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(shí)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(shí)現(xiàn)知識(shí)傳遞與能力培養(yǎng)的同時(shí)，構(gòu)建“認(rèn)知目標(biāo)賦重評(píng)價(jià)和高階思維能力階段評(píng)估相結(jié)合”的深度學(xué)習(xí)目標(biāo)及評(píng)價(jià)體系，形成深度學(xué)習(xí)認(rèn)知目標(biāo)和高階思維能力評(píng)價(jià)的實(shí)踐模式，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、改變傳統(tǒng)的考核模式、科學(xué)評(píng)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(píng)價(jià)

[基金項(xiàng)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(xiàng)目“新工科背景下的地方高校環(huán)境類專業(yè)改造升級(jí)路徑探索與實(shí)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(píng)價(jià)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(hào)] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 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(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代背景下，如何培養(yǎng)滿足當(dāng)今和未來社會(huì)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要推動(dòng)力，在校大學(xué)生學(xué)習(xí)的目的不再只是獲取知識(shí)，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(dòng)和批判性地接受新思想或新知識(shí)，并采取不同的策略對(duì)接收到的知識(shí)和信息進(jìn)行加工、融合、貫通，形成個(gè)人知識(shí)體系，應(yīng)用到真實(shí)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(dòng)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(shí)，并進(jìn)行批判性的高階思維和主動(dòng)的知識(shí)建構(gòu)，繼而有效地遷移應(yīng)用到真實(shí)問題的解決中，從而實(shí)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(diǎn)探討微生物與環(huán)境的關(guān)系、微生物對(duì)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(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、基礎(chǔ)理論面廣而深、內(nèi)容抽象、實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用創(chuàng)新要求高等特點(diǎn)，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(shí)踐課程，整體教學(xué)效果欠佳[5]。一些學(xué)校對(duì)高階學(xué)習(xí)教學(xué)模式“項(xiàng)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(duì)高階學(xué)習(xí)目標(biāo)和評(píng)價(jià)體系的建立則未涉及[6]。本文分析了我校“環(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(píng)價(jià)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(jí)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(shí)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(shí)為32學(xué)時(shí)，教學(xué)內(nèi)容包括基礎(chǔ)微生物學(xué)知識(shí)、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(shí)有限的情況下，如何在講授中兼顧傳統(tǒng)微生物知識(shí)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(shí)，又能了解學(xué)科發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)，是每個(gè)授課教師面臨的難題。

（二）學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)主動(dòng)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(shí)相對(duì)薄弱，缺乏相應(yīng)的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)生相關(guān)的知識(shí)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(dòng)性。

（三）考核方式保守低效

目前，課程考核采用綜合成績?cè)u(píng)定的方式進(jìn)行。課程包括平時(shí)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?cè)u(píng)定，題型包括填空、選擇、判斷、簡答、論述等;平時(shí)成績占總成績的40%，評(píng)定內(nèi)容包括出勤情況、平時(shí)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(shí)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(shí)點(diǎn)，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(píng)價(jià)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(shí)代要求的環(huán)境工程應(yīng)用型高級(jí)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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)現(xiàn)知識(shí)傳遞和能力培養(yǎng)的同時(shí)，形成了“認(rèn)知目標(biāo)賦重評(píng)價(jià)和高階思維能力階段評(píng)估相結(jié)合”的深度學(xué)習(xí)目標(biāo)及評(píng)價(jià)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(duì)課程的知識(shí)點(diǎn)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(shí)點(diǎn)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(píng)價(jià)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(shí)的連貫性，我們共整理出如表1所示的4個(gè)知識(shí)點(diǎn)，并對(duì)各知識(shí)點(diǎn)不同級(jí)別的認(rèn)知目標(biāo)賦予了權(quán)重值，單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的總權(quán)重值為1。每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知目標(biāo)均包含記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造六個(gè)級(jí)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(píng)價(jià)和創(chuàng)造則需要通過深度學(xué)習(xí)才可能實(shí)現(xiàn)。單級(jí)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(shí)點(diǎn)1為例，其認(rèn)知目標(biāo)僅為記憶一項(xiàng)，表示學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知目標(biāo)達(dá)到記憶水平，能從長時(shí)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(cè)試，即可達(dá)到教學(xué)與評(píng)價(jià)的目標(biāo)。而對(duì)于知識(shí)點(diǎn)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(gè)級(jí)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(jì)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(jì)0.6，表明該知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)需要進(jìn)行專門的教學(xué)設(shè)計(jì)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生的批判性、創(chuàng)造性高階思維活動(dòng)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(píng)價(jià)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(shí)點(diǎn)認(rèn)知目標(biāo)的達(dá)成度可以通過書面測(cè)試和學(xué)習(xí)的成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，但高階思維的發(fā)展是一個(gè)由量變到質(zhì)變、螺旋式上升的個(gè)體認(rèn)知發(fā)展過程，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法不足以對(duì)學(xué)習(xí)者的高階思維水平進(jìn)行評(píng)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?cè)O(shè)計(jì)了“五省吾思”的思維訓(xùn)練問卷，對(duì)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(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的結(jié)果與知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)一起構(gòu)成深度學(xué)習(xí)的綜合評(píng)價(jià)體系。

1.知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)。與傳統(tǒng)的考試一樣，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知目標(biāo)達(dá)成度的評(píng)價(jià)，可以通過編制書面測(cè)驗(yàn)試題來考查學(xué)習(xí)者的認(rèn)知情況，以測(cè)試的成績作為評(píng)價(jià)的尺度，一般100分為滿分，60分為合格。但是，要達(dá)到對(duì)學(xué)習(xí)者深度學(xué)習(xí)效果的客觀評(píng)價(jià)，認(rèn)知目標(biāo)達(dá)成度的書面測(cè)試題編制需要以目標(biāo)評(píng)價(jià)體系中不同知識(shí)點(diǎn)對(duì)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(shí)點(diǎn)2為例，如果測(cè)試題目設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)來看，其測(cè)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(duì)環(huán)境條件和實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室條件下存活的結(jié)論。整個(gè)回答問題的過程，也是受試者一個(gè)啟動(dòng)分析、應(yīng)用等高階思維活動(dòng)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(shí)點(diǎn)認(rèn)知達(dá)成度為60%。可見，以測(cè)試的方式對(duì)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知目標(biāo)達(dá)成度進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，能否得到客觀真實(shí)的評(píng)價(jià)結(jié)果，測(cè)試者對(duì)測(cè)試題目的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，而區(qū)別不同知識(shí)點(diǎn)，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(píng)價(jià)。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?cè)O(shè)計(jì)了“五省吾思”的思維訓(xùn)練問卷，對(duì)“五省問題”賦予了對(duì)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(shí)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(duì)應(yīng)的SOLO層次和意義，對(duì)回收的問卷進(jìn)行分析，對(duì)學(xué)生的高階思維發(fā)展水平進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)。

四、結(jié)語

結(jié)合我校的實(shí)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(píng)價(jià)和高階思維能力階段評(píng)估相結(jié)合”的深度學(xué)習(xí)目標(biāo)及評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)的實(shí)踐體系，對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、改變傳統(tǒng)的考核模式、科學(xué)評(píng)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。

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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