基于信息化技术的大学物理实验BOPPPS教学模式

白士刚 张宇亮 冯放

[摘 要]课题组鉴于当前大学物理实验课程教学存在问题，提出了基于信息化的大学物理实验BOPPPS教学模式，将BOPPPS教学模式的导入、前测、参与式学习、后测、总结各环节，通过信息化技术手段在大学物理实验课程教学中进行应用，旨在探索一种有效的信息化大学物理实验教学模式，能更好地提高实验课的课堂教学质量，更好地培养学生的物理实验能力。

[关键词]信息化;大学物理;教学模式;实验教学

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2020）06-0088-03

大学物理实验是一门实践性课程，是对理工科学生进行系统实验方法和实验技能训练的开端。大学物理实验课程的系统学习，不仅能帮助学生正确理解物理概念和规律，而且有利于培养和提高学生动手能力、观察能力、创新思维能力、理论联系实际能力以及分析问题和解决问题的能力。

一、BOPPPS教学模式

BOPPPS教学模型是北美高校教师技能培训过程中推崇的一个教学模型，是根据教育学人的认知理论提出的一种教学过程设计[1-5]。BOPPPS 模型将知识点教学过程划分为引入（Bridge-in）、目标（Objective）、前测（Preassessment）、参与式学习（Participatory learning）、后测（Postassessment）、总结（Summary）6 个部分，简称为BOPPPS。BOPPPS 模型的核心有两点：一是强调学生全方位参与式学习而不只是听讲;二是要及时获得学生的反馈信息，以调整后续教学活动。教师在课堂教学过程中可以借鉴这种模型，充分应用灵活多样、直观形象的教学手段，鼓励学生积极参与教学过程，使学生能深刻地领会和掌握所学知识。

二、传统大学物理实验课程存在问题

传统的大学物理实验教學内容，以验证性实验内容为主，学生仅是对已有知识进行实验验证。2019年以来，我们增加了设计性实验、创新性实验，以提高课程对学生创新能力的培养作用。但是，在具体开展过程中，仍然困扰于基础类公共课程学生数量大的障碍，难以保证此类课程的开设效果。

传统的大学物理实验教学方式，往往是教师详细地讲解实验原理、方法、步骤、仪器使用、数据记录、数据处理等，甚至有的教师还会在学生做实验之前把实验从头到尾地演示一遍，这样学生操作就是被动地按照教师演示的步骤机械地重复实验操作，然后成功地获得实验数据，完成实验任务。部分学生完全是应付了事，实验做完以后根本不知道自己做了什么，连实验仪器名称都记得不清不楚，回去以后根本不知道如何做数据处理，就更谈不上提高动手能力和创新能力了。

另外，传统的实验报告书写格式相对固定，比如要求学生依次写出实验名称、实验目的、实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据及处理、误差分析与讨论以及对实验的建议、体会等。格式化的实验报告很难体现出学生实验的个性，基本上是大同小异的，从中很难看出学生对待实验的态度以及是否下功夫去仔细思考、总结本次实验，更难见到有特色、有创新、有一定水平的实验报告。同时，学生实验报告的内容基本上从教材中来，照抄或大量摘抄是相当普遍的现象，这也在无形中助长了学生的依赖性和懒惰性，养成一种应付了事、不重视实验课的不良学风。

基于BOPPPS 模型课堂的核心是以学生为主体的参与式学习过程，实验的目的就是需要学生通过自己动手来掌握相关的实验知识和技能，因此BOOPPPS模式非常适合应用在大学物理实验教学中。

三、基于信息化技术的大学物理BOPPPS新型教学模式的实现

（一）基于微信公众号平台实现BOPPPS教学模式第一个环节——引入

引入是BOPPPS教学模式的第一个环节，也就是所说的预习环节。传统的大学物理实验预习，是通过让学生在课前完成实验报告来进行的，学生通过教材自行学习下一节课所要做的实验，初步掌握该实验的实验原理、实验方法、实验步骤、需要记录的数据等。但教材并没有给出实际的实验仪器的具体样子，表述不够直观，因此基于微信平台建立了东北农大物理公众号。这是一个预习学习平台，内容主要包括实验课程和理论课程。实验课程包括实验课表查询和实验内容的预习，理论课程包括答疑安排、物理欣赏、网络学习和SPOC平台。这样学生就可以非常方便地通过公众号进行物理课表的查询，随时知道自己下一节课做哪个实验，而进行相应的预习。公众号内实验预习的内容主要是作为教材的一个补充，以实际仪器的图片配以相应说明的形式，对本次实验中应该注意的问题进直观、详细的说明。这样学生通过教材阅读掌握了一定的实验原理和实验内容，对整个实验步骤有了一定的认识，再对照公众号中实际使用的仪器的照片，就可以直观地了解该实验中应该注意的一些地方。实验（一）长度、质量测量仪器及应用和实验（二）用牛顿环仪测透镜的曲率半径是两个试点实验项目。例如在实验（一）长度单位的测量中，学生对物理天平比较陌生，通过教材预习后，一些学生还是无法正确地掌握其使用方法，因此通过在实际照片上配以说明文字的形式，对物理天平在使用中遇到的常见问题进行说明，能让学生一目了然，掌握好物理天平的使用方法。

（二）基于“学习通”平台实现BOPPPS教学模式第二个环节——前测

前测是BOPPPS模式的第二个环节。传统的大学物理实验教学中前测主要通过课堂教师对学生进行提问的形式，来检查学生对整个实验的预习情况，但是缺点也显而易见，那就是对学生的覆盖面窄，因为不可能对每个学生都进行提问，这会占用大量的课堂时间。理想的情况应该是在尽量不多占用课堂时间的前提下，教师可以对每个学生进行多个问题的测试，这样才可以了解每个学生的预习情况。基于“学习通”平台的预习测试就是可以解决这个难题的一种相对理想的手段。“学习通”是一款由超星进行开发的手机App，如图1所示，通过“学习通”可以建立相应的课程，并且可以发布问题，对每个学生进行实时测试。具体做法是，通过“学习通”平台发布教师提前准备好的问题，包括多个选择题和一到两个简单的问答题，让学生当场作答并上传答案，系统就马上把答题情况反馈给教师，从而做到在较短时间内对所有学生进行预习情况的考察，这就解决了传统教学中的前测无法全面掌握学生预习情况的问题。

（三）基于虚拟仿真实验全面提升大学物理实验课堂讲授效果，实现BOPPPS教学模式第三个环节——参与式学习

BOPPPS模式的第三个环节是课堂参与式学习，在传统教学中，教师主要是通过PPT和板书对本次实验的实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、数据记录、数据处理和其他相关的内容进行讲解。其中实验步骤的讲解是整个课堂讲解过程的关键，因为它直接关系到学生的实验操作过程是否正确，从而能否得出正确的实验结果。通常情况下，教师会通过文字的讲解来说明此次实验内容和操作步骤，这样做的缺点是比较抽象，学生接受的程度一般。也有的教师选择本次实验的一个实验台，在当前实验台上对实验步骤仪器的具体操作进行演示，学生则通过观察教师的操作来学习，这其中最大的问题就是学生观察教师做实验时要围在实验台周围，受场地实验台大小的影响，可能会存在一部分学生对教师的操作观察不清楚的情况，影响后续学生的具体操作。因此，在课堂讲解环节，在实验操作这一部分，可利用大学物理实验仿真操作教学软件来进行讲授[6]。该款仿真模拟软件是通过Flash动画的形式来演示实验具体过程，并且可以通过人为的操作来控制实验的进行，可以100%地模拟实验操作过程，通过投影仪的播放，将本次实验的操作过程直观、清晰地展现在所有学生面前，解决了传统教学中抽象、场地小的缺点。并且，对于一些前后两个步骤相隔时间长的实验，如果亲自演示实验则必须等待一定的时间，而利用仿真模拟软件则可以直接进行下一步实验，大大节约了时间。而对于一些关键实验步骤，学生可以反复模拟反复播放，从而加深记忆，这在实际实验演示中是不能实现的，因为反复地进行一些时间较长的实验会大量占用课堂有限的时间，影响后续的教学活动的进行。对于实验中要注意的细节问题也可以利用仿真模拟软件进行讲解，并且可以利用软件的放大功能，对实际实验仪器的一些细小的部分进行放大，让实验仪器充分暴露在学生面前，让学生实实在在地掌握实验仪器的正确使用方法，从而进行正确的实验操作。该大学物理仿真模拟软件也整合到了东北农业大学大学物理網络教学平台，学生可以自行找到该仿真模拟软件，自行对已做过的和没做过的大学物理实验进行课前与课后的模拟。相比传统教学的纸上谈兵，利用仿真模拟软件辅助教学，具有明显的优势。首先，学生课前对实验中将要使用的仪器一目了然，对照面前的实际仪器印象更加深刻。其次，学生经过自我模拟测试后进入实验室，可以有效提升课堂实验操作准确度和完成度，大大节约了教师讲授时间，提高了效率。

（四）基于局域网或微信小程序（开发中）全面提升学生操作环节指导效果，实现BOPPPS的第四个环节——后测

后测是BOPPPS的第四个环节，在大学物理实验中也就是学生的实验操作环节。学生实验操作是非常重要的一个环节，通过学生实验操作环节可以检验一个学生对实验原理和内容的掌握情况和学生的动手操作情况。传统的教学中，教师通过在教室中来回走动观察每个学生的操作来掌握学生的实验情况，但由于教师只有一双眼睛，无法有效地了解每一个学生的操作情况，通常是通过检查学生的实验数据来对学生的操作进行判断。我们可设计并开发一款小程序，旨在可以实时监测学生的实验数据，把学生的实验操作情况及时反馈给教师，让教师可以掌握每一个学生的实验操作情况，对操作有问题的学生及时进行纠正指导。这个设计的具体思路是，让学生把实验过程中的数据实时上传，系统通过设定的程序给学生以实时反馈，即该次上传的实验数据是否正确，正确的学生则可以继续进行实验，存在问题的数据系统会提示学生相关的操作要点，让学生进行自检并重新进行实验，同时数据也反馈到教师的终端上，使教师可以实时把握学生进行实验操作的情况，可以及时到数据不正确的学生身边进行指导。

（五）建立学生实验数据计算机自动评判系统，客观考核学生实验效果，实现BOPPPS教学模式的最后一个环节——总结

总结是BOPPPS教学模式的最后一个环节，包括小结和考核。大学物理实验传统的考核方式是通过对学生实验报告的批改，来判断学生对上次实验的掌握情况。学生对本次实验的反思也仅限于在完成实验报告的过程中，对实验的反思效果不明显，严重的还会出现抄袭的情况，并且由于大学物理实验自身的特点，下次实验一般不会对上次实验进行总结和讨论。

为了改善这一个情况，仍然可以借助信息化网络技术。例如，基于无线WIFI数据传输，建立数据上传系统，自动考核学生数据计算结果。同时可将翻转课堂和小组讨论加入大学物理实验的教学中去，采取实验报告、课堂汇报和答辩（同时为下一组同学讲解）等多种方式来检验学生对上次实验的掌握情况，充分调动学生的积极性，不让学生做过就算，学过就忘，而是要趁热打铁，巩固所学知识，真正掌握实验的精髓，切实提高自身的理论水平和实验技能，培养学生理论联系实际的能力。基于计算机仿真实验的自动评判，是解决学生数量大、操作考核时间成本高、教师工作量大的问题。学生通过在网络平台的模拟操作，获得实验数据，并对实验数据进行处理，同时进行不确定度的计算等必要的实验操作和数据处理，然后上传处理结果。计算机可根据学生操作规范性、数据合理性进行自动判断，并给出成绩。

信息化教学是大势所趋，而如何将信息化有效地融入教学中去，采用更多更好的信息化理念和手段则是关键。BOPPS教学模式的核心是以学生为主体的参与式学习过程，以大学物理实验模拟仿真软件、微信预习考试平台和“学习通”测试平台作为信息化的具体手段，将它们运用到大学物理实验BOPPPS教学模式中去，旨在探索一种有效的信息化大学物理实验教学模式，从而更好地提高实验课的课堂教学质量，更好地培养学生的物理实验能力。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 邓婷.基于移动学习的BOPPPS翻转课堂的研究与实践[J].教育现代化，2019（24）：197-200.

[2] 宋敏.基于微信公众平台的互动式BOPPPS教学模式研究[J].科技经济导刊，2019（3）：142-143.

[3] 魏小平，康文斌.BOPPPS教学模式在大学物理课程教学中的探索：以静电场的环路定理为例[J].西部素质教育，2019（1）：135-138.

[4] 张建勋，朱琳.基于BOPPPS模型的有效课堂教学设计[J].职业技术教育，2016（11）：25-28.

[5] 孙亚南，王楠，张东敏，等.高校青年教师实现有效教学的思路研究：基于BOPPPS模式的分析与应用[J].教育现代化，2017（45）：134-136.

[6] 韩秋菊，白士刚.网络教学平台辅助物理实验教学的探究[J].大学教育，2014（16）：139-140.

[责任编辑：钟 岚]