基于BOPPPS模型的工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)設(shè)計(jì)

董桂偉 管延錦 鄭超

摘? ? 要：作為學(xué)生全方位參與和及時(shí)反饋交流的教學(xué)模型，BOPPPS教學(xué)模式對(duì)于提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性具有重要的意義。文章基于BOPPPS教學(xué)模型，在分析工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性因素的基礎(chǔ)上，提出“材料成型及控制工程”專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)策略，并應(yīng)用于專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果得到顯著提升。

關(guān)鍵詞：BOPPPS模型;工科專業(yè);實(shí)驗(yàn)教學(xué);有效教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.3? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1002-4107（2020）06-0036-03

高等院校特別是高等工程院校作為教育強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略實(shí)施的重要陣地之一，肩負(fù)著為國(guó)家培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需求的高質(zhì)量工程人才的重大任務(wù)[1]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校工科專業(yè)工程人才培養(yǎng)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)綜合運(yùn)用能力、實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新研究能力等方面具有不可替代的作用[2]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各高校圍繞工科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，面向國(guó)家和行業(yè)發(fā)展需求建設(shè)了一大批內(nèi)容先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目[3-5]，極大地豐富了工科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，為工程人才的創(chuàng)新和實(shí)踐能力培養(yǎng)奠定了良好基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的豐富，大大改善了傳統(tǒng)工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源相對(duì)匱乏的窘境。但需要指出的是，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為一項(xiàng)需要學(xué)生在有限時(shí)間內(nèi)進(jìn)行充分實(shí)踐的能力培養(yǎng)和訓(xùn)練環(huán)節(jié)，學(xué)生學(xué)習(xí)效益的高低不僅僅依賴于豐富先進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容，而且更加依賴于科學(xué)合理的教學(xué)設(shè)計(jì)，以及教學(xué)設(shè)計(jì)下的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的參與和投入程度[6-7]。因此，如何實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的有效教學(xué)是當(dāng)下每一個(gè)工科專業(yè)教育工作者需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。本文基于BOPPPS教學(xué)模型，在分析工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性因素的基礎(chǔ)上，對(duì)“材料成型及控制工程”這一傳統(tǒng)工科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改革，并在本專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效益和效果的明顯提升。

一、BOPPPS教學(xué)模型概述

BOPPPS教學(xué)模式是一種學(xué)生全方位參與和及時(shí)反饋交流的教學(xué)模式和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，近年來(lái)被北美眾多院校所推崇，也得到了國(guó)內(nèi)高校和教師的廣泛關(guān)注和應(yīng)用[8]。BOPPPS教學(xué)模型針對(duì)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，將原有知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程拆分為前后銜接的六個(gè)學(xué)習(xí)單元，即導(dǎo)言（Bridge-in）、目標(biāo)（Objective）、前測(cè)（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）、后測(cè)（Post-assessment）與總結(jié)（Summary）[9]。通過(guò)這六個(gè)單元的有機(jī)組合，BOPPPS教學(xué)模型建立了一種教學(xué)互動(dòng)和反思的閉環(huán)教學(xué)模式，可有效集中學(xué)習(xí)者注意力，提升學(xué)習(xí)效果，是當(dāng)前高等教育教學(xué)設(shè)計(jì)和改革過(guò)程中的一種切實(shí)可行的途徑。

利用BOPPPS教學(xué)模型和教學(xué)思想，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了課堂教學(xué)改革的系列研究和實(shí)踐，取得了良好效果[10-11]。但目前關(guān)于BOPPPS教學(xué)模式在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用還較少[12]，這一方面歸因于當(dāng)前對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能認(rèn)識(shí)和模式創(chuàng)新還不夠重視，另一方面是BOPPPS教學(xué)模式與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的融合與變革還需要進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。但可以肯定的是，在工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中推廣和使用BOPPPS教學(xué)模式，對(duì)構(gòu)建以學(xué)生為中心的互動(dòng)教學(xué)模式，解決目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的學(xué)時(shí)少、學(xué)生參與程度低、考核模式簡(jiǎn)單等問(wèn)題具有明顯的積極作用。

二、工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性因素

有效教學(xué)（Effective Teaching）理論起源于20世紀(jì)前期西方的教學(xué)科學(xué)化運(yùn)動(dòng)，廣義上指“關(guān)注學(xué)生及學(xué)習(xí)進(jìn)步的教學(xué)”，其核心目的是促進(jìn)學(xué)生獲得全面發(fā)展[13]。

工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高等工程教育的基本形式之一，如何提升其有效性是當(dāng)前教育改革的核心追求。目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但綜合分析來(lái)看，工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)應(yīng)包括以下四個(gè)基本因素：（1）要有明確的教學(xué)目標(biāo)。明確的教學(xué)目標(biāo)不僅可以指導(dǎo)教師開(kāi)展有效教學(xué)，同時(shí)還可為評(píng)價(jià)教師教學(xué)效益提供可靠依據(jù)。（2）學(xué)生要主動(dòng)參與教學(xué)過(guò)程，有效教學(xué)以學(xué)生發(fā)展為目標(biāo)，必須通過(guò)學(xué)生主動(dòng)地參與教學(xué)過(guò)程才能實(shí)現(xiàn)。（3）要體現(xiàn)教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體地位，同時(shí)要強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和組織管理。（4）課堂氣氛和課堂環(huán)境要民主、自由和安全。

可見(jiàn)，將BOPPPS教學(xué)模式應(yīng)用于工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)的BOPPPS互動(dòng)模式，通過(guò)合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)清楚、組織有效、評(píng)價(jià)閉環(huán)和知識(shí)能力挑戰(zhàn)性，以最少的時(shí)間、精力和物力投入，達(dá)到最大的教學(xué)效果。

三、基于BOPPPS模型的實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

以“材料成型及控制工程”這一傳統(tǒng)工科專業(yè)為試點(diǎn)，進(jìn)行了真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)兩個(gè)版塊的教學(xué)設(shè)計(jì)改革，分別建立了基于BOPPPS模型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，并在本專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中進(jìn)行了改革實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)BOPPPS實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，顯著提高其實(shí)踐和創(chuàng)新能力，得到了學(xué)生的廣泛認(rèn)可和好評(píng)，實(shí)現(xiàn)了有效教學(xué)。

（一）基于BOPPPS模型的真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

“材料成型及控制工程”專業(yè)的真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以及創(chuàng)新與探索性實(shí)驗(yàn)等三大層次30余個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。本文以“環(huán)形件模鍛”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，介紹基于BOPPPS模型的實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐情況。

1. 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目簡(jiǎn)介?！碍h(huán)形件模鍛”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目利用設(shè)計(jì)的環(huán)形件鍛模，由學(xué)生完成不同尺寸規(guī)格坯料的模鍛成形過(guò)程，使學(xué)生了解環(huán)形件模鍛不同階段的金屬流動(dòng)特點(diǎn)，分析不同毛坯尺寸對(duì)模鍛成形過(guò)程的影響規(guī)律，熟悉和掌握飛邊槽和沖孔連皮的作用及其對(duì)環(huán)形件模鍛成形的影響。

2.基于BOPPPS模型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。針對(duì)本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的知識(shí)和能力點(diǎn)，基于BOPPPS模型的教學(xué)設(shè)計(jì)如下。（1）B即Bridge-in，導(dǎo)言環(huán)節(jié)：在正式開(kāi)始實(shí)驗(yàn)之前，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)短卻吸引人的導(dǎo)言，如講述我國(guó)航空母艦用大型模鍛件生產(chǎn)的水平現(xiàn)狀，落腳到模鍛工藝不同階段的金屬變形特點(diǎn)，進(jìn)而引申到如何正確選擇模鍛件毛坯規(guī)格，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，以便集中精力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和內(nèi)容的聆聽(tīng)。（2）O即Objective，目標(biāo)環(huán)節(jié)：導(dǎo)言之后，簡(jiǎn)明介紹本次實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，使學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的方向，即通過(guò)進(jìn)行不同尺寸規(guī)格坯料的分步環(huán)形件模鍛實(shí)驗(yàn)，認(rèn)知環(huán)形件模鍛不同階段的金屬流動(dòng)行為特點(diǎn)，分析不同毛坯尺寸對(duì)模鍛成形過(guò)程的影響規(guī)律，并優(yōu)選合適的坯料尺寸。（3）P即Pre-assessment，前測(cè)環(huán)節(jié)：針對(duì)全體學(xué)生的關(guān)于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)理論知識(shí)的前置測(cè)評(píng)，如可通過(guò)提問(wèn)、分組討論等形式進(jìn)行，以準(zhǔn)確了解學(xué)生對(duì)于模鍛工藝基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備知識(shí)等的掌握情況，并據(jù)此調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)原理、教學(xué)內(nèi)容的講解深度和廣度。（4）P即Participatory learning，參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)：通過(guò)師生的良好互動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目核心和主體內(nèi)容的學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程可通過(guò)教師主導(dǎo)、學(xué)生主演的形式進(jìn)行。如在教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)坯料不同階段的變形情況，設(shè)置由淺入深的一系列問(wèn)題，逐步引導(dǎo)學(xué)生思考下一步實(shí)驗(yàn)該如何調(diào)控，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從“要我學(xué)”向“我要學(xué)”的態(tài)度轉(zhuǎn)變。（5）P即Post-assessment，后測(cè)環(huán)節(jié)：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程基本完成，實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束之前，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)和評(píng)估。如基于實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，由小組討論形成環(huán)形件模鍛過(guò)程的變形規(guī)律和坯料尺寸對(duì)變形的影響，進(jìn)而提問(wèn)和引導(dǎo)學(xué)生如何用所學(xué)的理論知識(shí)來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象和所得的數(shù)據(jù)規(guī)律，并鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步探討有沒(méi)有更好的實(shí)驗(yàn)處理方法，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的收獲得到及時(shí)強(qiáng)化和初步升華。（6）S即Summary，總結(jié)環(huán)節(jié)：實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束之際，對(duì)本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行總結(jié)，并指導(dǎo)學(xué)生撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和心得。如通過(guò)感性和理性兩個(gè)層面進(jìn)行環(huán)形件模鍛過(guò)程的相關(guān)規(guī)律的解釋和闡述，并引導(dǎo)學(xué)生思考：實(shí)驗(yàn)還可以怎么做？如果再做一遍，該調(diào)整哪些工藝條件可以讓結(jié)果更合理？給學(xué)生留下更大的思考空間，同時(shí)作為教師也要充分反思本次教學(xué)存在的問(wèn)題和下一次教學(xué)時(shí)應(yīng)該改進(jìn)的地方。

3.應(yīng)用實(shí)踐。基于上述BOPPPS模型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，在本專業(yè)本科生中進(jìn)行了“環(huán)形件模鍛”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革實(shí)踐。通過(guò)課后座談和問(wèn)卷調(diào)查等形式，學(xué)生一致認(rèn)為基于BOPPPS的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能夠顯著提升其參與實(shí)驗(yàn)的興趣和投入程度，而且在教學(xué)過(guò)程中知識(shí)的獲取效率和學(xué)習(xí)效益較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)模式有根本性轉(zhuǎn)變。

（二）基于BOPPPS模型的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

近年來(lái)，“材料成型及控制工程”專業(yè)針對(duì)鍛造缺陷種類眾多和鍛造過(guò)程工序復(fù)雜、且受設(shè)備條件限制，難以開(kāi)展真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)的難題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了“鍛造缺陷分析及工藝過(guò)程”虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)?；谔摂M仿真實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)的特點(diǎn)，結(jié)合BOPPPS模型和雨課堂教學(xué)工具，開(kāi)展了基于BOPPPS模型的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐。

1.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目簡(jiǎn)介?！板懺烊毕莘治黾肮に囘^(guò)程”虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)，以培養(yǎng)訓(xùn)練學(xué)生熟悉掌握鍛件主要缺陷類型、形成原因和抑制方法為目標(biāo)，設(shè)計(jì)包括毛坯尺寸、加熱溫度、鍛模結(jié)構(gòu)參數(shù)等對(duì)鍛件質(zhì)量的影響實(shí)驗(yàn)和以齒輪坯為例的鍛造工藝全過(guò)程實(shí)驗(yàn)。

2.基于BOPPPS模型和雨課堂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。

（1）雨課堂預(yù)習(xí)與“BO”環(huán)節(jié)。將BOPPPS模型的“BO”環(huán)節(jié)與雨課堂課前預(yù)習(xí)相結(jié)合，圍繞“鍛造缺陷分析及工藝過(guò)程”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的理論知識(shí)點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)原理、設(shè)備介紹以及安全注意事項(xiàng)等，設(shè)計(jì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)“雨課件”，在實(shí)驗(yàn)前發(fā)送給學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)任務(wù)等有明確的認(rèn)識(shí);同時(shí)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)“雨試卷”，要求學(xué)生在預(yù)習(xí)“雨課件”的基礎(chǔ)上完成預(yù)習(xí)“雨試卷”的作答，便于教師掌握學(xué)生預(yù)習(xí)情況以及學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)的掌握情況，以便相應(yīng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路。（2）雨課堂互動(dòng)教學(xué)與“PPP”環(huán)節(jié)。針對(duì)BOPPPS模型的“PPP”環(huán)節(jié)，利用雨課堂教學(xué)工具，圍繞實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)分組、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論等設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)“雨課件”，并在教學(xué)“雨課件”的不同階段設(shè)置投票、單選題、多選題等內(nèi)容考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和掌握情況，同時(shí)利用隨機(jī)點(diǎn)名、彈幕、討論區(qū)等形式與學(xué)生開(kāi)展積極互動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性。（3）雨課堂試卷與“S”環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束，將與實(shí)驗(yàn)相關(guān)理論知識(shí)、工藝知識(shí)、設(shè)備知識(shí)等設(shè)計(jì)成客觀題，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程、數(shù)據(jù)整理、結(jié)果分析討論和實(shí)驗(yàn)反思等設(shè)計(jì)成主觀題，組成實(shí)驗(yàn)報(bào)告“雨試卷”，通過(guò)雨課堂及時(shí)推送給學(xué)生，設(shè)置學(xué)生完成時(shí)間期限，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課后對(duì)實(shí)驗(yàn)所學(xué)進(jìn)行及時(shí)深刻總結(jié)。

3.應(yīng)用實(shí)踐?；贐OPPPS模型和雨課堂的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在本專業(yè)本科生中進(jìn)行了改革與實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)兩者的結(jié)合應(yīng)用進(jìn)一步打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中教師單一講授以及教師演示、學(xué)生重復(fù)的教學(xué)模式。通過(guò)雨課堂這一先進(jìn)教學(xué)工具，更加突出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的師生互動(dòng)與廣泛研討，學(xué)生的主體地位得到顯著提升，學(xué)生能夠真正融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)習(xí)有效性顯著。

四、結(jié)論

BOPPPS教學(xué)模式作為學(xué)生全方位參與和及時(shí)反饋交流的教學(xué)模型，是改革現(xiàn)有本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的有效途徑之一，針對(duì)提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性具有十分重要的意義。針對(duì)“材料成型及控制工程”這一傳統(tǒng)工科專業(yè)，進(jìn)行基于BOPPPS模型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)和改革，可以更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，大幅提升學(xué)生的教學(xué)參與熱情和投入程度，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的互動(dòng)和拓展思考明顯增加，教學(xué)效果凸顯。

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