基于雨课堂和BOPPPS改进模型的教学设计——以大学化学课程为例

王宇超，王志兵，石金静,2，杨国程,3,＊

1长春工业大学化学与生命科学学院，长春 130012

2吉林省实验中学化学学科，长春 130022

3长春工业大学教务处，长春 130012

随着新兴信息技术的发展，高等教育面临着重大挑战，需要理性思考并做出主动应对[1]。一方面，信息技术极大地促进了开放教育资源运动的发展[2]。传统的课堂中，知识由教师向学生单向传递，学生被封闭在固定的空间，与外界的交流和沟通有限，对课程优劣的判断也受到局限。在新型信息技术迅猛发展的今天，知识的传递转为多向互助，各种在线课程、公开课和教学视频层出不穷，完全打破了传统课堂的界限。学生通过手机和电脑等电子设备可以随时观看到国际和国内的优质教育资源，这意味着，所有的课程都要紧随潮流进行有效的教学改革，打造自己的课堂特色，否则将面临淘汰。另一方面，传统课堂普遍存在学习氛围不浓厚、积极性低和效果差等问题，电子设备的普及使得上述问题愈演愈烈。同时，被称为“网络原住民”的“00后”已经成为高校学生主力，手机、平板和笔记本等电子设备早已融入“00后”的学习和生活，在课堂教学中试图将学生与电子设备分割开来已变得不现实，更不明智。如何协调课堂教学和电子设备的关系，是教育工作者面临的重大挑战。

本文针对上述问题，提出了基于雨课堂和BOPPPS改进模型的教学设计。该设计坚持以学生为中心的教学理念，突出学生的主体地位，借助智慧教学工具——雨课堂，成功地将电子设备与课堂教学融合在一起，变负面因素为学习工具。通过设置“预习、前测、随堂测试和后测”等教学环节，帮助教师从“课前–课中–课后”全方位地了解学生的学习情况和动态，根据雨课堂后台教学数据及时地对教学内容和方式进行调整。我们将改进模型应用于大学化学课堂教学中，并对成绩和调查问卷进行了分析，结果表明，基于雨课堂和BOPPPS改进模型对课堂教学的多个方面都具有促进作用，具有较好的教学效果，为新兴信息技术背景下的课堂教学改革提供了借鉴和参考。

1 相关概念

1.1 智慧教学工具——雨课堂

雨课堂是清华大学于2016年4月推出的智慧教学工具，该工具以教师最熟悉的两个软件(微信和PPT)为基础，通过对其即有功能进行加强，实现了教师和学生之间的交流沟通、互动和反馈[3]。雨课堂具有以下几个优势：一是不需要学生额外下载软件，只需要学生关注公众号，扫码进入班级即可参与课堂教学活动；二是学生能随时通过手机查看课件和习题等内容，可以有效地利用碎片化时间；三是教师可以随时随地了解到学生的学习情况并与之交流，打破了以往教师必须在固定场所办公的限制；四是功能强大，不仅拥有众多调节课堂氛围、吸引学生注意力的强大功能，如：红包、随机点名和弹幕等，而且拥有单选题、多选题、填空题、主观题、投票题等众多题目类型，完全满足教师的使用需求。新版试卷具有题目乱序和答案乱序等功能，有效地避免了利用雨课堂进行测试时的作弊情况。此外，课件推送中的不懂、留言和匿名反馈等功能也有效增强了师生之间的交流，特别对于一些不善言谈的学生来说，极大地缓解了和老师面对面交流的尴尬。

1.2 BOPPPS教学模型

BOPPPS教学模型源于加拿大，近年来，在欧美等发达国家的教师技能培训中被广泛使用，该教学模型强调以学生为中心，将传统的一体化课堂教学过程分为导课(Bridge-in)、目标(Outcomes)、前测(Pre-assessment)、参与式学习(Participatory Learning)、后测(Post-assessment)和总结(Summary)六个环节(见图1)，上述六个环节的首字母连接在一起就是BOPPPS的由来，六个环节前后承接，组成完整的有效课堂教学过程。

图1 BOPPPS教学模式的六个环节

2 基于雨课堂和BOPPPS改进模型的教学设计

BOPPPS为教师教学提供了有效的教学结构，很多教育工作者根据自身的理解和设计将其应用在课堂教学中，并取得了良好的教学效果[4–9]。但BOPPPS模型仍有继续改进和优化的空间：① 学情了解不够深入；② 前测后留给教师的教学调整时间短，对教师应变能力要求高，容错性差；③ 参与式学习时间过长，容易产生“低头族”[10]，学习效果检验不及时[11]；④ 只对课堂进行了模块划分，忽视了教学内容的连续性，缺少课节之间的衔接手段。

史静寰等人[12,13]强调，在坚持以学生为中心的理念下，教学改革应该围绕学生进行，以学生学习质量的提高为根本目的，以学生评价作为教学质量的评价标准，让学生真正地参与到教学改革过程中。基于此，我们在经典的BOPPPS教学模型基础上，坚持“以学生为中心”的教学理念、以学生为教学改革主体、以了解学情为手段、以学生受益为目的、以学生评价为标准、以雨课堂为工具，对课堂教学结构进行了重新规划和设计。

为加强课前学情掌握，解决教学调整时间短等问题，增加了预习环节。通过对学生预习情况的分析，促进教师对课前学情的掌握，从而有针对性地对课堂教学进行规划设计。

为加强课中学情掌握，提升学习效果，增加了学习过程中的随堂测试。大学化学课程内容抽象、逻辑性强。如“核外电子运动状态”部分内容，量子数的含义和取值范围，是学习“核外电子排布”的基础。传统课堂里，教师无法及时了解学情，往往讲完“量子数”直接讲“核外电子排布”，学生对“量子数”理解不透彻，自然无法学好“核外电子排布”。为此，我们增加了随堂测试。学完量子数直接推送测试题，针对学生掌握较差的内容，组织学生再次进行参与式学习。待学生很好地掌握量子数等内容，再进行“核外电子排布”的学习。

为加强课后学情掌握，促进学生对知识的消化吸收，解决作业批改和课节衔接等问题，在课后设置了后测环节。大学化学采用大班授课，学生人数众多，教师无法及时批改作业，也无法了解学生对教学内容的掌握情况；同时，课程前后章节衔接紧密、关联性强。例如，第四章化学反应与能源是课程的重点内容，也是学生学习的难点之一，分为“热化学与能量转化”“化学反应的方向和限度”“化学平衡和反应速率”“氧化还原反应和能源的开发和利用”四部分，四次课讲完。恒压反应热是引出焓变和吉布斯函数变的基础内容，由吉布斯函数变判断反应进行的方向，引出反应熵和化学平衡，有了前三次课的基础，学生才能更好地学习原电池和能斯特方程。无论哪部分内容掌握不到位，都会影响后续学习。而且，本章内容包含大量计算公式，学生需要大量的习题和足够的时间来消化吸收。在课后设置后测环节，可以给学生充足的复习时间，雨课堂的使用也有效解决了作业批改给教师带来的困扰。

通过上述环节的设计，实现了将学情了解贯穿“课前–课中–课后”全过程。教师针对学情反馈，对课堂教学做出调整，凸显了学生在教学改革中的主体地位，强化了教学内容的连续性和课堂教学的有效性，促进了学生知识与能力的有效提升，为其他课程的教学提供了可借鉴的教学设计模式，其结构如图2所示。

图2 基于雨课堂的BOPPPS改进模型设计

3 基于雨课堂的BOPPPS改进模型

改进的教学模型共七个环节。其中课前环节为预习，课中涵盖了经典BOPPPS教学模型的导入、目标、前测、参与式学习和总结五个环节。在参与式学习环节中加入了随堂测试，根据随堂测试的反馈，对参与式学习进行调整，然后再通过随堂测试对调整后的参与式学习效果进行检验。这一环节可多次反复，以促进学习效果。课后包含一个环节——后测，给学生充分的时间复习和思考，综合后测和下次课的课前环节——预习，共同为教师提供课前的学情反馈，指导下次课的课堂教学。下面，以大学化学课程为例，对基于雨课堂的BOPPPS改进模型在教学中的应用，进行详细介绍。

3.1 预习

通过雨课堂提前发布预习内容，布置学生观看PPT等教学资源，进行预习。学生可以通过反馈功能与教师进行交流和沟通，教师通过后台数据了解学生的预习情况，根据反馈信息，对课堂教学进行调整，如图3所示。

图3 预习环节图例

3.2 导入

简单地讲，就是用最简洁的方式，最大限度地引起学生的学习兴趣，吸引学生的注意力。导入的形式可以是图片、视频、热点话题或有趣的现象。以“化学键和分子间力”为例，可以播放壁虎在竖直又光滑的玻璃上爬行的短视频(见图4)，然后提出问题：壁虎为什么可以在竖直的玻璃上爬行呢？引起学生注意力，展开讨论，然后向学生展示壁虎爪子的微观图片，揭示答案：壁虎的爪子有特殊的结构，这种特殊的结构使它的爪子和玻璃之间形成了较强的分子间力。那什么是分子间力呢？接下来我们一起来学习“3.3 化学键和分子间力”。

图4 导入环节图例

3.3 目标

这一环节与经典BOPPPS教学模型并无差别，导入之后用简洁的语言向学生阐明学习目标。让学生在头脑中建立学习预期：经过一节课的学习，会学到什么知识？掌握什么技能？这样有助于学生提高学习效率。

3.4 前测

教师根据上次课的后测和预习的反馈信息，针对学生不懂、难以理解、课程重点、难点或学生理解有偏差的内容，制作前测试题。题目的形式以单选、多选和填空为宜，时间控制在5 min左右，教师可以从雨课堂后台随时掌握前测的统计结果，并对教学进行适当的调整，前测结束后，针对学生错误率较高的知识点进行讲解，如图5所示。

图5 前测环节图例

3.5 参与式学习+随堂测试

这一环节是整个教学模型的设计重点，也是整个课堂的核心部分。经过后测、预习和前测的三重反馈，教师已经对学生的学习情况有了比较详细的了解，通过事先设计的师生互动，营造活跃的学习氛围，引导学生逐步深入知识体系。例如，在讲完分子间力的种类之后，为了让学生真正掌握分子间力的种类与区别，可以通过雨课堂发送测试题“C6H6和CCl4两种分子之间存在何种形式的分子间力？”，组织学生分组讨论，小组成员经过讨论之后统一答案。在讲完杂化轨道理论以后，可以发送几个判断中心原子杂化轨道类型的测试题，根据学情反馈，迅速地了解学生对杂化轨道理论的掌握情况。如图6所示，随堂测试可以安排在几个重要的知识点之后，也可以针对某一知识点反复进行“参与式学习+随堂测试”。每隔15–20 min可以进行一次随堂测试，这样相当于将长时间的参与式学习+后测变成了数个短时间的参与式学习+随堂测试。其优势在于能够在参与式学习过程中随时了解学生对知识的掌握和运用情况，并且能够根据学情反馈对教学做出调整。从学生角度来看，这样的设计能够能有效集中学生注意力，帮助他们在学完每一个重要的知识点之后都能及时地“学以致用”，有助于知识的充分吸收和运用。在参与式学习过程中，教师还可以利用雨课堂的红包、弹幕和随机点名等功能对课堂气氛进行调节，充分调动学生的学习热情。

图6 “参与式学习+随堂测试”环节示意图

3.6 总结

经过参与式学习+随堂测试的教学环节之后，教师对课堂教学进行总结。简要地概述本次课的知识要点和能力要点，再次帮助学生明确学习目标。对参与式教学和测试进行总结和评价，并适当地表扬表现突出的学生，激励学生学习的热情。总结环节还有一个任务就是对后测以及下次课的内容进行预告，让学生对下次课产生一定的学习预期。

3.7 后测

在改进模型中，我们将后测环节设置在课后。主要基于两方面考虑，一方面，在课堂教学中，随堂测试已经完成了对学习效果的检验，不必在课中再设置测试环节；另一方面，学生对知识的消化与吸收需要一个过程，并不是一蹴而就的，将后测设置在课后，学生有充分的时间对知识进行巩固和复习。通过雨课堂发送后测试卷，试卷的提交时间通常设定在课程结束当天晚上，这样既给了学生充分的复习时间，又能督促学生及时对课程内容进行总结和复习。教师根据后测的反馈信息(后测环节图例可参考图5)，结合下次课的预习反馈，对下次课堂教学进行设计。例如，第四章第二节“化学反应的方向与限度”中，摩尔反应吉布斯函数变ΔrGm与标准摩尔反应吉布斯函数变存在定量关系：其中Q为反应商。当反应达到平衡时，反应商为一常数，即标准平衡常数KӨ，KӨ是下次课“化学平衡与反应速率”的重要内容，学生对ΔrGm和反应商Q的理解程度直接影响到“化学平衡与反应速率”的学习。教师可以在“化学反应的方向与限度”内容结束后，开展“后测”环节，推送关于ΔrGm和反应商Q的习题，如：已知空气中CO2的分压为0.04 kPa，问298.15 K时CaCO3(s)的分解反应是否自发？若使该反应自发，温度应高于多少度？将其制作成两道选择题，考查学生对于反应方向的判断、反应商Q的书写以及任意温度T下ΔrGm的求解等能力。学生通过习题对所学内容进行复习理解，教师根据学生答题情况，就能了解学生对相关内容的掌握程度，进而对下次课的“化学平衡与反应速率”进行设计。

以上就是基于雨课堂的BOPPPS改进模型的七个环节。七个教学环节环环相扣，层层递进，实现了教师对“课前–课中–课后”全过程的学情掌控。同时，教师可以通过查看后台测试数据，随时了解学生的出勤情况，免去了考勤这一环节；后测还可以代替纸质版作业，为教师在作业批改等方面节省大量时间，这对于大班教学的课程非常具有借鉴意义和价值。为了使改进的教学模型更好地发挥作用，教师需要对成绩考核做出相应的调整。以大学化学课程为例，传统的成绩比例为：出勤10%，作业10%，课堂表现10%，期末70%。在采用基于雨课堂的BOPPPS改进模型之后，成绩考核中增加了过程性评价的比重，达到40%，期末成绩则减至60%。过程性评价中，除了10%的能力拓展分数，其余30%均来自前测、随堂测试、后测、学生互评以及参与式学习中的表现。这样的调整不仅可以促进学生对学习过程的重视和反思，而且有利于实现学生的可持续发展。为了检验基于雨课堂的BOPPPS改进模型的实效性，我们对学生成绩和调查问卷结果进行了分析。

4 实施效果

4.1 成绩分析

在大学化学课程中，我们选取了两个人数均为73人的班级作为对比，实验班采用基于雨课堂的BOPPPS改进模型，对照班为传统教学模式授课。两个教学班均为同一专业本科生，入学成绩基本持平，期末考试由课题组统一出题，集中判卷。成绩见表1、表2、图7和图8，两个教学班成绩均呈正态分布(见图7)，实验班的平均分比对照班多达8.51分(见表1)。在70分以上的各分数段中，实验班人数均高于对照班(见图2)。我们对两个班的成绩进行了统计分析(见表2)，结果显示，实验班成绩明显优于对照班，表明基于雨课堂的BOPPPS改进模型能够促进学生对大学化学知识的理解和运用。

表1 实验班和对照班成绩对比

表2 实验班和对照班成绩对比

图7 实验班级和对照班级的成绩正态分布图

图8 实验班级和对照班级各分数段人数百分比对照图

4.2 问卷调查结果分析

为了更好地了解改进模型的有效性。我们在考试成绩发布后采用雨课堂问卷的形式搜集了学生的评价反馈(见图9)。学生从多个角度对改进模型进行评价，评价分为“非常符合、比较符合、不太符合和不符合”四个档次，共发放调查问卷73份，回收73份，有效率100%，在各项评价中，所有同学均未选择“不符合”。从调查结果可以看出，基于雨课堂的BOPPPS改进模型得到了学生的认可，学生普遍认为该模型有助于提升预习效果(95%)，有助于对知识的复习和理解(95%)，能够增强其学习的积极性和主动性(93%)，提升了学习兴趣(90%),增加了学生之间、师生之间的交流互动(89%)。采用改进模型，学习过程有参与感(90%)，能感受到被尊重(90%)，学习效率有了较大的提升(93%)。

图9 学生对学习效果的评价反馈

5 结语

在经典有效教学模型BOPPPS基础上，坚持以学生为中心的教学理念，以学生为教学改革主体、以了解学情为手段、以学生受益为最终目的、以学生评价为标准，对教学结构进行了规划和设计，提出了基于雨课堂的BOPPPS改进模型，阐述了设计思想，探讨了教学环节的实施，并对实施效果进行了分析和评价。该教学结构设计使教师对学情的了解贯穿“课前–课中–课后”全过程，强化了教学内容的连续性，切实提升了教学效果，对课堂教学具有一定的借鉴意义和推广价值。