BOPPPS模式在大学物理教学中的实践

李萍 代丽娟 马亚斌 尹伟

摘 要：以转动定律一节的教学为例，为体现学生为中心，让学生更多地参与到课堂中，应用BOPPPS教学模式对本节课教学进行了导入、学习目标、前测、参与式学习、后测、总结六个环节的教学实践，调查问卷结果显示，54.72%的学生认为BOPPPS模式能够提高自己学习的主动性，11.32%、41.51%的学生能够完全适应、适应该教学模式。

关键词：BOPPPS；刚体；转动定律

1 概述

大学物理课程是各理科及工科学生学习专业课的先修课程之一，课程包含理论学习和实验学习两部分，通过大学物理的学习，培养学生对具体物理问题的计算能力和逻辑思维能力，为后续专业课的学习提供相应的知识基础的同时，提供解决专业问题的逻辑思维。新疆理工学院大学物理教学团队每年承担近50个班的大学物理及实验课程的教学任务，服务学生2750余人，我校大学物理课程建设时间较早，因此教学成绩显著，团队教师立项多项省级、校级教改项目，获得全国高校教师教学创新大赛国家级、省级等教学奖项。但是在取得教学成绩的同时，课程教学还存在以下问题：一是作为新学校，团队教师平均教龄为4.2年，正是站稳讲台的关键时候，存在教学经验不足的问题；二是根据各专业人才培养计划，大学物理课程有80学时和64学时两类，要完成《理工科类大学物理课程教学基本要求》文件要求的知识点，会导致上课节奏较快，没有更多时间巩固知识点和例题练习；三是学生普遍认为大学物理学习内容抽象，力学部分内容学习时，大部分学生可以跟上老师的讲课节奏，并能相对独立地完成作业，但是到了电磁学和光学内容的学习时，由于理论和实践较难结合起来，上课过程中只是通过一些生活中的现象或者网络视频来加深对抽象概念的认识，所以导致在学习过程中同学们容易陷入知其然不知其所以然的困惑中。

BOPPPS教学模式是由加拿大的道格拉斯·克尔在1967年提出的，起初是应用于教师技能培训的一种教学模式［1］。近年来，我国很多教育工作者将BOPPPS应用到课堂教学实践中，张建勋、朱琳对BOPPPS教学模型进行了概述，并对有效课堂教学设计、构成要件、操作流程等进行分析［2］。在物理教学方面，湖北师范大学的张雄、张喻等将BOPPPS和超星学习通平台线上教学结合到一起，在实施前测环节的实验组和未实施前侧环节的对照组的教学效果分析中可以看出，实验组的成绩明显高于对照组的成绩［3］。于培清利用BOPPPS教学模式对光学部分的等厚干涉内容进行了教学实践，他认为BOPPPS的实施可以提高学生学习的积极性，能让学生更多地参与到课堂互动当中［4］。大学物理作为一门理论与实验结合的课程，魏薇、谭佐军等应用BOPPPS教学模式，并应用信息技术与实验教学结合，结果表明六个教学过程都实现了育人的目标［5］。本文针对物理教学中存在的问题，将课堂划分为六小段，进行了教学实践。

2 基于BOPPPS的转动定律教学过程设计

2.1 教学基本情况

学情分析：在讲解本节课前，同学们已经学习了质点绕一个固定点转动的角量描述、角动量、力矩等内容，也学习了刚体模型、转动惯量等，具备了推导作用在刚体上的合外力矩与角加速度之间关系式的知识储备，但是刚体转动的内容对于学生来说是一个在高中没有学习过的新知识点，因此学习起来有一定的困难。

教学总体设计：本节知识点属于刚体动力学部分，上课之前通过智慧树平台发布前测试题，上课时通过一个思考题引入，接着介绍学习目标并解答前测试题，然后从牛顿第二定律出发，推证转动定律的表达式，最后对推证的结论进行讨论，后续发布后测试题进行练习，课堂教学设计见图1。

2.2 教学过程

引入：本环节主要是通过生活中的现象、图片、视頻等引出学习内容。本次课我们采用生活中的现象引入，两个质量和力矩相同的空心圆柱桶和实心圆柱桶放在光滑斜面顶端，让它们同时向下滚，请同学们思考，哪个圆柱桶会先滚落下来？

教学目标：教学目标作为学习需要达到的最终要求，是一节课的指导思想。本节的教学目标有：知识目标：（1）掌握刚体定轴转动的转动定律的概念；（2）运用转动定律计算刚体转动的角加速度。能力目标：开发学生运用转动定律对比牛顿第二定律知识的物理思维及计算物理实际问题的能力。思政目标：通过转动定律的学习，让学生树立事物发生发展的规律，从而建立发现问题以及解决问题的能力。

前测：前测部分的进行可以使老师掌握学生的学习情况，本节课前测通过智慧树提前一天发布给学生，具体题目见图2，通过两道题了解学生对力矩和转动惯量的掌握情况，正式上课时对两道习题答题情况进行点评和解答。

参与式学习：本环节主要体现学生为中心的特点，引导学生参与到课堂教学内容上。提出问题：力矩M→等于零时，刚体转动的角速度是什么样的？力矩M→不等于零时，刚体转动的角速度又是什么样的？根据学生给出的答案，结合第二章力→改变物体的运动状态→质点、质点系获得加速度，通过知识点间的对比关系，引导学生总结力矩→改变刚体转动状态→刚体获得角加速度的结论。紧接着从理论上推导M→、J、α→之间的关系式，首先是创设情境，在刚体内任意取一个质元，质元的质量、距离、受力情况如图3所示，提出问题：对于该质元来说F→i和f→i是否都是外力？此时大部分学生都能给出正确答案，采用自然坐标系，再由牛顿第二定律写出：切向：Fisinφi+fisinθi=Δmiaτi，法向：－Ficosφi－ficosθi=Δmiani，分解的目的是看看哪个力对转动有用，法向方向上的力要穿过轴，因此真正能影响转动的是切向的力，在切向两边乘以ri，并应用aτi=riα，写出：riFisinφi+rifisinθi=Δmir2iα，提出问题：为什么角加速度写成α而不是αi，让同学们再次明确刚体转动过程中刚体内各质元的角量是相同的。一个质元是这样描写，那么所有质元我们对上式求和得到：∑iriFisinφi+∑irifisinθi=∑i（Δmir2i）α，∑i（Δmir2i）为刚体的转动惯量J，根据上一节课的知识点一对内力产生的力矩大小相同方向相反，得到∑irifisinθi=0，令∑iriFisinφi=M，得到M=Jα，因为力矩的方向总是向上或者向下，所以该式通常写成标量式，引导学生对此式进行文字描述得到转动定律的定义。根据M=Jα可以回答引入时实心圆柱和空心圆柱滚落快慢的问题，空心圆柱质量分布离轴远，所以J空>J实，力矩相同时，α空<α实，即实心圆柱的角速度越容易改变，所以实心圆柱滚得快，引导学生思考自行车车轮、汽车轮胎、摩天轮等质量为什么大部分分布于外边缘？

后测：为了掌握学生对本节课的掌握情况，进行本环节。如图4所示，一质量为m、半径为R的定滑轮左侧绕有绳子，绳子下端悬挂着一个质量为m1的物块，物块带动滑轮绕轴转动时，试求绳中张力和物块的加速度。

总结：本环节是学习内容的总结，引导学生总结力矩、转动状态改变、角加速度的定性关系，进一步明确力矩和转动状态的关系，并总结力矩、角加速度、转动惯量间的定量关系，引导学生运用类比法学习物理知识的思维习惯，最后布置本次课作业。

3 教学效果评价

为了了解同学们对BOPPPS教学模式的适应情况，组织学生开展了调查问卷，从图5可以看出，对于能否提高学习主动性的问题，54.72%的学生选择了可以，只有377%的学生认为非常不可以，说明很大一部分同学认为可以提高学习主动性；在是否适应的问卷中，非常适应和适应的占比总和是52.83%，35.85%的学生选择一般，说明大家能够基本适应该模式，当然还有一小部分学生的答案是不适应和非常不适应。

结语

本文应用BOPPPS教学模式对转动定律教学进行了教学实践，教学过程严格按照BOPPPS教学模式的六要素进行，问卷调查结果表明本次课教学效果良好，大部分学生均能接受BOPPPS模式，但是BOPPPS教学模式并未广泛应用到学校大学物理及实验课程的教学过程中，希望后续能够将BOPPPS教学模式应用到更多章节的授课中。

参考文献：

［1］曹丹平，印兴耀.加拿大BOPPPS教学模式及其对高等教育改革的启示［J］.实验室研究与探索，2016，35（02）：196200+249.

［2］張建勋，朱琳.基于BOPPPS模型的有效课堂教学设计［J］.职业技术教育，2016，37（11）：2528.

［3］张雄，张喻，单传家，等.基于超星学习通的BOPPPS线上教学模式实践探究——以湖北师范大学大学物理课程为例［J］.湖北师范大学学报（自然科学版），2020，40（04）：114118.

［4］于培清.BOPPPS教学模式在大学物理课程中的应用［J］.产业与科技论坛，2022，21（18）：144145.

［5］魏薇，谭佐军，刘泉，等.虚实结合的大学物理实验BOPPPS教学模式改革与实践［J］.物理实验，2022，42（03）：4751.

基金课题：新疆理工学院教学能手专项项目；2022年自治区级大学生创新创业训练计划项目（S202213558016）

作者简介：李萍（1990— ），女，甘肃会宁人，硕士，讲师，研究方向：凝聚态物理、大学物理教学。

*通讯作者：尹伟（1990— ），男，四川三台人，硕士，副教授，研究方向：凝聚态物理、大学物理教学。