BOPPPS教學(xué)法在“電路”課程教學(xué)中的應(yīng)用
——以基爾霍夫定律為例

費(fèi)雯麗 王曉蓓 徐 星 張?zhí)烊?/p>

海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院 湖北武漢 430034

一、概述

“電路”課程是電氣類、電子信息類、自動化類等專業(yè)必修的主干課程,也是上述專業(yè)學(xué)員所學(xué)習(xí)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程不僅為學(xué)員后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)起到理論支撐作用,也對學(xué)員專業(yè)課學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)起鋪墊作用,對該課程的掌握情況直接關(guān)系到學(xué)員后續(xù)課程的學(xué)習(xí)效果[1]。因此,對“電路”課程教學(xué)方法的探索與改進(jìn)一直是電氣類專業(yè)教學(xué)改革研究的重點(diǎn)[2-3]。

BOPPPS教學(xué)方法是一種以學(xué)員為中心、以學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)向、學(xué)員全程參與式的教學(xué)模式,該教學(xué)模式由引入、學(xué)習(xí)目標(biāo)、前測、參與式學(xué)習(xí)、后測、總結(jié)六個環(huán)節(jié)構(gòu)成[4-5]。該教學(xué)方法可充分調(diào)動學(xué)員學(xué)習(xí)積極性,可加深對授課內(nèi)容的理解和應(yīng)用,目前已有很多教育工作者將BOPPPS教學(xué)方法應(yīng)用到相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計中以提高學(xué)習(xí)效果[6-8]。

基爾霍夫定律是電路課程中最重要的兩大定律之一,因此該論文以此為例,詳述了BOPPPS法應(yīng)用到電路教學(xué)過程時的教學(xué)設(shè)計方法和教學(xué)實(shí)施過程。

二、基于BOPPPS教學(xué)法的教學(xué)過程設(shè)計

基于BOPPPS教學(xué)法的教學(xué)過程主要分為6個環(huán)節(jié),基爾霍夫定律教學(xué)時長為2學(xué)時(90min),其具體教學(xué)過程設(shè)計如表1所示。

表1 基于BOPPPS教學(xué)法的教學(xué)過程設(shè)計

在參與式學(xué)習(xí)“P2”環(huán)節(jié)中,對基爾霍夫電流定律(KCL)、基爾霍夫電壓定律(KVL)及其推廣的例題和應(yīng)用習(xí)題的講解過程其本質(zhì)也是后測“P3”的一部分,可以初步檢驗學(xué)員是否達(dá)到了學(xué)習(xí)目標(biāo)。前測“P1”環(huán)節(jié)除了檢測學(xué)員對電路約束條件的掌握情況,還進(jìn)一步引出了本次課的學(xué)習(xí)內(nèi)容,也可視為導(dǎo)入“B”的一部分。而單獨(dú)列舉的后測“P3”環(huán)節(jié)則是呼應(yīng)了前測“P1”環(huán)節(jié)給出的例題,其綜合應(yīng)用性更強(qiáng),也可讓學(xué)員更深入地理解電路中的約束條件,進(jìn)一步檢測學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成情況。

從這個教學(xué)設(shè)計過程中也可以看出BOPPPS教學(xué)法的各個環(huán)節(jié)不是孤立的,其順序也不是一成不變的,所以在應(yīng)用BOPPPS教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時,應(yīng)始終以學(xué)員為中心,圍繞“學(xué)習(xí)目標(biāo)”將各個教學(xué)環(huán)節(jié)相互呼應(yīng)、融會貫通起來,以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

三、各環(huán)節(jié)教學(xué)實(shí)施

在學(xué)習(xí)本次課基爾霍夫定律之前,學(xué)員已經(jīng)學(xué)習(xí)并掌握了歐姆定律,結(jié)合這一學(xué)情分析,基于BOPPPS教學(xué)法的教學(xué)實(shí)施過程如下。

(一)導(dǎo)言“B”

一堂課能否吸引學(xué)員的興趣,很大程度上取決于導(dǎo)言的設(shè)計,因此BOPPPS教學(xué)法的第一個環(huán)節(jié)就是引入。該堂課通過道路有交通規(guī)則,道路上的車輛、行人要遵循一定的約束,引出電路中也有交通規(guī)則,電路中的電壓、電流要遵循一定的約束條件,引出本節(jié)課授課內(nèi)容——基爾霍夫定律。

道路圖和電路圖在外觀形式上有一定的相似性,通過交通規(guī)則這一類比理解,從學(xué)員熟悉的常識出發(fā),更容易激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣,也更容易理解本節(jié)課要講授的內(nèi)容在電路中的作用。

此外,在導(dǎo)言環(huán)節(jié),對基爾霍夫的主要成就進(jìn)行簡要介紹,通過基爾霍夫在年僅21歲時就提出了兩個重要的電路定律——基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律,指出人類史上的很多重要創(chuàng)造、發(fā)明都是科學(xué)家在青年時期提出的,引導(dǎo)學(xué)員積極培育創(chuàng)新意識,在學(xué)習(xí)、生活、工作過程中主動思考現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,在導(dǎo)言環(huán)節(jié)合理地引入思政元素。

(二)學(xué)習(xí)目標(biāo)“O”

學(xué)習(xí)目標(biāo)是教學(xué)過程設(shè)計始終要圍繞的中心,所有的教學(xué)環(huán)節(jié)都要為達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)而服務(wù)。BOPPPS教學(xué)法要求提出的學(xué)習(xí)目標(biāo)是可衡量的、可檢測的,通過教學(xué)目標(biāo)能讓學(xué)員明確通過該堂課的學(xué)習(xí)能達(dá)到什么樣的學(xué)習(xí)效果。

基于此,該論文提出了3個學(xué)習(xí)目標(biāo):(1)通過基爾霍夫電流定律的學(xué)習(xí),學(xué)員能夠?qū)﹄娐分腥我还?jié)點(diǎn)列寫KCL方程。(2)通過基爾霍夫電壓定律的學(xué)習(xí),學(xué)員能夠?qū)﹄娐分腥我换芈妨袑慘VL方程。(3)可綜合應(yīng)用歐姆定律、基爾霍夫定律列寫電路的約束條件求解電路電壓、電流參量。

這3個學(xué)習(xí)目標(biāo)都是可以通過例題、習(xí)題進(jìn)行檢測的,學(xué)員也可明確通過本節(jié)課學(xué)習(xí)會列些電路的這些約束方程即可。

(三)前測“P1”

與傳統(tǒng)教學(xué)模式不同,BOPPPS教學(xué)法明確提出了前測“P1”環(huán)節(jié),通過前測可讓教員更加充分地掌握學(xué)情,根據(jù)學(xué)員掌握情況可及時調(diào)整授課的詳略點(diǎn)。此外,通過前測,也可以讓學(xué)員自身了解到自己和該堂課“學(xué)習(xí)目標(biāo)”的差距,進(jìn)一步明確該堂課的聽課重點(diǎn)。

因此,該論文在前測環(huán)節(jié)向?qū)W員提出了一個問題:有了歐姆定律,我們能干什么了?我們還不能干什么?直接回答這個問題較為抽象,在教學(xué)實(shí)施過程就可結(jié)合一個具體的例題來引導(dǎo)學(xué)員回答。例如,如圖1所示,要求解電路中各支路電壓(u2,u4,u5)和各支路電流(i1,i2,i3,i4,i5,i6)。

圖1 前測“P1”環(huán)節(jié)引入例題

通過數(shù)學(xué)知識可知,要求解9個未知量,需要9個獨(dú)立的方程,而學(xué)員自行列方程求解時會發(fā)現(xiàn)目前還只會用歐姆定律列寫3個電阻元件的電壓、電流約束方程,剩余的6個方程從哪里來?其實(shí)這待列寫的6個方程就是電路本身的電流約束條件和電壓約束條件,通過這一前測環(huán)節(jié),既是對前面所學(xué)相關(guān)知識點(diǎn)的回顧,也是對該堂課授課內(nèi)容的進(jìn)一步引入,對學(xué)習(xí)目標(biāo)的進(jìn)一步明確。

(四)參與式學(xué)習(xí)“P2”

BOPPPS教學(xué)法要求以學(xué)員為中心,學(xué)員參與課堂的全過程,區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)過程中以教員講授、灌輸知識點(diǎn)為主的授課方法。在授課過程中多啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)員的參與、思考,讓學(xué)員自己總結(jié)得出一些重要結(jié)論,就會獲得更好的學(xué)習(xí)效果。

1.學(xué)習(xí)內(nèi)容1:基爾霍夫電流定律

以該堂課授課內(nèi)容的基爾霍夫電流定律為例,教員可先講授解析基爾霍夫電流定律的內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)員將電路中的“支路”“節(jié)點(diǎn)”“電流”類比為生活中看得見、摸得著的“水管”“接頭”“水流”,通過“流入一個接頭的水流之和等于流出一個接頭的水流之和”就可以更生動地理解“流入一個節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出一個節(jié)點(diǎn)的電流之和”,從而也可以進(jìn)一步了解基爾霍夫電流定律的本質(zhì)就是電荷守恒。

接下來,通過巧妙的例題設(shè)計,既可以初步檢驗學(xué)員是否可以對電路中的任意節(jié)點(diǎn)列寫KCL方程(學(xué)習(xí)目標(biāo)①),也可以通過列寫方程的結(jié)果引導(dǎo)學(xué)員自行得出基爾霍夫電流定律的推廣的內(nèi)容,讓學(xué)員充分參與到課程的學(xué)習(xí)中來。

2.學(xué)習(xí)內(nèi)容2:基爾霍夫電壓定律

與基爾霍夫電流定律的課程實(shí)施過程類似,教員可先講授解析基爾霍夫電壓定律的內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)員將電路中的“電荷”“電壓”“電勢能”分別類比為學(xué)員更加熟知的“人”“高度差”“重力勢能”等,通過“一個人沿任意路徑回到原點(diǎn),重力勢能做功為零”,就可以更生動地理解“一個電荷沿任意回路回到原點(diǎn),電勢能做功為零”,從而也可以進(jìn)一步了解基爾霍夫電壓定律的本質(zhì)就是能量守恒。

同樣地,通過巧妙的例題設(shè)計,既可以初步檢驗學(xué)員是否可以對電路中的任意回路列寫KVL方程(學(xué)習(xí)目標(biāo)②),也可以通過列寫方程的結(jié)果引導(dǎo)學(xué)員自行得出基爾霍夫電壓定律的推廣的內(nèi)容,讓學(xué)員有學(xué)習(xí)的獲得感。

在這兩部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中,類比理解都可以配合PPT動畫演示給學(xué)員更生動形象地展示這一過程。

(五)后測“P3”

后測環(huán)節(jié)“P3”也是BOPPPS教學(xué)法的一個重要特點(diǎn),通過可衡量的檢測方法,檢測學(xué)員是否達(dá)到了該課堂的教學(xué)目標(biāo)。

該課堂設(shè)計在后測環(huán)節(jié)繼續(xù)沿用了前測環(huán)節(jié)“P1”的例題,如圖1所示。在前測環(huán)節(jié)中,學(xué)員還只會應(yīng)用歐姆定律列寫3個方程,還有6個方程不會列寫。通過該堂課的學(xué)習(xí),學(xué)員就可以應(yīng)用基爾霍夫電流定律對其中3個節(jié)點(diǎn)列3個KCL方程,應(yīng)用基爾霍夫電壓定律對其中3個獨(dú)立回路列3個KVL方程,通過這9個獨(dú)立方程就可以解出9個待求量。

通過這個例題既可以綜合檢驗學(xué)習(xí)目標(biāo)①②③是否達(dá)成,也可以讓學(xué)員通過前測時還不會解題到后測時會解題這一過程獲得該堂課的學(xué)習(xí)成就感,增強(qiáng)學(xué)員學(xué)習(xí)該門課程的信心和興趣。

(六)總結(jié)“S”

總結(jié)環(huán)節(jié)“S”是對整堂課程的回顧與拔高。在該環(huán)節(jié)中,可讓學(xué)員先總結(jié)回顧本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容,在學(xué)員回答的基礎(chǔ)上,教員進(jìn)行進(jìn)一步的總結(jié)拔高,把該堂課所學(xué)知識點(diǎn)在電路課程中的重要性、與其他知識點(diǎn)的關(guān)聯(lián)再系統(tǒng)闡述一遍。即歐姆定律和基爾霍夫定律對應(yīng)了電路中的兩大類約束條件,前者體現(xiàn)的是電阻元件本身的約束,后者則體現(xiàn)的是電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束,有了這兩大類約束條件,原則上就可以求解所有的電阻電路。

通過這一總結(jié)環(huán)節(jié),可以達(dá)到以下目的:①對該堂課課程內(nèi)容的回顧;②闡述了該堂課在整個電路課程體系中的重要地位;③對前測環(huán)節(jié)“P1”中所設(shè)問題“有了歐姆定律,我們能干什么了?我們還不能干什么?”的進(jìn)一步回答,使該課堂中所有的設(shè)問在課程實(shí)施過程中做到了閉環(huán);④引發(fā)學(xué)員對后續(xù)電路課程的學(xué)習(xí)興趣,有了這兩大定律,原則上可以求解所有的電阻電路了,但實(shí)際上還有哪些困難?我們還需要學(xué)習(xí)哪些知識?

以上就是基于BOPPPS教學(xué)方法的整個課程實(shí)施過程。

四、結(jié)論

該論文以基爾霍夫定律為例,嘗試了將BOPPPS教學(xué)方法應(yīng)用到“電路”課程教學(xué)中,這種承上啟下、環(huán)環(huán)相扣的6個教學(xué)環(huán)節(jié)不僅結(jié)構(gòu)合理,而且較容易應(yīng)用到各個知識點(diǎn)的課程設(shè)計中,在課程設(shè)計中有很好的指導(dǎo)作用和參考價值。

在基于BOPPPS教學(xué)方法進(jìn)行課堂設(shè)計時也需注意以下幾點(diǎn):(1)6個教學(xué)環(huán)節(jié)不是孤立的,它們始終圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計;(2)6個教學(xué)環(huán)節(jié)的順序不是一成不變的,一個環(huán)節(jié)中可以包含其他環(huán)節(jié),各個教學(xué)環(huán)節(jié)也可能是重復(fù)出現(xiàn)的。

該教學(xué)模式始終做到了以學(xué)員為中心,學(xué)員從始至終都可以參與到整個課程實(shí)施過程中來,一方面可以活躍課堂氛圍,另外通過前測、參與式學(xué)習(xí)、后測等環(huán)節(jié)的實(shí)時反饋,教員可及時調(diào)整授課的詳略點(diǎn),有利于提高課程的學(xué)習(xí)效果,達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。