基于“SCAPE+BOPPPS”的環(huán)境工程專業(yè)流體力學(xué)教學(xué)改革研究

［摘 要］流體力學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，其教學(xué)效果直接影響學(xué)生對后續(xù)專業(yè)課知識的理解與運用。文章以明渠均勻流的教學(xué)為案例，詳細(xì)介紹了BOPPPS教學(xué)模式的具體運用，并通過SCAPE全景評估體系對教學(xué)效果進行評估。評估結(jié)果顯示，BOPPPS教學(xué)模式顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，有助于學(xué)生更好地理解和掌握關(guān)鍵知識點，顯著提升了教學(xué)效果，增強了學(xué)生的知識運用能力。

［關(guān)鍵詞］BOPPPS；SCAPE；流體力學(xué)；環(huán)境工程；明渠均勻流；教學(xué)改革

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）04-0029-04

流體力學(xué)作為環(huán)境工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，涵蓋了水力學(xué)的基本原理及其在環(huán)境工程中的實際應(yīng)用[1]。然而，傳統(tǒng)教學(xué)模式常因課程內(nèi)容偏重理論、學(xué)生參與度低等問題，難以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)生的實際應(yīng)用能力[2]。近年來，BOPPPS（導(dǎo)入、目標(biāo)、前測、參與、后測、總結(jié)）教學(xué)模式以清晰的教學(xué)結(jié)構(gòu)和以學(xué)生為中心的設(shè)計，逐漸在各類課程教學(xué)中得到了廣泛關(guān)注與實踐[3]。該模式通過精心設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，促進學(xué)生主動參與，同時以多元化的教學(xué)方式有效促進學(xué)生對知識的掌握與應(yīng)用[4]。

本研究以明渠均勻流的教學(xué)為案例，分析BOPPPS教學(xué)模式在流體力學(xué)教學(xué)中的實際應(yīng)用與成效，并通過SCAPE全景評估體系評估教學(xué)效果，旨在為環(huán)境工程專業(yè)課程的教學(xué)改革探索可行路徑，推動教學(xué)模式的創(chuàng)新優(yōu)化，開展理論與實踐并重的環(huán)境工程人才培養(yǎng)。

一、BOPPPS教學(xué)模式概述

工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念是“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進”[5]。因此，教師在進行教學(xué)設(shè)計時應(yīng)始終以學(xué)生的畢業(yè)要求為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主觀能動性，促進培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。為此，原有以教師為主導(dǎo)的傳統(tǒng)教學(xué)模式亟須轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的教學(xué)模式，通過反向設(shè)計來優(yōu)化教育教學(xué)過程，最終高標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。

BOPPPS教學(xué)模式的核心在于強調(diào)師生之間的互動，注重學(xué)生的積極參與和反饋。該模式起源于加拿大，基于學(xué)生在10到15分鐘內(nèi)的專注力設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)[6]。教學(xué)過程被分為六個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：導(dǎo)入（Bridge?in）、目標(biāo)（Objective）、前測（Pre?assessment）、參與（Participatory Learning）、后測（Post?assessment）和總結(jié)（Summary）[7]。該模式通過明確的教學(xué)步驟和各環(huán)節(jié)之間有機結(jié)合，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗和知識掌握度。如圖1所示，BOPPPS教學(xué)模式能在提升教學(xué)效果的同時，促進學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和深度參與，從而為教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成提供有力保障[8]。因此，將BOPPPS教學(xué)模式應(yīng)用于流體力學(xué)課程中，有望改善傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，進一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗與知識應(yīng)用能力[9]。

二、教學(xué)設(shè)計與實施

本研究以明渠均勻流為案例，系統(tǒng)性地分析BOPPPS教學(xué)模式在流體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

（一）導(dǎo)入（Bridge?in）

導(dǎo)入環(huán)節(jié)的主要任務(wù)是激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心，引導(dǎo)學(xué)生集中注意力，幫助他們將即將學(xué)習(xí)的知識與前期所學(xué)內(nèi)容聯(lián)系起來。流體力學(xué)的應(yīng)用場景無處不在，因此授課教師可以利用生動且具有趣味性的小案例來完成導(dǎo)入環(huán)節(jié)。在明渠均勻流的教學(xué)中，教師通過播放“小伙徒手建小型水力發(fā)電站”的視頻，展示明渠均勻流的實際應(yīng)用。視頻的直觀性使學(xué)生能夠快速理解流體力學(xué)知識在工程中的實際意義，激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心，并引導(dǎo)學(xué)生走進課堂內(nèi)容。這一環(huán)節(jié)的時間控制在3分鐘左右。

（二）目標(biāo)（Objective）

明確學(xué)習(xí)目標(biāo)是教學(xué)設(shè)計的關(guān)鍵。學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠為學(xué)生指明學(xué)習(xí)的方向。本次課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)涵蓋了流體力學(xué)基本概念、計算方法和實際應(yīng)用等方面。在BOPPPS教學(xué)模式下，教師根據(jù)課程大綱和教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合流體力學(xué)的實際內(nèi)容，將學(xué)習(xí)目標(biāo)具體化、系統(tǒng)化。在本節(jié)課中，教師通過板書明確了三大核心學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）理解明渠均勻流的定義、特性及其與其他流動類型的關(guān)系，重點理解其物理含義；（2）掌握水力最優(yōu)斷面及允許流速的計算方法，并理解其工程實踐意義；（3）掌握明渠均勻流的輸水能力計算和設(shè)計，包括如何計算明渠的底坡坡度和斷面尺寸等。這些目標(biāo)有助于學(xué)生系統(tǒng)地理解課程知識框架，并能為后續(xù)學(xué)習(xí)指明方向。本環(huán)節(jié)時間控制在3分鐘左右。

（三）前測（Pre?assessment）

前測環(huán)節(jié)的設(shè)計是為了提高學(xué)生的課堂參與度，幫助教師了解學(xué)生對前期知識的掌握情況，確保課堂教學(xué)的順利進行。近年來，隨著翻轉(zhuǎn)課堂、微課和MOOC（慕課）等新型教學(xué)手段的出現(xiàn)，“先學(xué)后教”的策略得到推廣，學(xué)生可以通過課前學(xué)習(xí)掌握基礎(chǔ)知識，課堂上則更多進行思維訓(xùn)練和高階應(yīng)用。在本節(jié)課的前測中，教師結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的理念，利用學(xué)習(xí)通、雨課堂等平臺，通過在線測試進行知識點回顧和預(yù)習(xí)效果檢測，涵蓋了流體力學(xué)中的基本概念、均勻流的數(shù)學(xué)表達(dá)式、伯努利方程等內(nèi)容。教師可利用在線測試的自動評分功能迅速評估學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握情況，并在課堂開始前根據(jù)測試結(jié)果作出適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)調(diào)整。教師根據(jù)測試結(jié)果，決定在接下來的教學(xué)中重點講解哪些知識點，并設(shè)計提問環(huán)節(jié)進一步引導(dǎo)學(xué)生思考。前測環(huán)節(jié)不僅能幫助學(xué)生集中注意力，也為后續(xù)的教學(xué)活動提供了數(shù)據(jù)支持。前測環(huán)節(jié)時間控制在15～20分鐘。

（四）參與（Participatory Learning）

參與環(huán)節(jié)是BOPPPS教學(xué)模式的核心部分，旨在通過互動和小組活動，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和實踐能力。課堂中的小組討論和實際應(yīng)用案例能夠讓學(xué)生將理論知識與實際問題相結(jié)合，幫助學(xué)生深刻理解課程內(nèi)容。在明渠均勻流的教學(xué)中，參與環(huán)節(jié)包含了多個活動。

1.小組討論。學(xué)生被分為3～5人一組，討論明渠均勻流知識的應(yīng)用場景，如灌溉渠和排水渠中的流體流動特性及計算方法。小組成員討論后，由代表匯報討論結(jié)果，其他組成員補充和質(zhì)疑。教師進行總結(jié)和點評，強調(diào)關(guān)鍵知識點。該環(huán)節(jié)用時6～8分鐘。

2.城市排水系統(tǒng)設(shè)計。提供一個實際的城市排水系統(tǒng)設(shè)計案例，讓學(xué)生運用所學(xué)的水力最優(yōu)斷面和允許流速等知識計算不同段落的流速和流量，探討如何優(yōu)化排水系統(tǒng)設(shè)計。每組完成設(shè)計后提交書面報告，教師點評不同小組的設(shè)計方案。該環(huán)節(jié)耗時10～15分鐘。

3.農(nóng)業(yè)灌溉渠設(shè)計。該環(huán)節(jié)旨在幫助學(xué)生理解明渠均勻流知識在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，通過設(shè)計灌溉渠的斷面并計算流速和流量，幫助學(xué)生鞏固學(xué)習(xí)目標(biāo)（2）和（3）。每組完成設(shè)計后進行展示和討論，教師對設(shè)計中的優(yōu)缺點進行點評。該環(huán)節(jié)用時6～8分鐘。

4.實驗視頻觀看。播放明渠流動實驗的演示視頻，使學(xué)生可以直觀理解流動特性及計算參數(shù)，進一步加深對理論知識的理解。實驗結(jié)束后，教師總結(jié)實驗結(jié)果，布置課下實驗任務(wù)，幫助學(xué)生進一步理解切應(yīng)力與流速分布的關(guān)系。該環(huán)節(jié)用時約5分鐘。

通過這些互動環(huán)節(jié)，學(xué)生不僅能更深入地理解明渠均勻流的計算方法和實際應(yīng)用，還能夠培養(yǎng)合作能力和實踐能力。參與環(huán)節(jié)總用時25～30分鐘。

（五）后測（Post?assessment）

教師利用學(xué)習(xí)通和雨課堂等平臺的在線測試和自動評分功能，設(shè)計測驗和作業(yè)進行后測，以檢驗學(xué)生對知識點的掌握情況。后測主要考查“三基”知識，涉及明渠的定義與特點、曼寧公式、切應(yīng)力特征、流速計算、水力半徑與濕周計算、流速與流量計算等。此外，應(yīng)對測試過程中錯誤率較高的題目進行重點講解，強化學(xué)生對知識的理解。

課后作業(yè)以案例分析為主，考查學(xué)生對本節(jié)課所學(xué)知識的運用能力。教師對課后作業(yè)進行細(xì)致批改，并給出改進建議。在課堂上選取幾份具有代表性的作業(yè)進行點評，分析常見問題和優(yōu)秀解答。后測環(huán)節(jié)耗時22～25分鐘。

在教學(xué)中，通常在導(dǎo)入環(huán)節(jié)前，完成上次課的課后作業(yè)點評。同時，根據(jù)測驗和作業(yè)的考查結(jié)果，在課程的答疑環(huán)節(jié)進行個別輔導(dǎo)，幫助學(xué)習(xí)困難的學(xué)生理解和掌握關(guān)鍵知識點。

（六）總結(jié)（Summary）

在本節(jié)課結(jié)束前進行教學(xué)總結(jié)，通過引導(dǎo)式問答的方式回顧和歸納本節(jié)課的關(guān)鍵知識點，鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。在引導(dǎo)學(xué)生回答的過程中，將重點知識板書展示，以引起學(xué)生的重視。加強與學(xué)習(xí)困難學(xué)生的互動，通過互動進行知識點撥和答疑。之后預(yù)告后續(xù)教學(xué)內(nèi)容，以確保學(xué)習(xí)的連貫性和系統(tǒng)性。總結(jié)環(huán)節(jié)用時約12分鐘。

三、教學(xué)效果評價

流體力學(xué)課程的教學(xué)效果評價通過問卷調(diào)查（Survey）、課堂反饋（Classroom Feedback）、作業(yè)/測驗分析（Assignment/Test Analysis）、表現(xiàn)觀察（Performance Observation）和參與度評估（Engagement Review）等多種方法進行，形成了基于BOPPPS教學(xué)模式的SCAPE全景評估體系（見圖2），實現(xiàn)了系統(tǒng)化的教學(xué)反饋。具體評價內(nèi)容如下：

（一）問卷調(diào)查（Survey）

問卷調(diào)查主要聚焦學(xué)生對知識點的掌握情況、學(xué)習(xí)興趣及教學(xué)方法反饋。問卷內(nèi)容涵蓋知識點掌握程度、學(xué)習(xí)興趣水平及對教學(xué)方法的評價。通過分析調(diào)查結(jié)果，教師能夠及時調(diào)整教學(xué)策略，提高課程教學(xué)效果。

（二）課堂反饋（Classroom Feedback）

課堂反饋是改進教學(xué)的重要手段。在教學(xué)過程中，教師通過課堂即時反饋及課后平臺或郵件反饋，收集學(xué)生對課程內(nèi)容理解、知識掌握及教學(xué)方法有效性的反饋信息。基于反饋結(jié)果，教師可對課程內(nèi)容和教學(xué)方法進行優(yōu)化。

（三）作業(yè)/測驗分析（Assignment/Test Analysis）

作業(yè)/測驗分析著重了解學(xué)生的成績分布及知識點掌握情況，尤其關(guān)注計算題和應(yīng)用題的得分情況。通過分析題目得分率，教師能夠識別學(xué)生在知識運用中的薄弱環(huán)節(jié)，從而進行有針對性的講解與補充，確保學(xué)生對核心知識的掌握。例如，通過明渠均勻流章節(jié)的作業(yè)和測試，評估學(xué)生對曼寧公式與流速流量計算方法的理解。

（四）表現(xiàn)觀察（Performance Observation）

教師通過觀察學(xué)生的課堂表現(xiàn)，評估學(xué)生的課堂參與度、學(xué)習(xí)態(tài)度和小組合作情況。課堂表現(xiàn)觀察有助于進一步了解學(xué)生的參與效果，及時優(yōu)化教學(xué)策略。

（五）參與度評估（Engagement Review）

參與度評估可提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性。評估方法包括：學(xué)伴互評，激發(fā)小組學(xué)習(xí)動力；學(xué)生評教，反饋教學(xué)優(yōu)缺點；教師評學(xué)，了解學(xué)生表現(xiàn)；課程滿意度調(diào)查；課程改進建議征集。多角度的評估有助于教師全面掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況及課程教學(xué)效果，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。

四、結(jié)語

在流體力學(xué)課程教學(xué)過程中，教師通過有效結(jié)合導(dǎo)入、目標(biāo)、前測、參與、后測和總結(jié)六個環(huán)節(jié)，充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，促進了學(xué)生的深度學(xué)習(xí)和自主參與，進而提升了整體教學(xué)效果?；赟CAPE全景評估體系，教學(xué)反饋機制得到了系統(tǒng)化的實施。評估結(jié)果表明，學(xué)生在案例分析、小組討論和實驗演示等活動中，成功實現(xiàn)了理論知識與實際應(yīng)用的有機融合，增強了實踐操作能力與問題解決能力。前測與后測的設(shè)計可幫助教師有效掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進度，并根據(jù)測試結(jié)果進行針對性的教學(xué)調(diào)整。小組合作學(xué)習(xí)的形式不僅促進了師生、生生之間的互動，還提升了學(xué)生的團隊協(xié)作能力與溝通技能。本研究可為流體力學(xué)課程和相關(guān)課程的教學(xué)改革及創(chuàng)新提供新的思路。

［ 參 考 文 獻 ］

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［責(zé)任編輯：周侯辰］