BOPPPS教學模式在課程教學中的運用與探索

汪楓 劉潤華 謝超 方群樂 王晉晶

[摘 要] 從軍隊院校金課建設(shè)要求出發(fā)，結(jié)合BOPPPS教學模式的優(yōu)勢，提出BOPPPS教學模式下的“雷達原理與系統(tǒng)”課程教學設(shè)計理念，選擇該課程中“模擬I/Q正交鑒相電路”這一典型教學案例，展示如何運用BOPPPS教學模式進行課堂教學設(shè)計，包括引入、教學目標、前測、參與式學習、后測和總結(jié)六個環(huán)節(jié)，并對教學效果進行分析和總結(jié)。結(jié)合教學實踐，發(fā)現(xiàn)基于BOPPPS教學模式開展“雷達原理與系統(tǒng)”教學改革具有獨特優(yōu)勢，是一種行之有效的方法。

[關(guān)鍵詞] 雷達原理與系統(tǒng);BOPPPS教學模式;教學設(shè)計

[中圖分類號] G642.42 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）10-0119-04 [收稿日期] 2021-03-31

軍隊院?！敖鹫n”應(yīng)具有“政治性、實戰(zhàn)性、創(chuàng)新性、高階性和挑戰(zhàn)度”即“四性一度”基本特征[1，2]，主要內(nèi)涵要求表現(xiàn)在幾個方面：課程功能加強立德樹人使命;課程教學目標維度增加;課程內(nèi)容及呈現(xiàn)形態(tài)立體化;教學模式方法以學生為中心;教員需成為知識的“加工師”和“設(shè)計師”;課程實施綜合能力考核。為了適應(yīng)新時代對軍隊院校高等教育課程提出的新要求，結(jié)合BOPPPS教學模式的獨特優(yōu)勢，提出了BOPPPS教學模式下的“雷達原理與系統(tǒng)”課程教學設(shè)計理念。選擇“模擬I/Q正交鑒相電路”這一典型教學案例，展示了如何運用BOPPPS教學模式進行“雷達原理與系統(tǒng)”課程教學設(shè)計，并給出了課程教學改革思路。結(jié)合教學實踐，發(fā)現(xiàn)基于BOPPPS教學模式開展“雷達原理與系統(tǒng)”教學改革是一種行之有效的方法。

一、BOPPPS教學模式簡介

BOPPPS教學模式[3-5]將課堂教學過程實施分為六個基本環(huán)節(jié)：引入、教學目標、前測、參與式學習、后測和總結(jié)。該教學模式倡導(dǎo)教學理念是以學員為中心，教學設(shè)計核心突出的是學員能力的提升，教學方式強調(diào)的是學員參與式學習。在BOPPPS教學模式設(shè)計中，要充分平衡教員“講授”和學員“參與”的關(guān)系，無論是30分鐘、45分鐘或90分鐘的教學時長，都要盡可能以六個環(huán)節(jié)為依據(jù)。模塊化的課堂教學安排使得整個教學過程條理清晰、內(nèi)容連貫，學員通過參與式學習，最終達到較好的教學效果，其教學流程如圖1所示。

二、BOPPPS教學模式下“雷達原理與系統(tǒng)”教學設(shè)計理念

“雷達原理與系統(tǒng)”課程的教學目標中明確指出要求學員理解基本概念和基礎(chǔ)理論，如基本概念包括噪聲系數(shù)、靈敏度、全相參、駐波比、相位噪聲等，基礎(chǔ)理論包括模糊函數(shù)、匹配濾波、目標檢測等，因此針對這些內(nèi)容在BOPPPS教學模式的“引入”和“教學目標”環(huán)節(jié)要注意方法。一般應(yīng)避免直接講解基本概念和基礎(chǔ)理論，可以采用增強與上次課或前期章節(jié)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，強調(diào)基本概念和理論的重要性，從裝備案例的實際應(yīng)用中自然引入等多種方法，這樣既能實現(xiàn)理論聯(lián)系實際，又能激發(fā)學員的學習興趣。

“雷達原理與系統(tǒng)”是電類課程的綜合應(yīng)用，要求學員具有較好的電路分析、信號與線性系統(tǒng)、電子線路等課程基礎(chǔ)，這些課程開設(shè)于大二或大三上，而本課程開設(shè)于大三下，因此經(jīng)過幾個學期后，大部分學員對“電類”知識點僅存部分模糊印象?；谶@樣的學情，在BOPPPS教學模式的“前測”環(huán)節(jié)可以設(shè)置相關(guān)的“電類”基礎(chǔ)知識題，這樣既能回顧“電類”知識點，為新知識點的學習打下基礎(chǔ)，又能自然過渡到所要學習的新內(nèi)容，符合認知規(guī)律。

BOPPPS教學模式的核心是“參與式學習”，這一環(huán)節(jié)組織實施一定要體現(xiàn)“以學員為主體”。由于“雷達原理與系統(tǒng)”課程中基礎(chǔ)理論和工作原理模塊中常常有數(shù)學公式推導(dǎo)與計算、工作原理分析與仿真、系統(tǒng)組成設(shè)計和實現(xiàn)，因此在這一環(huán)節(jié)，可以采取“翻轉(zhuǎn)課堂”模式[6，7]，教員引導(dǎo)學員分析工作過程，引導(dǎo)學員利用“電類”知識、軟件仿真結(jié)果或典型例題求解，從中找到解決問題的方法，其具體公式推導(dǎo)與計算、工作波形分析、實現(xiàn)框圖畫法等交給學員來完成，這樣既節(jié)省了課堂教學時間，又鍛煉了學員邏輯推理、綜合應(yīng)用能力，真正實現(xiàn)“教員主導(dǎo)、學員主體”教學理念，讓教員從“編劇和主演”轉(zhuǎn)變?yōu)椤安邉澣撕徒M織者”，學員從“觀眾”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸餮荨?。在“參與式學習”環(huán)節(jié)利用“多頻次、碎片化”的“翻轉(zhuǎn)課堂”，可以讓學員真正參與其中，有利于集中學員的注意力，還可以逐步提升學員的合作、表達能力，符合高素質(zhì)新型軍事人才的培養(yǎng)目標。

由于“雷達原理與系統(tǒng)”是后續(xù)“雷達或電子對抗裝備”課程的基礎(chǔ)，注重培養(yǎng)學員理論聯(lián)系實際及分析和解決問題的能力。所以在BOPPPS教學模式的“后測”環(huán)節(jié)可以設(shè)置精選的典型裝備實例或部隊實訓(xùn)實戰(zhàn)案例讓學員分析，這樣既能夠檢驗學員的學習效果，又能鞏固所學的知識。在“總結(jié)”環(huán)節(jié)，除了回顧本次課所學基本知識點，還要布置下次課所學內(nèi)容并說明與本次課內(nèi)容的聯(lián)系，尤其新教學內(nèi)容中將要用到哪些“電類”知識、微波技術(shù)知識，引導(dǎo)學員課后進行有目的、有針對性地預(yù)習，同時也為下次課的“前測”環(huán)節(jié)做好鋪墊。

三、基于BOPPPS教學模式的課堂教學案例設(shè)計

“I/Q正交鑒相”電路是雷達接收機的重要組成部分，是從雷達回波信號到雷達信息提取的第一個環(huán)節(jié)，對理解雷達信息提取非常關(guān)鍵，鑒于此下面以教學時長約為30分鐘左右的“模擬I/Q正交鑒相電路”作為典型教學案例，展示如何利用BOPPPS模式進行課堂教學設(shè)計以達到更好的教學效果。

（一）引入

在導(dǎo)入環(huán)節(jié)可以圍繞兩個核心問題展開，采用啟發(fā)式、探究式的引入方式，能夠吸引學員的注意力，激發(fā)學員的學習興趣。

1.雷達中頻回波信號中包含哪些信息？緊貼學員專業(yè)方向進行導(dǎo)入，提問：雷達情報中包含目標的哪些信息呢？這些信息如何體現(xiàn)在雷達中頻回波信號中呢？

2.中頻回波信號中的幅度和相位信息如何提?。磕敲蠢走_接收機如何提取中頻信號幅度和相位信息呢？引導(dǎo)學員思考的同時，自然引入將要學習的新內(nèi)容。

（二）教學目標

1.知識目標。掌握模擬I/Q正交雙通道處理電路在雷達接收機中的作用;理解模擬I/Q正交雙通道處理電路性能優(yōu)缺點;能畫出模擬I/Q正交鑒相電路的實現(xiàn)框圖。

2.能力目標。通過探究I/Q正交雙通道處理電路的作用和性能特點，提高學員發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和歸納總結(jié)的能力。

3.情感與素質(zhì)目標。通過探究I/Q正交雙通道處理電路的作用，培養(yǎng)學員樹立“取長補短、合作共贏”的價值觀。

（三）前測

為順利開展后續(xù)的課堂教學活動，利用前測環(huán)節(jié)進一步了解學員對前期知識掌握情況。

雷達波長為1m，目標徑向速度為50m/s，雷達脈沖重復(fù)頻率為800Hz，請計算目標多普勒頻率，目標多普勒周期和1個多普勒周期內(nèi)相參脈沖個數(shù)。

通過前測，學員已經(jīng)掌握多普勒信息在雷達中頻回波信號中數(shù)學表示方法及其單通道正交鑒相的原理框圖。

（四）參與式學習

1.雷達接收機為何要進行I/Q雙通道正交鑒相處理？

教員：直接點明雷達接收機采用的I/Q雙通道正交鑒相處理，引導(dǎo)學員利用仿真軟件自行找到原因。

實驗一：請學員觀察模擬I/Q正交處理輸入/輸出信號的時、頻域波形，注意I/Q兩路時域波形中零點位置，并分析出現(xiàn)的原因。

實驗二：請學員觀察模擬I/Q正交處理輸入/輸出信號的時域波形，注意I/Q兩路時域波形變化，并分析出現(xiàn)的原因。

學員歸納出雷達接收機采用I/Q雙通道處理的原因：克服盲相、區(qū)分多普勒正負。教員自然說出思想政治內(nèi)容，雙通道處理能做到取長補短，達到合作共贏的目標。接著引出如何實現(xiàn)的問題。

2.雷達接收機如何實現(xiàn)模擬I/Q雙通道正交鑒相處理？

教員引導(dǎo)學員梳理仿真實驗中輸入/輸出信號頻域變化，利用前測過程中畫出的單通道的實現(xiàn)框圖，分組討論畫出I/Q雙通道處理的實現(xiàn)框圖。

教員利用PPT再次強調(diào)實現(xiàn)方法中相參振蕩信號頻率與雷達中頻頻率（忽略多普勒頻率）要相等，并引導(dǎo)學員深入分析框圖，找出模擬實現(xiàn)框圖中模擬器件包括：乘法器、放大器和濾波器、移相器等。這些器件本身誤差會給處理結(jié)果帶來一定的影響，自然引出模擬I/Q實現(xiàn)正交鑒相方法的優(yōu)缺點問題。

3.模擬I/Q雙通道正交鑒相處理性能特點是什么？

（1）教員引導(dǎo)學員分組討論器件帶來的誤差，得出結(jié)論放大器、濾波器可能帶來兩支路增益的不同，移相器的實際相移值不是90°。針對這兩個可能出現(xiàn)的問題，學員通過仿真軟件，觀察實驗結(jié)果，討論性能特點。

實驗三：請學員觀察模擬I/Q正交處理輸入/輸出信號的時域波形，注意I/Q兩路時域波形變化，并分析變化可能帶來的影響。

實驗四：請學員觀察模擬I/Q正交處理輸入/輸出信號的時域波形，注意I/Q兩路時域波形變化，并分析變化可能帶來的影響。

學員歸納出模擬I/Q正交鑒相處理的性能缺點為：存在幅度不平衡和相位不正交。

（2）教員啟發(fā)學員分析模擬I/Q正交鑒相處理的優(yōu)點，讓學員接著討論對后續(xù)A/D電路的影響。

至此，新知識已經(jīng)學習完畢，接下來要檢測教學效果?！昂鬁y環(huán)節(jié)”可以多準備幾個題目，視學情合理選擇。

（五）后測

1.（選填）雷達接收機采用包絡(luò)檢波電路能提取中頻回波信號中的? ? ? ? ? （幅度/相位）信息，采用I/Q正交雙通道處理能提取中頻回波信號中? ? ? ? ??（幅度/相位）信息。

2.（選填）雷達接收機采用I/Q正交雙通道處理可以克服? ? ? ? ??（盲相/盲速），區(qū)分多普勒頻率? ? ? ? ??（正負/大?。?/p>

（六）總結(jié)

1.總結(jié)本堂課教學內(nèi)容。（1）雷達接收機采用I/Q正交鑒相電路目的是：提取雷達中頻回波中幅度和相位信息。（2）雷達接收機采用I/Q正交鑒相電路原因是：克服盲相、區(qū)分多普勒正負。（3）模擬I/Q正交鑒相電路的優(yōu)點：降低對A/D采樣率的要求，缺點：存在幅度不平衡和相位不正交。

2.引出下堂課教學內(nèi)容。針對模擬I/Q正交鑒相電路的特點，主要用于超寬帶雷達接收機中用于降低對采樣率的要求，對于防空預(yù)警雷達接收機，可以采用數(shù)字I/Q正交鑒相處理，用于克服模擬I/Q正交鑒相電路的缺點，因此下堂課學習數(shù)字I/Q正交鑒相電路。

四、基于BOPPPS教學模式的教學效果分析與總結(jié)

通過對“模擬I/Q正交鑒相電路”的課堂教學設(shè)計案例可以看出，該課堂強調(diào)的是通過合理選擇教學內(nèi)容和優(yōu)化教學環(huán)節(jié)安排，有機地將學員前期電類課程基礎(chǔ)知識和課堂綜合應(yīng)用融為一體;最大限度地激發(fā)學員學習的熱情，最后將學員變?yōu)檎n堂的主角，而教員只是負責引導(dǎo)學員學習的配角。

教學效果主要體現(xiàn)在對學員和對教員的影響兩個方面，對學員的影響主要有以下兩點。

1.通過創(chuàng)造和諧融洽的課堂氛圍，鼓勵學員積極參與課堂討論，自主完成仿真實驗，極大增強了學員在課堂學習的積極性。

2.通過分享展示小組討論結(jié)果，提升學員個人的口頭表達能力和思辨能力。

對教員的影響主要有以下兩點。

1.教員技能的提升。課前對BOPPPS六個教學環(huán)節(jié)的精心設(shè)計;課中熱情飽滿、積極引導(dǎo)學員;課后給學員提供及時答疑，同時對自己的教學進行科學的反思與分析。這一系列的教學活動提高了教員在各方面的教學能力，讓教員的教學效果得到質(zhì)的提升。

2.對“教學”的重新認識，有教有學才是教學。要做到“有教有學”，教員不僅要認真?zhèn)湔n，積極創(chuàng)造條件讓學員學習（教員教）;同時也能激發(fā)學員的參與熱情，讓學員能做到“知無不言，妙不可言”，從而教員也能從學員身上學到新的知識或理念（教員學）。

結(jié)語

基于BOPPPS教學模式，課程團隊對“雷達原理與系統(tǒng)”課程進行了兩期課堂教學探索與實踐，發(fā)現(xiàn)BOPPPS教學模式具有較強的實踐性和可操作性，大部分學員消除了“雷達原理與系統(tǒng)”課程是“天書”的畏難思想，課堂教學質(zhì)量和效益得到明顯提升。因此，采用BOPPPS教學模式進行“雷達原理與系統(tǒng)”課程改革是一種行之有效的方法。但必須說明的是，BOPPPS教學模式僅僅給出課堂教學設(shè)計的基本要素，教員在BOPPPS教學實施過程中，應(yīng)該結(jié)合學時、學情和教學內(nèi)容等實際情況對該教學模式的基本要素進行調(diào)整，只有結(jié)合實際的靈活應(yīng)用才能更好地因材施教。

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Application and Exploration on BOPPPS Teaching Mode in Course Teaching

— Taking “Analog I / Q Quadrature Phase Detector Circuit” in Radar Principle and System Course as an Example

WANG Feng， LIU Run-hua， XIE Chao， FANG Qun-le， WANG Jin-jing

（Air Force Early Warning Academy， Hubei University， Wuhan， Hubei 430019， China）

Abstract： Starting from the requirements of military academy golden course construction， combined with the advantages of BOPPPS teaching mode， this paper puts forward the teaching design concept of “Radar Principle and System” under BOPPPS teaching mode. We select the typical teaching case of “analog I/Q quadrature phase detector” to show how to use BOPPPS teaching mode to carry out classroom teaching design， including six links of introduction， teaching objectives， pre-test， participatory learning， post-test and summary， and the teaching effect is analyzed and summarized. Combined with teaching practice， it is found that the teaching reform of “Radar Principle and System” based on BOPPPS teaching mode has unique advantages， which is an effective method.

Key words： Radar Principle and System; BOPPPS teaching mode; teaching design