基于BOPPPS的無機化學實驗混合式教學設(shè)計與實踐

王崢，彭旭，李昊杰，董志月，劉紅英，張馳

湖北大學化學化工學院，武漢 430062

1 研究背景

BOPPPS是一種以有效教學著稱的“導(dǎo)學互動”教學模式，包含6個模塊：B (Bridge-in導(dǎo)言)、O (Objective/Outcome學習目標)、P (Pre-assessment前測)、P (Participatory Learning參與式學習)、P (Post-assessment后測)和S (Summary總結(jié))。該模式由加拿大引入我國后，已有越來越多的高校教師對BOPPPS開展研究，并將該模式應(yīng)用于課程教學[1-3]。

無機化學實驗是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，面向化學及相關(guān)專業(yè)學生，一般在大學一年級開設(shè)。通過課程教學，使學生掌握無機化學實驗的基本方法和基本技能，掌握實驗室常用儀器、設(shè)備的使用方法，具備基本數(shù)據(jù)采集、歸納、處理能力，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和實事求是的工作作風，為后續(xù)專業(yè)課的學習奠定堅實的基礎(chǔ)。該課程實踐性強，在培養(yǎng)學生解決復(fù)雜、真實問題的能力，培養(yǎng)學生的高級思維方面具有獨特的地位和作用。

我校無機化學實驗教學團隊每年承擔全?；瘜W及相關(guān)專業(yè)約800多名學生的無機化學實驗教學任務(wù)，一個教師往往需要帶幾個平行班的實驗課，同一個實驗要在不同的平行班重復(fù)講授，同樣的實驗操作和儀器設(shè)備的使用方法要在多個平行班重復(fù)演示，儀器設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、基本操作過程及現(xiàn)場演示細節(jié)只有離儀器最近的學生能夠看清，教師授課效率不高，學生學習效果不好，此為常規(guī)實驗教學的難點之一[4]。

我國古代教育家荀子提出“聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之”，從學習者的角度揭示了目標層次及層次之間的遞進關(guān)系，體現(xiàn)了以學習者為中心的思想。常規(guī)無機化學實驗課堂講授能使學生“聞之”，課堂演示僅少部分學生能“見之”，忽略了現(xiàn)場演示的局限性，此為常規(guī)實驗教學的盲點之一。一個環(huán)節(jié)出了問題，會直接影響學生后續(xù)“知之”(理解實驗原理、操作細節(jié)背后的科學知識)、“行之”(會運用所學知識解決真實問題)的目標達成，因此，我們首先需要解決學生“見之”的問題。各大慕課平臺的無機化學實驗?zāi)秸n可提供實驗視頻，但是其內(nèi)容與我校開設(shè)的無機化學實驗內(nèi)容相比，差別較大，即使個別實驗項目相同，實驗方法不同，實驗中使用的儀器設(shè)備型號不同，不適于我校無機化學實驗課程教學。本課程團隊聯(lián)系專業(yè)公司輔助拍攝制作慕課視頻，無機化學實驗?zāi)秸n先后在智慧樹、學銀在線、優(yōu)客聯(lián)盟各大平臺上線，為本課程的線上教學提供技術(shù)支撐及保障。

如何用好線上資源，結(jié)合線下教學，真正解決學生“見之”的問題，進而使學生能“知之”“行之”，需要對課程教學進行精心設(shè)計[5]。

2 教學設(shè)計及教學過程

建構(gòu)主義學習理論認為，學習是由學生以自己原有知識經(jīng)驗為基礎(chǔ)建構(gòu)知識的過程，教師是意義建構(gòu)的幫助者、促進者。首要教學原理主張以“聚焦解決問題”為中心，教學由不斷重復(fù)的四階段循環(huán)圈——激活舊知、示證新知、應(yīng)用新知和融會貫通構(gòu)成[6]。無機化學實驗教學設(shè)計基于建構(gòu)主義學習理論，結(jié)合首要教學原理，融合BOPPPS教學模式，突出“以學為中心”，采取線上線下混合式教學，教學設(shè)計思路如圖1所示。

圖1 基于BOPPPS的無機化學實驗教學設(shè)計思路

我們抓住實踐類課程“實操”這一重要教學階段，按照實操前、實操、實操后三個階段進行教學活動設(shè)計，參與式學習(Participatory Learning)貫穿整個教學過程，如圖2所示。實操前對應(yīng)BOPP四個模塊(圖2藍色虛線框內(nèi)容)，實操對應(yīng)P模塊(Participatory Learning)，實操后對應(yīng)PPS三個模塊(圖2橙色虛線框內(nèi)容)。

圖2 基于BOPPPS的無機化學實驗混合式教學活動設(shè)計

2.1 實操前

實操前的學習包括學生線上+線下自學和線下教師導(dǎo)學。

視頻講解生動形象、操作示范明晰，學生可隨時隨地多次反復(fù)觀看，因此將線上觀看視頻自學作為學習起點，學生依托學銀在線、湖北大學課程中心智慧平臺、學習通作業(yè)系統(tǒng)開展學習。通過線上觀看慕課視頻和課件，線下研讀教材，明確學習目標，激活舊知，學習新知，自主查閱文獻資料；通過學習通、QQ群與教師、同學線上交流互動，將舊知和新知有效銜接；通過線上自測，自評自學效果，保證實操前自學目標達成。

前測(Pre-assessment)的主要目的是分析、了解學情，以便調(diào)整后續(xù)教學內(nèi)容的深度及進度，常通過線上小測驗、問卷調(diào)查、線上交流或面對面交流等形式獲得數(shù)據(jù)或信息。小測驗由多測和單測兩部分組成，學生進入實驗室前，由學習通作業(yè)系統(tǒng)隨機抽題，得分80分以上獲得進入實驗室實操資格，可多次答題。設(shè)計多測的目的是引導(dǎo)學生自學，強化學生實操前的參與式學習(Participatory Learning)，實現(xiàn)學生對自學進行自我評價和監(jiān)控，完善學生自學機制。圖3是某同學自學后自測，未達到80分合格要求，針對性再學習后，第二次自測合格的作答記錄。

圖3 某同學實操前多次作答記錄

單測是在學生進入實驗室后，教師開展課堂導(dǎo)學前，由學習通作業(yè)系統(tǒng)隨機抽題，學生在規(guī)定時間內(nèi)完成，設(shè)計單測的目的是幫助教師了解學生自學后對新知掌握的程度和熟練度。

教師摘選出多測和單測(圖4)統(tǒng)計數(shù)據(jù)中正確率差異較大的對應(yīng)試題，如第5題和第8題，分析原因，結(jié)合預(yù)習報告批改情況，適當調(diào)整線下授課內(nèi)容及重難點。授課時，重點解決學生在課前學習時遇到的疑難問題，引導(dǎo)學生分析、理解。針對學生對某些基本操作要領(lǐng)不太熟悉的問題，在課堂上隨機選擇學生演示，相互糾錯，規(guī)范操作，促使學生舊知和新知有效銜接，完善學生基本實驗知識架構(gòu)。采用線上視頻+線下學生演示糾錯的方式，解決常規(guī)實驗教學現(xiàn)場演示的局限性，提升教師授課效率，通過講授實驗方法、實驗理論背景，滲透科研思維，體現(xiàn)高階性。

圖4 多測統(tǒng)計(上)和限時單測統(tǒng)計(下)

2.2 實操

這一教學階段是參與式學習(Participatory Learning)的重要階段，是提升學生勞動技能水平、強化實踐能力、培養(yǎng)科學素養(yǎng)和社會責任感的重要環(huán)節(jié)。

學生按照給定實驗步驟，或經(jīng)教師許可，按照自己設(shè)計的步驟完成實驗，兼顧個人操作和團隊合作。實操過程中，指導(dǎo)教師巡回指導(dǎo)，強調(diào)、監(jiān)督學生動手，規(guī)范學生操作，引導(dǎo)學生分析、解決實操中發(fā)現(xiàn)的個性問題，對于實操中發(fā)現(xiàn)的共性問題，組織學生集中分析、討論，助推學生深度學習。

學生測定完畢，或是得到最終產(chǎn)品后，在實驗記錄表旁簽字，拍照上傳到學習通，目的是提升學生的責任意識，對自己測定的數(shù)據(jù)，或是制備的產(chǎn)物負責。指導(dǎo)教師審核通過后，學生完成實驗收尾工作，如儀器常規(guī)維護、整理實驗室臺面、打掃衛(wèi)生。值日生打掃實驗室公共區(qū)域衛(wèi)生，清點整理公用儀器設(shè)備，培養(yǎng)學生勞動精神，使學生養(yǎng)成良好的勞動習慣和勞動品質(zhì)。

2.3 實操后

完成后測(Post-assessment)和總結(jié)(Summary)，后測的主要目的是判斷學生是否達到預(yù)期目標，在后續(xù)授課時加以完善。常通過學生自評、小結(jié)、線上討論、問卷調(diào)查等形式獲得數(shù)據(jù)或信息?？偨Y(jié)的目的在于歸納知識點，理清知識脈絡(luò)，BOPPPS模型強調(diào)學生自行歸納總結(jié)，教師引導(dǎo)，解決常規(guī)教學中忽略學生總結(jié)的教學盲點。

學生層面：依托學銀在線、湖北大學課程中心智慧平臺、學習通系統(tǒng)，線上完成討論、操作互評和自評，線下完成數(shù)據(jù)處理、實驗小結(jié)，在教師的指導(dǎo)下深入思考，拓展提升。

教師層面：在學習通上對學生的實驗結(jié)果評分，根據(jù)線上測試、問卷調(diào)查、學生自評等線上統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以及課堂觀察、學生線下提交的實驗報告等線下反饋信息，評估教學目標達成情況、實施教學活動的有效性、學生對教學活動的認可度等，完成教學反思。教師在后續(xù)授課時，對教學手段、教學方式加以調(diào)整、完善。部分數(shù)據(jù)收集及反饋信息收集界面如圖5所示。

圖5 學生操作自評及對教學活動安排的態(tài)度調(diào)查數(shù)據(jù)截圖

3 教學實踐結(jié)果與分析

以“磺基水楊酸合鐵(III)配合物的組成及穩(wěn)定常數(shù)的測定”實驗教學為例，選取本校21級化學類其中1個教學組(32人)為實驗組，采用基于BOPPPS的混合式教學，另1個教學組(34人)作為對照組，采用線下教學，實驗組和對照組都是兩人一組完成實驗。所有教學組全部納入本課程的慕課平臺，平臺上的視頻、文檔等資源以及作業(yè)系統(tǒng)對所有教學組開放。

3.1 預(yù)習效果分析

實驗組和對照組均在規(guī)定時間內(nèi)(5分鐘)完成預(yù)習測試，實驗組預(yù)習成績均分為73.9分，明顯高于對照組均分62.3分。圖6是實驗組和對照組各分數(shù)段人數(shù)分布比例圖，實驗組90分以上和70分以下占比分別是37.5%和31.3%，對照組分別是17.6%和55.9%，實驗組高分段人數(shù)比例遠高于對照組，而低分段人數(shù)比例遠低于對照組。圖7問卷調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，實驗組和對照組觀看本課程慕課視頻學習人數(shù)占比相近，實驗組通過教材預(yù)習的人數(shù)比例低于對照組，為何預(yù)習測試成績明顯高于對照組呢？

圖6 預(yù)習測試成績分布比較

圖7 自主學習情況對比

實踐證明，基于BOPPPS的混合式教學在預(yù)習階段就給予學生明確的指引，使學生明確自學目標，合理、充分利用各類學習資源開展課前學習，理解實驗原理，知曉儀器設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、基本操作要點。BOPPPS重視教學互動與反饋，實驗組與教師同學交流人數(shù)比例比對照組高近10% (圖7)，實驗組比對照組具有更強的溝通意識。課程組在前測中特別設(shè)計了多測，學生在自學過程中能得到及時反饋，有效推動學生自主學習，突破提升預(yù)習效果這一教學難點。

3.2 線下授課效果分析

完成預(yù)習測試后，教師進行線下授課。實驗組教師引導(dǎo)學生通過參與式學習強化實驗操作，解決學生在原理理解上存在的問題。對照組教師通過黑板板書，講解實驗原理、步驟、注意事項，對照儀器講解儀器基本構(gòu)造，演示儀器操作要點和操作過程。

為了比較實驗組和對照組的學習效果，課后對兩組學生進行問卷調(diào)查。數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，經(jīng)過教師線下授課后，實驗組和對照組的學習效果仍存在明顯差異。實驗組能獨立完成實驗的學生比例高于對照組，不存在需全程對著操作視頻完成實驗的學生，如圖8所示。這是因為，實驗組的線下授課內(nèi)容是基于學生課前自主學習存在的問題而擬定，針對性強，授課效率高。對照組的線下授課面面俱到，重點不突出，而且現(xiàn)場演示只有少部分同學可看清，不能照顧到每一個學生，授課效率不高。實踐證明，基于BOPPPS的混合式教學能有效提升學生實操前的學習效果。

圖8 實驗操作狀況調(diào)查結(jié)果

3.3 實驗操作評價

實驗組基于BOPPPS 理念，在常規(guī)實驗操作打分基礎(chǔ)上，增加了實操后的操作自評和互評(如圖9和圖10 所示)，納入P3 (后測)模塊。設(shè)計自評和互評的目的是給學生提供表達機會，滿足每一個學生的表達意愿，體現(xiàn)以人為本的價值觀。此外，學生為了能負責任地正確評價他人操作，必須保證自己掌握正確的操作，自覺再學習，強化操作知識。學生通過查看互評結(jié)果，研判是否達到預(yù)期學習目標，發(fā)現(xiàn)問題，改進學習方法，學會反思，充分體現(xiàn)學生在學習中的主體地位[7]。

圖9 操作自評結(jié)果

圖10 操作互評界面

自評結(jié)果表明，90.3%的學生能獨立、熟練、規(guī)范使用容量瓶，67.8%的學生能獨立、規(guī)范操作分光光度計和吸量管。學生表示，不需要在使用前再次查看示范操作視頻，與圖8所示結(jié)果一致，與教師現(xiàn)場給出的操作評分結(jié)果相符，說明學生已掌握這三種主要儀器的操作步驟，但是熟練度和操作細節(jié)還存在問題，結(jié)合操作互評，可幫助學生進一步明確哪些操作細節(jié)存在問題，如圖10所示。

互評采取雙盲的形式，操作視頻由同組學生拍攝，上傳到學習通作業(yè)系統(tǒng)，每一個視頻由系統(tǒng)隨機分配給兩個學生，每個學生需要對分配的兩個視頻打分，并書寫評語。如有差別大的評分(圖10)，教師會查看視頻，提醒錯評的學生再評(教師端能看到學生姓名)。

“知之不若行之”，實操是實現(xiàn)學生知識和能力協(xié)調(diào)發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié)，只有做好充分的預(yù)習，才能在實操階段順利開展實驗，進而在實操過程中進階到領(lǐng)悟操作細節(jié)背后的科學知識，運用所學知識解決真實問題。

3.4 后測與總結(jié)

課后，學生在線上跟帖參與課后討論，如圖11所示，納入P3 (后測)模塊。線下完成數(shù)據(jù)處理，以研究者的視角對實驗進行總結(jié)，納入S (總結(jié))模塊，嘗試提出改進措施，書寫在實驗報告上，培養(yǎng)學生的科學思維和科研意識[8]。

圖11 課后討論界面

為了比較實驗組和對照組對待實驗報告中小結(jié)的態(tài)度，在學期末對兩組學生進行問卷調(diào)查。實驗組愿意對實驗進行評述的人數(shù)比例為46.9%，遠高于對照組27.8%的比例，如圖12所示。結(jié)果表明，由教師引導(dǎo)學生完成實驗總結(jié)，以小結(jié)的形式寫在實驗報告上，可使學生養(yǎng)成歸納、總結(jié)、反思的習慣，有利于培養(yǎng)學生的科學思維和科研意識。

圖12 小結(jié)部分內(nèi)容調(diào)查結(jié)果

3.5 期末分析

將期末試卷分析納入BOPPPS中的后測，實驗組期末卷面成績在80分以上，60分以下的人數(shù)占比分別為18.8%和12.5%，對照組最高分74分，無80分以上的學生，60分以下人數(shù)占比為22.2%。說明基于BOPPPS的混合式教學取得較好的教學效果。

進而對個案進行分析，期末試卷中與“磺基水楊酸合鐵(III)配合物的組成及穩(wěn)定常數(shù)的測定”實驗相關(guān)的題型有選擇題、判斷題和填空題，其中與基本操作相關(guān)的考題有5題，包括1道選擇題和4道判斷題，與實驗原理和數(shù)據(jù)處理相關(guān)的考題有1道填空題，包括5個空。圖13是實驗組和對照組答題正確率比較圖，實驗組每一題的正確率均高于對照組。涉及基本操作的答題正確率均高于80%，但是與實驗原理和數(shù)據(jù)處理相關(guān)的答題正確率低于50%，說明這兩個方面存在教學盲點，學生應(yīng)用圖解法進行數(shù)據(jù)處理仍存在困難。

圖13 期末試卷分析

課程組通過期末分析，對教學過程、方法進行反思，發(fā)現(xiàn)對于課程中只出現(xiàn)一次的理論和方法的教學存在盲點，可通過在測試題中增加1-2道涉及實驗原理和數(shù)據(jù)處理的必做計算題或多選題，或是以實驗設(shè)計的形式強化學生對所學新知的應(yīng)用，在下一輪教學中加以改進，提升教學效果。

4 結(jié)語

BOPPPS是一個有效的課堂教學設(shè)計框架，課程組基于BOPPPS理念，依托智慧教育平臺，開展線上線下混合式教學，突出“以學為中心”，強調(diào)學生參與和反饋，關(guān)注學生的心理需求和科學態(tài)度。

課程創(chuàng)新了前測方式，引入多測，使學生通過自身努力，收獲成功的喜悅，增強自信心，提升自我效能感，滿足學生的心理和情感需求。課程實行多元化評價，通過引入責任意識，促使學生主動作為，履職盡責，對自我和他人負責，有效促進學生自主學習，強化知識內(nèi)化。課程教學將數(shù)據(jù)處理分析、科學論文寫作等科研方法技能融入其中，培養(yǎng)學生的科研意識，提升學生的研究能力。

實踐表明，基于BOPPPS的混合式教學既能有效提升教學效果，也能幫助課程組找出教學中的盲點和難點，課程組秉承持續(xù)改進的原則，繼續(xù)改進和創(chuàng)新教學方法，完善混合式教學模式。