基于翻轉(zhuǎn)布魯姆認(rèn)知過程的項目化教學(xué)設(shè)計研究

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2025）05-0052-0

當(dāng)前，創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略持續(xù)推進(jìn)，中國正在加快向創(chuàng)新型國家前列邁進(jìn)，教育的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐作用就更加突出，高等教育發(fā)展和改革的主體目標(biāo)開始聚焦創(chuàng)新型專業(yè)人才培養(yǎng)。課程教學(xué)改革是創(chuàng)新型專業(yè)人才培養(yǎng)的重要基石。教育部提出淘汰高校中存在的大量“水課”，建設(shè)以學(xué)生高階能力培養(yǎng)為目標(biāo)的“金課”，建設(shè)一批“一流課程”。其中，“金課\"的標(biāo)準(zhǔn)是“兩性一度”—“高階性”“創(chuàng)新性\"和\"挑戰(zhàn)度”，能培養(yǎng)學(xué)生深度分析、批判思維、創(chuàng)造能力等高階能力?！敖鹫n建設(shè)與“金課\"標(biāo)準(zhǔn)為培養(yǎng)具有一定研究潛力、創(chuàng)新型人才的教研型高校本科課程教學(xué)改革提供了行動指南。

機(jī)械制造工藝學(xué)是機(jī)械類專業(yè)的一門重要的主干技術(shù)課，具有很強(qiáng)的綜合性、實踐性和多變性，旨在培養(yǎng)學(xué)生分析和解決機(jī)械加工中實際問題的能力，其內(nèi)容涉及多學(xué)科知識，概念抽象、原理復(fù)雜、工藝多變。目前，大多數(shù)高校中該課程的授課主要還是傳統(tǒng)的“以教師為中心\"和\"以講授為主”，強(qiáng)調(diào)教師單向傳遞知識和學(xué)生被動接受知識。其中， 9 0 % 的教學(xué)時間用于完成教學(xué)目標(biāo)中的較低認(rèn)知水平層次一制造工藝原理的識記和理解，教學(xué)中不夠重視應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造等高階認(rèn)知過程，教學(xué)的“淺表化\"問題凸顯，學(xué)生解決實際制造工藝問題的能力得不到培養(yǎng)和提升，阻礙了其深度學(xué)習(xí)和高階思維的發(fā)展，使得畢業(yè)生難以適應(yīng)制造業(yè)工業(yè)4.0升級背景下不斷涌現(xiàn)出的新工藝、新技術(shù)和新方法的發(fā)展要求。

本文針對傳統(tǒng)課堂教學(xué)中存在的問題，結(jié)合教研型高校人才培養(yǎng)目標(biāo)和機(jī)械制造工藝學(xué)課程的特點，借鑒翻轉(zhuǎn)課堂、創(chuàng)客教育的思想，將由簡單到復(fù)雜的經(jīng)典布魯姆認(rèn)知過程進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，突出“創(chuàng)造驅(qū)動”；以完成探究性項目“復(fù)雜零件精密制造工藝創(chuàng)新設(shè)計與加工質(zhì)量分析”為牽引，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，增加學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)度；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建一種基于翻轉(zhuǎn)布魯姆認(rèn)知過程的項目化教學(xué)體系，以促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)，進(jìn)而達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。

一、教學(xué)體系設(shè)計

美國教育家布魯姆在1956年首次提出了布魯姆認(rèn)知目標(biāo)分類理論，將認(rèn)知目標(biāo)分成識記、理解、應(yīng)用、分析、綜合和評價六個層次水平。45年后，安德森等學(xué)者對布魯姆認(rèn)知目標(biāo)分類理論進(jìn)行了拓展，在原理論的基礎(chǔ)上增加了知識維度，即從知識和認(rèn)知過程兩個維度對認(rèn)知目標(biāo)進(jìn)行分類3。其中，知識維度由具體到抽象可細(xì)分成四個層次水平：事實性知識、概念性知識、程序性知識和元認(rèn)知知識。事實性知識和概念性知識屬于淺層知識水平，程序性知識和元認(rèn)知知識屬于深層知識水平。認(rèn)知過程維度由簡單到復(fù)雜可細(xì)分成六個層次水平：識記、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造。其中，識記和理解屬于低階認(rèn)知水平，應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造屬于高階認(rèn)知水平。布魯姆認(rèn)知目標(biāo)分類理論對認(rèn)知領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)律和層次劃分非常具有典型性，系統(tǒng)、科學(xué)地回答了教學(xué)中“教什么、怎么教、如何評”的三個問題，為不同學(xué)科教師提供了一種共同的目標(biāo)分類體系，被廣泛地應(yīng)用于指導(dǎo)教師制定教學(xué)目標(biāo)、組織教學(xué)活動和評價教學(xué)效果。近年來，隨著認(rèn)知科學(xué)與學(xué)習(xí)科學(xué)的發(fā)展，衍生出由創(chuàng)造驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)布魯姆認(rèn)知過程。其顛倒了從識記到創(chuàng)造的金字塔結(jié)構(gòu)認(rèn)知過程，直接從金字塔頂部的創(chuàng)造開始，依次向下完成評價、分析、應(yīng)用、理解和識記，對傳統(tǒng)布魯姆認(rèn)知目標(biāo)的順序進(jìn)行了巔倒。相應(yīng)的教學(xué)過程由強(qiáng)調(diào)從識記到創(chuàng)造逐步累積的線性結(jié)構(gòu)走向復(fù)雜的多維結(jié)構(gòu)。

受太極環(huán)式教學(xué)模型的啟發(fā)，本文用中國傳統(tǒng)文化中的太極環(huán)來描述所構(gòu)建的一種基于翻轉(zhuǎn)布魯姆認(rèn)知過程的項目化教學(xué)體系，如圖 所示。其中，太極環(huán)的中心是“創(chuàng)造”，既體現(xiàn)了布魯姆認(rèn)知目標(biāo)的最高層次水平，又體現(xiàn)了教學(xué)活動以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維為中心，還體現(xiàn)了教學(xué)方法需要實現(xiàn)創(chuàng)新；將教師的“教”和學(xué)生的\"學(xué)”“課上\"和“課下\"作為太極環(huán)相互轉(zhuǎn)化的兩儀，充分體現(xiàn)了師生教學(xué)相長、課上課下學(xué)習(xí)相輔相成。太極環(huán)的黑色部分表示課下學(xué)習(xí)，與之相對應(yīng)，太極環(huán)的白色部分表示課上學(xué)習(xí)；太極環(huán)中黑白所占的比重和布魯姆認(rèn)知目標(biāo)中認(rèn)知過程維度的六層次水平所占據(jù)的課下、課上學(xué)習(xí)的比例一一對應(yīng)。將事實性知識和概念性知識等淺層知識水平的識記、理解和應(yīng)用翻轉(zhuǎn)到課下時間，課上時間主要集中在程序性知識和元認(rèn)知知識等深度知識水平的分析、評價和創(chuàng)造上。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，課上、課下教學(xué)的認(rèn)知目標(biāo)重點發(fā)生了翻轉(zhuǎn)。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，造成學(xué)生學(xué)習(xí)不夠主動的重要原因之一是其認(rèn)為所學(xué)無用。針對課程內(nèi)容具有極強(qiáng)的綜合性和應(yīng)用性的特點，借鑒課程設(shè)計的教學(xué)思路，實施項目化教學(xué)，將教學(xué)與工程實際有效對接，重組和優(yōu)化教學(xué)體系與教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生在完成一個完整項目的過程中學(xué)習(xí)、內(nèi)化相關(guān)知識，培養(yǎng)其解決復(fù)雜工程問題的能力，激發(fā)他們的創(chuàng)新意識。選取的項目是由制造行業(yè)的實際工程問題提煉而來的，這樣就要求學(xué)習(xí)的內(nèi)容要緊跟學(xué)科發(fā)展前沿，學(xué)生須完成項目任務(wù)且具有一定的難度和挑戰(zhàn)性；以項目流程為牽引，學(xué)習(xí)的針對性和指向性更加明確，學(xué)生學(xué)有所需、學(xué)以致用，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。此外，基于布魯姆認(rèn)知目標(biāo)分類與教學(xué)評價理論，提出一種多教學(xué)階段、多認(rèn)知層次水平、多評價維度的項目化教學(xué)評價方法，更多側(cè)重分析、評價和創(chuàng)造等高階認(rèn)知過程的評定；同時，將主觀評價與客觀評價相結(jié)合，且更加注重主觀評價；將過程評價與結(jié)果評價相結(jié)合，且更加突出過程評價。

二、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

作為一門專業(yè)技術(shù)主干課程，準(zhǔn)確、詳細(xì)地制定一套既遵循教育科學(xué)原理，又滿足教研型高校人才培養(yǎng)要求的教學(xué)目標(biāo)，是課程教學(xué)首先需要解決的問題?；诓剪斈氛J(rèn)知目標(biāo)分類理論，以提升學(xué)生認(rèn)知能力為主線，從知識和認(rèn)知過程兩個維度對課程教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行細(xì)化，有效體現(xiàn)課程的高階性和創(chuàng)新性，促進(jìn)學(xué)生的情感體驗，培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力。

項目化教學(xué)過程中，一方面，教師為學(xué)生布置課程需要完成的學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)一“復(fù)雜零件精密制造工藝創(chuàng)新設(shè)計與加工質(zhì)量分析\"項目，要求學(xué)生在對被加工零件的工程應(yīng)用場合、圖紙設(shè)計要求進(jìn)行認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)“零件分析一工藝設(shè)計一夾具設(shè)計一質(zhì)量分析”的流程安排課程學(xué)習(xí)，將創(chuàng)新設(shè)計項目分解成若干項目子任務(wù)，相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容細(xì)分成四個模塊，如表1所示。

另一方面，根據(jù)項目子任務(wù)和模塊化教學(xué)內(nèi)容，梳理出課程關(guān)鍵知識點。在此基礎(chǔ)上，基于二維布魯姆認(rèn)知目標(biāo)分類理論，按照知識維度四種層次水平將關(guān)鍵知識點進(jìn)行分類，確定不同關(guān)鍵知識點所屬的知識層次水平。同理，按照認(rèn)知過程維度的六種層次水平將關(guān)鍵知識點進(jìn)行分類，確定不同關(guān)鍵知識點所屬的認(rèn)知過程層次水平。以課程中的“機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計和“機(jī)床夾具設(shè)計\"兩個教學(xué)模塊為例，其教學(xué)關(guān)鍵知識點的二維布魯姆認(rèn)知目標(biāo)分類分別如表2和表3所示。借助二維布魯姆認(rèn)知目標(biāo)分類，授課教師能更準(zhǔn)確地把握和評價學(xué)生的認(rèn)知水平，進(jìn)而合理地組織和調(diào)整教學(xué)活動。

三、教學(xué)活動設(shè)計

課程教學(xué)活動流程設(shè)計如圖2所示。課程內(nèi)容涉及機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、金屬工藝學(xué)、金工實習(xí)、互換性與技術(shù)測量、金屬切削原理、金屬切削刀具、金屬切削機(jī)床等基本知識。由于學(xué)生對于上述基礎(chǔ)知識的掌握程度、自學(xué)能力和對課程的興趣、持續(xù)力不同，在開展課程教學(xué)前，需要運(yùn)用診斷性評價來了解學(xué)生的知識基礎(chǔ)、技能基礎(chǔ)和情感狀態(tài)，按照好、中、差搭配成若干個學(xué)習(xí)小組，促使組內(nèi)學(xué)生相互幫助與促進(jìn)。教師需要緊跟制造業(yè)發(fā)展趨勢，結(jié)合自身的科研情況，從工程實際中凝練出需要解決的技術(shù)問題，各學(xué)習(xí)小組圍繞教師提出的技術(shù)問題開展前期調(diào)研，匯報前期調(diào)研成果，經(jīng)過授課教師的質(zhì)疑后，確定創(chuàng)新設(shè)計項目中需要加工的復(fù)雜零件的具體結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求。

與傳統(tǒng)教學(xué)相比，融合翻轉(zhuǎn)布魯姆認(rèn)知過程與項目化教學(xué)的課上、課下學(xué)習(xí)的知識層次、認(rèn)知重點和認(rèn)知順序都發(fā)生了翻轉(zhuǎn)，教學(xué)內(nèi)容也發(fā)生了相應(yīng)的轉(zhuǎn)變。教學(xué)內(nèi)容的安排不再需要對知識點進(jìn)行逐步掌握，而是隱含在完成項目任務(wù)的過程中，學(xué)生認(rèn)知順序發(fā)生重組。例如，學(xué)生在完成項目任務(wù)的過程中，可以根據(jù)個人的需要選擇相關(guān)知識點在課下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，形成一種從復(fù)雜問題解決需要到個性化學(xué)習(xí)的認(rèn)知重組。課上，學(xué)生主要是展示、匯報自己的設(shè)計思路與方案，接受小組外同學(xué)的評價和建議，并在組內(nèi)深入分析與討論，教師進(jìn)行適當(dāng)點評。課下，學(xué)生可以利用微課程、微案例、工藝設(shè)計手冊、國家標(biāo)準(zhǔn)文件、自測題等學(xué)習(xí)資料開展自主學(xué)習(xí)，達(dá)到事實性知識和概念性知識的識記、理解和應(yīng)用。最后，各組學(xué)生優(yōu)化并完善自己的設(shè)計方案，達(dá)到程序性知識和元認(rèn)知知識的創(chuàng)造、評價和分析。由此可見，課上、課下教學(xué)的知識層次和認(rèn)知重點都發(fā)生了翻轉(zhuǎn)。

同時，通過認(rèn)知順序翻轉(zhuǎn)和創(chuàng)造驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知過程從創(chuàng)造開始到識記結(jié)束，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不斷反思自己的學(xué)習(xí)自的和策略，在完成項目任務(wù)過程中實現(xiàn)知識內(nèi)化和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，進(jìn)而達(dá)到深度學(xué)習(xí)。以項目子任務(wù)一“制定工藝路線\"為例：第一，讓學(xué)生針對零件具體結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，創(chuàng)新性提出自己的零件制造工藝路線設(shè)計方案。第二，讓學(xué)生通過與相關(guān)的工程案例進(jìn)行比較，來評價自己的設(shè)計方案的優(yōu)點與不足。第三，讓學(xué)生分析不同的定位基準(zhǔn)、加工方法和加工順序?qū)α慵庸ぞ?、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率產(chǎn)生的影響，學(xué)生通過組內(nèi)討論，歸納和總結(jié)出定位基準(zhǔn)選擇、加工方法確定和加工順序安排應(yīng)遵循的基本原則。第四，讓學(xué)生根據(jù)已經(jīng)掌握的制造工藝的基本原則，將他們所學(xué)的知識應(yīng)用到設(shè)計方案中，修改并完善自己的設(shè)計方案，以達(dá)到對定位基準(zhǔn)選擇原則、加工方法選擇原則和加工順序安排原則的進(jìn)一步理解和識記。

四、教學(xué)評價設(shè)計

基于布魯姆認(rèn)知目標(biāo)分類與教學(xué)評價理論，本文提出一種多教學(xué)階段、多認(rèn)知水平、多評價維度的項目化教學(xué)評價方法，突出評價方法的系統(tǒng)性、科學(xué)性和高階性。針對教學(xué)開始、教學(xué)過程和教學(xué)目標(biāo)三個不同的教學(xué)階段，分別采用診斷性評價、形成性評價和終結(jié)性評價三種評定方法。具體而言，在課程開始階段采用診斷性評價，通過先修相關(guān)課程成績和設(shè)計調(diào)查問卷來了解每個學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)態(tài)度，如實地把握學(xué)生的個體差異，進(jìn)而實施因材施教。例如，在項目化教學(xué)開始階段參照診斷性評價結(jié)果合理地劃分學(xué)習(xí)小組。此階段評價維度是一維的，由授課教師評價，主要側(cè)重于結(jié)果性、客觀性評價。在教學(xué)過程中采用形成性評價，主要目的是了解教學(xué)效果，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題，以便調(diào)整教學(xué)工作。通過頻繁的反饋來達(dá)到自我糾正的目的，從上一個項目子任務(wù)階段的形成性評價結(jié)果中，學(xué)生可以確知自己認(rèn)知水平的達(dá)成度情況，進(jìn)而以此來調(diào)整自己的下一個子任務(wù)階段的學(xué)習(xí)策略。此階段評價維度是三維的，由教師評價、組內(nèi)自評和組間互評組成，通過在教學(xué)過程中考查學(xué)生匯報、提問、答辯、討論和態(tài)度等情況達(dá)到認(rèn)知水平的程度來評定，主要側(cè)重于過程性、主觀性評價。在教學(xué)結(jié)束后采用終結(jié)性評價，主要是通過提交的項目報告來了解學(xué)生是否達(dá)到教學(xué)總目標(biāo)的要求，此階段評價維度是一維的，由授課教師評價，主要側(cè)重于結(jié)果性、主觀性評價。隨著認(rèn)知過程維度和知識維度層次水平的不斷上升，評價的難度和復(fù)雜性也不斷上升；對于高階認(rèn)知水平的評定是整個評價體系的重點，需要設(shè)置更高的評價分值，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生將更多的精力和時間投入到高階認(rèn)知層次水平的學(xué)習(xí)上。

如圖3所示，以機(jī)械制造工藝學(xué)課程的教學(xué)評價為例，教學(xué)開始階段的診斷性評價結(jié)果占總評的 10 % ，其主要取決于機(jī)械設(shè)計、金屬工藝學(xué)、互換性與技術(shù)測量、金屬切削原理等先修相關(guān)課程的成績，由教師進(jìn)行評價。教學(xué)過程階段的形成性評價結(jié)果占總評的 6 0 % ，其主要取決于在完成項目子任務(wù)或在學(xué)習(xí)工藝規(guī)程設(shè)計、機(jī)床夾具設(shè)計、加工精度分析和表面質(zhì)量分析等教學(xué)模塊過程中學(xué)生達(dá)到認(rèn)知過程層次水平的程度，由教師評價、組內(nèi)自評和組間互評共同進(jìn)行評定。教學(xué)目標(biāo)階段的終結(jié)性評價點占總評的 3 0 % ，其主要取決于提交項目報告中的說明書、工藝卡、夾具圖三個方面反映學(xué)生達(dá)到認(rèn)知過程層次水平的程度，由教師進(jìn)行評價。其中，認(rèn)知層次水平從低階到高階對應(yīng)的分值逐漸增大，通過點擊考核評價表中相應(yīng)的框格就能對學(xué)生進(jìn)行評價，隨之產(chǎn)生一系列的進(jìn)度條，生動地展示學(xué)生在完成某個項目子任務(wù)過程中或者提交的項目報告中的某個方面達(dá)到的認(rèn)知層次水平的程度，同時后臺計算程序會生成總分。由此可見，所提出的課程教學(xué)評價方法更加突出高階性、過程性和系統(tǒng)性。

五、結(jié)語

三年的機(jī)械制造工藝學(xué)課程建設(shè)與改革實踐表明：與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比，在新的課程教學(xué)體系下學(xué)生整體學(xué)習(xí)成效得到了明顯提升；在項目牽引、創(chuàng)新驅(qū)動的教學(xué)過程中，學(xué)生將更多的精力和時間翻轉(zhuǎn)到高階知識層次水平和高階認(rèn)知層次水平的學(xué)習(xí)上，提升了學(xué)生解決復(fù)雜制造工藝問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生高階思維能力和深度學(xué)習(xí)能力。教研型高校實施新的課程教學(xué)體系需要迎難而上：“項自牽引\"對學(xué)生是一種挑戰(zhàn)，對教師更是一種考驗；“翻轉(zhuǎn)認(rèn)知”需要教師診斷“學(xué)情\"進(jìn)而彈性化翻轉(zhuǎn)；“創(chuàng)造驅(qū)動\"除了重視高階知識傳遞、高階思維培養(yǎng)外，還需要重視學(xué)習(xí)動機(jī)激勵。翻轉(zhuǎn)布魯姆認(rèn)知過程與項目化教學(xué)的深度融合不僅僅局限于機(jī)械制造工藝學(xué)這樣一門技術(shù)類課程，其同樣適用于整個機(jī)械大類乃至于整個工程類課程，為工程類課程“金課\"建設(shè)提供了一條重要的實踐路徑。

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