新工科院校“微電網(wǎng)技術(shù)”課程的混合式教學(xué)設(shè)計

和思銘, 鄭 文, 曲諾亞, 劉 紅, 邢順濤

(長春工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，長春130012)

2020年新冠肺炎疫情爆發(fā)后，教育部提出充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的作用，“停課不停學(xué)，停課不停教”等措施，以確保這場“戰(zhàn)疫”的勝利[1]。疫情時期，全國高校以直播課、錄播課等授課形態(tài)開展了較大規(guī)模的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，并取得了一定的業(yè)績[2]。隨著后疫情時代的到來，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”已經(jīng)成為全國高校教育革新的聚焦點和突破口。混合式教育是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的產(chǎn)物，因其具有線上線下相結(jié)合、以學(xué)生為中心的教學(xué)理念等特點，是疫情以來教育界最為蓬勃發(fā)展、受到最多關(guān)注的現(xiàn)代教學(xué)模式之一。

微電網(wǎng)技術(shù)是一門專業(yè)性、綜合性很強的智能電網(wǎng)信息工程課程，對培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、工程分析和創(chuàng)新實踐能力方面起著重要的作用。微電網(wǎng)技術(shù)是智能電網(wǎng)通信工程專業(yè)、新能源科學(xué)與工程等專業(yè)的一門專業(yè)課。它是基于分布式電源的微電網(wǎng)，是由自動控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和計算機控制等多學(xué)科交叉融合的新興課程。結(jié)合《中國2030年前碳達(dá)峰研究》和《中國2060年前碳中和研究》能源發(fā)展新形勢下，微電網(wǎng)技術(shù)課程的教學(xué)迎來了新的挑戰(zhàn)和機遇。因此，依托新工科人才培養(yǎng)模式，更新教學(xué)理念，構(gòu)建新工科型課程教學(xué)體系是時代對高等院校提出的挑戰(zhàn)，更是進步的契機。

為了適應(yīng)后疫情時代教育環(huán)境的變化和培養(yǎng)新時代智能電網(wǎng)專業(yè)人才的需求，本文提出了在后疫情背景下一種基于布魯姆認(rèn)知分層理論的混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計。該混合式教學(xué)設(shè)計是在依據(jù)布魯姆認(rèn)知分層理論下，圍繞“以學(xué)生為中心”的理念與宗旨，依托“互聯(lián)網(wǎng)+多媒體”融合的教學(xué)平臺，通過“課前線上學(xué)習(xí)—課中理實探究—課后鞏固擴新”三位一體的混合式教學(xué)模式運用，為學(xué)生提供了多元化和個性化的學(xué)習(xí)，實現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、邏輯分析能力和自主創(chuàng)新能力，提升了課程教學(xué)質(zhì)量與效率。

一、布魯姆目標(biāo)分類理論的發(fā)展與應(yīng)用

(一)發(fā)展

美國著名的芝加哥大學(xué)心理學(xué)家和教育學(xué)家布魯姆在1956年首次提出教育目標(biāo)分類理論，即將教育目標(biāo)分成情意領(lǐng)域、認(rèn)知領(lǐng)域和技能領(lǐng)域[3]。之后，該理論引領(lǐng)全球教育發(fā)展數(shù)十年，已經(jīng)成為全世界普遍接受的一種教育目標(biāo)分類理論，對教育界產(chǎn)生了重要而深遠(yuǎn)的影響，成就斐然[4]。但是，隨著該理論的廣泛推廣及應(yīng)用，一些學(xué)者也認(rèn)識到該理論存在缺乏從具體知識轉(zhuǎn)換為抽象知識的演化脈絡(luò)和抽象知識素養(yǎng)的機制等缺陷。為了使布魯姆目標(biāo)分類理論更好地適應(yīng)不斷發(fā)展的教育需求，國內(nèi)外專家對該理論進行了一系列修訂和創(chuàng)新，其中最為廣泛認(rèn)可[5]的是安德森等人在2001年對布魯姆風(fēng)格教育目標(biāo)分類理論中的單維分類體系進行的優(yōu)化和改進，提出了一種基于教學(xué)目標(biāo)二維框架的新版布魯姆風(fēng)格教育目標(biāo)分類理論：教育內(nèi)容根據(jù)教育目標(biāo)的差異分為獨立的知識屬性維度和認(rèn)知過程維度[6]。其中，知識屬性維度分為4種類型：概念性知識、事實性知識、元認(rèn)知知識和程序性知識；認(rèn)知過程維度是指由低級思維能力向高級思維能力依次發(fā)展為識記、理解、運用、分析、評估和創(chuàng)造六個層次[7]。這六個層次通常被歸納為初、中和高三級目標(biāo)。本文以此為依據(jù)對混合式教學(xué)進行設(shè)計。其中，初級目標(biāo)包括識記與理解；中級目標(biāo)包括運用和分析；高級目標(biāo)為評估和創(chuàng)造?？傮w來看，教育過程中概念性知識和事實性知識主要以初級目標(biāo)為主，程序性知識側(cè)重中級目標(biāo)(運用與分析)，元認(rèn)知知識注重更深層次的高級目標(biāo)，圖1所示[8]。

(二)應(yīng)用

新版布魯姆目標(biāo)分類理論(本論文簡稱布魯姆目標(biāo)分類理論)為教學(xué)設(shè)計、實施和評價提供了依據(jù)，被廣泛用于不同類型院校的課堂教學(xué)中，從而滿足不同層次學(xué)生從簡到繁、從低到高的所需認(rèn)知要求。張躍學(xué)者利用布魯姆教育目標(biāo)分類理論分析了2013年到2017年北京中考物理實驗試題的量化情況，從而提出了有效的教學(xué)策略，提升教學(xué)質(zhì)量[9]。李征驥等學(xué)者于2022年根據(jù)布魯姆教育目標(biāo)分類理論設(shè)計關(guān)于教學(xué)的目標(biāo)、內(nèi)容、方法以及考核評價方法，達(dá)到了激發(fā)專業(yè)興趣和培養(yǎng)多元化思維能力的目的[10]。王靜秋副教授提出了以“工程制圖”課程為例的布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)混合式教學(xué)設(shè)計，從而達(dá)到了更好的教學(xué)效果[11]。

二、布魯姆目標(biāo)分類理論在混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計的應(yīng)用

以布魯姆教育目標(biāo)分類理論為依據(jù)，本混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式主要從三個方面開展，即課前線上學(xué)習(xí)、課中理實探究和課后鞏固擴新，如圖2所示。首先，課前線上學(xué)習(xí)主要起到的作用是對知識的預(yù)熱和問題的診斷，幫助學(xué)生養(yǎng)成個性化自主學(xué)習(xí)的節(jié)奏和習(xí)慣，實現(xiàn)對基本概念和方法的識記、理解和簡單運用，達(dá)到初級階段的目標(biāo)；其次，課中理實探究主要起到的作用是對知識的建構(gòu)和問題的剖解，幫助學(xué)生構(gòu)建適用于自己的知識樹和解決集，實現(xiàn)學(xué)生對重點和難點的多層次理解、運用和分析，達(dá)到中級階段的目標(biāo)；最后，通過課后鞏固擴展，促進學(xué)生層次性的知識拓展，從而形成不同程度和多維度的評估和創(chuàng)新能力，達(dá)到高級階段的目標(biāo)。

三、基于布魯姆目標(biāo)分類理論的混合式翻轉(zhuǎn)課堂的微電網(wǎng)技術(shù)教學(xué)設(shè)計案例

“光伏發(fā)電”是接入微電網(wǎng)中且具有發(fā)電能力的一種綠色資源，是“微電網(wǎng)技術(shù)”課程的一個重要組成部分。光伏發(fā)電的教學(xué)內(nèi)容即需要介紹光伏發(fā)電系統(tǒng)的背景、類型和工作原理，又要講解光伏電池板的原理、模型、出力特性和最大功率點跟蹤控制(MPPT)，還要將教學(xué)內(nèi)容的原理與實際應(yīng)用相結(jié)合[12]。通過上述分析，可以得出其教學(xué)內(nèi)容既要有廣度又要有深度。如果僅靠線上線下簡單的累加和混合，雖然可以滿足基本的教學(xué)目標(biāo)，但難以激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣，難以滿足多元化和個性化的學(xué)習(xí)需求和提升學(xué)生深廣度的學(xué)習(xí)效果。為此將布魯姆目標(biāo)分類理論應(yīng)用于其混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計中，教學(xué)設(shè)計包括課前線上學(xué)習(xí)、課中理實探究和課后鞏固擴新三個環(huán)節(jié)，如圖3所示。

(一)課前線上學(xué)習(xí)，實現(xiàn)初級的教學(xué)目標(biāo)

在授課之前，教師通過學(xué)習(xí)通對學(xué)生進行特征分析，依據(jù)因材施教策略，甄選和設(shè)計多層次的教學(xué)視頻和診斷測試題，有效地引導(dǎo)學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)達(dá)到識記、理解和簡單應(yīng)用相關(guān)基本概念和基本原理等知識點的目標(biāo)。首先，任課教師依據(jù)學(xué)習(xí)通的歷史數(shù)據(jù)分析授課班級學(xué)生的整體和局部學(xué)習(xí)特點，將知識點進行層次化的細(xì)分形成課前任務(wù)單及對應(yīng)學(xué)習(xí)視頻和文獻等資料；其次，利用學(xué)習(xí)通將課前任務(wù)單、測試題和相關(guān)資料推送給學(xué)生，且規(guī)定學(xué)生自主完成的時間節(jié)點，觀察學(xué)生的動態(tài)完成情況，積極參與互動討論和答疑等環(huán)節(jié)，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生對所學(xué)知識點的興趣，進而達(dá)到實現(xiàn)各自在識記、理解和簡單應(yīng)用等能力躍遷的目的；最后，教師根據(jù)課前線上關(guān)于預(yù)習(xí)情況的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，優(yōu)化課前任務(wù)單和課前學(xué)習(xí)資料包以及修改課中教學(xué)計劃，不僅能形成一個不斷迭代優(yōu)化的預(yù)習(xí)教學(xué)過程，還有助于在課中師生更有針對性地互動，加強學(xué)生對知識點的體會。

(二)課中理實探究，實現(xiàn)中級的教學(xué)目標(biāo)

由于通過課前線上自主學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)實現(xiàn)了理解和識記的初級教學(xué)目標(biāo)，以及可以對知識點進行簡單的應(yīng)用。因此，教師需要根據(jù)修改之后的課中教學(xué)計劃，以學(xué)以致用、詳略得當(dāng)為原則，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，達(dá)到能夠利用新舊專業(yè)知識進行綜合運用、深入分析和科學(xué)評估的教學(xué)目標(biāo)。首先，教師應(yīng)該更注重利用有限時間對理論知識點精準(zhǔn)講解(特別是重點難點)，同時利用學(xué)習(xí)通將知識點問答推送給學(xué)生，且以選擇題或彈幕形式進行回答與討論，便于幫助學(xué)生理清知識結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析和解決問題的思路以及方法，實現(xiàn)對知識運用、分析和簡單評估的目標(biāo)；其次，在掌握理論知識和科研方法的基礎(chǔ)上，利用Matlab軟件對所學(xué)知識進行仿真建模與分析，有意識地啟發(fā)學(xué)生善于打破學(xué)科壁壘，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用學(xué)科間知識融合的能力，提升學(xué)生在課堂教學(xué)過程中的參與度、認(rèn)同感、積極性、學(xué)習(xí)效率和專業(yè)實踐力；最后，教師根據(jù)課堂教學(xué)過程中形成的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，優(yōu)化和完善課前線上學(xué)習(xí)內(nèi)容和課中理實探究的教學(xué)過程及內(nèi)容，不僅使教師形成和提高促進學(xué)生進行深廣度學(xué)習(xí)的能力，還能使學(xué)生加深對知識內(nèi)涵的領(lǐng)悟。

(三)課后鞏固擴新，實現(xiàn)高級的教學(xué)目標(biāo)

課后是對所學(xué)知識的鞏固、擴展、融合和創(chuàng)新的教學(xué)環(huán)節(jié)。首先，教師借助學(xué)習(xí)通進行線上作業(yè)和測試，從而達(dá)到鞏固所學(xué)知識的目的；其次，利用學(xué)習(xí)通的討論區(qū)發(fā)布預(yù)先設(shè)計好或?qū)W生關(guān)注的問題，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生在所學(xué)知識的基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)絡(luò)搜索或文獻查詢的手段，闡述解決這些問題的模型、測量和算法，達(dá)到深入融合擴展所學(xué)知識的目的；最后，利用線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、信息技術(shù)和線下點面指導(dǎo)等多種途徑，嘗試分析解決問題的方法，模仿和探索搭建解決問題的仿真或?qū)嶒炂脚_，實現(xiàn)學(xué)生自主從模仿到創(chuàng)新的過程。同時，教師應(yīng)該在這個階段進行基于多視角診斷式的教學(xué)回顧、反思、歸納和總結(jié)，對教學(xué)進行優(yōu)化式設(shè)計，不僅能最終形成提高教學(xué)質(zhì)量的良性循環(huán)，還能實現(xiàn)學(xué)生多元化學(xué)習(xí)能力和滿足教師教學(xué)、科研能力的雙階梯性上升。

四、總結(jié)與展望

在新冠肺炎疫情期間，各大高校廣泛使用線上教學(xué)模式，展現(xiàn)了線上教學(xué)模式的獨特優(yōu)勢。隨著后疫情時期和5G技術(shù)的到來，線上線下教學(xué)的深入融合將成為教學(xué)改革的聚焦點和著力點。鑒于此背景，本文提出一種以布魯姆認(rèn)知分層理論為指導(dǎo)理念的混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計。同時，文章以“微電網(wǎng)技術(shù)”課程的“光伏發(fā)電”授課為例，在基于布魯姆認(rèn)知分層理論基礎(chǔ)上，開展了該課程的線上線下混合式教學(xué)，明確“課前線上學(xué)習(xí)—課中理實探究—課后鞏固擴新”三位一體的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，使得教學(xué)設(shè)計更具有層次性和多元性。這種教學(xué)方式既避免了線上教學(xué)枯燥、學(xué)習(xí)主動性差和教師技術(shù)引導(dǎo)弱的不足，又彌補了線下教學(xué)優(yōu)質(zhì)資源有限、知識獲取不便和教師關(guān)注與反饋不夠的缺陷，有助于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、邏輯分析能力和自主創(chuàng)新能力，最終實現(xiàn)工程科技人才具有高階核心能力的教學(xué)目標(biāo)?？傊?，本文所提出的教學(xué)設(shè)計方法不僅可以推廣到其他工科專業(yè)課的教學(xué)設(shè)計中，也為完善和優(yōu)化混合式教學(xué)改革提供一種可行性思路。