劉少俊,王 會(huì),楊宗明，馮國(guó)增

(1.江蘇科技大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.江蘇科技大學(xué) 外國(guó)語學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

基于認(rèn)知矩陣的“船舶動(dòng)力裝置原理”教學(xué)方法評(píng)估

劉少俊1,王 會(huì)2,楊宗明1，馮國(guó)增1

(1.江蘇科技大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.江蘇科技大學(xué) 外國(guó)語學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

針對(duì)船舶動(dòng)力裝置原理課程中原有教學(xué)模式的問題，引入基于問題的學(xué)習(xí)，案例教學(xué)與專題研究等新的教學(xué)方法，并與原有的多媒體教學(xué)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，課外閱讀進(jìn)行結(jié)合。采用認(rèn)知矩陣對(duì)于這些方法進(jìn)行評(píng)估，明確教學(xué)方法應(yīng)使學(xué)生達(dá)到的認(rèn)知層次。結(jié)合課程考核，對(duì)教學(xué)方法的效果進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果表明學(xué)生在上述教學(xué)法要求的認(rèn)知層次均得到了良好的訓(xùn)練，證明了應(yīng)用認(rèn)知矩陣進(jìn)行評(píng)估的科學(xué)性。

認(rèn)知矩陣；教學(xué)方法評(píng)估；船舶動(dòng)力裝置原理

“船舶動(dòng)力裝置原理”是一門面向涉船專業(yè)學(xué)生的多學(xué)時(shí)專業(yè)必修課。課程圍繞船舶動(dòng)力裝置的組成、性能和原理，使學(xué)生掌握船舶動(dòng)力裝置的基本概念，各設(shè)備的性能特點(diǎn)，能夠計(jì)算船舶軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，可依據(jù)船機(jī)槳配合的特性進(jìn)行主機(jī)選型，為以后的實(shí)際工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在實(shí)際教學(xué)過程中原有的課程教學(xué)存在以下問題。

1)學(xué)時(shí)相對(duì)較少，課程難度較大。動(dòng)力裝置設(shè)備龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)繁多，學(xué)校授課學(xué)時(shí)相對(duì)有限，學(xué)生很難在短暫的時(shí)間內(nèi)全面掌握船舶動(dòng)力裝置的結(jié)構(gòu)、原理、特性和系統(tǒng)的有關(guān)知識(shí)，造成課程學(xué)習(xí)難度大。

2)教學(xué)手段傳統(tǒng)，缺乏實(shí)踐設(shè)計(jì)。課程的主要教學(xué)形式是通過PPT講解，傳授船舶動(dòng)力裝置課程的基礎(chǔ)知識(shí)。而船舶動(dòng)力裝置本身是立體的，學(xué)生從PPT得到的是靜態(tài)平面圖像，只能依賴空間想象得到相關(guān)實(shí)物的反映，無法真正理解船舶動(dòng)力裝置的實(shí)際結(jié)構(gòu)和工作情況。

3)考核形式單一，缺乏過程控制。傳統(tǒng)考核形式以卷面成績(jī)?yōu)橹?，輔以課堂考勤與課后作業(yè)，卷面成績(jī)不能全面反映學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的掌握程度，課堂考勤占用寶貴的課堂學(xué)時(shí)，課后作業(yè)以識(shí)記性題目為主，不利于學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。

4)缺乏論文指導(dǎo)，課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)脫節(jié)。對(duì)于本科畢業(yè)生來講，要求能夠用規(guī)范的格式與清晰的條理撰寫論文，這一教育往往集中在2個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，時(shí)間緊張，學(xué)生很難兼顧論文內(nèi)容與科學(xué)規(guī)范的論文寫作。這就要求專業(yè)課程要在這方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練，而專業(yè)課程往往不能為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，造成兩者的脫節(jié)。

以上問題要求重新審視舊的教學(xué)方案，以應(yīng)用型高級(jí)工程技術(shù)人才培養(yǎng)為目標(biāo)，構(gòu)建新的教學(xué)模式[1]。在借鑒國(guó)外先進(jìn)教育理念的基礎(chǔ)上，通過引入一些新的教學(xué)方法，與原有的成熟教學(xué)方法相結(jié)合，初步構(gòu)建了課程新的教學(xué)模式。然而這些教學(xué)方法的訓(xùn)練目的，以及實(shí)際達(dá)到的訓(xùn)練效果如何，需要進(jìn)一步的觀察與評(píng)估。因此，本文應(yīng)用認(rèn)知矩陣，對(duì)于教學(xué)方法期望達(dá)到的認(rèn)知層次與實(shí)際達(dá)到的認(rèn)知層次進(jìn)行了評(píng)估，以期為進(jìn)一步的教學(xué)改革與調(diào)整奠定基礎(chǔ)。

1 認(rèn)知矩陣的建立與發(fā)展

1956年Bloom等[2]提出認(rèn)知過程的6個(gè)維度，即識(shí)記、理解、應(yīng)用、分析、綜合與評(píng)估。Bloom模型在很大程度上幫助了教育工作者克服認(rèn)知過程的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)課程來訓(xùn)練和發(fā)展思維技能。然而，受到當(dāng)時(shí)的局限性，Bloom模型的很多標(biāo)準(zhǔn)橫跨數(shù)個(gè)層次，不能嚴(yán)格地應(yīng)用于測(cè)試評(píng)估。為了彌補(bǔ)這一缺憾，有學(xué)者于2002年針對(duì)閱讀(reading)、寫作(writing)、數(shù)學(xué)(mathematics)、科學(xué)(science)及社會(huì)學(xué)(social studies)5個(gè)學(xué)科提出了知識(shí)深度(depth of knowledge)的概念及相關(guān)判據(jù)，知識(shí)深度有4個(gè)層次，由低到高分別為回憶與復(fù)述，技能與概念，思考與推理及擴(kuò)展性思維[3]。該模式提出后，國(guó)內(nèi)學(xué)者借鑒用于學(xué)業(yè)評(píng)估與課程標(biāo)準(zhǔn)的一致性分析[4]。Karin K. Hess等[5]則將其與Bloom模型相結(jié)合，構(gòu)成了嚴(yán)格的認(rèn)知矩陣(cognitive rigor matrix)，用于課程編制與實(shí)施。

Karin K. Hess等人的認(rèn)知矩陣組成見表1。該矩陣將Webb模型的4個(gè)層次與Bloom模型的6個(gè)目標(biāo)疊加，構(gòu)成了6×4矩陣，矩陣中的非零元素不等價(jià)，因而可以用于評(píng)估課程要求所處的認(rèn)知層次。

2 教學(xué)方法訓(xùn)練的認(rèn)知層次

從表1發(fā)現(xiàn)，位于左上角的要素B1W1層次最低，然后大致沿對(duì)角線要求逐漸提高，右下角對(duì)應(yīng)認(rèn)知的最高層次B6W4。因此從教學(xué)方法設(shè)計(jì)上來講首先要明確希望學(xué)生達(dá)到的認(rèn)知層次，在詳細(xì)分析了學(xué)生特點(diǎn)之后，認(rèn)為學(xué)生的基本素質(zhì)包含知識(shí)、能力、文化、視野4個(gè)方面，圍繞著學(xué)生基本素質(zhì)的提升，課程探討了多種教學(xué)方法，教學(xué)方法訓(xùn)練的認(rèn)知層次見表2。

表2 教學(xué)方法期望達(dá)到的認(rèn)知層次

1)多媒體教學(xué)。多媒體教學(xué)的核心是多媒體內(nèi)容，本課程的多媒體包含以下內(nèi)容，F(xiàn)lash動(dòng)畫，視頻，演示程序等，這些材料的作用是幫助學(xué)生理解基本事實(shí)、觀點(diǎn)、原理和概念，對(duì)應(yīng)矩陣中的B1W1層次。

2)課外閱讀。本課程給學(xué)生安排大量的補(bǔ)充材料,這些補(bǔ)充材料主要分為以下2類。

①船舶公約類，包含2004年《國(guó)際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》；《MARPOL公約及78-97議定書》；《73/78防污公約綜合文本(2002)》附則I，附則II，附則IV，附則VI；《SOLAS2009綜合文本》。這些公約與“船舶管路系統(tǒng)”的教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)，了解這些公約對(duì)理解教學(xué)內(nèi)容，掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)方法具有重要的促進(jìn)作用。

②網(wǎng)絡(luò)資源，編制了《如何利用MAN 公司網(wǎng)站進(jìn)行柴油機(jī)主要參數(shù)和輔機(jī)容量數(shù)據(jù)計(jì)算》，引導(dǎo)學(xué)生登錄專業(yè)公司網(wǎng)站學(xué)習(xí)柴油機(jī)選型；依據(jù) ABB公司的Azipod演示軟件，通過軟件的操作，幫助學(xué)生理解船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的構(gòu)成，原理，控制方式及優(yōu)點(diǎn)；針對(duì)“船機(jī)槳工況配合特性”的難點(diǎn)向同學(xué)介紹了“Marine Propeller Calculator”，通過這一小軟件使學(xué)生理解轉(zhuǎn)速與航速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，理解可調(diào)距槳的工作原理；最后，通過CAD模型庫(kù)，進(jìn)一步使學(xué)生理解不同螺旋槳的相關(guān)參數(shù)，并提供針對(duì)螺旋槳進(jìn)行分析計(jì)算的便捷途徑，免去了曲面建模這一繁瑣過程，使學(xué)生能夠?qū)⒕杏跇匦员旧怼?/p>

在提供補(bǔ)充材料的同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)上網(wǎng)搜索相關(guān)信息，如產(chǎn)品介紹和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的網(wǎng)頁等，鍛煉學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力和資料收集能力。

這一過程的認(rèn)知要求對(duì)應(yīng)矩陣的B3W2層次，屬于運(yùn)用資源尋找信息。

3)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。通過申請(qǐng)教學(xué)微博，微信與開放式網(wǎng)盤，在網(wǎng)上交流答疑，拓展了教學(xué)空間，鞏固了教學(xué)內(nèi)容，使課程教學(xué)效果得到提升。將教學(xué)資源放在網(wǎng)盤上，在微信、微博上設(shè)置下載鏈接，在課程教學(xué)期內(nèi)提供給學(xué)生參考查閱。學(xué)生可以下載課程教學(xué)資料和課外閱讀擴(kuò)展性材料。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的核心是開放，學(xué)生可以依據(jù)已有的資源開展討論，展開與主題相關(guān)的頭腦風(fēng)暴，對(duì)應(yīng)認(rèn)知矩陣的B5W1層次。

4)以問題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)。以船舶動(dòng)力管路系統(tǒng)為例，船舶動(dòng)力管路系統(tǒng)研究的是為主機(jī)服務(wù)的燃油管系、滑油管系、冷卻管系、壓縮空氣管系及排氣管系。主機(jī)的布置、性能及參數(shù)決定了上述系統(tǒng)的構(gòu)成、位置、結(jié)構(gòu)、連接。以MAN B&W 6S42MC為例，學(xué)生需要運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源收集此機(jī)型的關(guān)鍵參數(shù)， 課堂上學(xué)生閱讀主機(jī)的規(guī)格說明書，標(biāo)出與動(dòng)力管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的重要參數(shù)。然后依據(jù)這些參數(shù)，按照船舶規(guī)范的要求確定系統(tǒng)類型、設(shè)備構(gòu)成及設(shè)備選型。這一過程的認(rèn)知要求對(duì)應(yīng)矩陣的B5W3層次，屬于思考與推理的綜合。

5)案例教學(xué)。以船-機(jī)-槳工況配合特性為例，選取頂推船的工程實(shí)例，按照主機(jī)能力儲(chǔ)備計(jì)算螺旋槳設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩，并基于轉(zhuǎn)矩討論齒輪箱選型。該算例詳細(xì)展示了船-機(jī)-槳的選型流程，同時(shí)介紹了工程設(shè)計(jì)通常的考慮因素。此外該算例還需要比較不同主機(jī)對(duì)齒輪箱，以及螺旋槳選型的影響。通過該算例，學(xué)生可以全面了解工程設(shè)計(jì)在這一問題上的總體思路，為將來解決類似問題打下基礎(chǔ)。這一過程的認(rèn)知要求對(duì)應(yīng)矩陣的B5W4層次，屬于擴(kuò)展性思維的綜合。

6)專題研究。通過專題研究，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行規(guī)范寫作與科學(xué)引文的習(xí)慣，編制了《百度文庫(kù)使用說明》《圖書館CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)使用說明》等視頻教程，與《使用谷歌學(xué)術(shù)做參考文獻(xiàn)》等文字教程，引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)科學(xué)、規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖珜懣萍颊撐?，為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。專題研究在給定題目的條件下，需要學(xué)生收集、分析、評(píng)估資料得出結(jié)論，相當(dāng)于畢業(yè)設(shè)計(jì)的預(yù)演，對(duì)應(yīng)矩陣的B6W4層次，屬于最高層次的要求。

在Bloom模型的理解層與分析層，若缺乏適宜的教學(xué)方法的訓(xùn)練，有可能導(dǎo)致學(xué)生分析與理解能力不足。

3 教學(xué)方法實(shí)施效果評(píng)估

在教改實(shí)施期內(nèi)課程教學(xué)對(duì)象以鎮(zhèn)江校區(qū)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)生為主(熱動(dòng)-鎮(zhèn))，兼顧張家港校區(qū)熱能與動(dòng)力工程(熱動(dòng)-張)，船舶與海洋工程(船舶-張)等專業(yè)的學(xué)生，用于評(píng)估不同教學(xué)方法針對(duì)不同對(duì)象的教學(xué)效果?！皟?nèi)河船舶推進(jìn)裝置分析”專題研究中不同教學(xué)對(duì)象的成績(jī)對(duì)比見圖1。

圖1 專題研究?jī)?yōu)秀人數(shù)情況統(tǒng)計(jì)

在本專題中，優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)為論文撰寫規(guī)范、分析科學(xué)合理。從對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，針對(duì)相同題目，鎮(zhèn)江校區(qū)的學(xué)生綜合素質(zhì)較好，絕對(duì)人數(shù)幾乎為張家港校區(qū)學(xué)生人數(shù)的總和。對(duì)同一校區(qū)的學(xué)生來講，專業(yè)背景也起到一定作用，張家港校區(qū)熱動(dòng)背景的學(xué)生優(yōu)秀率明顯優(yōu)于船海背景的學(xué)生，高出近5%。這就要求在以后的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法設(shè)計(jì)上要重點(diǎn)考慮學(xué)生層次與背景的差異，合理拔高或降低要求。

鎮(zhèn)江校區(qū)熱動(dòng)專業(yè)的卷面成績(jī)分析見圖2。

圖2 熱動(dòng)專業(yè)卷面成績(jī)分析

按照Bloom的模型，簡(jiǎn)答題歸于識(shí)記型、判斷與選擇題歸于理解型、論述題為分析型、計(jì)算題為綜合型，從失分比率發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的整體認(rèn)知層次位于識(shí)記型，理解型與分析型題目失分較為嚴(yán)重，應(yīng)該是下一步提高學(xué)生認(rèn)知層次的關(guān)鍵。同時(shí)如前所述，在教學(xué)方法設(shè)計(jì)上缺乏對(duì)理解與分析層次的訓(xùn)練，因而代表理解型的判斷與選擇題，代表分析型的論述題失分較為嚴(yán)重，占據(jù)了圖2的前3位，這從一個(gè)側(cè)面證明了應(yīng)用認(rèn)知矩陣評(píng)估教學(xué)方法的科學(xué)性。

4 結(jié)束語

對(duì)課程的6種教學(xué)方法所要求達(dá)到的認(rèn)知層次評(píng)估表明，多媒體教學(xué)位于識(shí)記層，課外閱讀位于應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，PBL學(xué)習(xí)及案例教學(xué)均位于綜合層，而專題研究則位于最高層——評(píng)估層。6種教學(xué)方法的實(shí)施結(jié)果表明，學(xué)生在上述認(rèn)知層次均得到了很好的訓(xùn)練，而理解層與分析層由于

缺乏對(duì)應(yīng)的教學(xué)方法，學(xué)生表現(xiàn)出明顯的不足，體現(xiàn)在理解型與分析型題目失分較為嚴(yán)重。這從一個(gè)側(cè)面證明了應(yīng)用認(rèn)知矩陣評(píng)估教學(xué)方法的科學(xué)性。

[1] 溫華兵,楊興林,劉煒,等.輪機(jī)工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式及其實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)[J].船海工程.2014,43(1):28-31.

[2] BLOOM B S, ENGLEHART M D, FURST E J, et al. Taxonomy of educational objectives, handbook I: The cognitive domain[M]. New York: David McKay，1956

[3] WEBB N L. Depth-of-knowledge levels for four content areas[M]. Language Arts，2002.

[4] 曹小旭,張慶霞.基于標(biāo)準(zhǔn)的小學(xué)語文學(xué)業(yè)水平考試試卷質(zhì)量分析：學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)與課程標(biāo)準(zhǔn)一致性的視角[J].教育測(cè)量與評(píng)價(jià):理論版，2011,10(7):57-60.

[5] HESS K K, JONES B S, CARLOCK D, et al. Cognitive rigor: blending the strengths of Bloom’s taxonomy and webb’s depth of knowledge to enhance classroom-level processes[M]. National Center for the Improvement of Education Assessment, NH，2009.

Evaluation of Teaching Method for Principle of Ship Power Plant Based on Cognitive Rigor Matrix

LIU Shao-juna, WANG Huib, YANG Zong-minga, FENG Guo-zenga

(a.School of Energy and Power Engineering;b.School of Foreign Languages, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang Jiangsu 212003, China)

For the problems of the original teaching mode in the course of principle of ship power plant, new teaching methods such as problem based learning, case study and topic research were introduced, combined with the previous methods like multimedia teaching, online teaching and outside reading. The cognitive rigor matrix was used to evaluate these methods and different cognitive levels of teaching methods were clarified. The effectivity of methods was also evaluated.The evaluation results showed that students were well trained on aforementioned cognitive levels. So the method of congitive rigor matrix is scientific.

cognitive rigor matrix; evaluation of teaching method; principle of ship power plant

10.3963/j.issn.1671-7953.2016.06.029

2016-04-12

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51306079)，江蘇省“十二五”成人教育重點(diǎn)課題(121106)

劉少俊(1981—)，男，博士，副教授

G642.3

A

1671-7953(2016)06-0127-05

修回日期：2016-04-28

研究方向:船舶動(dòng)力裝置污染物脫除

E-mail:liushaojun205@163.com