新工科背景下基于BOPPPS模型的人機工程學課程教學改革探索

0 引言

為主動應對新一輪的科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，致力于培養(yǎng)創(chuàng)新與實踐兼?zhèn)涞膹秃闲腿瞬臶1。人機工程學的課程內(nèi)容涉及領域廣、實踐要求高，傳統(tǒng)以教師為中心的單向傳輸教學模式已無法滿足新工科的培養(yǎng)目標，教師亟待對傳統(tǒng)教學模式進行改革，積極探索以學生為中心的符合新工科培養(yǎng)目標的人機工程學教學模式。BOPPPS模型因其以學生為中心、系統(tǒng)性高、互動性強、考核方式多樣等特點，成為教師進行課堂教學的有效模式[2]。本文探索在充分發(fā)揮信息平臺優(yōu)勢基礎上，將BOPPPS模型融入人機工程學教學改革，致力于達到培養(yǎng)復合型人才的目的。

1人機工程學的教學痛點

人機工程學是一門多學科交叉的應用型學科，涵蓋了工程學、生理學、心理學等領域，主要研究人、機器（產(chǎn)品）、環(huán)境之間的相互作用[3]。我國許多高校已將人機工程學納入機械設計、智能制造、工業(yè)設計、計算機科學與技術(shù)、生物醫(yī)學與康復等專業(yè)的核心課程。尤其在新工科背景下，隨著科技進步和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的推進，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維與實踐能力的復合型人才已成為工科類教學改革的核心目標，也對課程教學提出更高的要求。但在目前的人機工程學教學過程中存在一些顯著痛點，影響了教師的教學質(zhì)量和學生的學習效果。

1.1課程教學效果與新工科培養(yǎng)目標存在落差

目前，很多高校的人機工程學授課仍采用傳統(tǒng)的教學模式，強調(diào)理論知識的傳授，忽視了學生自主創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)，導致最終授課效果與新工科的培養(yǎng)目標存在落差。如在講授“人體測量學”時，教師僅通過教案PPT和教材對知識點進行講解，缺乏學生主動參與和互動思考的教學環(huán)節(jié)，學生被動接受知識，無法提高創(chuàng)造力和實踐能力，難以將學到的人體測量相關知識運用到實際的設計方案中。

1.2課程理論與實踐脫節(jié)

新工科不僅要求學生有扎實的理論基礎，還要能夠?qū)⒗碚撝R應用于復雜問題的解決。人機工程學作為一門交叉學科，授課內(nèi)容范圍廣，知識點也較為抽象，若教學內(nèi)容不結(jié)合具體的工程實踐，學生則無法將抽象的知識點轉(zhuǎn)化為實際操作。如在講授“人體尺寸和作業(yè)姿勢”時，學生僅通過課堂教案學習，課前沒有對人體尺寸進行測量，課后也沒有將人體尺寸進行實際應用，這種教學模式會導致學生停留在基礎理論層面，實際工作時無法達到解決現(xiàn)實問題的要求。

1.3課程考核方式單一

現(xiàn)有考核方式仍以結(jié)果性考核為主，考核內(nèi)容主要集中在理論知識的掌握上。這種單一的考核方式忽略了對學生實際應用能力和創(chuàng)新能力的考核，無法全面反映學生的綜合素質(zhì)和學習效果，更無法促進學生自主創(chuàng)造力的提升。因此，課程的考核方式應當向多元化發(fā)展，需要引入對學生在課前、課中、課后學習的量化評價指標。

2基于BOPPPS模型的人機工程學教學模式構(gòu)建

2.1 BOPPPS模型概述

BOPPPS模型由加拿大教師技能培訓機構(gòu)ISW（InstructionalSkillsWorkshop）提出，旨在幫助教師系統(tǒng)化地設計教學方案和實施教學活動[4]。隨著教育理論和構(gòu)建主義學習理論的發(fā)展，BOPPPS模型被廣泛應用于各種教學場景，將教學模式由傳統(tǒng)的以教師為主導向?qū)W生參與式學習轉(zhuǎn)變，要求每位學生參與課前、課中、課后的完整教學環(huán)節(jié)。

BOPPPS模型包括六個環(huán)節(jié)，分別是引入（Bridge一in）、學習目標（Objectives）、前測（Pre-assess-ment）、參與式學習（Participatorylearning）、后測（Post-assessment）、總結(jié)（Summary），BOPPPS即由這六個環(huán)節(jié)的英文單詞首字母組合而成[5]。BOPPPS模型強調(diào)以學生為中心促進教學改革，研究表明，通過BOPPPS模型進行教學改革，能夠有效地提升課堂教學質(zhì)量，提高學生學習自驅(qū)力[6]。

2.2基于BOPPPS的人機工程學教學模式構(gòu)建目標

優(yōu)秀的教學改革離不開明確的教學目標。人機工程學是一門應用性極強的核心課程，培養(yǎng)學生將人體相關數(shù)據(jù)應用到機器和環(huán)境的研究中。學生首先要掌握人體的基礎理論知識，其次需要將這些知識應用到復雜問題的解決中，最后達到自主學習、自主創(chuàng)新的新工科培養(yǎng)目標。結(jié)合BOPPPS模型的系統(tǒng)化框架和課程考核目標，將人機工程學的教學目標分為理論知識目標、實踐操作目標、自主創(chuàng)新目標三個層面。

2.2.1 理論知識目標

人機工程學的理論體系涵蓋了多個領域的基礎知識，而傳統(tǒng)的教學方式注重理論知識的講授和記憶，忽視了學生對于理論知識的理解和靈活運用?；贐OPPPS的教學模式著重于提升學生對理論知識系統(tǒng)化的掌握和應用能力。在學習目標（0）階段，教師應明確每節(jié)課的理論知識目標，將抽象的知識點轉(zhuǎn)化為學生易于理解的案例，使學生清晰地掌握核心理論的概念。在參與式學習（P）階段，教師可以通過小組討論、情景演繹等方式將理論知識融入實際應用，讓學生在實際情境中靈活運用。

2.2.2 實踐操作目標

人機工程學對實踐的要求極高，其核心目標是將人的行為方式實際應用到與機器、環(huán)境的交互過程中。因此，實踐操作能力的培養(yǎng)在人機工程學教學中必不可少。基于BOPPPS的教學改革應在教學過程中增加實踐操作環(huán)節(jié)，確保學生在掌握理論的基礎上能夠熟練操作。例如，讓學生通過測量人體數(shù)據(jù)進行工作空間的設計，通過模擬人體姿勢對工具進行改造等，以此達到學以致用的目標。

2.2.3 自主創(chuàng)新目標

在當今快速變化的科技和產(chǎn)業(yè)環(huán)境中，自主創(chuàng)新能力是衡量工科類人才的重要標準。自主創(chuàng)新的目標可以通過BOPPPS模型的參與式學習進一步深化。在課程中，教師可以設置開放性課題，讓學生提出假設并通過實驗來驗證方案的可行性。例如，學生可以分組設計一款符合人體工程學的座椅，從概念構(gòu)思到產(chǎn)品原型建模、制作，都由學生自主完成，教師主要提供指導和資源支持，而非干預具體設計過程。以此引導學生自主創(chuàng)新和探索，培養(yǎng)學生解決復雜問題的能力。

2.3BOPPPS與人機工程學深度融合教學模式構(gòu)建

針對人機工程學教學過程中的痛點和構(gòu)建目標，將BOPPPS的六個環(huán)節(jié)分成三個階段，分別是課前預習階段、課中參與階段、課后復盤階段。采用BOPPPS進行教學設計時，不應拘泥于固定的結(jié)構(gòu)和順序，應結(jié)合實際學情和課程特色因材施教[7]。例如，本文針對人機工程學需重視理論和實踐相結(jié)合的課程特點，在課中參與階段和課后復盤階段都運用了后測（P），但課中的后測偏向于理論知識、課后的后測偏向于實踐操作。

為實現(xiàn)線上線下混合式教學，教學團隊借助超星學習通線上平臺建立人機工程學線上課程資源，包括各章節(jié)知識點、隨堂練習、話題討論、課后作業(yè)、設計展示等。通過學習通對教學環(huán)節(jié)進行全流程把控，充分調(diào)動學生的積極性和參與度?；贐OPPPS的人機工程學教學模式如圖1所示。

2.3.1 課前預習階段

此階段主要借助學習通平臺開展課前線上教學。教師根據(jù)課程培養(yǎng)方案選取難度適中的知識點，形成課前預習PPT并提前發(fā)布到學習通班級群。學生根據(jù)課件完成先導案例分析、相關知識回顧、新知識預熱，并在學習群發(fā)表學習心得，為課中參與階段奠定基礎。

該階段主要包括引入（B）、學習目標（0）、前測（P）三個環(huán)節(jié)。引入（B）環(huán)節(jié)旨在引起學生對新知識點的興趣，通過與本節(jié)內(nèi)容相關的社會現(xiàn)象、設計案例、視頻素材等引導學生對知識點進行預先了解。學習目標（O）環(huán)節(jié)要以學生為中心，明確本節(jié)課需掌握的內(nèi)容目標，有助于學生了解該知識點在課程體系中的地位和作用，形成知識脈絡。前測（P）是教師對學生進行摸底的環(huán)節(jié)，通過測試考查學生課前的預習效果，評估接下來的教學難易程度。前測題目不宜過難，防止學生產(chǎn)生畏懼心理，盡可能采用選擇題和判斷題。

圖2教學層次模型

2.3.2課中參與階段

教師根據(jù)課前預習階段的反饋掌握學情，對教學內(nèi)容進行層次化分類，具體教學層次模型見圖2。一是基礎層，主要涵蓋大多數(shù)學生都能理解的基本知識，可快速帶過；二是中等層，是學生要牢記并掌的知識點，需進行重點講解；三是拓展層，教師可以提出想法和思路，引導學生探索。

課中參與階段主要包括學習目標（0）、參與式學習（P）、后測（P）、總結(jié)（S）四個環(huán)節(jié)。此階段的學習目標（0）是教師根據(jù)前測結(jié)果調(diào)整本節(jié)課教學目標。參與式學習（P）通過教師精講、學生精練，使絕大多數(shù)學生的學習效率達到最高。該過程可借助學習通平臺進行課堂主題討論、選人、分組、問卷等互動，以達到提高學生課堂注意力和參與度的目的。后測（P）是在授課內(nèi)容結(jié)束后，針對本節(jié)內(nèi)容的課程目標設置相應的測試題目，重點考查學生對知識點的掌握情況，是衡量教學目標達成情況的重要指標。總結(jié)（S）環(huán)節(jié)需要教師根據(jù)學生參與式學習和后測的結(jié)果，對知識點進行梳理，對易錯點進行鞏固。課堂總結(jié)既是本節(jié)課的總結(jié)，也可作為下節(jié)課的相關知識點回顧。

2.3.3 課后復盤階段

課后復盤階段是教師和學生對教學過程進行歸納和總結(jié)的階段，主要包括后測（P）、總結(jié)（S）兩個環(huán)節(jié)。此階段的后測（P）更偏向于考查學生的實踐操作能力，除了選擇題、判斷題、填空題等，應增加實踐操作或開放性課題，讓學生自主運用所學知識。總結(jié)（S）階段包括學生復盤和教師復盤兩個方面。其中，學生復盤是總結(jié)理論知識和歸納操作經(jīng)驗的重要環(huán)節(jié)，將知識點進行梳理并形成思維導圖上傳到學習通，課程結(jié)課時將所有思維導圖結(jié)合起來形成完整的知識體系。教師需要對學生在BOPPPS各個環(huán)節(jié)學習、作業(yè)、實踐的參與和完成情況進行考核，實現(xiàn)考核方式的多樣化。

3基于BOPPPS模型的人機工程學教學模式實踐

人機工程學作為一門重要的專業(yè)核心課，包括起源發(fā)展、內(nèi)容定義、生理人機、心理感知、運動系統(tǒng)、環(huán)境因素六大教學單元，教學內(nèi)容多且覆蓋面廣。這就要求教師按照課程大綱和授課學時將課程拆分為若干單元，每個教學單元均按照BOPPPS模型進行教學設計。本文以“生理人機\"單元中的\"人體測量學”章節(jié)為例，詳細闡述如何將BOPPPS模型的六個環(huán)節(jié)融入人機工程學教學實踐過程，每個環(huán)節(jié)對應的教師任務和學生任務詳見表1。

4基于BOPPPS模型的人機工程學教學效果與評價

人機工程學是工業(yè)設計專業(yè)的核心課程，因此選取工業(yè)設計專業(yè)22級學生作為研究對象，一班對照組（25人）采用傳統(tǒng)教學模式，二班實驗組（29人）采用BOPPPS模型與課程融合的教學模式。經(jīng)過一個學期的授課與觀察，學期末通過定性法和定量法對教學成果進行分析，結(jié)果表明，二班實驗組的成績高于一班對照組，二班實驗組學生的積極性顯著提高，實踐能力和自主創(chuàng)新能力都得到充分鍛煉。

表1基于BOPPPS的人機工程學教學模式實踐（以“人體測量學”章節(jié)為例）

圖3滿意度調(diào)查問卷結(jié)果

4.1定性研究結(jié)果

采用BOPPPS模型與課程融合教學模式的二班實驗組，課堂上學生參與度明顯提高，針對話題的討論更加全面和深入，更愿意主動分享自己的見解。許多學生表示通過引入環(huán)節(jié)和前測環(huán)節(jié)，能基本掌握本節(jié)課知識，課上更愿意把時間分配給相對較難的知識點。BOPPPS的參與式學習環(huán)節(jié)，給學生創(chuàng)造了更多的小組合作和實際操作項目，經(jīng)過一個學期的學習，學生在合作中變得更加積極主動，能夠有效分配任務并高效執(zhí)行。在項目實踐中，實驗組學生的設計作品展現(xiàn)了較高的創(chuàng)新性和實操技能，同時部分學生表示在課后更愿意主動參加比賽等實踐，將所學知識點運用到實際問題解決中。但也有學生認為，BOPPPS的教學方式雖然更加全面，但也占用了較多的課外時間，若每門課都采用此教學方式將產(chǎn)生較大的學習壓力。因此，教師在布置前測和后測作業(yè)時，要注意題型和作業(yè)量，避免給學生造成負擔。

4.2定量研究結(jié)果

在期末的理論測試中，采用BOPPPS模型與課程融合教學模式的二班實驗組優(yōu)秀率為 20.6% ，而采用傳統(tǒng)教學模式的一班對照組優(yōu)秀率為 16% 。此外，兩個班級的教學滿意度調(diào)查問卷顯示，二班實驗組整體滿意度為90.75分，一班對照組整體滿意度為81.25分，二班實驗組學生的課堂參與度要明顯高于一班對照組。詳細的滿意度調(diào)查問卷結(jié)果見圖3。

由此可見，基于BOPPPS模型的人機工程學教學方式能顯著提升學生成績，幫助學生建立專業(yè)自信，而學生普遍認為成績考核維度更加豐富，對最終成績也較為滿意。

5 結(jié)束語

在新工科背景下，教學團隊將BOPPPS模型應用于人機工程學教學改革，在明確教學目標的前提下，深度融合線上線下教學資源，構(gòu)建更為靈活和多樣化的教學模式。在教學實踐中，BOPPPS模型不僅強化了學生的參與感和學習主動性，更顯著改善了教與學的效果，學生從被動接受知識轉(zhuǎn)向主動探索、掌握和應用知識。結(jié)果表明，基于BOPPPS模型的教學方法能幫助學生解決復雜的實際問題，促進其成為具備創(chuàng)新能力、解決實際問題能力和團隊協(xié)作能力的復合型新工科人才。

6參考文獻

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