“環(huán)境工程微生物學(xué)”教學(xué)的深度學(xué)習(xí)目標(biāo)及評價體系

張琴　劉輝利　白少元　張亞楠　許丹丹

[摘 要] 高階思維培養(yǎng)是當(dāng)今高等教育面臨的極大挑戰(zhàn)。深度學(xué)習(xí)是實現(xiàn)高階思維能力發(fā)展的有效途徑?！碍h(huán)境工程微生物學(xué)”是環(huán)境工程專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，將深度學(xué)習(xí)引入課程教學(xué)中，在實現(xiàn)知識傳遞與能力培養(yǎng)的同時，構(gòu)建“認(rèn)知目標(biāo)賦重評價和高階思維能力階段評估相結(jié)合”的深度學(xué)習(xí)目標(biāo)及評價體系，形成深度學(xué)習(xí)認(rèn)知目標(biāo)和高階思維能力評價的實踐模式，有助于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、改變傳統(tǒng)的考核模式、科學(xué)評估教學(xué)效果，也使思維能力的培養(yǎng)在課程教學(xué)中有跡可循，為其他課程的教學(xué)改革提供參考。

[關(guān)鍵詞] 環(huán)境工程微生物學(xué);深度學(xué)習(xí);高階思維;認(rèn)知目標(biāo);評價

[基金項目] 2018年度廣西教育廳廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項目“新工科背景下的地方高校環(huán)境類專業(yè)改造升級路徑探索與實踐”（2018JGZ120）

[作者簡介] 張 琴（1975—），女（侗族），貴州銅仁人，碩士，桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院講師，主要從事環(huán)境微生物學(xué)研究;劉輝利（1971—），女，河北平山人，博士，桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院副教授，主要從事環(huán)境化學(xué)和環(huán)境評價研究;白少元（1981—），女，天冿人，博士，桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授（通信作者），主要從事水污染控制研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）43-0001-04? ? [收稿日期] 2021-05-11

一、前言

高階思維（High-order Thinking Skills）最早由布魯姆等人提出[1]。目前，國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為高階思維能力應(yīng)包括創(chuàng)造性思維能力、批判性思維能力和問題解決能力等[2]。在競爭激烈的知識經(jīng)濟(jì)時代背景下，如何培養(yǎng)滿足當(dāng)今和未來社會需要的具有高階思維的人才已成為當(dāng)今高等教育面臨的極大挑戰(zhàn)。作為未來的人才、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要推動力，在校大學(xué)生學(xué)習(xí)的目的不再只是獲取知識，更重要的是批判性思維、創(chuàng)新能力的生成與培養(yǎng)，也就是我們所說的深度學(xué)習(xí)。在深度學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者需根據(jù)學(xué)習(xí)的興趣和需求，在理解的基礎(chǔ)上主動和批判性地接受新思想或新知識，并采取不同的策略對接收到的知識和信息進(jìn)行加工、融合、貫通，形成個人知識體系，應(yīng)用到真實情景中去解決復(fù)雜問題。從本質(zhì)上看，深度學(xué)習(xí)是一種主動的、探究式的、理解性的學(xué)習(xí)方式，要求學(xué)習(xí)者掌握非結(jié)構(gòu)化的深層知識，并進(jìn)行批判性的高階思維和主動的知識建構(gòu)，繼而有效地遷移應(yīng)用到真實問題的解決中，從而實現(xiàn)元認(rèn)知能力、問題解決能力、批判性思維、創(chuàng)造性思維等高階能力的發(fā)展[3]。

“環(huán)境工程微生物學(xué)”是我國高等學(xué)校環(huán)境工程專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程[4]。課程在研究微生物的生長、代謝和繁殖的基礎(chǔ)之上，重點探討微生物與環(huán)境的關(guān)系、微生物對污染物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化及微生物在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用，具有知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜、基礎(chǔ)理論面廣而深、內(nèi)容抽象、實踐性強(qiáng)、應(yīng)用創(chuàng)新要求高等特點，授課難度大。目前，課程教學(xué)主要以教師講授為主，輔以少量實踐課程，整體教學(xué)效果欠佳[5]。一些學(xué)校對高階學(xué)習(xí)教學(xué)模式“項目式教學(xué)”在環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了探索，但對高階學(xué)習(xí)目標(biāo)和評價體系的建立則未涉及[6]。本文分析了我?！碍h(huán)境工程微生物學(xué)”課程教學(xué)存在的問題，總結(jié)了基于高階思維能力培養(yǎng)的環(huán)境工程微生物學(xué)深度學(xué)習(xí)目標(biāo)及評價體系，為工科院校環(huán)境工程微生物學(xué)課程教學(xué)改革、培養(yǎng)具備高階思維能力的高級應(yīng)用型工程人才提供參考。

二、課程教學(xué)中存在的問題

（一）教學(xué)內(nèi)容涉及面廣，更新快，學(xué)時有限

目前，我?！碍h(huán)境工程微生物學(xué)”課程理論教學(xué)學(xué)時為32學(xué)時，教學(xué)內(nèi)容包括基礎(chǔ)微生物學(xué)知識、微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)和環(huán)境污染控制中的作用原理，以及微生物新技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用等。教學(xué)的內(nèi)容不僅涉及面廣，而且一些新發(fā)現(xiàn)、新概念，如厭氧氨氧化、完全氨氧化、好氧反硝化、甲烷厭氧氧化、電纜細(xì)菌等不斷涌現(xiàn)，因此，在教學(xué)學(xué)時有限的情況下，如何在講授中兼顧傳統(tǒng)微生物知識和現(xiàn)代微生物學(xué)的新進(jìn)展，使學(xué)生既能掌握經(jīng)典的微生物學(xué)知識，又能了解學(xué)科發(fā)展的前沿動態(tài)，是每個授課教師面臨的難題。

（二）學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)主動性欠缺

作為廣西的一所普通地方高校，我校生源絕大多數(shù)來自本省和西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)，學(xué)生的基礎(chǔ)知識相對薄弱，缺乏相應(yīng)的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)知識。學(xué)生相關(guān)的知識架構(gòu)處于高中水平，要讓其直接上升到微生物在環(huán)境治理中的應(yīng)用很有難度，因此，一些學(xué)生望難卻步，沒有了學(xué)習(xí)的主動性。

（三）考核方式保守低效

目前，課程考核采用綜合成績評定的方式進(jìn)行。課程包括平時成績和期末成績兩大部分，其中期末成績占60%，以期末考試卷面成績評定，題型包括填空、選擇、判斷、簡答、論述等;平時成績占總成績的40%，評定內(nèi)容包括出勤情況、平時作業(yè)、課堂表現(xiàn)等。這在一定程度上避免了期末考試“一考定成績”的弊端，但即使如此，學(xué)生只要平時不缺席，完成規(guī)定性作業(yè)，考前再采取突擊性的復(fù)習(xí)和記憶方法，仍然能夠過關(guān)。其結(jié)果是，從成績上看學(xué)生好像已經(jīng)掌握了必要的知識點，但可能考完以后很快就忘了，并沒有收到理想的學(xué)習(xí)效果。

三、“環(huán)境工程微生物學(xué)”深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)及評價體系

我校環(huán)境工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是為國家培養(yǎng)適應(yīng)新時代要求的環(huán)境工程應(yīng)用型高級專門人才?！碍h(huán)境工程微生物學(xué)”作為本專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，通過課程學(xué)習(xí)不僅要使學(xué)生能夠掌握微生物學(xué)基礎(chǔ)知識及環(huán)境工程中的微生物作用和原理，更重要的是還需要學(xué)生具備運(yùn)用微生物學(xué)知識分析和解決復(fù)雜環(huán)境問題的能力，也就是具備高階思維能力?；谶@個目標(biāo)，我們將深度學(xué)習(xí)引入課程教學(xué)中，將學(xué)生深度的“學(xué)”與教師有目的的“教”有機(jī)結(jié)合，在實現(xiàn)知識傳遞和能力培養(yǎng)的同時，形成了“認(rèn)知目標(biāo)賦重評價和高階思維能力階段評估相結(jié)合”的深度學(xué)習(xí)目標(biāo)及評價體系。

（一）“環(huán)境工程微生物學(xué)”深度學(xué)習(xí)目標(biāo)體系

結(jié)合目前普遍采用的同濟(jì)大學(xué)周群英、王士芬編著的《環(huán)境工程微生物學(xué)（第四版）》教材，我們對課程的知識點進(jìn)行了梳理和整合，依據(jù)修訂的布魯姆的認(rèn)知目標(biāo)分類法將各知識點進(jìn)行認(rèn)知目標(biāo)分類[3]，并賦予不同的權(quán)重，作為確定教學(xué)方式和目標(biāo)達(dá)成情況評價的依據(jù)。

以第一篇第四章“微生物的生理”為例，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的難易程度、重要性和前后知識的連貫性，我們共整理出如表1所示的4個知識點，并對各知識點不同級別的認(rèn)知目標(biāo)賦予了權(quán)重值，單個知識點的總權(quán)重值為1。每個知識點的認(rèn)知目標(biāo)均包含記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造六個級別。其中記憶和理解的認(rèn)知通過淺層學(xué)習(xí)即可達(dá)到，應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造則需要通過深度學(xué)習(xí)才可能實現(xiàn)。單級認(rèn)知目標(biāo)的權(quán)重值越大在總目標(biāo)中所占的權(quán)重越重。以知識點1為例，其認(rèn)知目標(biāo)僅為記憶一項，表示學(xué)生對該知識點的認(rèn)知目標(biāo)達(dá)到記憶水平，能從長時記憶中提取相關(guān)信息即達(dá)到了教學(xué)的要求。一般采用學(xué)生自學(xué)結(jié)合教師答疑的教學(xué)方式，通過簡單的書面測試，即可達(dá)到教學(xué)與評價的目標(biāo)。而對于知識點2，其認(rèn)知目標(biāo)包含了記憶、理解、應(yīng)用、分析和創(chuàng)造五個級別，其中通過淺層學(xué)習(xí)即可達(dá)到的記憶和理解權(quán)重總計0.4，必須通過深度學(xué)習(xí)才可能達(dá)到的應(yīng)用、分析和創(chuàng)造性認(rèn)知權(quán)重總計0.6，表明該知識點的教學(xué)需要進(jìn)行專門的教學(xué)設(shè)計，調(diào)動學(xué)生的主動性，促進(jìn)學(xué)生的批判性、創(chuàng)造性高階思維活動的開展，通過深度學(xué)習(xí)才能達(dá)到教學(xué)的認(rèn)知目標(biāo)。

（二）“環(huán)境工程微生物學(xué)”深度學(xué)習(xí)評價體系

促進(jìn)全面學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成和高階思維能力的發(fā)展是深度學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)。知識點認(rèn)知目標(biāo)的達(dá)成度可以通過書面測試和學(xué)習(xí)的成果進(jìn)行評價，但高階思維的發(fā)展是一個由量變到質(zhì)變、螺旋式上升的個體認(rèn)知發(fā)展過程，傳統(tǒng)的評價方法不足以對學(xué)習(xí)者的高階思維水平進(jìn)行評估。結(jié)合教育心理學(xué)家比格斯和克里斯提出的SOLO（Structure of the Observed Learning Outcome）分類法，我們設(shè)計了“五省吾思”的思維訓(xùn)練問卷，對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中的高階思維能力發(fā)展進(jìn)行階段性評價，評價的結(jié)果與知識點的認(rèn)知目標(biāo)達(dá)成度評價一起構(gòu)成深度學(xué)習(xí)的綜合評價體系。

1.知識點的認(rèn)知目標(biāo)達(dá)成度評價。與傳統(tǒng)的考試一樣，對知識點的認(rèn)知目標(biāo)達(dá)成度的評價，可以通過編制書面測驗試題來考查學(xué)習(xí)者的認(rèn)知情況，以測試的成績作為評價的尺度，一般100分為滿分，60分為合格。但是，要達(dá)到對學(xué)習(xí)者深度學(xué)習(xí)效果的客觀評價，認(rèn)知目標(biāo)達(dá)成度的書面測試題編制需要以目標(biāo)評價體系中不同知識點對應(yīng)的全部認(rèn)知目標(biāo)為基礎(chǔ)，全面考慮其所賦予的權(quán)重而進(jìn)行。

同樣，以表1知識點2為例，如果測試題目設(shè)計為“微生物的營養(yǎng)類型有哪些，劃分的依據(jù)是什么（10分）”，學(xué)習(xí)者即使完全回答正解得到了10分，但從認(rèn)知目標(biāo)達(dá)成度的評價來看，其測試結(jié)果只代表他達(dá)到了記憶和理解的認(rèn)知水平，也就是只達(dá)到了40%的達(dá)成度。如果換一種問法，如“藍(lán)細(xì)菌屬于哪一種營養(yǎng)類型，在實驗室條件下怎樣保持藍(lán)細(xì)菌的存活（10分）”，則受試者不僅需要從記憶的知識中去找到“微生物的營養(yǎng)類型分類及依據(jù)”的相關(guān)信息，篩選出“光能自養(yǎng)型”這一正確答案，還需要對環(huán)境條件和實驗室條件進(jìn)行分析比較，方能得出要保證充足的光照和補(bǔ)充營養(yǎng)液等條件才能保持藍(lán)細(xì)菌在實驗室條件下存活的結(jié)論。整個回答問題的過程，也是受試者一個啟動分析、應(yīng)用等高階思維活動的過程，即使問題的答案只能拿到6分，卻可以認(rèn)為其知識點認(rèn)知達(dá)成度為60%?？梢?，以測試的方式對知識點的認(rèn)知目標(biāo)達(dá)成度進(jìn)行評價時，能否得到客觀真實的評價結(jié)果，測試者對測試題目的設(shè)計是關(guān)鍵，而區(qū)別不同知識點，賦予其差異性的權(quán)重則是基礎(chǔ)。

2.高階思維能力發(fā)展的階段性評價。結(jié)合教育心理學(xué)家比格斯和克里斯的SOLO分類法[3]，我們設(shè)計了“五省吾思”的思維訓(xùn)練問卷，對“五省問題”賦予了對應(yīng)不同高階思維發(fā)展階段的意義（表2）。

通過在課程教學(xué)過程中不定時發(fā)放問卷，可以引導(dǎo)學(xué)生開展深入學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的習(xí)慣和能力，促進(jìn)其高階思維能力的發(fā)展。教師則可以參照表2“五省問題”及其對應(yīng)的SOLO層次和意義，對回收的問卷進(jìn)行分析，對學(xué)生的高階思維發(fā)展水平進(jìn)行等級評價。

四、結(jié)語

結(jié)合我校的實際情況，我們將深度學(xué)習(xí)引入“環(huán)境工程微生物學(xué)”的教學(xué)中，并構(gòu)建了“認(rèn)知目標(biāo)賦重評價和高階思維能力階段評估相結(jié)合”的深度學(xué)習(xí)目標(biāo)及評價體系，形成了深度學(xué)習(xí)認(rèn)知目標(biāo)和高階思維能力評價的實踐體系，對調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、改變傳統(tǒng)的考核模式、科學(xué)評估教學(xué)效果進(jìn)行了探索，也使思維能力的培養(yǎng)在課程教學(xué)中有跡可循，可為其他課程的教學(xué)改革提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘志賢.面向知識時代的教學(xué)設(shè)計框架[D].上海：華東師范大學(xué)，2004.

[2]林曉凡，劉思琪.面向高階思維能力培養(yǎng)的直播教學(xué)策略[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2019，29（3）：99-105.

[3]張浩，吳秀娟，王靜.深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)與評價體系構(gòu)建[J].中國電化教育，2014（7）：51-55.

[4]王利明.環(huán)境工程微生物學(xué)實踐教學(xué)改革與實踐[J].微生物學(xué)通報，2017，44（11）：2755-2759.

[5]謝先德，張嘉超.環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)改革探索與實踐[J].科教導(dǎo)刊（下旬刊），2020（10）：24-25+28.

[6]趙志娟.項目驅(qū)動式教學(xué)在環(huán)境工程微生物學(xué)課程中的應(yīng)用[J].大學(xué)教育，2019（11）：79-81.

Objectives and Evaluation System of Deep Learning in Teaching of Environmental Engineering Microbiology Course： Based on the Cultivation of Higher-order Thinking Ability

ZHANG Qin， LIU Hui-li， BAI Shao-yuan， ZHANG Ya-nan， XU Dan-dan

（College of Environmental Science and Engineering， Guilin University of Technology， Guilin， Guangxi 541004， China）

Abstract： The cultivation of higher-order thinking is a great challenge facing higher education today， and deep learning is an effective way to realize the development of higher-order thinking ability. The course of Environmental Engineering Microbiology is the basic core course of environmental engineering major. In this paper， deep learning is introduced into the course teaching of Environmental Engineering Microbiology. While realizing knowledge transfer and ability cultivation， the deep learning objective and evaluation system of “combination of cognitive goal weighting evaluation and higher-order thinking ability evaluation” is constructed. The practice model of deep learning cognitive objectives and higher-order thinking ability evaluation is formed， which helps to mobilize students learning initiative， change the traditional assessment model， and scientifically evaluate the teaching effect. The cultivation of thinking ability is realized in the teaching of the course， providing reference for the teaching reform of other courses.

Key words： Environmental Engineering Microbiology; deep learning; higher-order thinking; cognitive goals; evaluation