基于BOPPPS模型的工科专业实验有效教学设计

董桂伟 管延锦 郑超

摘    要：作为学生全方位参与和及时反馈交流的教学模型，BOPPPS教学模式对于提升实验教学的有效性具有重要的意义。文章基于BOPPPS教学模型，在分析工科专业实验教学有效性因素的基础上，提出“材料成型及控制工程”专业实验教学设计策略，并应用于专业人才培养过程，使实验教学效果得到显著提升。

关键词：BOPPPS模型;工科专业;实验教学;有效教学

中图分类号：G642.3          文献标识码：A           文章编号：1002-4107（2020）06-0036-03

高等院校特别是高等工程院校作为教育强国战略实施的重要阵地之一，肩负着为国家培养一大批创新能力强、适应行业发展需求的高质量工程人才的重大任务[1]。实验教学是高校工科专业工程人才培养过程中的重要环节，在培养学生的知识综合运用能力、实践操作能力和创新研究能力等方面具有不可替代的作用[2]。近年来，国内各高校围绕工科专业的实验教学，面向国家和行业发展需求建设了一大批内容先进的实验教学项目[3-5]，极大地丰富了工科专业的实验教学体系，为工程人才的创新和实践能力培养奠定了良好基础。

实验教学体系的丰富，大大改善了传统工科专业实验教学资源相对匮乏的窘境。但需要指出的是，实验教学作为一项需要学生在有限时间内进行充分实践的能力培养和训练环节，学生学习效益的高低不仅仅依赖于丰富先进的教学内容，而且更加依賴于科学合理的教学设计，以及教学设计下的学生在实验教学过程中的参与和投入程度[6-7]。因此，如何实现实验项目的有效教学是当下每一个工科专业教育工作者需要重点考虑的内容。本文基于BOPPPS教学模型，在分析工科专业实验教学有效性因素的基础上，对“材料成型及控制工程”这一传统工科专业的实验教学进行了设计改革，并在本专业人才培养过程中进行了应用实践，实现了实验教学效益和效果的明显提升。

一、BOPPPS教学模型概述

BOPPPS教学模式是一种学生全方位参与和及时反馈交流的教学模式和监测系统，近年来被北美众多院校所推崇，也得到了国内高校和教师的广泛关注和应用[8]。BOPPPS教学模型针对教学目标的达成，将原有知识学习过程拆分为前后衔接的六个学习单元，即导言（Bridge-in）、目标（Objective）、前测（Pre-assessment）、参与式学习（Participatory Learning）、后测（Post-assessment）与总结（Summary）[9]。通过这六个单元的有机组合，BOPPPS教学模型建立了一种教学互动和反思的闭环教学模式，可有效集中学习者注意力，提升学习效果，是当前高等教育教学设计和改革过程中的一种切实可行的途径。

利用BOPPPS教学模型和教学思想，国内外学者进行了课堂教学改革的系列研究和实践，取得了良好效果[10-11]。但目前关于BOPPPS教学模式在实验教学中的应用还较少[12]，这一方面归因于当前对实验教学的功能认识和模式创新还不够重视，另一方面是BOPPPS教学模式与传统实验教学模式的融合与变革还需要进行深入系统的研究。但可以肯定的是，在工科实验教学过程中推广和使用BOPPPS教学模式，对构建以学生为中心的互动教学模式，解决目前实验教学过程中的学时少、学生参与程度低、考核模式简单等问题具有明显的积极作用。

二、工科专业实验教学的有效性因素

有效教学（Effective Teaching）理论起源于20世纪前期西方的教学科学化运动，广义上指“关注学生及学习进步的教学”，其核心目的是促进学生获得全面发展[13]。

工科专业实验教学作为高等工程教育的基本形式之一，如何提升其有效性是当前教育改革的核心追求。目前，实验教学的有效性还没有一个统一的标准，但综合分析来看，工科专业实验有效教学应包括以下四个基本因素：（1）要有明确的教学目标。明确的教学目标不仅可以指导教师开展有效教学，同时还可为评价教师教学效益提供可靠依据。（2）学生要主动参与教学过程，有效教学以学生发展为目标，必须通过学生主动地参与教学过程才能实现。（3）要体现教师的主导作用和学生的主体地位，同时要强化实验设计和组织管理。（4）课堂气氛和课堂环境要民主、自由和安全。

可见，将BOPPPS教学模式应用于工科专业实验教学，构建实验教学的BOPPPS互动模式，通过合理的实验教学设计，可以实现实验教学的目标清楚、组织有效、评价闭环和知识能力挑战性，以最少的时间、精力和物力投入，达到最大的教学效果。

三、基于BOPPPS模型的实验有效教学设计与实践

以“材料成型及控制工程”这一传统工科专业为试点，进行了真实物理实验和虚拟仿真实验两个版块的教学设计改革，分别建立了基于BOPPPS模型的实验教学方案，并在本专业人才培养过程中进行了改革实践，发现BOPPPS实验教学模式可以充分调动学生的主观能动性，显著提高其实践和创新能力，得到了学生的广泛认可和好评，实现了有效教学。

（一）基于BOPPPS模型的真实物理实验有效教学设计与实践

“材料成型及控制工程”专业的真实物理实验包括验证性实验、综合与设计性实验以及创新与探索性实验等三大层次30余个实验教学项目。本文以“环形件模锻”实验项目为例，介绍基于BOPPPS模型的实验有效教学设计与实践情况。

1. 实验项目简介。“环形件模锻”实验项目利用设计的环形件锻模，由学生完成不同尺寸规格坯料的模锻成形过程，使学生了解环形件模锻不同阶段的金属流动特点，分析不同毛坯尺寸对模锻成形过程的影响规律，熟悉和掌握飞边槽和冲孔连皮的作用及其对环形件模锻成形的影响。

2.基于BOPPPS模型的实验教学设计。针对本实验项目的知识和能力点，基于BOPPPS模型的教学设计如下。（1）B即Bridge-in，导言环节：在正式开始实验之前，设计一个简短却吸引人的导言，如讲述我国航空母舰用大型模锻件生产的水平现状，落脚到模锻工艺不同阶段的金属变形特点，进而引申到如何正确选择模锻件毛坯规格，使学生在实验前快速进入学习状态，以便集中精力进行实验目标和内容的聆听。（2）O即Objective，目标环节：导言之后，简明介绍本次实验的目标，使学生明确实验学习的方向，即通过进行不同尺寸规格坯料的分步环形件模锻实验，认知环形件模锻不同阶段的金属流动行为特点，分析不同毛坯尺寸对模锻成形过程的影响规律，并优选合适的坯料尺寸。（3）P即Pre-assessment，前测环节：针对全体学生的关于实验项目基础理论知识的前置测评，如可通过提问、分组讨论等形式进行，以准确了解学生对于模锻工艺基础知识、实验设备知识等的掌握情况，并据此调整实验教学原理、教学内容的讲解深度和广度。（4）P即Participatory learning，参与式学习环节：通过师生的良好互动进行实验项目核心和主体内容的学习，实验教学过程可通过教师主导、学生主演的形式进行。如在教学过程中，根据坯料不同阶段的变形情况，设置由浅入深的一系列问题，逐步引导学生思考下一步实验该如何调控，实现学生从“要我学”向“我要学”的态度转变。（5）P即Post-assessment，后测环节：在实验过程基本完成，实验教学结束之前，对学生的实验学习效果进行及时检测和评估。如基于实验所得的数据，由小组讨论形成环形件模锻过程的变形规律和坯料尺寸对变形的影响，进而提问和引导学生如何用所学的理论知识来解释实验中出现的现象和所得的数据规律，并鼓励学生进一步探讨有没有更好的实验处理方法，使学生在实验中的收获得到及时强化和初步升华。（6）S即Summary，总结环节：实验教学结束之际，对本次实验教学进行总结，并指导学生撰写实验报告和心得。如通过感性和理性两个层面进行环形件模锻过程的相关规律的解释和阐述，并引导学生思考：实验还可以怎么做？如果再做一遍，该调整哪些工艺条件可以讓结果更合理？给学生留下更大的思考空间，同时作为教师也要充分反思本次教学存在的问题和下一次教学时应该改进的地方。

3.应用实践。基于上述BOPPPS模型的实验教学设计，在本专业本科生中进行了“环形件模锻”实验教学的改革实践。通过课后座谈和问卷调查等形式，学生一致认为基于BOPPPS的实验教学模式能够显著提升其参与实验的兴趣和投入程度，而且在教学过程中知识的获取效率和学习效益较传统实验教学设计模式有根本性转变。

（二）基于BOPPPS模型的虚拟仿真实验有效教学设计与实践

近年来，“材料成型及控制工程”专业针对锻造缺陷种类众多和锻造过程工序复杂、且受设备条件限制，难以开展真实物理实验的难题，设计开发了“锻造缺陷分析及工艺过程”虚拟仿真综合实验。基于虚拟仿真实验线上教学的特点，结合BOPPPS模型和雨课堂教学工具，开展了基于BOPPPS模型的虚拟仿真实验有效教学设计和实践。

1.实验项目简介。“锻造缺陷分析及工艺过程”虚拟仿真综合实验，以培养训练学生熟悉掌握锻件主要缺陷类型、形成原因和抑制方法为目标，设计包括毛坯尺寸、加热温度、锻模结构参数等对锻件质量的影响实验和以齿轮坯为例的锻造工艺全过程实验。

2.基于BOPPPS模型和雨课堂的实验教学设计。

（1）雨课堂预习与“BO”环节。将BOPPPS模型的“BO”环节与雨课堂课前预习相结合，围绕“锻造缺陷分析及工艺过程”虚拟仿真实验对应的理论知识点、实验原理、设备介绍以及安全注意事项等，设计验证性实验课前预习“雨课件”，在实验前发送给学生进行预习，使学生对实验目标任务等有明确的认识;同时，设计实验预习“雨试卷”，要求学生在预习“雨课件”的基础上完成预习“雨试卷”的作答，便于教师掌握学生预习情况以及学生对实验相关知识的掌握情况，以便相应调整实验教学思路。（2）雨课堂互动教学与“PPP”环节。针对BOPPPS模型的“PPP”环节，利用雨课堂教学工具，围绕实验方案、实验步骤、实验分组、实验数据记录以及实验结果分析与讨论等设计实验课堂教学“雨课件”，并在教学“雨课件”的不同阶段设置投票、单选题、多选题等内容考查学生对实验内容的理解和掌握情况，同时利用随机点名、弹幕、讨论区等形式与学生开展积极互动，调动学生参与实验教学的积极性。（3）雨课堂试卷与“S”环节。实验教学结束，将与实验相关理论知识、工艺知识、设备知识等设计成客观题，将实验过程、数据整理、结果分析讨论和实验反思等设计成主观题，组成实验报告“雨试卷”，通过雨课堂及时推送给学生，设置学生完成时间期限，使学生在实验课后对实验所学进行及时深刻总结。

3.应用实践。基于BOPPPS模型和雨课堂的虚拟仿真实验教学在本专业本科生中进行了改革与实践，发现两者的结合应用进一步打破了传统实验教学过程中教师单一讲授以及教师演示、学生重复的教学模式。通过雨课堂这一先进教学工具，更加突出了实验教学过程中的师生互动与广泛研讨，学生的主体地位得到显著提升，学生能够真正融入实验教学过程中，学习有效性显著。

四、结论

BOPPPS教学模式作为学生全方位参与和及时反馈交流的教学模型，是改革现有本科实验教学模式、提高实验教学水平的有效途径之一，针对提升实验教学的有效性具有十分重要的意义。针对“材料成型及控制工程”这一传统工科专业，进行基于BOPPPS模型的实验教学设计和改革，可以更好地调动学生实验学习的主观能动性，大幅提升学生的教学参与热情和投入程度，学生在实验教学过程中的互动和拓展思考明显增加，教学效果凸显。

参考文献：

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