基于布魯姆教學目標的船舶電氣實踐課程改革研究

［摘 要］ 針對當前船舶電氣類實踐課程教學內容、教學方式、學習模式上存在的問題，以“電氣數字控制技術及綜合設計”課程為例，結合布魯姆教學目標中知識掌握層級和三大領域要求，建立完善的課程知識體系及要求，制定了教學內容、教學方式、考核模式在內的改革措施，可有效提高學生的學習積極性，提升其單片機、PLC等控制系統的綜合設計能力。以該課程為例開展研究，探討在布魯姆教學目標框架下，該類課程可行的改革方案。

［關鍵詞］ 船舶電氣；實踐課程；布魯姆教學目標；課程改革

［基金項目］ 2023年度海軍工程大學教育科研項目（NUE2023ER56）

［作者簡介］ 吳本祥（1991—），男，江西九江人，博士，海軍工程大學電氣工程學院講師，主要從事電力系統安全運行研究；陳 亮（1982—），男，江西九江人，博士，海軍工程大學電氣工程學院副教授，主要從事電氣自動化研究；李 耕（1987—），男，湖北武漢人，博士，海軍工程大學電氣工程學院講師，主要從事電力系統安全運行研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）40-0131-04 ［收稿日期］ 2023-09-10

引言

船舶電氣學科實踐課程是培養學生操作技能、加深理論知識理解的重要環節，通過實例操作激發學生的學習興趣，增強專業歸屬感，為今后走向船舶電氣專業崗位打牢基礎，具有重要的意義［1-2］。

“電氣數字控制技術及綜合設計”課程是電氣工程及其自動化等高等教育專業的必修課，也是該學科領域的核心課程和主干課程，與實際裝備的維護、管理結合緊密，也是未來崗位需求的發展趨勢，在電氣專業實踐課程中具有一定的代表性。本課程主要講授的單片機、PLC及其控制技術等內容是船舶電氣工程專業科學工作者和工程技術人員必備的專業知識。課程前期的框架設計上重視基礎性，體現前沿性和船舶電氣特色，遵循電氣數字控制系統由簡單到復雜的原則，貼近實際船舶設備；在內容安排上，精選經典，加強現代，跟蹤前沿，重視應用；課程共50學時，內容主要包含單片機和PLC兩部分。

通過“電氣數字控制技術及綜合設計”課程的學習，要使學員對單片機及PLC有比較系統的認識和正確的理解，能學會操作和使用以單片機及PLC為控制器件的艦船裝備；能使用單片機及PLC設計并開發簡單的電氣數字控制；具備獨立獲取知識的能力、科學的思維能力、解決實際問題的能力和創新能力；具備堅持真理、勇于創新、實事求是的科學態度、科學精神及科學素質；具有將科學服務于國家和人類的社會責任感，努力實現學員知識、能力、素質的協調發展。

一、當前實踐教學的困境

目前，電氣類實踐課程開設有“電機實踐”“電氣數字控制技術及綜合設計”“船舶電氣設備綜合實踐”等，但當前該類課程在實施過程中，教員發現存在以下三點問題。

（一）船舶電氣相關度有待進一步提高

該類課程著眼船舶電氣技術，在應用背景上有別于傳統的單片機、C語言等課程，重點聚焦電氣工程領域中的電機、電路等實踐問題，同時案例相對單一、較為老舊，沒有較好的延展性和針對性，且與船舶電氣設備結合度不高，對今后學生機電崗位任職的指導性不足，無法較好地突出電氣專業實踐課程的特色和教學目標［3］。

（二）課堂教學模式有待進一步豐富

傳統的實踐課程教學模式比較單一，主要分為三個步驟：首先教師講授實驗原理和步驟，然后課堂演示、學生實操，最后總結講評。整個過程教師充當主導者的角色，學生被動地接受知識，并通過模仿演示操作完成實驗步驟［4-5］，無法檢驗學生是否具備“獨立完成電氣數字控制系統實驗”的能力，更無法通過自己的設計解決一些實際問題，總體來說，無法達到教學大綱中的相關要求。

（三）學生學習方法有待進一步轉變

該課程較電氣工程專業的傳統理論課程有所不同，實踐課程涉及內容多為線路連接、故障排查、程序編寫等，邏輯性強、知識關聯度較高，學生習慣的“課上聽講、考前突擊”等傳統的課程學習方法不適用于該類課程的學習。部分學生存在出現一次課沒掌握，后面次次課聽不懂的情況，加之課后缺少及時的復習鞏固，甚至出現課堂和課后作業無法完成的情況，導致學生學習動力不強、積極性不高，存在畏難情緒。

這些問題嚴重制約了學生的學習效果和今后的崗位任職能力的形成［6］。本課題研究擬以“電氣數字控制技術及綜合設計”課程為例，對標布魯姆六個知識掌握層級，建立一套對應的課程知識體系，并開展從教學到考核多方面的課程改革，能夠直接用于單片機程序設計、PLC控制系統應用設計等教學內容，有效提高學生學習積極性，提升學生單片機、PLC等控制系統的綜合設計能力，使其具備在今后崗位中進行創新性設計和故障排查等工作的能力。

二、布魯姆教學目標的應用

布魯姆（B. S. Bloom）于1956年提出認知領域教育目標分類，將教學目標分為三大領域：認知領域、情感領域和動作技能領域，每個領域又由后續的學者總結提出了相應層次等級。認知領域目標包括知識、領會、應用、分析、綜合和評價等六級水平；情感領域目標包括接受、反應、形成價值觀念、組織價值觀念系統、價值體系個性化；動作技能領域目標包含知覺、模仿、操作、準確、連貫、習慣化等［7-8］。同時，布魯姆教學目標把所有知識點掌握程度分為了六個層級，分別是記憶、理解、應用、分析、評價、創造，如圖1所示。在其目標體系中，通過培訓能達成的層級在記憶層、理解層和應用層，而分析層、評價層和創造層一般不是通過培訓活動達成的［9-10］。理解布魯姆教學目標的六個層級，對于課程的設計與開發人員來說非常重要，能夠體現課程設計與開發的專業性。

基于布魯姆教學目標，梳理“電氣數字控制技術及綜合設計”課程的基本知識點，對應教學大綱要求進行分類。選取課程中十個典型知識點進行歸納，包括電氣數字控制技術發展概況、單片機內部結構、單片機I/O口的應用等（見表1）。

對于概況、結構、電路等認知性知識點在目標層級上僅需要記憶或理解；對于單片機I/O口、定時器/計數器等模塊化知識點需要學生能夠熟練應用，甚至分析、評價；對于鍵盤、顯示接口、應用設計等綜合性知識點，需要學生能夠依托前期模塊化的知識進行創造性設計，這里對前期知識的綜合應用提出了更高的要求。

在認知、情感、動作技能三大領域方面主要按照目標層級分類，結合課程總體內容規劃進行細化，其中情感領域中價值觀的形成和個性化主要依靠創造性、綜合性的設計環節達到，而動作技能領域的要求僅針對需要實踐操作的知識點［11］。

三、課程改革措施

（一）教學內容改革措施

全程采用案例式、啟發式教學方法，改變以往案例針對性不強的問題，將電梯數字控制設計、交通燈數字控制設計等與未來崗位任職不緊密的教學案例替換，以實際崗位操作和工程項目為背景，結合實際開展案例教學，如船舶錨機的PLC控制設計、絕緣監測電流信號采樣的數字控制設計等，讓學生沉浸在未來崗位常見設備和常見問題中學習相關知識。教員每次課布置案例，學員以案例為背景，將知識融入案例中，在分析和解決案例中學習知識。以下選取三個設計案例進行介紹。

1.編程實現步進電機正反轉、加減速控制，并實時顯示步進電機的轉速及轉向。學習目標：定時/計數器和中斷的擴展應用。

2.船用絕緣監測裝置A/D芯片進行溫度、電壓等測量。學習目標：A/D及其他典型接口芯片的使用方法及編程方法。

3.基于PLC設計狀態監測及輸出控制。學習目標：PLC的硬件組成及其作用，梯形圖編程方法；PLC控制系統的設計原則，PLC控制系統的可靠性設計的內容和方法。

每個案例教學后，成立小組研討，對設計思路和遇到的困難進行總結和反思，學員之間相互借鑒，共同提高。

（二）教學方式改革措施

通過調研當前船舶機電部門崗位需求，對微機控制系統概述、微處理器及單片機基本結構、單片機的中斷、定時和串口通信、單片機擴展及接口技術、單片機的C51程序設計等課程章節知識點進行對應，細化到具體設備和具體崗位上，如不同站位所接觸的不同電氣設備中常用的數字控制元件和原理按相關需求進行分類等。

結合布魯姆教學目標的三大領域（認知領域、情感領域和動作技能領域）和知識的6個掌握層級（記憶、理解、應用、分析、評價和創造）進行梳理和分類。對于記憶和理解類教學目標的知識點，可采用講授、問答的形式實施教學；對于應用和分析類教學目標的知識點，需要設計課后作業進行深化和鞏固；對于評價或是創造類教學目標的知識點，不僅需要設計課后作業，而且需要分組討論，學生上臺講解設計思路，并在大作業中有具體模塊的體現等。報告內容包括編程思路講解及實例成果展示，同一個題目可有多組學員報告，每組學員編程思路各不相同，成果各有優劣。通過組織學員討論，相互交流，相互借鑒，相互學習，提高學員的學習興趣，提高學員的成就感，激發學員主動學習的積極性。每次課程結束，展示每名學員的平時分數，激勵學員。教員在課堂的主要作用為把握課程進度，有序組織各組學員做報告，控制報告及討論的方向，解決各組學員報告中的問題；引導其他各組學員參與討論，回答各組學員的提問，按表現實時給每名學員計過程性考核分數。

（三）考核模式改革措施

考核模式主要分為過程性考核模式改革和終結性考核模式改革兩種。過程性考核不再是“課后作業+平時表現”的評價方式，而是將重點放在學生對所布置作業的理解程度和設計思路上，每堂課讓學生上講臺進行講解，重點闡明設計過程中所遇到的困難和解決思路；終結性考核采用“預期目標+分類評價”的考核方式，由學生根據前期自身學習情況自行選擇預期達到的考核目標，目標分為A、B、C三個等級，每個等級對應不同的難度要求，提供不同的分值。終結性考核也將由以往的試卷考試形式變為“試卷+大作業”的形式，大作業題目根據所選等級不同，包含模塊數量的要求不同，最終通過答辯環節匯報作品，邀請專家進行評分。大作業的完成過程需接受教員定期的階段性檢查，防止出現部分學生考前臨時突擊的情況。整個過程性考核和終結性考核過程鼓勵組隊，鼓勵合理分工，鼓勵互相幫助，但需要在作品當中明確別人幫助完成的部分及理由，以及自身對此部分（或模塊）內容的理解和掌握。

報告及作業考核的要求是報告思路清晰，格式規范，圖表完整，程序語法無誤，功能正常；筆試考核以卷面成績（最高為59分）為最終依據，筆試考核不及格則計課程考核成績不及格。

結語

綜上所述，本課題通過運用布魯姆教學目標理論對“電氣數字控制技術及綜合設計”的教學目標進行深化梳理，結合未來崗位具體需求，提出相應的改革方案和舉措，使課程緊貼常用的船舶電氣設備，面向未來崗位需求。同時，對不同課程學習階段和不同能力水平的學生制定相應舉措，從源頭上解決學生“上課聽不懂、下課不會做、考試靠突擊”的問題，從而有效地提升學生的學習積極性和學習效率。

參考文獻

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［11］陳小梅.電機學實踐課程改革的探索［J］.中國電力教育，2008（9）：95-96.

Research on the Reform of Ship Electrical Practice Course Based on Bloom Teaching Objectives： Taking Electrical Digital Control Technology and Comprehensive Design as an Example

WU Ben-xiang， CHEN Liang， LI Geng， ZHANG Xue-yan

（College of Electrical Engineering， Naval University of Engineering， Wuhan， Hubei 430033， China）

Abstract： In view of the current ship electrical practice course teaching content， teaching methods， the problems existing in the learning mode， the paper took the electrical digital control technology and comprehensive design course as an example， combined with knowledge level and three domain requirements of Bloom Teaching Objectives， set up a set of perfect curriculum knowledge system and requirements， formulated the teaching content， teaching methods， evaluation mode， reform measures， which can effectively improve students’ learning enthusiasm， improve the comprehensive design ability of single chip computer and PLC control system. This paper takes this course as an example to explore the feasible reform plan of this course under the framework of Bloom Teaching Objectives.

Key words： ship electrical courses; practice course; Bloom Teaching Objectives; curriculum reform