基于布鲁姆教学目标的船舶电气实践课程改革研究

［摘 要］ 针对当前船舶电气类实践课程教学内容、教学方式、学习模式上存在的问题，以“电气数字控制技术及综合设计”课程为例，结合布鲁姆教学目标中知识掌握层级和三大领域要求，建立完善的课程知识体系及要求，制定了教学内容、教学方式、考核模式在内的改革措施，可有效提高学生的学习积极性，提升其单片机、PLC等控制系统的综合设计能力。以该课程为例开展研究，探讨在布鲁姆教学目标框架下，该类课程可行的改革方案。

［关键词］ 船舶电气；实践课程；布鲁姆教学目标；课程改革

［基金项目］ 2023年度海军工程大学教育科研项目（NUE2023ER56）

［作者简介］ 吴本祥（1991—），男，江西九江人，博士，海军工程大学电气工程学院讲师，主要从事电力系统安全运行研究；陈 亮（1982—），男，江西九江人，博士，海军工程大学电气工程学院副教授，主要从事电气自动化研究；李 耕（1987—），男，湖北武汉人，博士，海军工程大学电气工程学院讲师，主要从事电力系统安全运行研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）40-0131-04 ［收稿日期］ 2023-09-10

引言

船舶电气学科实践课程是培养学生操作技能、加深理论知识理解的重要环节，通过实例操作激发学生的学习兴趣，增强专业归属感，为今后走向船舶电气专业岗位打牢基础，具有重要的意义［1-2］。

“电气数字控制技术及综合设计”课程是电气工程及其自动化等高等教育专业的必修课，也是该学科领域的核心课程和主干课程，与实际装备的维护、管理结合紧密，也是未来岗位需求的发展趋势，在电气专业实践课程中具有一定的代表性。本课程主要讲授的单片机、PLC及其控制技术等内容是船舶电气工程专业科学工作者和工程技术人员必备的专业知识。课程前期的框架设计上重视基础性，体现前沿性和船舶电气特色，遵循电气数字控制系统由简单到复杂的原则，贴近实际船舶设备；在内容安排上，精选经典，加强现代，跟踪前沿，重视应用；课程共50学时，内容主要包含单片机和PLC两部分。

通过“电气数字控制技术及综合设计”课程的学习，要使学员对单片机及PLC有比较系统的认识和正确的理解，能学会操作和使用以单片机及PLC为控制器件的舰船装备；能使用单片机及PLC设计并开发简单的电气数字控制；具备独立获取知识的能力、科学的思维能力、解决实际问题的能力和创新能力；具备坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度、科学精神及科学素质；具有将科学服务于国家和人类的社会责任感，努力实现学员知识、能力、素质的协调发展。

一、当前实践教学的困境

目前，电气类实践课程开设有“电机实践”“电气数字控制技术及综合设计”“船舶电气设备综合实践”等，但当前该类课程在实施过程中，教员发现存在以下三点问题。

（一）船舶电气相关度有待进一步提高

该类课程着眼船舶电气技术，在应用背景上有别于传统的单片机、C语言等课程，重点聚焦电气工程领域中的电机、电路等实践问题，同时案例相对单一、较为老旧，没有较好的延展性和针对性，且与船舶电气设备结合度不高，对今后学生机电岗位任职的指导性不足，无法较好地突出电气专业实践课程的特色和教学目标［3］。

（二）课堂教学模式有待进一步丰富

传统的实践课程教学模式比较单一，主要分为三个步骤：首先教师讲授实验原理和步骤，然后课堂演示、学生实操，最后总结讲评。整个过程教师充当主导者的角色，学生被动地接受知识，并通过模仿演示操作完成实验步骤［4-5］，无法检验学生是否具备“独立完成电气数字控制系统实验”的能力，更无法通过自己的设计解决一些实际问题，总体来说，无法达到教学大纲中的相关要求。

（三）学生学习方法有待进一步转变

该课程较电气工程专业的传统理论课程有所不同，实践课程涉及内容多为线路连接、故障排查、程序编写等，逻辑性强、知识关联度较高，学生习惯的“课上听讲、考前突击”等传统的课程学习方法不适用于该类课程的学习。部分学生存在出现一次课没掌握，后面次次课听不懂的情况，加之课后缺少及时的复习巩固，甚至出现课堂和课后作业无法完成的情况，导致学生学习动力不强、积极性不高，存在畏难情绪。

这些问题严重制约了学生的学习效果和今后的岗位任职能力的形成［6］。本课题研究拟以“电气数字控制技术及综合设计”课程为例，对标布鲁姆六个知识掌握层级，建立一套对应的课程知识体系，并开展从教学到考核多方面的课程改革，能够直接用于单片机程序设计、PLC控制系统应用设计等教学内容，有效提高学生学习积极性，提升学生单片机、PLC等控制系统的综合设计能力，使其具备在今后岗位中进行创新性设计和故障排查等工作的能力。

二、布鲁姆教学目标的应用

布鲁姆（B. S. Bloom）于1956年提出认知领域教育目标分类，将教学目标分为三大领域：认知领域、情感领域和动作技能领域，每个领域又由后续的学者总结提出了相应层次等级。认知领域目标包括知识、领会、应用、分析、综合和评价等六级水平；情感领域目标包括接受、反应、形成价值观念、组织价值观念系统、价值体系个性化；动作技能领域目标包含知觉、模仿、操作、准确、连贯、习惯化等［7-8］。同时，布鲁姆教学目标把所有知识点掌握程度分为了六个层级，分别是记忆、理解、应用、分析、评价、创造，如图1所示。在其目标体系中，通过培训能达成的层级在记忆层、理解层和应用层，而分析层、评价层和创造层一般不是通过培训活动达成的［9-10］。理解布鲁姆教学目标的六个层级，对于课程的设计与开发人员来说非常重要，能够体现课程设计与开发的专业性。

基于布鲁姆教学目标，梳理“电气数字控制技术及综合设计”课程的基本知识点，对应教学大纲要求进行分类。选取课程中十个典型知识点进行归纳，包括电气数字控制技术发展概况、单片机内部结构、单片机I/O口的应用等（见表1）。

对于概况、结构、电路等认知性知识点在目标层级上仅需要记忆或理解；对于单片机I/O口、定时器/计数器等模块化知识点需要学生能够熟练应用，甚至分析、评价；对于键盘、显示接口、应用设计等综合性知识点，需要学生能够依托前期模块化的知识进行创造性设计，这里对前期知识的综合应用提出了更高的要求。

在认知、情感、动作技能三大领域方面主要按照目标层级分类，结合课程总体内容规划进行细化，其中情感领域中价值观的形成和个性化主要依靠创造性、综合性的设计环节达到，而动作技能领域的要求仅针对需要实践操作的知识点［11］。

三、课程改革措施

（一）教学内容改革措施

全程采用案例式、启发式教学方法，改变以往案例针对性不强的问题，将电梯数字控制设计、交通灯数字控制设计等与未来岗位任职不紧密的教学案例替换，以实际岗位操作和工程项目为背景，结合实际开展案例教学，如船舶锚机的PLC控制设计、绝缘监测电流信号采样的数字控制设计等，让学生沉浸在未来岗位常见设备和常见问题中学习相关知识。教员每次课布置案例，学员以案例为背景，将知识融入案例中，在分析和解决案例中学习知识。以下选取三个设计案例进行介绍。

1.编程实现步进电机正反转、加减速控制，并实时显示步进电机的转速及转向。学习目标：定时/计数器和中断的扩展应用。

2.船用绝缘监测装置A/D芯片进行温度、电压等测量。学习目标：A/D及其他典型接口芯片的使用方法及编程方法。

3.基于PLC设计状态监测及输出控制。学习目标：PLC的硬件组成及其作用，梯形图编程方法；PLC控制系统的设计原则，PLC控制系统的可靠性设计的内容和方法。

每个案例教学后，成立小组研讨，对设计思路和遇到的困难进行总结和反思，学员之间相互借鉴，共同提高。

（二）教学方式改革措施

通过调研当前船舶机电部门岗位需求，对微机控制系统概述、微处理器及单片机基本结构、单片机的中断、定时和串口通信、单片机扩展及接口技术、单片机的C51程序设计等课程章节知识点进行对应，细化到具体设备和具体岗位上，如不同站位所接触的不同电气设备中常用的数字控制元件和原理按相关需求进行分类等。

结合布鲁姆教学目标的三大领域（认知领域、情感领域和动作技能领域）和知识的6个掌握层级（记忆、理解、应用、分析、评价和创造）进行梳理和分类。对于记忆和理解类教学目标的知识点，可采用讲授、问答的形式实施教学；对于应用和分析类教学目标的知识点，需要设计课后作业进行深化和巩固；对于评价或是创造类教学目标的知识点，不仅需要设计课后作业，而且需要分组讨论，学生上台讲解设计思路，并在大作业中有具体模块的体现等。报告内容包括编程思路讲解及实例成果展示，同一个题目可有多组学员报告，每组学员编程思路各不相同，成果各有优劣。通过组织学员讨论，相互交流，相互借鉴，相互学习，提高学员的学习兴趣，提高学员的成就感，激发学员主动学习的积极性。每次课程结束，展示每名学员的平时分数，激励学员。教员在课堂的主要作用为把握课程进度，有序组织各组学员做报告，控制报告及讨论的方向，解决各组学员报告中的问题；引导其他各组学员参与讨论，回答各组学员的提问，按表现实时给每名学员计过程性考核分数。

（三）考核模式改革措施

考核模式主要分为过程性考核模式改革和终结性考核模式改革两种。过程性考核不再是“课后作业+平时表现”的评价方式，而是将重点放在学生对所布置作业的理解程度和设计思路上，每堂课让学生上讲台进行讲解，重点阐明设计过程中所遇到的困难和解决思路；终结性考核采用“预期目标+分类评价”的考核方式，由学生根据前期自身学习情况自行选择预期达到的考核目标，目标分为A、B、C三个等级，每个等级对应不同的难度要求，提供不同的分值。终结性考核也将由以往的试卷考试形式变为“试卷+大作业”的形式，大作业题目根据所选等级不同，包含模块数量的要求不同，最终通过答辩环节汇报作品，邀请专家进行评分。大作业的完成过程需接受教员定期的阶段性检查，防止出现部分学生考前临时突击的情况。整个过程性考核和终结性考核过程鼓励组队，鼓励合理分工，鼓励互相帮助，但需要在作品当中明确别人帮助完成的部分及理由，以及自身对此部分（或模块）内容的理解和掌握。

报告及作业考核的要求是报告思路清晰，格式规范，图表完整，程序语法无误，功能正常；笔试考核以卷面成绩（最高为59分）为最终依据，笔试考核不及格则计课程考核成绩不及格。

结语

综上所述，本课题通过运用布鲁姆教学目标理论对“电气数字控制技术及综合设计”的教学目标进行深化梳理，结合未来岗位具体需求，提出相应的改革方案和举措，使课程紧贴常用的船舶电气设备，面向未来岗位需求。同时，对不同课程学习阶段和不同能力水平的学生制定相应举措，从源头上解决学生“上课听不懂、下课不会做、考试靠突击”的问题，从而有效地提升学生的学习积极性和学习效率。

参考文献

［1］马昌法.实践课程改革实施“问题教学”［J］.浙江师范大学学报（自然科学版），2004（4）：110-112.

［2］魏琼.用于工科专业课程思政教学的课用案例分析：以“工程招投标与合同管理”为例［J］.教育教学论坛，2023（24）：184-188.

［3］荣军，丁跃浇，张敏，等.案例教学法在电力电子技术教学中的应用［J］.计算机教育，2012（4）：74-75+80.

［4］魏永清，张波.适用于翻转课堂模式的课程教学内容研究及实践［J］.教育教学论坛，2020（41）：217-218.

［5］张传萍.翻转课堂的内容分布模式：基于布鲁姆教学目标分类［J］.教学与管理，2015（24）：79-82.

［6］李伟，陈玉明.“物联网安全技术”课程教学改革探索［J］.教育教学论坛，2023（24）：56-60.