基于BOPPPS的新工科課堂教學設(shè)計

張琴 周福娜 向陽

摘要 堅持立德樹人根本任務(wù)，以新工科建設(shè)為引領(lǐng)，聚焦課堂教學創(chuàng)新，文章提出基于BOPPPS的新工科課堂教學設(shè)計。首先分析了學生在課堂中的注意力曲線，采用增強學生互動的書架式BOPPPS策略；然后詳細闡述了BOPPPS六個環(huán)節(jié)的含義和設(shè)計準則，并重點分析了教學目標的參與式學習安排；最后以“負反閉環(huán)饋控制系統(tǒng)”課堂為例，具體說明了BOPPPS課堂教學設(shè)計的具體方法。結(jié)果表明，BOPPPS能使學生深入?yún)⑴c課堂學習，有效改進了注意力分散的情況，高階能力有所提升。

關(guān)鍵詞 新工科；BOPPPS；教學目標；參與式學習；課堂設(shè)計

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.7.020

《中國教育現(xiàn)代化2035》強調(diào)堅持立德樹人根本任務(wù)，落實“以本為本、四個回歸”的要求，以“新工科、新農(nóng)科、新醫(yī)科、新文科”建設(shè)理念引領(lǐng)，聚焦教學創(chuàng)新，引導(dǎo)教師潛心教書育人，形成卓越教學的價值追求和自覺行動。

1國內(nèi)外的課堂教學創(chuàng)新模式

Liu等（2016年）比較了無干預(yù)和非混合學習的效果，得到混合學習對衛(wèi)生專業(yè)學習者是有效的，并且測試前后的研究設(shè)計、練習和客觀結(jié)果評估可以改善醫(yī)療保健學習者的知識獲取[1]。Adi等（2020年）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，混合學習與基于項目的學習活動相結(jié)合可提供各種學習資源來促進學習[2]。Wang等（2021年）選擇上海交通大學口腔醫(yī)學院的28名學生作為研究對象，發(fā)現(xiàn)基于問題的學習（Problem Based Learning，PBL）顯著提高了學生在理論課上的自主學習能力[3]。Ma等（2021年）研究了混合學習中結(jié)合導(dǎo)入、學習目標、前測、參與式學習、后測、總結(jié)的BOPPPS模式（Bridge-in、Objective、Pre-assessment、Participatory Learning、Post-assessment、Summary）的教學方法可以激發(fā)學生的積極性和興趣，提高學生的學習技能和學習動機，提高自主學習能力、學業(yè)成績和教學質(zhì)量[4]。

楊嬌（2019年）按照BOPPPS模型基本結(jié)構(gòu)中的6個階段設(shè)計“大學計算機基礎(chǔ)”課程的教學內(nèi)容，以學生為中心，化被動學習為主動學習，有效培養(yǎng)學生自主學習的能力[5]。陶丹丹等（2020年）采用BOPPPS模型設(shè)計“多速率數(shù)字信號處理”課堂教學，提高教學設(shè)計質(zhì)量、激發(fā)學生的學習能動性[6]。謝微等（2021年）通過整合“BOPPPS”與“PBL”兩種教學模式，推進教學從“課堂內(nèi)”向“課堂內(nèi)外結(jié)合”，強化學生學習的主動性，達到將專業(yè)教育與應(yīng)用型人才培養(yǎng)有機結(jié)合的目的，實現(xiàn)教學效果最大化[7]。鄭燕林和馬蕓（2021年）驗證了BOPPPS在線教學情境下能促進學生真正參與課堂教學，是較好提升教學質(zhì)量的參與式教學實踐策略[8]。

2課堂教學創(chuàng)新模式分析

秉承習近平總書記在全國教育大會上的重要講話：“堅持改革創(chuàng)新，以凝聚人心、完善人格、開發(fā)人力、培育人才、造福人民為工作目標，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人”。學校確立以學生發(fā)展為中心的教學理念，引入新工科和產(chǎn)學研結(jié)合的教學內(nèi)容，開展分層型和導(dǎo)向性的教學過程，采用過程性和同伴評的考核方式，以及多樣化和信息化的教學資源，解決教與學的痛點問題，實現(xiàn)對學生的知識引領(lǐng)、能力塑造、素質(zhì)培養(yǎng)的教學目標。其中研究激發(fā)學生的學習能動性，促進學生深入?yún)⑴c教學全過程的課堂教學創(chuàng)新模式是重中之重。

但在傳統(tǒng)課堂學習時間里，學生注意力有2/3的時間處于低專注力階段，導(dǎo)致學生無法及時有效地掌握課堂知識。所以要想提高學生對課堂的注意力，需要采用書架式策略[9]。通過教師講授與學生主動學習策略交叉進行，增強了與學生的互動，促進學生積極參與課堂活動，其中一項有效的書架式策略就是BOPPPS。

BOPPPS模型由加拿大英屬哥倫比亞大學（University of British Columbia，UBC）的Douglas Kerr于1978年所提出。其理念是以學習者為中心，強調(diào)學習者的積極參與，不斷調(diào)動學習者的學習熱情，使其真正成為自主學習的主人。BOPPPS教學模式對不同的學科都有很強的適應(yīng)性和可操作性，在此以電氣系的專業(yè)必修課“自動化儀表與過程控制”為例進行BOPPPS教學設(shè)計。

3“自動化儀表與過程控制”的BOPPPS設(shè)計

BOPPPS是Bridge-in導(dǎo)入、Objective學習目標、Preassessment前測、Participatory Learning參與式學習、Postassessment后測、Summary總結(jié)等六個環(huán)節(jié)的英文單詞首字母，這六個環(huán)節(jié)構(gòu)成一個完整而有效的課堂教學過程，每個環(huán)節(jié)都為教學目標的實現(xiàn)而服務(wù)。

3.1 Bridge-in導(dǎo)入

導(dǎo)入的目的是在教學活動中提高學生的注意力，以及凸顯課程內(nèi)容與學生之間的關(guān)聯(lián)，讓課堂內(nèi)容成為應(yīng)用的技能。導(dǎo)入的形式可以是：與課程主題相關(guān)的音頻視頻，或者是拋出與事實和生活相關(guān)的問題，或者和已經(jīng)學過的內(nèi)容或未來將要學的內(nèi)容進行知識銜接。

以“負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”這節(jié)課為例，導(dǎo)入蛟龍?zhí)柕囊曨l，通過介紹蛟龍?zhí)柺俏覈孕性O(shè)計、自主集成研制的載人潛水器，可在海山和熱液噴口等復(fù)雜海底進行正確就位，為深海探礦、生物考察等提供可靠保證?？梢姖撍鞯奈恢每刂葡喈斨匾?。

3.2 Objective學習目標

學習目標就是要明確課堂結(jié)束后學生能獲得什么，且這種獲得是可測量的或能夠被觀測到的。以學習目標為核心的效能檢測是BOPPPS課堂教學的最終落腳點，整個課堂主要由課堂問題導(dǎo)入誘發(fā)，核心是師生之間圍繞問題解決的參與式互動[10]。要建立吳巖司長提出的“兩性一度”標準的金課，就需要多設(shè)置分析、評價、創(chuàng)造式的高階性目標。在此采用SMART原則撰寫，S代表的是具體的不能是模糊的，即教師和學生都要清楚地知道學習目標是什么；M是可測量的，學習目標是可以被教師觀察檢驗的；A即通過學生的努力可以達到的目標；R即相關(guān)的，應(yīng)該讓學生能夠明白其中的理論意義和應(yīng)用價值；T即要確保學生能夠及時和按時完成。

具體如“負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”中有三個教學目標：①通過本節(jié)課學習，每個人能清晰復(fù)述閉環(huán)控制系統(tǒng)的定義；②在課堂上，每個同學能設(shè)計出實現(xiàn)精準控制的閉環(huán)位置控制系統(tǒng)；③課后通過考察偏差變化，小組能完整分析負反饋閉環(huán)系統(tǒng)的控制過程，并應(yīng)用于潛水器的定高與定深位置控制。

3.3 Pre-assessment前測

在“自動化儀表與過程控制”混合式課程中，單人或小組做是非、選擇、問答、思維導(dǎo)圖等題前測線上課內(nèi)容和PBL小組作業(yè)，完成線上到線下課的過渡，通過前測教師會得到很多信息，比如：學生已經(jīng)知道哪些知識，教師是否需要調(diào)整學習的深度和速度，學生感興趣的內(nèi)容有哪些。而對于學生來說，前測將喚起以前的知識，可以通過復(fù)習以前的知識獲得自信，并且評估自己可以獲得改善的地方，以便澄清概念、集中注意力。

“負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”中的前測是線上課小組查找壓阻式壓力傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域并繪制思維導(dǎo)圖。同學們回顧了壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)和測壓原理，完成線上線下的過渡銜接。從中教師能了解學生對線上知識的掌握程度，學生對差壓液位計是否感興趣，進一步拋出問題“蛟龍?zhí)柪脡毫鞲衅鳈z測海底高度時，如何在深海進行位置控制呢？”來引導(dǎo)學習。

3.4 Participatory Learning參與式學習

參與式學習是在課堂上用時最多的環(huán)節(jié)。對老師來說，詳細計劃可實行的參與式學習活動，可使學生的學習效果最大化，而對于學生來說，也會為了達成學習目標而積極參與學習。重視主動學習的參與式教學包括師生互動和生生互動，主要方法有演示、簡短的應(yīng)用練習、拋出問題、分析問題、解決問題、案例分析、角色扮演、實驗仿真。

“負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”中的參與式學習包括：講授學習、小組討論、深度學習、小組討論角色扮演、深度學習。首先由傳感器和控制器芯片入手講授蛟龍?zhí)柕奈恢每刂葡到y(tǒng)設(shè)計思路；當位置開環(huán)系統(tǒng)的抗干擾能力較差，無法實現(xiàn)位置的精準控制時，思考如何改進控制系統(tǒng)呢，進而深度學習閉環(huán)控制系統(tǒng)和負反饋概念，引導(dǎo)學生思考如何進行偏差運算來構(gòu)成負反饋控制系統(tǒng)。通過小組設(shè)計潛水器的位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用角色扮演閉環(huán)控制四要素并分析控制過程，充分的互動讓學生深入?yún)⑴c到教學中來；最后通過Simulink仿真驗證控制效果，并和開環(huán)系統(tǒng)比較，達到實踐是檢驗真理的唯一標準的目的。

3.5 Post-assessment后測

后測的內(nèi)容包括2部分，一是基礎(chǔ)知識與理解，可通過選擇、判斷、配對、填空、簡答等來進行，采用學習通進行統(tǒng)計；二是熟練的應(yīng)用或者分析案例等。通過后測教師會得到學生學會了什么、預(yù)期目標是否達到等信息，同時學生會有三部分收獲：①學習到了什么？②哪些知識重要？③存在哪些問題？

在“負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”課堂中，學生學習了設(shè)計和分析蛟龍?zhí)柕亩ㄉ羁刂坪螅鬁y學生設(shè)計蛟龍?zhí)柖ǜ呖刂葡到y(tǒng)的思路和過程，查驗學生對閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理和分析是否掌握并能熟練應(yīng)用。

3.6 Summary總結(jié)

教師和學生一起總結(jié)本節(jié)課的重難點，再次反思學習目標是否達到。對本次課的內(nèi)容進行快速復(fù)習總結(jié)的作用是承前啟后，既對本節(jié)課的內(nèi)容進行梳理，又對后續(xù)內(nèi)容進行引述?？偨Y(jié)的內(nèi)容和形式可以是師生一起總結(jié)概括、小組總結(jié)一分鐘反饋，相關(guān)思政教育延伸，并預(yù)告下節(jié)課的內(nèi)容。

“負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”學習了三部分內(nèi)容：①設(shè)計開環(huán)系統(tǒng)能實現(xiàn)位置控制，但無法精準控制；②復(fù)述閉環(huán)控制系統(tǒng)的概念，設(shè)計閉環(huán)位置控制系統(tǒng)；③分析負反饋閉環(huán)系統(tǒng)的控制過程，根據(jù)偏差控制可消除偏差達到期望值。從蛟龍?zhí)柕綂^斗者號成功坐底馬里亞納海溝深度10909米，達到國際最大下潛深度，代表我國的深海裝備系統(tǒng)自主創(chuàng)新的進一步提升。

4教學效果

在“自動化儀表與過程控制”的每節(jié)線下課采用BOPPPS來組織教學設(shè)計。1分鐘導(dǎo)入工程應(yīng)用、學科熱點、社會需求等，可以是深海潛水器的位置控制系統(tǒng)設(shè)計，助老機器人控制系統(tǒng)設(shè)計等。0.5分鐘明確學習目標：學習理論方法和應(yīng)用實例、掌握控制理論的推導(dǎo)過程和儀器儀表的結(jié)構(gòu)原理、提高設(shè)計控制方案解決問題的能力。4.5分鐘前測：了解學生的線上學習情況，銜接前一節(jié)課小組PBL作業(yè)。33分鐘參與式學習：拋出問題引發(fā)學生思考和小組討論，通過案例分析問題，進一步提出問題幫助學生深度遷移學習，經(jīng)由角色扮演、編程仿真、翻轉(zhuǎn)課堂分享分析問題的過程。2分鐘后測：通過是非、選擇、簡答、反思日志等評估學生的學習結(jié)果，是否達到學習目標。4分鐘總結(jié)：內(nèi)容總結(jié)、延伸學習，科學的研究方法和質(zhì)疑精神，生產(chǎn)裝備的國產(chǎn)化，科技興國的使命擔當。

2017年至2021年在電氣系高年級的“自動化儀表與過程控制”課程中實行BOPPPS課堂教學設(shè)計，四個學期考核成績的比較如圖1所示。從2017年開始，考核不及格的學生比例顯著下降，及格、中等和良好學生的占比有所上升，特別是2021年的優(yōu)秀率達到了21%，可見采用BOPPPS課堂教學設(shè)計實現(xiàn)了教學目標，能有效提高學生對知識的理解、掌握和應(yīng)用能力。表1（p67）則進一步說明了BOPPPS課堂策略的良好效果，92.31%的學生贊同課堂以學生為中心，84.62%的學生反映課堂中的學生互動形式多樣，教師能較好地分配時間進行理論講解和實踐分析。也有一半學生希望教師能更好地突出重點化解難點，全面提升學生的創(chuàng)新能力，可見學生對問題的思考和對自己能力的提高都有了高階的認識，對老師也提出了高要求。

5結(jié)語

本文以激發(fā)學生學習主動性的新工科建設(shè)為創(chuàng)新目標，對“自動化儀表與過程控制”課程進行BOPPPS課堂創(chuàng)新設(shè)計，以“負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”課堂教學為例，詳細闡述了BOPPPS的設(shè)計方法。特別突出了教學目標和參與式學習兩部分的設(shè)計，可讓學生明確在時間等條件限制下具體的學習目標及完成度；而在30分鐘左右的參與式學習中，教師充分調(diào)動學生課堂參與度的積極性，不斷提高學生的注意力，促進學生不斷思考，進而推動問題的解決，最終實現(xiàn)以學生的知識引領(lǐng)、能力塑造、素質(zhì)培養(yǎng)為中心的教學目標。

基金項目：2021年上海市教育科學研究一般項目“科教融合的未來港口物流智慧孿生仿真平臺及其應(yīng)用”（C2021072）；2022年上海高校市級重點課程“現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)”線下課程建設(shè)（2022192）。

參考文獻

[1]Liu Q， Peng W， Zhang F， et al. The Effectiveness of Blended Learning in Health Professions：Systematic Review and MetaAnalysis[J]. Journal of Medical Internet Research， 2016， 18（1）： 2.

[2]Abdillah A， Solihatin E， W R A M K. Needs Analysis of Blended Learning Development on Instructor Training at Basarnas[J]. Journal of Education Research and Evaluation， 2020， 4（4）： 366.

[3]Wang H， Xuan J， Liu L， et al. Problem-based learning and case-based learning in dental education[J]. Annals of Translational Medicine， 2021， 9（14）： 1137-1137.

[4]Ma X， Ma X， Li L， et al. Effect of blended learning with BOPPPS model on Chinese student outcomes and perceptions in an introduction course of health services management[J]. Advances in Physiology Education， 2021， 45（2）： 409-417.

[5]楊嬌.大學計算機基礎(chǔ)課程的BOPPPS教學法設(shè)計——以認識十進制與二進制為例[J].計算機工程與科學，2019，41（S1）：178-181.

[6]陶丹，黃琳琳，胡健，等.基于BOPPPS模型的“多速率數(shù)字信號處理”課堂教學設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2020，37（7）：183-186.

[7]謝微，何星存，段振華，等.“BOPPPS+PBL”教學模式初探——以《食品質(zhì)量安全快速檢測技術(shù)》為例[J].食品工業(yè)，2019，40（2）：230-233.

[8]鄭燕林，馬蕓.基于BOPPPS模型的在線參與式教學實踐[J].高教探索，2021（10）：5-9.

[9]GibbsG.Preparingtoteach：anintroductiontoeffectiveteachinginhighereducation-SydneyJonesLibrary，UniversityofLiverpool[EB/OL]， 1992.

[10]徐玉錦，金明玉，柳振宇，等.基于BOPPPS與超星學習通結(jié)合的中醫(yī)基礎(chǔ)理論混合式教學模式研究[J].2019，30（6）：1481-1482.