基于BOPPPS教学模型的材料力学信息化教学改革探索与实践

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  摘 要:BOPPPS教学模式是一种以教学目标为导向、以学生为中心的教学模式,是指导教师进行教学设计及课堂组织的一种有效模式。本文以材料力学信息化教学改革为依托,针对具体教学环节,基于BOPPPS教学模型,阐述了如何实现以学生为中心,以有效教学为目的、以立德树人为根本的课堂。
  关键词:材料力学;BOPPPS;超星学习通;信息化
  Exploration and Practice of Information Teaching Reform
  of Material Mechanics Based on BOPPPS Teaching Model
  —— Taking "simple statically indeterminate beam" as an example
  Cao Hui Yin Xiaoli Li Zhentao
  Department of Mechanical and Control Engineering,Shandong Institute of Petroleum and
  Chemical Technology ShandongDongying 257061
  Abstract:BOPPPS teaching mode is a teaching goal oriented and student-centered teaching mode,which is an effective mode to guide teachers in teaching design and classroom organization.Based on the information-based teaching reform of mechanics of materials,aiming at the specific teaching links and based on the BOPPPS teaching model,this paper expounds how to realize the classroom teaching mode with students as the center,effective teaching as the purpose and morality as the fundamental.
  Keywords:Material mechanics;BOPPPS;Super star learning pass;Informatization
  一、研究背景
  (一)BOPPPS教学模式
  1976年,加拿大教师技能培训工作坊(ISW)根据加拿大不列颠哥伦比亚省对教师的资格认证创建了BOPPPS教学模型。该教学模型最初用于教师的技能培训,通过教学实战为主的强化训练,提高教师的教学技能及教学的有效性。
  BOPPPS教学模式强调以学生为中心的教学理念,并基于学习注意力曲线和学习金字塔两大科研成果,提出对课堂教学过程进行以15min为教学单元的模块化分解,从而确保学习目标的有效实现。BOPPPS教学模式包含六个环节:(1)导入(Bridge-in);(2)目标(Objective/Outcome);(3)前测(Pre-assessment);(4)参与式学习(Participatory);(5)后测(Post-assessment);(6)总结(Summary)。该模式的六个部分环环相扣形成闭环,针对教学目标的达成构建了完整的教学过程和理论框架,为教师提供了一种新的思路和理论指导,为课堂教学目标的达成提供了清晰的思路和有效保障[1]。
  (二)网络、电子产品对教学的影响
  在校大学生智能手机拥有率达100%,不少学生还同时拥有两台及以上的手机。同时,各大网络运营商纷纷抢占校园市场,校园内的无线网络日趋成熟,使学生可以非常便捷地使用手机上网,因此学生中出现了大量对手机依赖的现象,严重影响听课效率。针对此类现象,各高校也纷纷出招,有的在教室设置网络信号屏蔽器,有的在教室墙上挂手机收纳袋。但是,这些办法往往并不能起到很好的疏导作用,反而更加激发了学生与之斗智斗勇的心理。
  据不完全统计,70%的在校大学生每天使用智能手机超过6小时。过长的使用时间对大学生的日常生活和学习带来诸多方面的影响[2]。主要是不利的影响,比如产生视疲劳、占用较多学习时间、产生手机依赖导致焦虑等。当然,如果对学生使用手机行为进行适当的引导,就会为学习注入新的活力。在教育信息化的浪潮下,学生通过移动端学习,将会为学习带来极大的便利,拓展学习空间,打破时空限制,融合课堂内外。
  二、BOPPPS教學模型在材料力学课程中的应用
  (一)材料力学课程特点
  材料力学是一门机械、土木、石油、航空等工科专业开设的专业基础课。该课程系统研究杆件在外力作用下的内力、应力及变形的规律,属于固体力学的一个分支,是学习其他变形体力学的基础。本门课程概念多、公式多、符号多,逻辑性强,理解起来难度大。并且在普遍压缩基础课教学学时的背景下,材料力学教学若按照传统方法讲授,教学效果必将大打折扣。教师若能在教学设计中始终围绕学生这一中心,关注学生的差异性及学生真正关心的专业问题;在教学时,若能以知识点为模块,以问题为导向,按照BOPPPS教学模式精心设计教学节段,在讲授新知前搭建过渡桥梁,有效克服难点、突出重点,再把各个知识点有机地串联起来,知识点讲解结束时进行提升式的总结,必将实现有效教学的目标。
  (二)材料力学“教学痛点”问题
  首先在传统课堂中,教学模式以“教师讲、学生听”为主,学生受到的是消极的灌输式、填鸭式的教学。现阶段,在授课过程中授课教师采用PPT和板书相结合的方式,希望能够增加师生间的互动交流,强化课堂训练的效果,使学生在课堂上暴露学习问题并及时得到解决。但是由于种种原因,现阶段的授课方式也没有达到各方的预期。   其次材料力学在内容上包含很多力学新概念,课程本身内容多,理论深度大,加之上述教学模式的缺陷,导致学生在学习过程中的有畏难情绪、难以达到良好的学习效果。其次,由于授课学时缩减,在教学过程中,从工程实例到力学模型的这一抽象过程,往往弱化,使得理论知识与工程案例脱节,给学生造成材料力学没有用的假象,从而造成学生知识迁移能力弱,学了不会用的现象。
  (三)基于BOPPPS模式的材料力学教学理念设计——以“简单超静定梁”为例
  BOPPPS教学模式强调有效教学,笔者认为真正实现有效教学就必须以学生为中心,教师所开展的一系列教学活动均应建立在学生现有知识水平基础之上,要做好新旧知识的衔接,架设已知知识与未知知识之间的桥梁,引导学生实现自主学习。
  以“简单超静定梁”为例,通过早期的学习学生已经掌握了静定梁的内力、应力及变形计算,而超静定梁属于静不定问题,与静定问题既有区别又有联系。为了使超静定结构(未知知识)向静定结构(已知知识)转化,采取了解除多余约束代之以多余约束力的方法。再以静定梁的位移计算为基础,建立变形协调条件,列出补充方程,求解多余约束力,最终将问题转化为静定梁的一系列问题求解。进行教学设计时,始终考虑把新知识的传授建构在学生已有知识基础之上,使知识能够环环相扣的流动起来。
  教学过程中,除了进行专业知识的传授,还注重对比式、问题式等学习方法的引导及润物细无声的思政教育。
  (四)基于“简单超静定梁”的教学设计
  1.导入(Bridge-in)
  以南京长江大桥与港珠澳大桥两段视频导入新课,南京长江大桥是我国第一座自行设计建造的长江大桥,港珠澳大桥是具有桥梁界珠穆朗玛峰之称的代表我国最新工程技术水平的桥梁。通过比较南京长江大桥引桥与港珠澳大桥的差异,引出超静定梁的概念,导入新课的同时还增强了同学们的民族自豪感,将思政教育融入其中。
  2.目标(Objective)
  学习目标即学习的方向、预期达到的效果,从知识目标、能力目标和素养目标三个层面进行描述。教师在向学生传递教学目标时尽可能采用动词描述,使其具体、明确、可观察、可评价。
  会判断结构的超静定次数;能灵活选取超静定梁的相当系统;能运用变形比较法求解超静定梁的多余约束。
  3.前测(Pre-assessment)
  在新授内容之前,还有一项重要环节就是前测或者摸底。前测可以通过提问、讨论、问卷等形式展开。做好前测,有助于教师了解学生现有的知识水平,对及时调整教学策略,架设从已知知识到未知知识桥梁有重要作用。
  再次展示南京长江大桥图片,提示学生重点观察引桥桥面部分,并要求画出引桥的力学简图,询问结构约束力可否通过静力学平衡方程全部求解。学生经过思考,一般回答可以求解。再向学生展示港珠澳大桥图片,同样的问题再次询问。学生画出大桥力学简图后,回答该结构的支座反力不能通过静力学平衡方程全部求解。这一过程既复习了一般力系求解支座反力的方法与过程,对学生现有知识水平做到心中有数,同时又引出了本次课的主要内容超静定梁。
  4.参与式学习(Participate Learning)
  参与式学习是BOPPPS教学过程中的核心环节,强调以学生为主体,教师采用小组讨论、动手验算、任务汇报、PBL等多种模式引导学生学习,全过程互动性强,要求教师有较强的应变能力,善于采用灵活多样的教学手段,鼓励更多的学生参与到学习中来,从而达到实现既定教学目标的目的。
  由港珠澳大桥力学模型出发,对比静定梁,探讨该力学模型中支座所提供的约束力个数与平衡方程个数之间的关系,从而导出超静定梁、多余约束、超静定次数的概念。教学过程中,侧重启发引导学生对知识从多角度理解。例如:超静定次数不仅等于多余约束的个数,同时还等于总约束与平衡方程个数的差。举例若干,辅助学生消化吸收上述概念。以一端固定,一端简支的一次超静定梁为例,分析讨论解题步骤。启发学生将该超静定结构转化为静定结构,画出相当系统,拍照上传至学习通APP,教师实时掌握学生的学习现状,并以此为依据,调整后续授课方案。引导学生从几何方程、物理方程及平衡方程三个方面,通过对比原超静定结构与相当系统在解除约束处的位移,运用变形比较法,最终解决超静定梁。
  在学习通APP提交相当系统图片时,学生的思维是极其活跃的,画出了多种不同的情况。教师借此引出相当系统可以有不同取法的知识点。学生的整个学习过程是沉浸式,自发式的,感受到知识的流动,收获的快乐。选取不同相当系统时,其几何方程也是不同的,只需引导学生建立对应的几何方程,简单超静定问题也就迎刃而解了。
  最后,通过分组协作的方式,求解几种不同的静定梁与超静定梁的最大弯矩、最大挠度,对比分析总结静定结构与超静定结构的特点。
  授课过程注重与学生的互动,强调学生参与式学习。从解题思路的发现到求解的方法提出,以及几何方程、物理方程及静力学方程的列写,均体现学生是学习的主体,教师做好“导师”,辅助学生搭建知识框架体系,实现由已知知识到未知知识的转化。
  5.后测(Post-assessment)
  在本次教学进入尾声之际,通过学习通APP,设置有针对性的问题检测学生的学习状况,了解学生是否达到既定的学习目标。通过后测,学生发现学习的薄弱环节。教师针对测评结果,分析学生出错原因,及时修正教学方法,因材施教,避免学生因先导知识的混淆造成本次课理解上的困难。
  6.总结(Summary)
  将本次课的知识点按照逻辑关系串联起来,注重与工程实际相结合,注重培养学生的工程意识[3]。总结不是简单的罗列,是对本次课知识的升华。
  三、BOPPPS模式下的教学效果
  为了对比采用BOPPPS模式教学改革后,学生学习效果的变化,选取我校机械设计制造及自动化(专升本)专业17、18、19级教学班的期末测试成绩进行比较。其中,17级机械设计制造及自动化(专升本)为改革前的授课对象,18级、19级机械设计制造及自动化(专升本)专业为改革后的授课对象。以优秀率与良好率为例,对比如下表所示。
  由表中可见,自18级专升本采用BOPPPS模式教学改革后,学生获得优秀及良好的比例明显上升。在19级专升本持续采用该模式,教学效果稳中有升。
  四、结语
  基于BOPPPS的教学模式,实现了学生在参与式教学环节中的主体地位,教师逐步转变成为引导学生全方位參与并开展学习的领航者—实现教育理念的转变;充分考虑了学生的特点,有利于实现师生交互式课堂,提升学生的学习状态和学习效果—实现教学效果的转变。该模式为教师提供了一个涵盖课堂教学各个环节的完整框架和理论支撑,具有较强的可操作性[4]。应用BOPPPS模式进行教学设计后,我校材料力学课程课堂教学气氛活跃,学生课堂参与度大幅提高,课程结业考试的平均成绩提高明显。
  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(2):169-200,249.
  [2]梁莹.手机依赖对大学生学习的影响及其干预策略[D].福州:福建师范大学,2015:15-18.
  [3]刘赫扬,王士财,杨瑞芹.基于BOPPPS模型的化工设备机械基础教学设计—以拉伸或压缩时直杆的应力为例[J].浙江科技学院学报,2018,30(1):80-84.
  [4]王晴,张兴桃,等.基于超星学习通的物理化学BOPPPS教学模式改革实践[J].大学化学,2018,33(10):68-74.
  基金:山东省本科教学改革研究重点项目:面向石油装备产业升级的智能制造人才培养体系研究与实践(项目编号:Z2020057);中国石油大学胜利学院教学研究项目:基于BOPPPS模式的《材料力学》教学改革(项目编号:JGYB 201910);中国石油大学胜利学院教学改革研究项目:机械设计制造及其自动化专业建设研究(项目编号:ZXJG201904)
  作者简介:曹惠,女,山东人,讲师;尹晓丽,女,山东人,教授;李振涛,男,山东人,副教授。
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