基于BOPPPS模型的电磁兼容原理教学设计

刘晨曦 徐延林 查 淞

（国防科技大学 湖南·长沙 410073）

0 引言

随着电子设备的日益发展，电气系统内部设备的电磁干扰和互不兼容问题日益突出，严重影响电子信息系统的正常工作，甚至可能对人身与设备安全造成危害。电磁兼容主要研究如何在有限空间与频谱资源条件下使电子设备或系统在同一电磁环境中正常工作，保证各电子设备或系统工作性能不降低，它与电子、信息、通信、电力等各个领域密切相关。防止电磁干扰，实现设备间的电磁兼容，已经受到越来越广泛的关注和重视。电磁兼容原理为电子信息类相关专业学生的基础课。课程旨在培养学生掌握电磁兼容的基本概念、原理和方法，认识电磁兼容在电子、信息、通信等方面的作用，培养学生在系统级、设备级电磁兼容设计与分析的能力。

电磁兼容原理是一门与实践密切相关的学科，对于学生来说，传统的课堂讲授无法充分调动学生的积极性，尤其是涉及到的电磁场理论知识在许多学生看来比较枯燥难懂。BOPPPS模型是一种以学生为中心的教学模式，其六步环节能够有效提高学生的课堂参与度。本文通过基于BOPPPS模型的教学设计，将授课的内容模块化，按照不同环节分配设计教学内容，充分发挥这门课程应用性强的特点，并在课堂教学中实践，提升学生的学习兴趣，实现理论知识学习和应用实践能力培养的有效融合，从而有效实现课堂教学目标。

1 BOPPPS教学模型研究现状概述与内涵

BOPPPS教学模型最早由加拿大哥伦比亚省的教师技能培训工作坊提出，主要用于其省内的教师资格认证与教师技能培训。目前，BOPPPS教学模型已经在北美的大学与机构普遍使用与推广，但引入国内的时间并不长，作者以“BOPPPS教学模型”为关键词在万方数据知识服务平台进行了检索和结果分析，发现2010年至2020年间与其相关的年文章量变化如下图所示，可以看到，BOPPPS模型在2015年左右才开始逐渐受到国内教学研究人员的关注，且研究数量在近几年呈现显著的上升趋势。随着我国高校对学生的课堂参与度日益重视，对于BOPPPS模型如何与具体的课程相结合，如何更好地指导参与式教学，仍有许多研究有待完成。

BOPPPS模型的核心理念是“以学生为中心”，强调课堂的学生参与、师生互动，以学生为主体，理论与实践紧密结合。BOPPPS模型将课堂教学过程分解为六个部分：引入（Bridgein）、目标（Objective）、前测（Pre-assessment）、参与式教学（Participatory learning）、后测（Post-assessment）以及总结（Summary）。具体为：

引入（Bridge-in）：这是BOPPPS模型的第一步，主要目的是为了吸引学生的注意力，使学生对本节课的内容感兴趣，为后续教学做铺垫。

目标（Objective）：在吸引学生的兴趣后，需要阐明课堂学习的目标，目标要求可以观测和度量，方便教师的课程设计与学生的课后测验。

前测（Pre-assessment）：通过课堂初始阶段的提问或测试，了解学生的基础知识储备情况与课前的预习情况。

参与式教学（Participatorylearning）：通过课堂的互动与交流，让学生参与到课堂中，引导学生主动思考，进而更加深入地掌握知识，达成教学目标。

后测（Post-assessment）：在课堂的结束阶段，对学生在本次课的学习效果进行检测，及时掌握学生的学习情况，整课程的进度与授课内容的难易程度，优化课程设计。

总结（Summary）：对课堂的主要讲授内容进行梳理与回顾，通过这个环节加深学生对知识的理解，掌握不同知识点的联系，同时可以对下节课的内容进行预告。

通过这种合理的拆解，使教学过程逻辑明确，条理清晰，能够辅助教师有效进行课程设计与课堂讲授，并且通过课堂环节及时反馈教学效果，有利于教师进一步改进课堂设计。而学生能够在这样的教学安排中更多地参与到课堂中，主动分析并解决问题。因此，根据BOPPPS教学模型设计课堂有利于培养学生的独立思考能力和创新能力，使学生在教师的引导下加深对所学知识的理解。在此，作者以电磁兼容原理课程中“低频磁场屏蔽”的授课为例，将BOPPPS教学模型引入到该课程的教学设计中。

2 基于BOPPPS模型的“低频磁场屏蔽”课程设计

2.1 课堂引入

这一环节需要将学生的注意力吸引到教学内容上来，这里我们采用一个电磁铁对 CRT显示屏的干扰现象为例进行讲解。首先在PPT上展示下图，并抛出问题：“显示屏出现干扰现象的原因是什么？”在第一轮学生回答后进行讲解，同时进一步提出问题，“如何防止这种磁场的干扰？”通过结合生活实例的递进式设问，引起学生学习的兴趣，激发求知欲，从而引入“低频磁场屏蔽”的教学内容。

2.2 课堂目标

在上一环节的铺垫后，本环节需要向学生阐明课堂的学习目标：学会低频磁场的屏蔽方法，理解铁磁材料对低频磁场的屏蔽原理，了解屏蔽体设计的注意事项，初步掌握如何设计一个实际的磁场屏蔽体。锻炼学生独立探索问题，解决问题的能力，使学生能够举一反三地将课堂上的理论知识运用到实际生活中，让学生体会到本门课程应用性强的特点。

2.3 前测

磁场磁导率、磁阻的概念与内涵是物理学中的基本知识，也是本堂课程学习的基础，本环节将在课堂的初始阶段对学生进行提问，帮助学生回顾知识，也了解学生对相关基本概念的掌握程度。设置的问题包括：“磁导率和磁阻的含义是什么”，“生活中常见介质的磁导率大小是多少”。相关问题如果学生已经掌握，则进入下一环节；如果有学生出现知识点缺漏或者遗忘现象，则需要对相关的知识进行简单讲解，使其迅速回忆起知识要点。

2.4 参与式教学（Participatory learning）

首先给出线圈产生的低频磁场屏蔽示意图，如图2所示。随后给出本节课的重要知识点——即铁磁材料是低频磁场的良好屏蔽体，并引出问题：“为什么采用铁磁材料能够实现有效低频磁场屏蔽，原理是什么”。为了方便学生自己思考理解，我们用图3所示这种简单的并联电路图形式将屏蔽问题类比到学生熟悉的电路问题上，引导学生思考图中干扰磁场H0的走向与空气磁阻、屏蔽体磁阻的关系，从而自己理解体会屏蔽原。随后我们组织学生对内部及外部磁场干扰屏蔽两种情况进行讨论，类比分析两种情况的屏蔽过程。

图2：磁铁对CRT显示屏的干扰

图3：铁磁材料对线圈产生磁场的屏蔽

图4：铁磁材料屏蔽原理电路示意图

随后，引导学生对实际屏蔽体进行思考——“理想屏蔽体与实际屏蔽体的区别在哪”，让学生自己分析出“屏蔽体一般具有开口与孔缝”这样的结论。这样，再引出对下一个内容——即屏蔽体开口的方向的分析与讲解。

2.5 后测（Post-assessment）

课堂内容的后一阶段，我们呼应课堂引入部分，以电视机干扰屏蔽为例对学生所学知识进行回顾与检验。在课件上展示一个高压线圈对房间内电视机干扰的示意图，请学生给出屏蔽解决方案。再通过一步一步的设问引导，使学生充分调动所学知识，解决这样一个干扰问题实例。通过这种方式使学生获得解决问题的满足感，并对课内所学的内容进一步加深印象。

2.6 总结（Summary）

本环节主要是带领学生逐一回顾所学知识点：包含低频磁场屏蔽材料，屏蔽原理，实际屏蔽体开口原则，实际屏蔽体设计等。通过这个环节加深学生对知识的理解，同时在此环节设问：“低频磁场屏蔽问题解决了，高频磁场该如何屏蔽呢？”从而对下节课的内容进行预告。

3 结论

采用BOPPPS模型，将课堂授课环节进行拆解，分成不同的环节，各环节内容与目标清晰明确，能够实现“以学生为中心”的教学理念。我们通过教学实践发现，通过这种基于BOPPPS模型的教学设计，可以充分激发学生的课堂兴趣与活力，让学生主动参与到课堂中来，通过电磁兼容案例引出问题，在不断进行启发式设问，让学生自己思考，将传授电磁兼容原理知识转变为学生的自我学习与吸收，从而让学生融会贯通，实现理论与应用相结合，对比传统的教学方式收到了更好的教学效果。