新工科院校“微电网技术”课程的混合式教学设计

和思铭, 郑 文, 曲诺亚, 刘 红, 邢顺涛

(长春工程学院 电气与信息工程学院，长春130012)

2020年新冠肺炎疫情爆发后，教育部提出充分发挥“互联网+教育”的作用，“停课不停学，停课不停教”等措施，以确保这场“战疫”的胜利[1]。疫情时期，全国高校以直播课、录播课等授课形态开展了较大规模的“互联网+教育”，并取得了一定的业绩[2]。随着后疫情时代的到来，“互联网+教育”已经成为全国高校教育革新的聚焦点和突破口。混合式教育是“互联网+教育”的产物，因其具有线上线下相结合、以学生为中心的教学理念等特点，是疫情以来教育界最为蓬勃发展、受到最多关注的现代教学模式之一。

微电网技术是一门专业性、综合性很强的智能电网信息工程课程，对培养学生的逻辑思维、工程分析和创新实践能力方面起着重要的作用。微电网技术是智能电网通信工程专业、新能源科学与工程等专业的一门专业课。它是基于分布式电源的微电网，是由自动控制技术、电力电子技术和计算机控制等多学科交叉融合的新兴课程。结合《中国2030年前碳达峰研究》和《中国2060年前碳中和研究》能源发展新形势下，微电网技术课程的教学迎来了新的挑战和机遇。因此，依托新工科人才培养模式，更新教学理念，构建新工科型课程教学体系是时代对高等院校提出的挑战，更是进步的契机。

为了适应后疫情时代教育环境的变化和培养新时代智能电网专业人才的需求，本文提出了在后疫情背景下一种基于布鲁姆认知分层理论的混合式翻转课堂教学设计。该混合式教学设计是在依据布鲁姆认知分层理论下，围绕“以学生为中心”的理念与宗旨，依托“互联网+多媒体”融合的教学平台，通过“课前线上学习—课中理实探究—课后巩固扩新”三位一体的混合式教学模式运用，为学生提供了多元化和个性化的学习，实现了培养学生的自主学习能力、逻辑分析能力和自主创新能力，提升了课程教学质量与效率。

一、布鲁姆目标分类理论的发展与应用

(一)发展

美国著名的芝加哥大学心理学家和教育学家布鲁姆在1956年首次提出教育目标分类理论，即将教育目标分成情意领域、认知领域和技能领域[3]。之后，该理论引领全球教育发展数十年，已经成为全世界普遍接受的一种教育目标分类理论，对教育界产生了重要而深远的影响，成就斐然[4]。但是，随着该理论的广泛推广及应用，一些学者也认识到该理论存在缺乏从具体知识转换为抽象知识的演化脉络和抽象知识素养的机制等缺陷。为了使布鲁姆目标分类理论更好地适应不断发展的教育需求，国内外专家对该理论进行了一系列修订和创新，其中最为广泛认可[5]的是安德森等人在2001年对布鲁姆风格教育目标分类理论中的单维分类体系进行的优化和改进，提出了一种基于教学目标二维框架的新版布鲁姆风格教育目标分类理论：教育内容根据教育目标的差异分为独立的知识属性维度和认知过程维度[6]。其中，知识属性维度分为4种类型：概念性知识、事实性知识、元认知知识和程序性知识；认知过程维度是指由低级思维能力向高级思维能力依次发展为识记、理解、运用、分析、评估和创造六个层次[7]。这六个层次通常被归纳为初、中和高三级目标。本文以此为依据对混合式教学进行设计。其中，初级目标包括识记与理解；中级目标包括运用和分析；高级目标为评估和创造。总体来看，教育过程中概念性知识和事实性知识主要以初级目标为主，程序性知识侧重中级目标(运用与分析)，元认知知识注重更深层次的高级目标，图1所示[8]。

(二)应用

新版布鲁姆目标分类理论(本论文简称布鲁姆目标分类理论)为教学设计、实施和评价提供了依据，被广泛用于不同类型院校的课堂教学中，从而满足不同层次学生从简到繁、从低到高的所需认知要求。张跃学者利用布鲁姆教育目标分类理论分析了2013年到2017年北京中考物理实验试题的量化情况，从而提出了有效的教学策略，提升教学质量[9]。李征骥等学者于2022年根据布鲁姆教育目标分类理论设计关于教学的目标、内容、方法以及考核评价方法，达到了激发专业兴趣和培养多元化思维能力的目的[10]。王静秋副教授提出了以“工程制图”课程为例的布鲁姆教育目标分类学混合式教学设计，从而达到了更好的教学效果[11]。

二、布鲁姆目标分类理论在混合式翻转课堂教学设计的应用

以布鲁姆教育目标分类理论为依据，本混合式翻转课堂教学模式主要从三个方面开展，即课前线上学习、课中理实探究和课后巩固扩新，如图2所示。首先，课前线上学习主要起到的作用是对知识的预热和问题的诊断，帮助学生养成个性化自主学习的节奏和习惯，实现对基本概念和方法的识记、理解和简单运用，达到初级阶段的目标；其次，课中理实探究主要起到的作用是对知识的建构和问题的剖解，帮助学生构建适用于自己的知识树和解决集，实现学生对重点和难点的多层次理解、运用和分析，达到中级阶段的目标；最后，通过课后巩固扩展，促进学生层次性的知识拓展，从而形成不同程度和多维度的评估和创新能力，达到高级阶段的目标。

三、基于布鲁姆目标分类理论的混合式翻转课堂的微电网技术教学设计案例

“光伏发电”是接入微电网中且具有发电能力的一种绿色资源，是“微电网技术”课程的一个重要组成部分。光伏发电的教学内容即需要介绍光伏发电系统的背景、类型和工作原理，又要讲解光伏电池板的原理、模型、出力特性和最大功率点跟踪控制(MPPT)，还要将教学内容的原理与实际应用相结合[12]。通过上述分析，可以得出其教学内容既要有广度又要有深度。如果仅靠线上线下简单的累加和混合，虽然可以满足基本的教学目标，但难以激发学生的专业兴趣，难以满足多元化和个性化的学习需求和提升学生深广度的学习效果。为此将布鲁姆目标分类理论应用于其混合式翻转课堂教学设计中，教学设计包括课前线上学习、课中理实探究和课后巩固扩新三个环节，如图3所示。

(一)课前线上学习，实现初级的教学目标

在授课之前，教师通过学习通对学生进行特征分析，依据因材施教策略，甄选和设计多层次的教学视频和诊断测试题，有效地引导学生通过自主学习达到识记、理解和简单应用相关基本概念和基本原理等知识点的目标。首先，任课教师依据学习通的历史数据分析授课班级学生的整体和局部学习特点，将知识点进行层次化的细分形成课前任务单及对应学习视频和文献等资料；其次，利用学习通将课前任务单、测试题和相关资料推送给学生，且规定学生自主完成的时间节点，观察学生的动态完成情况，积极参与互动讨论和答疑等环节，激发和培养学生对所学知识点的兴趣，进而达到实现各自在识记、理解和简单应用等能力跃迁的目的；最后，教师根据课前线上关于预习情况的数据统计与分析，优化课前任务单和课前学习资料包以及修改课中教学计划，不仅能形成一个不断迭代优化的预习教学过程，还有助于在课中师生更有针对性地互动，加强学生对知识点的体会。

(二)课中理实探究，实现中级的教学目标

由于通过课前线上自主学习，学生已经实现了理解和识记的初级教学目标，以及可以对知识点进行简单的应用。因此，教师需要根据修改之后的课中教学计划，以学以致用、详略得当为原则，引导和启发学生通过自主学习，达到能够利用新旧专业知识进行综合运用、深入分析和科学评估的教学目标。首先，教师应该更注重利用有限时间对理论知识点精准讲解(特别是重点难点)，同时利用学习通将知识点问答推送给学生，且以选择题或弹幕形式进行回答与讨论，便于帮助学生理清知识结构，引导学生学会分析和解决问题的思路以及方法，实现对知识运用、分析和简单评估的目标；其次，在掌握理论知识和科研方法的基础上，利用Matlab软件对所学知识进行仿真建模与分析，有意识地启发学生善于打破学科壁垒，培养学生综合运用学科间知识融合的能力，提升学生在课堂教学过程中的参与度、认同感、积极性、学习效率和专业实践力；最后，教师根据课堂教学过程中形成的数据统计与分析，优化和完善课前线上学习内容和课中理实探究的教学过程及内容，不仅使教师形成和提高促进学生进行深广度学习的能力，还能使学生加深对知识内涵的领悟。

(三)课后巩固扩新，实现高级的教学目标

课后是对所学知识的巩固、扩展、融合和创新的教学环节。首先，教师借助学习通进行线上作业和测试，从而达到巩固所学知识的目的；其次，利用学习通的讨论区发布预先设计好或学生关注的问题，引导和启发学生在所学知识的基础上，通过网络搜索或文献查询的手段，阐述解决这些问题的模型、测量和算法，达到深入融合扩展所学知识的目的；最后，利用线上网络教学平台、信息技术和线下点面指导等多种途径，尝试分析解决问题的方法，模仿和探索搭建解决问题的仿真或实验平台，实现学生自主从模仿到创新的过程。同时，教师应该在这个阶段进行基于多视角诊断式的教学回顾、反思、归纳和总结，对教学进行优化式设计，不仅能最终形成提高教学质量的良性循环，还能实现学生多元化学习能力和满足教师教学、科研能力的双阶梯性上升。

四、总结与展望

在新冠肺炎疫情期间，各大高校广泛使用线上教学模式，展现了线上教学模式的独特优势。随着后疫情时期和5G技术的到来，线上线下教学的深入融合将成为教学改革的聚焦点和着力点。鉴于此背景，本文提出一种以布鲁姆认知分层理论为指导理念的混合式翻转课堂教学设计。同时，文章以“微电网技术”课程的“光伏发电”授课为例，在基于布鲁姆认知分层理论基础上，开展了该课程的线上线下混合式教学，明确“课前线上学习—课中理实探究—课后巩固扩新”三位一体的教学内容和教学目标，使得教学设计更具有层次性和多元性。这种教学方式既避免了线上教学枯燥、学习主动性差和教师技术引导弱的不足，又弥补了线下教学优质资源有限、知识获取不便和教师关注与反馈不够的缺陷，有助于提高学生的自主学习能力、逻辑分析能力和自主创新能力，最终实现工程科技人才具有高阶核心能力的教学目标。总之，本文所提出的教学设计方法不仅可以推广到其他工科专业课的教学设计中，也为完善和优化混合式教学改革提供一种可行性思路。