張琴 周福娜 向陽

摘要 堅(jiān)持立德樹人根本任務(wù)，以新工科建設(shè)為引領(lǐng)，聚焦課堂教學(xué)創(chuàng)新，文章提出基于BOPPPS的新工科課堂教學(xué)設(shè)計(jì)。首先分析了學(xué)生在課堂中的注意力曲線，采用增強(qiáng)學(xué)生互動(dòng)的書架式BOPPPS策略；然后詳細(xì)闡述了BOPPPS六個(gè)環(huán)節(jié)的含義和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并重點(diǎn)分析了教學(xué)目標(biāo)的參與式學(xué)習(xí)安排；最后以“負(fù)反閉環(huán)饋控制系統(tǒng)”課堂為例，具體說明了BOPPPS課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的具體方法。結(jié)果表明，BOPPPS能使學(xué)生深入?yún)⑴c課堂學(xué)習(xí)，有效改進(jìn)了注意力分散的情況，高階能力有所提升。

關(guān)鍵詞 新工科；BOPPPS；教學(xué)目標(biāo)；參與式學(xué)習(xí)；課堂設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.7.020

《中國教育現(xiàn)代化2035》強(qiáng)調(diào)堅(jiān)持立德樹人根本任務(wù)，落實(shí)“以本為本、四個(gè)回歸”的要求，以“新工科、新農(nóng)科、新醫(yī)科、新文科”建設(shè)理念引領(lǐng)，聚焦教學(xué)創(chuàng)新，引導(dǎo)教師潛心教書育人，形成卓越教學(xué)的價(jià)值追求和自覺行動(dòng)。

1國內(nèi)外的課堂教學(xué)創(chuàng)新模式

Liu等（2016年）比較了無干預(yù)和非混合學(xué)習(xí)的效果，得到混合學(xué)習(xí)對衛(wèi)生專業(yè)學(xué)習(xí)者是有效的，并且測試前后的研究設(shè)計(jì)、練習(xí)和客觀結(jié)果評估可以改善醫(yī)療保健學(xué)習(xí)者的知識(shí)獲取[1]。Adi等（2020年）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，混合學(xué)習(xí)與基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)活動(dòng)相結(jié)合可提供各種學(xué)習(xí)資源來促進(jìn)學(xué)習(xí)[2]。Wang等（2021年）選擇上海交通大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院的28名學(xué)生作為研究對象，發(fā)現(xiàn)基于問題的學(xué)習(xí)（Problem Based Learning，PBL）顯著提高了學(xué)生在理論課上的自主學(xué)習(xí)能力[3]。Ma等（2021年）研究了混合學(xué)習(xí)中結(jié)合導(dǎo)入、學(xué)習(xí)目標(biāo)、前測、參與式學(xué)習(xí)、后測、總結(jié)的BOPPPS模式（Bridge-in、Objective、Pre-assessment、Participatory Learning、Post-assessment、Summary）的教學(xué)方法可以激發(fā)學(xué)生的積極性和興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)技能和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高自主學(xué)習(xí)能力、學(xué)業(yè)成績和教學(xué)質(zhì)量[4]。

楊嬌（2019年）按照BOPPPS模型基本結(jié)構(gòu)中的6個(gè)階段設(shè)計(jì)“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)內(nèi)容，以學(xué)生為中心，化被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，有效培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力[5]。陶丹丹等（2020年）采用BOPPPS模型設(shè)計(jì)“多速率數(shù)字信號(hào)處理”課堂教學(xué)，提高教學(xué)設(shè)計(jì)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性[6]。謝微等（2021年）通過整合“BOPPPS”與“PBL”兩種教學(xué)模式，推進(jìn)教學(xué)從“課堂內(nèi)”向“課堂內(nèi)外結(jié)合”，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，達(dá)到將專業(yè)教育與應(yīng)用型人才培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合的目的，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果最大化[7]。鄭燕林和馬蕓（2021年）驗(yàn)證了BOPPPS在線教學(xué)情境下能促進(jìn)學(xué)生真正參與課堂教學(xué)，是較好提升教學(xué)質(zhì)量的參與式教學(xué)實(shí)踐策略[8]。

2課堂教學(xué)創(chuàng)新模式分析

秉承習(xí)近平總書記在全國教育大會(huì)上的重要講話：“堅(jiān)持改革創(chuàng)新，以凝聚人心、完善人格、開發(fā)人力、培育人才、造福人民為工作目標(biāo)，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人”。學(xué)校確立以學(xué)生發(fā)展為中心的教學(xué)理念，引入新工科和產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容，開展分層型和導(dǎo)向性的教學(xué)過程，采用過程性和同伴評的考核方式，以及多樣化和信息化的教學(xué)資源，解決教與學(xué)的痛點(diǎn)問題，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的知識(shí)引領(lǐng)、能力塑造、素質(zhì)培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。其中研究激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生深入?yún)⑴c教學(xué)全過程的課堂教學(xué)創(chuàng)新模式是重中之重。

但在傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)時(shí)間里，學(xué)生注意力有2/3的時(shí)間處于低專注力階段，導(dǎo)致學(xué)生無法及時(shí)有效地掌握課堂知識(shí)。所以要想提高學(xué)生對課堂的注意力，需要采用書架式策略[9]。通過教師講授與學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)策略交叉進(jìn)行，增強(qiáng)了與學(xué)生的互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生積極參與課堂活動(dòng)，其中一項(xiàng)有效的書架式策略就是BOPPPS。

BOPPPS模型由加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)（University of British Columbia，UBC）的Douglas Kerr于1978年所提出。其理念是以學(xué)習(xí)者為中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的積極參與，不斷調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)熱情，使其真正成為自主學(xué)習(xí)的主人。BOPPPS教學(xué)模式對不同的學(xué)科都有很強(qiáng)的適應(yīng)性和可操作性，在此以電氣系的專業(yè)必修課“自動(dòng)化儀表與過程控制”為例進(jìn)行BOPPPS教學(xué)設(shè)計(jì)。

3“自動(dòng)化儀表與過程控制”的BOPPPS設(shè)計(jì)

BOPPPS是Bridge-in導(dǎo)入、Objective學(xué)習(xí)目標(biāo)、Preassessment前測、Participatory Learning參與式學(xué)習(xí)、Postassessment后測、Summary總結(jié)等六個(gè)環(huán)節(jié)的英文單詞首字母，這六個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成一個(gè)完整而有效的課堂教學(xué)過程，每個(gè)環(huán)節(jié)都為教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)而服務(wù)。

3.1 Bridge-in導(dǎo)入

導(dǎo)入的目的是在教學(xué)活動(dòng)中提高學(xué)生的注意力，以及凸顯課程內(nèi)容與學(xué)生之間的關(guān)聯(lián)，讓課堂內(nèi)容成為應(yīng)用的技能。導(dǎo)入的形式可以是：與課程主題相關(guān)的音頻視頻，或者是拋出與事實(shí)和生活相關(guān)的問題，或者和已經(jīng)學(xué)過的內(nèi)容或未來將要學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)銜接。

以“負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”這節(jié)課為例，導(dǎo)入蛟龍?zhí)柕囊曨l，通過介紹蛟龍?zhí)柺俏覈孕性O(shè)計(jì)、自主集成研制的載人潛水器，可在海山和熱液噴口等復(fù)雜海底進(jìn)行正確就位，為深海探礦、生物考察等提供可靠保證?？梢姖撍鞯奈恢每刂葡喈?dāng)重要。

3.2 Objective學(xué)習(xí)目標(biāo)

學(xué)習(xí)目標(biāo)就是要明確課堂結(jié)束后學(xué)生能獲得什么，且這種獲得是可測量的或能夠被觀測到的。以學(xué)習(xí)目標(biāo)為核心的效能檢測是BOPPPS課堂教學(xué)的最終落腳點(diǎn)，整個(gè)課堂主要由課堂問題導(dǎo)入誘發(fā)，核心是師生之間圍繞問題解決的參與式互動(dòng)[10]。要建立吳巖司長提出的“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)的金課，就需要多設(shè)置分析、評價(jià)、創(chuàng)造式的高階性目標(biāo)。在此采用SMART原則撰寫，S代表的是具體的不能是模糊的，即教師和學(xué)生都要清楚地知道學(xué)習(xí)目標(biāo)是什么；M是可測量的，學(xué)習(xí)目標(biāo)是可以被教師觀察檢驗(yàn)的；A即通過學(xué)生的努力可以達(dá)到的目標(biāo)；R即相關(guān)的，應(yīng)該讓學(xué)生能夠明白其中的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；T即要確保學(xué)生能夠及時(shí)和按時(shí)完成。

具體如“負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”中有三個(gè)教學(xué)目標(biāo)：①通過本節(jié)課學(xué)習(xí)，每個(gè)人能清晰復(fù)述閉環(huán)控制系統(tǒng)的定義；②在課堂上，每個(gè)同學(xué)能設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制的閉環(huán)位置控制系統(tǒng)；③課后通過考察偏差變化，小組能完整分析負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的控制過程，并應(yīng)用于潛水器的定高與定深位置控制。

3.3 Pre-assessment前測

在“自動(dòng)化儀表與過程控制”混合式課程中，單人或小組做是非、選擇、問答、思維導(dǎo)圖等題前測線上課內(nèi)容和PBL小組作業(yè)，完成線上到線下課的過渡，通過前測教師會(huì)得到很多信息，比如：學(xué)生已經(jīng)知道哪些知識(shí)，教師是否需要調(diào)整學(xué)習(xí)的深度和速度，學(xué)生感興趣的內(nèi)容有哪些。而對于學(xué)生來說，前測將喚起以前的知識(shí)，可以通過復(fù)習(xí)以前的知識(shí)獲得自信，并且評估自己可以獲得改善的地方，以便澄清概念、集中注意力。

“負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”中的前測是線上課小組查找壓阻式壓力傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域并繪制思維導(dǎo)圖。同學(xué)們回顧了壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)和測壓原理，完成線上線下的過渡銜接。從中教師能了解學(xué)生對線上知識(shí)的掌握程度，學(xué)生對差壓液位計(jì)是否感興趣，進(jìn)一步拋出問題“蛟龍?zhí)柪脡毫鞲衅鳈z測海底高度時(shí)，如何在深海進(jìn)行位置控制呢？”來引導(dǎo)學(xué)習(xí)。

3.4 Participatory Learning參與式學(xué)習(xí)

參與式學(xué)習(xí)是在課堂上用時(shí)最多的環(huán)節(jié)。對老師來說，詳細(xì)計(jì)劃可實(shí)行的參與式學(xué)習(xí)活動(dòng)，可使學(xué)生的學(xué)習(xí)效果最大化，而對于學(xué)生來說，也會(huì)為了達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)而積極參與學(xué)習(xí)。重視主動(dòng)學(xué)習(xí)的參與式教學(xué)包括師生互動(dòng)和生生互動(dòng)，主要方法有演示、簡短的應(yīng)用練習(xí)、拋出問題、分析問題、解決問題、案例分析、角色扮演、實(shí)驗(yàn)仿真。

“負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”中的參與式學(xué)習(xí)包括：講授學(xué)習(xí)、小組討論、深度學(xué)習(xí)、小組討論角色扮演、深度學(xué)習(xí)。首先由傳感器和控制器芯片入手講授蛟龍?zhí)柕奈恢每刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)思路；當(dāng)位置開環(huán)系統(tǒng)的抗干擾能力較差，無法實(shí)現(xiàn)位置的精準(zhǔn)控制時(shí)，思考如何改進(jìn)控制系統(tǒng)呢，進(jìn)而深度學(xué)習(xí)閉環(huán)控制系統(tǒng)和負(fù)反饋概念，引導(dǎo)學(xué)生思考如何進(jìn)行偏差運(yùn)算來構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)。通過小組設(shè)計(jì)潛水器的位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用角色扮演閉環(huán)控制四要素并分析控制過程，充分的互動(dòng)讓學(xué)生深入?yún)⑴c到教學(xué)中來；最后通過Simulink仿真驗(yàn)證控制效果，并和開環(huán)系統(tǒng)比較，達(dá)到實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)的目的。

3.5 Post-assessment后測

后測的內(nèi)容包括2部分，一是基礎(chǔ)知識(shí)與理解，可通過選擇、判斷、配對、填空、簡答等來進(jìn)行，采用學(xué)習(xí)通進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；二是熟練的應(yīng)用或者分析案例等。通過后測教師會(huì)得到學(xué)生學(xué)會(huì)了什么、預(yù)期目標(biāo)是否達(dá)到等信息，同時(shí)學(xué)生會(huì)有三部分收獲：①學(xué)習(xí)到了什么？②哪些知識(shí)重要？③存在哪些問題？

在“負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”課堂中，學(xué)生學(xué)習(xí)了設(shè)計(jì)和分析蛟龍?zhí)柕亩ㄉ羁刂坪?，后測學(xué)生設(shè)計(jì)蛟龍?zhí)柖ǜ呖刂葡到y(tǒng)的思路和過程，查驗(yàn)學(xué)生對閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理和分析是否掌握并能熟練應(yīng)用。

3.6 Summary總結(jié)

教師和學(xué)生一起總結(jié)本節(jié)課的重難點(diǎn)，再次反思學(xué)習(xí)目標(biāo)是否達(dá)到。對本次課的內(nèi)容進(jìn)行快速復(fù)習(xí)總結(jié)的作用是承前啟后，既對本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行梳理，又對后續(xù)內(nèi)容進(jìn)行引述?？偨Y(jié)的內(nèi)容和形式可以是師生一起總結(jié)概括、小組總結(jié)一分鐘反饋，相關(guān)思政教育延伸，并預(yù)告下節(jié)課的內(nèi)容。

“負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”學(xué)習(xí)了三部分內(nèi)容：①設(shè)計(jì)開環(huán)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)位置控制，但無法精準(zhǔn)控制；②復(fù)述閉環(huán)控制系統(tǒng)的概念，設(shè)計(jì)閉環(huán)位置控制系統(tǒng)；③分析負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的控制過程，根據(jù)偏差控制可消除偏差達(dá)到期望值。從蛟龍?zhí)柕綂^斗者號(hào)成功坐底馬里亞納海溝深度10909米，達(dá)到國際最大下潛深度，代表我國的深海裝備系統(tǒng)自主創(chuàng)新的進(jìn)一步提升。

4教學(xué)效果

在“自動(dòng)化儀表與過程控制”的每節(jié)線下課采用BOPPPS來組織教學(xué)設(shè)計(jì)。1分鐘導(dǎo)入工程應(yīng)用、學(xué)科熱點(diǎn)、社會(huì)需求等，可以是深海潛水器的位置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，助老機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。0.5分鐘明確學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)理論方法和應(yīng)用實(shí)例、掌握控制理論的推導(dǎo)過程和儀器儀表的結(jié)構(gòu)原理、提高設(shè)計(jì)控制方案解決問題的能力。4.5分鐘前測：了解學(xué)生的線上學(xué)習(xí)情況，銜接前一節(jié)課小組PBL作業(yè)。33分鐘參與式學(xué)習(xí)：拋出問題引發(fā)學(xué)生思考和小組討論，通過案例分析問題，進(jìn)一步提出問題幫助學(xué)生深度遷移學(xué)習(xí)，經(jīng)由角色扮演、編程仿真、翻轉(zhuǎn)課堂分享分析問題的過程。2分鐘后測：通過是非、選擇、簡答、反思日志等評估學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，是否達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。4分鐘總結(jié)：內(nèi)容總結(jié)、延伸學(xué)習(xí)，科學(xué)的研究方法和質(zhì)疑精神，生產(chǎn)裝備的國產(chǎn)化，科技興國的使命擔(dān)當(dāng)。

2017年至2021年在電氣系高年級的“自動(dòng)化儀表與過程控制”課程中實(shí)行BOPPPS課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，四個(gè)學(xué)期考核成績的比較如圖1所示。從2017年開始，考核不及格的學(xué)生比例顯著下降，及格、中等和良好學(xué)生的占比有所上升，特別是2021年的優(yōu)秀率達(dá)到了21%，可見采用BOPPPS課堂教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)，能有效提高學(xué)生對知識(shí)的理解、掌握和應(yīng)用能力。表1（p67）則進(jìn)一步說明了BOPPPS課堂策略的良好效果，92.31%的學(xué)生贊同課堂以學(xué)生為中心，84.62%的學(xué)生反映課堂中的學(xué)生互動(dòng)形式多樣，教師能較好地分配時(shí)間進(jìn)行理論講解和實(shí)踐分析。也有一半學(xué)生希望教師能更好地突出重點(diǎn)化解難點(diǎn)，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，可見學(xué)生對問題的思考和對自己能力的提高都有了高階的認(rèn)識(shí)，對老師也提出了高要求。

5結(jié)語

本文以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的新工科建設(shè)為創(chuàng)新目標(biāo)，對“自動(dòng)化儀表與過程控制”課程進(jìn)行BOPPPS課堂創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以“負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)”課堂教學(xué)為例，詳細(xì)闡述了BOPPPS的設(shè)計(jì)方法。特別突出了教學(xué)目標(biāo)和參與式學(xué)習(xí)兩部分的設(shè)計(jì)，可讓學(xué)生明確在時(shí)間等條件限制下具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)及完成度；而在30分鐘左右的參與式學(xué)習(xí)中，教師充分調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂參與度的積極性，不斷提高學(xué)生的注意力，促進(jìn)學(xué)生不斷思考，進(jìn)而推動(dòng)問題的解決，最終實(shí)現(xiàn)以學(xué)生的知識(shí)引領(lǐng)、能力塑造、素質(zhì)培養(yǎng)為中心的教學(xué)目標(biāo)。

基金項(xiàng)目：2021年上海市教育科學(xué)研究一般項(xiàng)目“科教融合的未來港口物流智慧孿生仿真平臺(tái)及其應(yīng)用”（C2021072）；2022年上海高校市級重點(diǎn)課程“現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)”線下課程建設(shè)（2022192）。

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