一個(gè)案例進(jìn)行相關(guān)分析，然后給出有難度的實(shí)例，由各個(gè)小組進(jìn)行組內(nèi)設(shè)計(jì)、計(jì)算與分析。根據(jù)各個(gè)小組所提方案開展討論，其他小組可對其方案提出質(zhì)疑并進(jìn)一步進(jìn)行分析與方案對比，最后由教師進(jìn)行總結(jié)。

（三）課堂設(shè)計(jì)組織的特點(diǎn)分析

在新冠肺炎疫情及后疫情期間，留學(xué)生的課堂教學(xué)主要以線上教學(xué)為主，因此在教學(xué)組織過程中，通過線上會(huì)議室與小組會(huì)議室的方式（如ZOOM 所提供的分組討論功能），可順利地開展上述教學(xué)過程中的小組討論活動(dòng)。

在知識(shí)點(diǎn)的4 個(gè)維度中，均穿插使用了CBL 的案例教學(xué)方法。但隨著知識(shí)點(diǎn)認(rèn)知過程的推進(jìn)，案例則由簡單逐步向復(fù)雜過渡，如圖1 所示，且在最后則采用企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的具有代表性的零件作為Case，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)關(guān)聯(lián)，（Case 中將涉及前期所學(xué)課程，如互換性等），力圖引導(dǎo)學(xué)生梳理所學(xué)知識(shí)，建立知識(shí)的關(guān)聯(lián)，使得所學(xué)知識(shí)具備結(jié)構(gòu)化與體系化，并強(qiáng)調(diào)在工程應(yīng)用中所需要的解決問題的能力。另一方面，則可以通過這種CBL 的模式，教師并不給出答案（工藝問題在實(shí)際應(yīng)用中其方案也不唯一），而是協(xié)助學(xué)生對方案進(jìn)行工程應(yīng)用性分析，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和創(chuàng)造能力。

圖1 由淺入深的CBL 案例

三 教學(xué)應(yīng)用效果分析

將布魯姆分層教育理論與CBL 教學(xué)方法相結(jié)合，在2021 年度第二學(xué)期留學(xué)生的機(jī)械制造工藝與裝備課程教學(xué)中開展了教學(xué)實(shí)驗(yàn)。將其教學(xué)效果在下述幾個(gè)方面與2020 年度第二學(xué)期的教學(xué)相對照。

1）課程成績情況（如圖2 所示，數(shù)據(jù)來源于教務(wù)統(tǒng)計(jì)網(wǎng)站）。從圖中可明顯對比出采用CBL 和布魯姆分層教學(xué)理論下，不及格人數(shù)占比明顯減少，成績優(yōu)良人數(shù)占比明顯提高。

圖2 不同教學(xué)方式下課程成績的統(tǒng)計(jì)分布

2）課程活躍度。在按不同認(rèn)識(shí)領(lǐng)域進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的講解與自我學(xué)習(xí)的有效融合下，學(xué)生對案例分析的參與度與活躍程度有效增加，表現(xiàn)在小組討論分析過程表現(xiàn)比較精彩激烈。

3）課程設(shè)計(jì)方案可行性大大提高。由于在課堂教學(xué)中，豐富的案例小組討論會(huì)激發(fā)了學(xué)生對工程問題的思考，一定程度上提升了學(xué)生對實(shí)際問題的解決能力。因此在課堂教學(xué)結(jié)束后的課程設(shè)計(jì)階段，所設(shè)計(jì)的方案新穎性提高。

綜上所述，采用布魯姆新型教育教學(xué)理論與CBL的教學(xué)方法相融合，不僅提高了學(xué)生的理論成績，而且對學(xué)生的實(shí)踐與工程設(shè)計(jì)能力也有明顯提高。新型教學(xué)方法在教學(xué)過程中不僅注重對學(xué)生理論知識(shí)體系分層次的認(rèn)知培養(yǎng)，而且注重工程應(yīng)用案例方面的觀察與思考，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠理論聯(lián)系實(shí)際，同時(shí)吻合留學(xué)生活躍發(fā)散性思維模式，給其創(chuàng)新思維提供空間，進(jìn)而從根本上提高留學(xué)生教學(xué)質(zhì)量。

四 結(jié)束語

本文在留學(xué)生的機(jī)械制造工藝與裝備課程的教學(xué)過程中，嘗試引用布魯姆分層教育理論進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)劃分，遵循六維度的認(rèn)知過程，進(jìn)行教學(xué)過程組織，并循序漸進(jìn)地推出與認(rèn)知維度相適應(yīng)的案例，來加深對知識(shí)點(diǎn)的理解，逐步引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)用到案例中，力圖在實(shí)際工程應(yīng)用案例中能提出自己的解決方案。通過學(xué)期評估考試成績對比，以及在課程設(shè)計(jì)階段所提出的工藝方案的對比，可以發(fā)現(xiàn)新的教學(xué)模式的教學(xué)質(zhì)量優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式，說明布魯姆教育教學(xué)理論與CBL的教學(xué)方法的有機(jī)融合，是一次具有理論意義和實(shí)踐價(jià)值的探索。