基于BOPPPS模型的數(shù)字電路教學(xué)研究

張亞周　鐘兆根　孫雪麗

[摘 要]針對目前軍隊院校數(shù)字電路課程教學(xué)中存在的問題，項目組嘗試在課堂教學(xué)中引入BOPPPS模型，提出將“組合邏輯電路的設(shè)計”一節(jié)教學(xué)內(nèi)容劃分為以下六個環(huán)節(jié)，即引入、目標(biāo)、前測、參與式學(xué)習(xí)、后測和總結(jié)，并付諸教學(xué)實踐中。結(jié)果表明，該方法改變了傳統(tǒng)以“灌輸”為主的教學(xué)模式，可以更好地調(diào)動學(xué)員的積極性，有利于學(xué)員創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在實踐中取得了較好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字電路;BOPPPS模型;軍隊院校

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）06-0112-03

一、我校數(shù)字電路課程存在的問題

數(shù)字電路作為一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，在我校電子類各專業(yè)人才培養(yǎng)方案中起到承前啟后的作用，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)、進(jìn)一步深造和從事電子信息技術(shù)等專業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。該課程的培養(yǎng)目標(biāo)不僅要求學(xué)員掌握扎實的理論基礎(chǔ)，還要求學(xué)員具備分析問題和解決問題的能力，使之能運(yùn)用所學(xué)知識解決工程實際問題。針對該課程特點和培養(yǎng)目標(biāo)，當(dāng)前我校在數(shù)字電路課程教學(xué)中存在如下問題。

（一）教學(xué)方法與模式單一

數(shù)字電路課程在要求學(xué)員全面掌握“三基”（即基本理論、基本知識和基本技能）的同時，還特別注重要培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和工程實踐能力。目前課堂授課方式大多采用講授式，教員大多以教育主體的身份對學(xué)員進(jìn)行理論灌輸，輔以簡單的操作演示。在這種模式下，學(xué)員沒有或者很少能參與到學(xué)習(xí)中去，大多是被動地汲取知識，缺乏主動性和能動性，無法對所學(xué)知識進(jìn)行深層次的理解和認(rèn)識，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。

（二）學(xué)員的自主學(xué)習(xí)能力不足

自主學(xué)習(xí)能力是提升部隊?wèi)?zhàn)斗力的根本途徑。但不同于地方院校的是，軍校學(xué)員在學(xué)習(xí)大量專業(yè)基礎(chǔ)知識的同時，還要完成軍事體能訓(xùn)練、隊列訓(xùn)練和軍事達(dá)標(biāo)考核等任務(wù)，而且軍校對學(xué)員實行統(tǒng)一管理，這樣就使學(xué)員的自主學(xué)習(xí)時間非常少，大部分學(xué)員接受知識都是依靠上課時間，課上弄不懂的知識也很少去主動解決。這就導(dǎo)致了部分學(xué)員自主學(xué)習(xí)意識薄弱，滿足于“60分萬歲，多一分浪費(fèi)”，完全是只知其然而不知其所以然，至于獨(dú)立思考和創(chuàng)新學(xué)習(xí)就更無從談起了[1]。

（三）學(xué)員創(chuàng)新能力較差

受傳統(tǒng)教育觀念影響，學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中大多是被動地接受知識，更多的是關(guān)注問題的答案是什么，而忽略了為什么。通過研究學(xué)員作業(yè)我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)員的做題思路大部分局限于教員上課時候的講解方法，不愿意去嘗試新的思路和新的方法。在這種教學(xué)氛圍下，培養(yǎng)出來的學(xué)員缺乏創(chuàng)新精神，創(chuàng)造能力差[2]。

因此，當(dāng)前迫切需要解決的問題之一就是如何激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)他們快樂學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)，以便顯著提升課堂教學(xué)效果。解決問題的關(guān)鍵就是在課堂上達(dá)成有效教學(xué)，即遵循教學(xué)過程的客觀規(guī)律，以盡量少的人力和物力投入，實現(xiàn)盡可能好的教學(xué)效果。而要想達(dá)成有效學(xué)習(xí)，教員應(yīng)兼顧教學(xué)過程的每個環(huán)節(jié)，即教學(xué)目標(biāo)→教學(xué)行為→學(xué)習(xí)活動→教學(xué)考評的全過程。

二、BOPPPS模型簡介

BOPPPS是一種十分有效的教學(xué)模型。該模型由北美地區(qū)高校教學(xué)技能培訓(xùn)機(jī)構(gòu)Instructional Skills Workshop（ISW）開發(fā)，充分體現(xiàn)了“學(xué)員為主體、教員為主導(dǎo)”的理念。

BOPPPS 模型將知識點教學(xué)過程劃分6個部分，如表1所示。

BOPPPS教學(xué)模型的核心有兩個：一是強(qiáng)調(diào)在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)員不只是聽講，而是要參與到學(xué)習(xí)中去;二是要實時掌握學(xué)員學(xué)習(xí)動態(tài)，及時調(diào)整教學(xué)活動。遵照這一模型的基本思想，教員應(yīng)鼓勵學(xué)員積極參與課堂教學(xué)過程，并且充分應(yīng)用各種直觀、形象、靈活多樣的教學(xué)手段，幫助學(xué)員全面、系統(tǒng)地深入理解和掌握理論知識[3]。

對教學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和相關(guān)實踐活動一直以來都是BOPPPS模型強(qiáng)調(diào)的重點。對于教員來說，基于BOPPPS模型的課堂教學(xué)對教學(xué)過程的每一個環(huán)節(jié)都有明確要求，教員在備課過程中，需要根據(jù)BOPPPS模型每一部分的具體要求來準(zhǔn)備每一堂課并書寫教案，如表2所示。

三、BOPPPS理念下實踐教學(xué)效果的探索

本文利用BOPPPS 模型對“組合邏輯電路的設(shè)計”一節(jié)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，針對其內(nèi)容進(jìn)行精心的規(guī)劃。

（一）引入（Bridge-in，B）

先引出本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容。一個好的引入可以吸引學(xué)員注意，建立學(xué)習(xí)動機(jī)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[4]。

本次課以一段學(xué)員參加合唱比賽的視頻作為引入，比賽過程中考核組由三名評委組成，每名評委面前有一個按鈕，當(dāng)評委認(rèn)為合唱可以進(jìn)入決賽時按下按鈕，當(dāng)2名或2名以上評委同意時，表明該組可以進(jìn)入決賽，表示是否通過的指示燈亮。視頻播放結(jié)束后，教員可以提出相應(yīng)問題：視頻中使用的表決器有什么特點？ 屬于什么電路？ 如何來實現(xiàn)視頻中的表決器？本設(shè)計任務(wù)來源于學(xué)員的生活實際，引導(dǎo)學(xué)員帶著真實的任務(wù)進(jìn)入學(xué)習(xí)情境，以此激發(fā)學(xué)員的興趣和求知欲。

（二）目標(biāo)（Objective，O）

學(xué)習(xí)目標(biāo)是學(xué)員學(xué)習(xí)的方向，是教員的教學(xué)依據(jù)，也是評估學(xué)員學(xué)習(xí)效果的標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)必須是便于學(xué)員理解的。這就要求目標(biāo)的設(shè)置必須清晰具體、易于描述和度量[5]。按照BLOOM教學(xué)目標(biāo)分類法的認(rèn)知、情感和技能三個方面來闡明學(xué)習(xí)目的，讓學(xué)員明確通過本次授課后能夠?qū)W會做什么。

在制訂學(xué)習(xí)目標(biāo)時，要摒棄傳統(tǒng)“了解”“理解”“掌握”的描述方式，而是更多地采用“通過本次課的學(xué)習(xí)你能夠做什么，達(dá)到什么程度”的句式。本次課的學(xué)習(xí)目標(biāo)包括：

1.知識能力目標(biāo)。（1）能夠根據(jù)要求和給定器件設(shè)計簡單的組合邏輯電路;（2）會判斷哪種電路為最優(yōu)電路。

2.方法能力目標(biāo)。（1）能夠利用數(shù)字實驗箱搭建實物電路，培養(yǎng)學(xué)員分析和解決實際問題的能力;（2）培養(yǎng)學(xué)員融會貫通的創(chuàng)新思維。

3.情感能力目標(biāo)。課堂上通過師生之間、生生之間的交流，培養(yǎng)學(xué)員溝通協(xié)作的能力。

（三）前測（Pre-assessment，P）

前測是在內(nèi)容講授之前檢驗學(xué)員對相關(guān)知識的認(rèn)知程度，根據(jù)前測結(jié)果教員可以更好地了解學(xué)員對知識基礎(chǔ)的掌握情況，以便及時調(diào)整講課思路、深度和進(jìn)度。前測可以采用提問、頭腦風(fēng)暴、小測試等多種方式進(jìn)行。

本次課采用教員提問、學(xué)員回答的互動方式來進(jìn)行，共測試了三個知識點：

1.要求學(xué)員黑板上寫出幾種常用門電路的邏輯符號和表達(dá)式，并列寫出真值表。

2.熟練說出布爾代數(shù)運(yùn)算的基本法則和化簡的基本方法。

（這兩部分是本次課的基礎(chǔ)，只有具備這些知識才可以完成組合邏輯電路的設(shè)計。）

3.接著引導(dǎo)學(xué)員思考上節(jié)課內(nèi)容：（1）什么是組合邏輯電路的分析？（2）組合邏輯電路分析的一般步驟有哪幾步？然后用一道題來演練分析步驟，因為設(shè)計是分析的逆過程，通過對分析過程進(jìn)行回顧，一方面可以加深學(xué)員印象，另一方面可以為新知識的講授做好鋪墊。

（四）參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning，P）

參與式學(xué)習(xí)是教學(xué)過程的主體部分。教員只是學(xué)習(xí)的組織者、指導(dǎo)者和幫助者，而學(xué)員才是課堂的主體。所以，這一步的關(guān)鍵就是如何讓盡量多的學(xué)員參與到學(xué)習(xí)過程中，主動參與討論、發(fā)表意見。這就需要教員運(yùn)用到眾多的技巧和方法，常見的參與式學(xué)習(xí)方式包括案例分析與討論、頭腦風(fēng)暴、角色扮演、合作學(xué)習(xí)、小組研討和動手實踐等[6]。

本次課首先以引入部分的表決電路為例，講解組合邏輯電路的設(shè)計過程，得出輸出表達(dá)式：[Y=AB+BC+AC]，并畫出電路圖。這時設(shè)計問題一：如果用“與非門”來設(shè)計該如何實現(xiàn)？將學(xué)員分組進(jìn)行討論，經(jīng)過邏輯代數(shù)的運(yùn)算和變換后可以得出第二種設(shè)計方案：[Y=AB+BC+AC=AB?BC?AC]

這時設(shè)計問題二：兩種方案的表決電路哪種更好？為什么？首先由學(xué)員討論并給出結(jié)論，然后教員根據(jù)每組回答情況進(jìn)行進(jìn)一步講解，與前面介紹的組合邏輯電路設(shè)計的“最優(yōu)”原則相呼應(yīng)，通過層層設(shè)疑，激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情。

為了讓學(xué)員更好地參與到學(xué)習(xí)過程中，增加課堂樂趣，本次課設(shè)有課堂實踐環(huán)節(jié)：學(xué)員以小組為單位用74LS00和74LS20芯片在數(shù)字實驗箱上搭接3人表決器，以培養(yǎng)他們的動手能力和解決實際問題的能力。

首先給出74LS00和74LS20的引腳圖，引導(dǎo)學(xué)員根據(jù)方案二完成實物搭建，如圖1所示。在此過程中，提醒學(xué)員思考：對于74LS20，多余引腳應(yīng)如何處理？

在活動結(jié)束后，請每個小組成員思考：在實際操作過程中有哪些需要注意的事項？在本組實操過程中出現(xiàn)了哪些問題？這些問題是如何解決的？通過總結(jié)感想和體會，加深學(xué)員對所學(xué)知識的理解，培養(yǎng)學(xué)員的自我反思和自我評價意識。

（五）后測（Post-assessment，P）

后測與前面制訂的教學(xué)目標(biāo)相呼應(yīng)，是為了了解本次課是否達(dá)到了前述教學(xué)目標(biāo)。有時學(xué)員不一定能達(dá)到該課程對知識單元的要求，需要根據(jù)后測的結(jié)果進(jìn)行作業(yè)的布置。

在本次課的后測環(huán)節(jié)，讓學(xué)員設(shè)計一個特快、普快和普慢列車開車的控制電路。設(shè)計任務(wù)從一個輸出量提升到三個，加大了工作量，提高了難度。學(xué)員在完成三人表決電路的實物搭建之后，已基本掌握組合邏輯電路的設(shè)計方法，通過一道難度適當(dāng)增加的練習(xí)題，可以鼓勵學(xué)員開拓思路，創(chuàng)新思維。

（六）小結(jié)（Summary，S）

總結(jié)是對課程教學(xué)內(nèi)容的匯總提煉[7]。為了進(jìn)一步鞏固學(xué)習(xí)目標(biāo)，要求學(xué)員用簡練的語言對本次教學(xué)的知識點進(jìn)行總結(jié)，并對授課內(nèi)容進(jìn)行整理和回顧。課堂總結(jié)起著承前啟后、上掛下聯(lián)的關(guān)鍵作用。一方面，通過對本次授課內(nèi)容的總結(jié)，有助于學(xué)員整合學(xué)習(xí)知識;另一方面，也可以引出下次課的授課內(nèi)容，并對下次課的教學(xué)過程提出新的期望和要求[8]。

本次課采用思維導(dǎo)圖構(gòu)建課堂知識脈絡(luò)，和學(xué)員一起對本次課的難點和重點內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)[9]，如圖2所示。該思維導(dǎo)圖清楚表達(dá)了組合邏輯電路設(shè)計的定義、步驟和驗證方法。

本次課程總結(jié)結(jié)束后，向?qū)W員介紹隨著電子技術(shù)的發(fā)展，組合邏輯電路設(shè)計的重心和實際邏輯命題也朝著中規(guī)模甚至大規(guī)模的方向發(fā)展。同時，引導(dǎo)學(xué)員思考：如果想用中規(guī)模集成器件來實現(xiàn)組合邏輯電路的設(shè)計，又該如何實現(xiàn)呢？從而引出下次課內(nèi)容。

四、結(jié)語

BOPPPS遵循“教學(xué)目標(biāo)→教學(xué)行為→學(xué)習(xí)活動→教學(xué)評估→教學(xué)目標(biāo)”的循環(huán)過程，其核心是充分調(diào)動學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，提高他們的學(xué)習(xí)參與度，進(jìn)而創(chuàng)造出輕松愉快、自主學(xué)習(xí)、探究式的熱烈氛圍，使教員能夠有效地組織課程教學(xué)，獲取反饋信息[10]，從而更好地服務(wù)課堂教學(xué)。實踐表明，將BOPPPS模型引入課堂教學(xué)，能夠大大激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣，十分有效地解決我校本課程課堂教學(xué)中存在的諸多問題，收到良好的效果。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 牛玉缽.提升軍校學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力的路徑思考[J].邊疆經(jīng)濟(jì)與文化，2016（5）：76-77.

[2] 羅宇，付紹靜，李暾.從BOPPPS教學(xué)模型看課堂教學(xué)改革[J].計算機(jī)教育，2015（6）：16-18.

[3] 高磊，馬青娜，李海洋.基于軍校學(xué)員創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)改革[J].大學(xué)教育，2019（1）：171-173.

[4] 陳桂友，張姣，王平，等.基于BOPPPS和LBD的單片機(jī)教學(xué)研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2015（5）：65-68.

[5] 穆華，李春.BOPPPS模型及其在研究型教學(xué)中的應(yīng)用探究[J].陜西教育（高教），2015（10）：27-30.

[6] 武東英，肖達(dá)，丁志芳，等.基于BOPPPS教學(xué)模型的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)設(shè)計[J].計算機(jī)教育，2015（22）：60-63+67.

[7] 楊斌.基于BOPPPS模型的Android程序設(shè)計課程教學(xué)設(shè)計[J].計算機(jī)教育，2018（5）：144-146.

[8] 曹丹平，印興耀.加拿大BOPPPS教學(xué)模式及其對高等教育改革的啟示[J].實驗室研究與探索，2016（2）：196-200+249.

[9] 李香宇，張亞周，張靜.BOPPPS在軍校“電子技術(shù)”課程教學(xué)的應(yīng)用[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2019（4）：69-72.

[10] 陳衛(wèi)衛(wèi)，李清，李志剛，等.基于概念圖和BOPPPS模型的教學(xué)研究與實踐[J].計算機(jī)教育，2015（6）：61-65.

[責(zé)任編輯：劉鳳華]