对分课堂在线上线下混合式教学中的应用探索

郑敏 高鹏 张小辉 沈月 王仕博

①基金项目：本项目得到教育部高等学校能源动力类专业教育教学改革项目（重点）（项目编号：NDJZW2016Z-19）；昆明理工大学2021年度校级慕课建设项目（202124）；云南省教育厅科学研究基金项目“‘互联网+时代云南少数民族旅游社区语言生态研究”（项目编号：2020J0312）的支持。

作者简介：郑敏（1980—），女，汉族，云南玉溪人，副教授，博士，研究方向：清洁燃烧、CO2减排和风力发电研究。

张小辉（1982—），男，汉族，湖北浠水人，博士，教授，研究方向：新能源材料研究。

沈月（1983—），女，汉族，云南曲靖人，硕士，讲师，研究方向：教育学、语言学研究。

王仕博（1978—），男，汉族，辽宁大连人，博士，副教授，研究方向：新能源利用研究和混沌搅拌方面的研究工作。

*通讯作者：高鹏（1980—），男，汉族，云南玉溪人，博士，高级工程师，研究方向：新能源利用研究。

［摘           要］  针对风力发电原理与技术课程的教学和风电行业的人才培养方向，提出了传统教学与“对分课堂”、雨课堂、超星学习通等网络学习平台相结合的新教学模式。该模式总体涵盖为四个步骤：专业知识的讲解、提出话题、学生讨论分析话题、教师归纳总结。通过这一教学模式，课堂中省去了传统教学课堂中的导入阶段，对新旧知识产生了联结；学生课下搜集资料、解决问题，课上隔堂讨论，深度参与教学，更容易掌握和加深对书本知识的理解，形成良好的教学效果，并将学习效果及时多样地呈现给教师，从而使教师有针对性地进行教学补充，形成交互、相融的教与学的闭环。

［关    键   词］  风力发电原理与技术；对分课堂；教学设计；学习能动性

［中图分类号］  G642                   ［文献标志码］  A                   ［文章编号］  2096-0603（2024）15-0121-04

“双碳”背景下，传统化石能源电力面临着政策性约束。为实现“30”“60”目标，未来增量的电能需求将主要由风、光等新能源电力来满足。面对风力发电行业发展的新机遇和挑战，诸多高校开设了与风力发电专业相关的课程。例如，昆明理工大学在本校热能与动力工程专业近40年办学及教学改革实践基础上，设立了新能源科学与工程专业，是教育部2012年批准的第二批战略性新兴产业专业，于2013年开始招生，其重点主要在太阳能、风能、生物质能等可再生能源转化、利用与存储，新能源电力系统中的优化控制、能源化学、能源材料、能源管理与经济等，旨在响应国家“碳达峰、碳中和”重大战略目标，助力云南省打造世界一流“绿色能源牌”，加强新形势下学科发展和能源产业人才培养。针对风力发电人才设立了风力发电原理与技术课程，为风电领域培养了大量的技术人员。

但是，工科学生的学习，还仅仅停留在专业课的教材知识，在课堂中主要以教师的“讲授”为主，课下简单地完成作业，最后参加期末考试的层面。学生缺乏主动学习和实践及在课下拓展延伸的能动性。在风力发电原理与技术课程学习中，教师在课堂上如何通过讲解知识、概念让学生更好地理解和掌握，并让学生在教学过程中根据自己消化吸收的知识完成部分实际运用，成为一个重要的问题。

对分课堂顾名思义就是上课的一半时间教师用来讲授教材概念，一半时间让学生分组讨论，并且是隔堂讨论，讲授和讨论之间存在的时间空隙用来让学生课下进行消化吸收。学生作为小组成员或者轮班制小组组长，根据话题一起检索资料、钻研并解决问题，提出自己的见解，为后面的课堂讨论做好充分的准备，避免下一节课出现“无话可说”的尴尬，从而培养学生对自己不熟悉的领域独立探究和互相协作的能力。

一、风力发电原理与技术课程特点、教学问题及难点

（一）课程特点

风力发电原理与技术为昆明理工大学新能源科学与工程专业本科阶段第5学期安排的专业必修课程。风力发电原理与技术为空气动力学、电工学、流体力学等课程的后续课程，风力发电场、风电场电气工程、风电场电气工程、自动控制原理、可编程控制器原理与应用等课程的前修课程。由于风力发电原理与技术涉及多学科内容，现有课程目的是使学生掌握风力发电的基本原理、主流风力发电机组设备；另外，还包括风力发电机组设计。该课程教材不仅立足于风力发电原理知识，而且与实践紧密结合，理论联系实际。学生若能将所学知识进行筛选、重组、转化再运用，这将为大部分学生后续所从事的发电运行维护等工作和科研工作提供有力支撑。

风力发电原理与技术是新能源科学与工程必修的一门重要课程，该课程内容知识面广、综合性强，目的是培养学生关于风力发电的运用、分析、设计方面的能力，为学习相关专业课及后续科研工作奠定基础。

（二）教学存在的问题及难点

风力发电原理与技术课程设置64课时，基本以教师讲授为主，考核方式为闭卷。在教学过程中，发现主要存在以下问题：（1）理论性强，公式推导多，学生觉得不容易学，比较难理解；（2）授课形式单一，对多媒体和计算机模拟的应用不足，学生学习兴趣淡薄；（3）学生课业繁重，只有部分学生能够做到课前预习和课后复习以及独自完成作业；（4）部分学生的作业解答内容是网络上复制、粘贴和抄袭，缺乏深入的思考；（5）课堂教学与实验教学环节联系不紧密，学生学习过程中对所学知识点理解不够深刻，逐渐失去学习兴趣；（6）教学过程中师生互动不多，有待改进；（7）课后缺少有效的师生沟通平台，师生相互沟通和交流相对较少。

学生是学习的主体。学生学习最核心的一个要素是学习能动性。采用对分课堂，教师不仅是知识的教授者，还是提高学生学习能动性的设计者，同时也是学生学习的合作者。因此，在对分课堂，教师和学生是教学过程的共同创造者和参与者。以教师为引导，教师和学生在教学过程中认真投入，参与到教学活动中，每人都发出一份光，那么教学效果是最好的，教师和学生在教学活动中均能获得成长和满足感。

二、风力发电原理与技术课程对分课堂教学

上海复旦大学心理学教授张学新出版了《对分课堂：大学课堂教学改革的新探索》，在2014年复旦教育论坛上，提出了结合中国国情的新型教学模式对分课堂。通过实践，总结出增强学生学习主动性的对分课堂的主要做法：上课讲精讲透，给学生自主学习留下空白；减轻教师的负担，实现教师角色的转变，由原来的讲授转化为引导学生学习，减少了对教师的“表演性”要求；增强师生之间、学生之间的互动交流，把讨论放在课上，学生讨论的效果比课下好，能让师生之间、学生与学生之间充分交流；提高评估的准确性，重视学生的学习需求，学生可以针对自己的需求研究个性化的问题，过程性的评估也可以考虑；通过课堂讲解、消化吸收、统一讨论等方式提高学习效果，减缓了学生遗忘的速度。

风力发电原理与技术课程共64学时，分32堂课，每堂课有2节，时长共90分钟。每堂课的时间安排是这样的：每堂课的第一节课教师PPT讲解教材基础知识，目的是使学生掌握基本的知识概念，明确重难点内容，了解到关于这门课程有哪些必须熟知的知识点；然后针对教师上一堂课中提出的问题，安排学生在第二节课的前15分钟分组分析讨论，讨论之后利用20分钟时间应用雨课堂“随机点名”功能抽取小组上台汇报。主要汇报内容是他们组提前准备的内容和他们讨论所形成的最终观点，进行汇报的小组挑选几个他们认为观点中比较重要的关键词书写在黑板上，让同学们一起学习。而其他未被点到的小组则通过雨课堂将自己小组讨论形成的观点录入“课堂小结”，方便课后随时翻阅，这样做的目的是培养学生的资料检索能力以及他们对未知问题思考的创新思维；第2节课的最后10分钟教师再对学生所阐述的观点进行评价，将两次课的内容联结起来，构建完整的知识网络，并布置下次课所讨论的主题。

风力发电原理与技术课程所选取的教材为普通高等教育风能与动力工程专业系列教材：《风力发电原理》和《风力发电设计与制造》。教材内容和教学要求包括：使学生了解风力发电的技术现状和发展趋势，熟悉有关风与风能的基础知识，掌握风能转换基本原理；重点围绕目前主流的风力发电机组（大型水平轴并网风力发电机组）展开介绍，使学生掌握风力发电机组的基本结构及各部分的特性，掌握风力发电机组运行控制的相关知识，了解风力发电机组的安全保护及维护；重点介绍三叶片、上风向、水平轴大型风力发电机组的初步设计理论和方法。本文以“风力发电机组的结构”为例，实施传统教学与对分课堂、雨课堂、超星学习通等移动网络知识平台相结合的新教学模式，其主要过程分为四个阶段。

（一）专业知识的讲解

教学改革顺应当前教育信息化的时代浪潮，将传统教学与对分课堂、雨课堂、超星学习通及各种教育网络知识平台结合起来，使学生能更便捷地参与教学，打造新型教学模式。

风力发电机组是实现将风能转化成电能的设备。现代并网风电机组通过几十年的发展，一直以提高风能利用规模、风能利用系数和降低发电成本为目标，设计和发展了许多类型和式样的风力发电机组。目前，大型风力发电机组主要是水平轴、三叶片风力发电机组。大型风力发电机组主要由风轮、机舱、塔架和基础等部分组成。风电机组的基本性能主要是风轮的气动性能。风轮功率特性是反映风电机组基本性能的重要指标。风力发电机组的结构对大部分学生来讲是全新的内容，同时会出现很多的新名词和概念。课前，教师可以在超星学习通和雨课堂平台上传有关风力发电机组的结构的网课视频及文献资料供学生自学预习，并完成相应的话题检索分析。教师在第一节课主要负责讲解的两部分内容如下：水平轴风电机组概述和风轮。以风轮讲解为例，讲解内容包括叶片（叶片几何形状及翼型、叶片结构、材料及制造、气动制动系统、叶根连接、叶片失效与防护措施）、轮毂、变桨机构（变桨机构的组成、变桨轴承、变桨驱动部件）等概念及参数计算。

（二）提出话题

对分课堂将教学分解为三个过程：讲授（Presen-tation）、内化吸收（Assimilation）和讨论（Discussion）。即课堂时间一半分配给教师进行讲授，另一半给学生进行讨论以实现交互式学习。

为保证学生以讨论进行的交互式学习效果，让学生有一定的时间可以自主安排学习，进行个性化的内化吸收，在每一堂课的结尾教师都会给班上学生布置下节课讨论的话题，该话题也是学生在下次上课期间要进行小组讨论及观点汇总的内容。这样就可以使学生在课余时间完成上节讲授内容的温习，并上网查找资料，在移动网络平台中提前预习，并对教材内的知识进行延伸和拓展，将知识进行消化吸收，让学生放下手机，主动参与到大学课堂中，发挥自己的主观能动性，使知识进入长时记忆。

教师课前介绍本节框架和概念，介绍课程重点和难点；学生在课外进行自主学习，吸收消化教学内容。在内化吸收之后，学生再在课堂上进行分组讨论以及互动交流，这加深了知识理解的深度和广度。

（三）学生讨论分析问题

学生在第一堂课进行分组，每5人一组，共8个小组，并选出组长1名，采取轮换制，主要负责组织、带动组员对问题进行讨论分析，对本组的主要观点和组员的讨论内容进行归纳总结，并提供相应的材料，在汇报时进行讲述，组长可根据自身意愿将关键词写至黑板上供同学们学习参考。此后便将各个小组的成员确定下来，并由第一任组长上交小组成员名单，以后每一节课的汇报、讨论都以第一堂课所分好的小组进行，并绘制出一份按小组划分好的班级总名单，之后的平时成绩将记录在该名单上。

在第二节课的前15分钟教师安排学生根据上节课所提出的问题进行讨论、分析，教师在此期间可以走动观察哪个小组讨论得积极、哪个小组欠缺积极性，并适当进行提醒、带动各小组的讨论积极性。讨论过后利用20分钟时间随机抽取小组并由组长上台汇报，汇报内容就是陈述他们组内刚刚讨论所形成的最终观点，教师可以根据小组报告的丰富性，提出一些问题，随机抽取小组成员进行解答，这能够提升每位学生的参与度，避免部分学生积极性不高的现象发生。每组汇报时长尽量控制在5分钟左右，并根据小组的表现对时间进行适当增减。最后根据教师的走动观察，小组组长及成员的汇报，对每位小组同学进行打分，成绩将记录在平时成绩单中。

（四）教师总结、归纳

当被抽取到的小组讨论、汇报完“风轮叶片几何形状及翼型，叶片结构、材料及制造，叶片的气动制动系统，叶根连接，叶片的失效与防护措施，如何使叶片具有良好的空气动力学性能，尽可能多的捕获风能，如何获得可靠的结构强度，如何使叶片具有良好的气动稳定性等”之后，第2节课最后10分钟教师再对学生所讲述的观点和之前所教授的内容进行串联和归纳总结。如，教师在讲授风电机组主要技术参数时，与第1节课所讲述的新知识链接起来，形成完整的知识网络，梳理整节课所提到的关键专业词汇（如贝茨极限、贝茨极限的推导，水平轴风力发电机与垂直轴风力发电机的贝茨极限、风电机组功率曲线与贝茨极限的关系等），并强调哪些需要熟知、哪些需要记忆，最后提出下次课要讨论的话题，鼓励学生积极地参与到资料搜集和课堂讨论中。

这一环节十分关键，一是对整体知识的归纳总结，梳理课与课、知识点与知识点之间的脉络，逐渐加深学生对专业词汇的积累，使学生对本门课逐渐形成整体又清晰的认识；二是通过学生讨论和汇报所提出的观点，指出各组在讲解和讨论中需要注意的地方，在哪些地方讲得好，提高学生对重、难点问题的认知；三是提出下一次课所讨论的话题，可以适当上传一些材料在超星学习通平台上供学生阅读，促使学生主动地对上一堂课所讲述的知识进行复习，延长学生关于知识点的记忆，也省却了传统课堂中的“引入和复习”阶段，提高了课堂效率；四是学生在汇报中若存在观点新颖、方法独特的情况，教师能记录归纳分析，并留作后期的教学资料，使课堂教学日臻完善。

三、对分课堂教学的总结

在风力发电原理与技术这门课程中引入对分课堂教学，通过四步走的方式开展，首先教师讲授教材新的知识、概念等，然后学生隔堂讨论上堂课下课前教师所提出的话题，起到温习上堂课内容的作用；而教师讲授新内容，则是在知新。最后教师对整体进行总结、串联，两者之间容易产生联结，这就形成了新旧联结，还省去了传统教学课堂教师关于上节课内容的“引入、复习”阶段，提高了课堂的整体效率。学生课下就话题搜集资料，解决问题，到课上来统一讨论、汇报观点，这样的信息整理涉及对教材知识的分析、比较、理解等深度加工，使学生更容易掌握书本中的知识，更好地提高学习效率。

经过教师讲授、课后内化、分组讨论三个阶段的学习，极大地加深了学生对于教学内容的理解程度。对分课堂的开展，有利于教师聚焦教学目标和核心概念设计课堂，有利于教学围绕核心内容开展，有利于学生个性化学习，有利于学生根据自身学习的规律深度参与教学，有利于发展学生数据收集、数据分析、评价等多种高阶思维能力，并多样地及时地呈现出学生学习结果，最终有利于教师有针对性进行教学补充，形成交互、相融的教与学的闭环。

从实施对分课堂的教学效果来看，风力发电原理与技术课程取得了良好的效果。但对分课堂教学方式的推行仍有一些难点值得探讨：（1）目前我国的教学模式比较“固化”，仅仅停留在普通的“教”与“学”上，学生对这种传统教学与对分课堂、雨课堂、超星学习通相结合的新教学模式并不一定都能积极接受和实施，如何在讨论分析问题、汇报环节不冷场，如何让学生真正从思想上、心理上接受这一教学模式，还有待于进一步思考。（2）对分课堂对教师教学设计能力、知识体系、价值观等综合能力的要求也较高，要持续加强老师综合素质、特别是工程化能力的培养。（3）相关慕课资源和视频相对较少。下一步，将着力于建设视频、慕课、教材等优质课程资源，这有利于学生和教师多渠道获取优质课程资源，更有效地达成教学目标，提高教学效率。（4）教学活动中要把复杂难懂的知识点尽量形象生动化。大力建设实验教学设施，强化实验和模拟仿真教学，从设施硬件和软件虚拟仿真平台上大力推动，培养风电方向相关专业人才。

参考文献：

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◎编辑 马花萍