基于BOPPPS 模型和思政融入的专业课程教学方法研究——以“荷载与结构设计方法”课程为例

王艺霖 闫 凯 刘春阳

(山东建筑大学土木工程学院,山东 济南 250101)

一、研究问题的提出

源于加拿大的 BOPPPS 教学模型以有效教学设计著称,是一种以“学生全方位参与、及时获取学生反馈”为核心、以“课程分解”为基本特征的教学模式,一般将教学过程划分为引入(Bridge-in)、学习目标(Objective)、预测或课前摸底(Pre-assessment)、参与式学习(Participatory Learning)、课后测试(Post-assessment)及小结(Summary)六个具有承上启下关系的环节[1-2],各环节中的教学理念为“学生为主、教师为导”。 六个环节的教学全过程又可分为三个阶段:课前(前3 环节)——激发兴趣,培养创造性思维;课中(第4环节)——沉浸体验,实时交互反馈;课后(5、6环节)——总结拓展,及时复习巩固[3]。

BOPPPS 模型在教学过程中着重强调学生全方位参与式学习,开展多种形式的课堂活动,老师引导启发,让学生自己去思考、分析并解决问题,调动学习主动性,以有效实现课程教学目标[4],并着力培养学生的学习能力与创新能力。目前BOPPPS 模型已被应用到很多专业课程的教学之中:例如,马琛[5]通过挖掘BOPPPS 模型的内涵构建了美术教育理论课程教学模式,提出“课程相关引入+课堂面授经典+自主研学生成+生生思考表达+经典导读拓展+学习质量监控”的整体教学程序;邱玲等[6]将基于BOPPPS 模型的内部双元制教学模式应用于泌尿外科护理实习生的临床教学中,提高了实习生的理论和操作水平、学习投入水平及学习策略运用水平;赵瑞雪等[7]基于BOPPPS 模型,按照技能模块、话题单元、SMART 原则、对分教学法进行了教学组织设计,构建了适合大学英语课的混合式教学模式;王婷[8]综合运用BOPPPS 模型和对分课堂模式开发了新型的线上教学方法。 另外,在目前强调课程思政的大背景下出现了将BOPPPS 模型与课程思政元素融合在一起的专题研究。 例如,卢宏霞[9]针对化学课程深入挖掘了蕴藏的思政元素并按 BOPPPS模型进行了突出“参与式学习”的课程设计,形成了多类型并行、多层次递进的教学模式;刘银玥等[10]在心肺复苏教学中融入了BOPPPS 模型和课程思政元素,并比较了融入思政元素前后学生相关态度得分及知识得分的差异。

总的来看,BOPPPS 模型具有先天优势和在各类课程中进行更深入全面应用的潜力。 同时,为了更好地落实“立德树人”根本任务,应将BOPPPS 模型与课程思政进行更加有机深入的融合。 为此,本文将选取土木工程专业的重点课程“荷载与结构设计方法”作为示例,在BOPPPS 模型各环节的具体设置与实施、课程思政元素的融入方面进行专题性研究探讨,建立基于BOPPPS模型和思政融入的新型教学方法。

二、基于 BOPPPS 模型和思政融入的“荷载与结构设计方法”教学方法

“荷载与结构设计方法”课程的授课对象为大三上学期的土木工程专业学生。 学生在开课前已完成“材料力学”“结构力学A1”“土木工程材料”等专业基础课的学习,为本课程的学习打下了必要的基础,同时与“混凝土结构”“钢结构”“土力学”等课程同步进行学习,在知识体系上互为补充。 根据土木工程专业工程教育认证的要求,确定相应的课程目标如下:

课程目标1:学生要了解工程结构上所受荷载的基本知识,掌握工程结构抵抗外界作用的基本要求,对一般的工程结构能确定所受的荷载类型并能判断出其中的关键类型,同时对重要的荷载类型与复杂工程的设计原理能用工程语言进行合理准确地表述;

课程目标2:学生能够基于数学和力学知识理解各类荷载的量化原理、基于可靠度的结构设计原理,能利用《建筑结构荷载规范》及其它相关规范规程等工具书来确定各类荷载的具体取值;能理解复杂工程在功能和性能上的要求是如何得到保证的;

课程目标3:学生能够通过书面文稿或口头交流等多种形式与业界同行及社会公众就土木工程专业的复杂问题进行有效沟通和交流;

同时制定了思政目标:学生能够通过课程知识的学习更加深刻地理解唯物辩证法和历史唯物主义并用于专业课程知识的分析,能更加深刻地理解社会历史观中的实践论、树立工程实践观,能“润物无声”地吸收党史知识、增强爱党爱国热情,能自然地受到优秀传统文化的熏陶、强化“文化自信”,能树立崇高的职业理想、强化工程伦理意识和职业道德信念,培育大国工匠精神。

下面具体以本课程中的重要知识点——风荷载为例,将BOPPPS 模型和课程思政元素融入教学设计。 各环节的主要任务、实施方式、思政元素如表1 所示。

表1 BOPPPS 教学模型各环节的主要任务和实施方式

环节 主要任务 实施方式 思政元素学习目标 传递学习目标、方法、要求及重难点展示教学大纲中的相关内容;给出聚焦于本知识点的任务清单预测 了解学生对本次教学知识点的现有掌握情况通过互动交流、提问、问卷、小测验、投票等方式了解学生对风荷载的了解情况参与式学习采用多种形式的教学策略创造轻松活跃、参与性强的课堂氛围逐步引导学生思考对风荷载的考量办法;设置多阶段任务来提升学习的驱动力,逐步厘清风荷载的计算思想;展示有关风荷载具体知识点的教具;组织进行分组讨论与汇报等马克思主义哲学思想课后测试 检验教学目标的达成情况,掌握真实学习状况通过微信公众号等新媒体方式,以选择、判断、简答等题型来进行线上测试 道路自信、制度自信小结 总结教学过程、进行教学反思,思考改进方向提供本次教学内容的要点清单;提供课后资源;布置课后作业等文化自信

细致说明如下:

(一)引入

(1)在春季学期引入春风,在秋季学期引入秋风,展示若干首描写春风或秋风的唐诗/宋词,引导学生回忆有关风的古诗词,藉此可强化文化自信;

(2)展示唐诗《赤壁》和解放海南岛战役中的“风”:引入三国元素,突出风在战争中的体现,进而把视线拉到近代,介绍党史中的解放海南岛战役,其中在渡海时也用到了东风的帮助,自然地引入传统文化元素和党史;值得注意的是,为了增加感官刺激、增强教学效果,提前录制了唐诗《赤壁》的配音朗诵以配合文字展示。

(3)通过若干动图、照片、新闻和古典名著的桥段展示大风的威力:展示《西游记》原文第20回中对风的描写段落(也提前录制了配音朗诵)以及《水浒传》原文第19 回中对风的描写段落(同样带配音朗诵),在突出大风特点的同时自然地强化文化自信;

(4)通过若干动图、照片和新闻展示当风遇到建筑时的破坏威力:展示了《红楼梦》原文第55回中“大风吹倒梳妆楼”的段落,自然地强化文化自信;通过武汉机场二期工程的案例(设计能抗12 级大风,但在11 级风作用下就出现了明显破坏),引入工程责任意识;同时通过对美国塔科马海峡大桥被风吹垮塌的案例介绍来说明对风荷载需要进行深入全面的研究,激发同学们严谨的工程态度。

为了达到更好的知识点引入效果,除充分利用网络资源外,还在平时进行了大量的实景照片积累工作(在各种工作和生活场景中自拍有关风荷载及其效应的照片),形成了有关风荷载的相关实景照片库,以便于课堂教学的选用与展示。

(二)学习目标

展示教学大纲中的相关内容,并给出聚焦于本知识点的任务清单:

(1)知识目标:掌握风荷载的基本特征和计算方法。

(2)能力目标:锻炼将复杂实际问题通过归纳实现简单化、逻辑化的思维能力,提升解决实际工程问题的能力。

(3)思政目标:强化党史教育,激发爱党爱国热情;强化文化自信、道路自信、制度自信;强化职业理想与职业道德教育。

(三)预测或课前摸底

由于风存在的普遍性,同学们都对其有所接触,也都对建筑物受风作用有一定的直观认识,故更有必要通过互动交流、提问等方式来了解学生对于“风对建筑物产生的荷载”的认知情况。为了达到更好的效果、获取更全面有效的信息,还可采用问卷调查、小测验、选项投票等方式。

(四)参与式学习

主体和核心环节。 具体实施:

(1)逐步引导学生思考对风荷载的量化考虑办法:如何将随机变化的风进行主要特征的提取、进而如何进行量化分析;

(2)在介绍确定风荷载的各具体阶段时分别设置一个小任务来更好地驱动学生深度思考、掌握全程。 例如,在介绍风荷载体型系数的概念与取值时,提出一个小任务:请尝试将见过的主要建筑体型进行分类并思考各表面的风荷载是压力还是吸力?

(3)风荷载中的“涡激共振”知识点非常抽象,难以用语言描述,可展示一个由吹风机和纸条制作的简易教具,能达到一目了然、促进学习的效果;

(4)在主要知识介绍完毕之后组织学生进行分组讨论,要求归纳出风荷载计算的清晰步骤、描述其中的简化处理思想及其合理性,然后每组选取一名同学进行汇报。 教师可自然地引导学生理解这一计算过程中蕴含的马克思主义哲学思想——自然结合辩证法中“抓住主要矛盾”的思想。 通过这一实例切实理解如何将复杂的实际问题简单化,增强哲学思维能力,同时更好地掌握风荷载的简化分析方法及相应的结果。

(五)课后测试

结合时代特征,首选采用微信公众号、微博等新媒体方式进行课后测试。 测试题目推荐采用便于交流的选择、判断、简答等题型。 在题面设计时可自然融入我国代表性的建设成就,以强化道路自信和制度自信。 例如:“我国各大城市的面貌在改革开放以来均发生了翻天覆地的变化,高楼林立的场景遍布各地,在这种区域容易出现一种和风有关的________效应。”“我国第一高楼、世界第三高楼上海中心采用了螺旋向上的‘龙’式体型,除了考虑艺术与美观之外,与结构抗风设计有何具体关联?”

(六)小结

除常规的总结知识点、布置作业之外,重点在于提供的特色课后资源:自创古体诗词《破阵子·风荷载计算》、自创漫画作品《大话西游——风荷载》。 前者是宋词主题、后者是西游主题,均是优秀传统文化的代表,但深入融入了专业知识,可使学生在专业知识的温习中感受文化熏陶、强化文化自信。 例如:

《破阵子.风荷载计算》

一地自有风压,破土起楼由它,上上下下有力差,高度影响莫抹杀,系数μz 对应它。

建筑形状求佳,背后艺术脑瓜,可方可圆可如花,体型系数描述它,三者连乘非加。

三、应用与检验

本教学方法在山东建筑大学土木工程学院2019 级开始应用,故选择土木工程专业土木191-193 班为研究组(共120 名学生),同时选择土木181-183 班为对照组(共125 名学生)。 对两组的理论考试成绩进行对比,并发放教学模式调查问卷、教学满意度评价表,获取学生多方面的反馈情况。 主要检验结果如下:

(1)研究组平时成绩得分、理论考试成绩均高于对照组,详见表2:

表2 平时成绩得分、理论考试成绩情况对比(均按百分制)

(2)研究组教学效果整体满意度、学习收获满意度、思政教育感受度方面的反馈结果都显著高于对照组,详见表3:

表3 教学效果整体满意度、学习收获满意度、思政教育感受度对比

(3)有关“学习本课程之后,在专业学习积极性、工程思维能力、自主学习能力方面是否有提升?”的问题,研究组中的反馈结果也明显好于对照组,如表4 所示:

表4 专业学习积极性、工程思维能力、自主学习能力方面对比

四、结语

为切实提高专业课程的教学质量和“立德树人”水平,基于BOPPPS 模型及课程思政元素的深度融入构建了专业课程教学的新方法。 新方法分为六个环节(引入、学习目标、预测、参与式学习、课后测试、小结),覆盖三个阶段(课前、课中、课后),基础是教师的高质量引导,实施关键是参与式和有效互动。 以“荷载与结构设计方法”课程为例进行的研究与应用实践表明:

(1)新方法可实现教学质量的全要素监控,同时深度融入了多方面的课程思政元素,在提高课堂丰富度的同时达到了良好的双赢效果;

(2)新方法可切实提升课程考试成绩、提高学生多方面的教学满意度,并增强专业学习积极性、工程思维能力、自主学习能力。