基于BOPPPS模型的電磁兼容原理教學設計

劉晨曦 徐延林 查 淞

（國防科技大學 湖南·長沙 410073）

0 引言

隨著電子設備的日益發展，電氣系統內部設備的電磁干擾和互不兼容問題日益突出，嚴重影響電子信息系統的正常工作，甚至可能對人身與設備安全造成危害。電磁兼容主要研究如何在有限空間與頻譜資源條件下使電子設備或系統在同一電磁環境中正常工作，保證各電子設備或系統工作性能不降低，它與電子、信息、通信、電力等各個領域密切相關。防止電磁干擾，實現設備間的電磁兼容，已經受到越來越廣泛的關注和重視。電磁兼容原理為電子信息類相關專業學生的基礎課。課程旨在培養學生掌握電磁兼容的基本概念、原理和方法，認識電磁兼容在電子、信息、通信等方面的作用，培養學生在系統級、設備級電磁兼容設計與分析的能力。

電磁兼容原理是一門與實踐密切相關的學科，對于學生來說，傳統的課堂講授無法充分調動學生的積極性，尤其是涉及到的電磁場理論知識在許多學生看來比較枯燥難懂。BOPPPS模型是一種以學生為中心的教學模式，其六步環節能夠有效提高學生的課堂參與度。本文通過基于BOPPPS模型的教學設計，將授課的內容模塊化，按照不同環節分配設計教學內容，充分發揮這門課程應用性強的特點，并在課堂教學中實踐，提升學生的學習興趣，實現理論知識學習和應用實踐能力培養的有效融合，從而有效實現課堂教學目標。

1 BOPPPS教學模型研究現狀概述與內涵

BOPPPS教學模型最早由加拿大哥倫比亞省的教師技能培訓工作坊提出，主要用于其省內的教師資格認證與教師技能培訓。目前，BOPPPS教學模型已經在北美的大學與機構普遍使用與推廣，但引入國內的時間并不長，作者以“BOPPPS教學模型”為關鍵詞在萬方數據知識服務平臺進行了檢索和結果分析，發現2010年至2020年間與其相關的年文章量變化如下圖所示，可以看到，BOPPPS模型在2015年左右才開始逐漸受到國內教學研究人員的關注，且研究數量在近幾年呈現顯著的上升趨勢。隨著我國高校對學生的課堂參與度日益重視，對于BOPPPS模型如何與具體的課程相結合，如何更好地指導參與式教學，仍有許多研究有待完成。

BOPPPS模型的核心理念是“以學生為中心”，強調課堂的學生參與、師生互動，以學生為主體，理論與實踐緊密結合。BOPPPS模型將課堂教學過程分解為六個部分：引入（Bridgein）、目標（Objective）、前測（Pre-assessment）、參與式教學（Participatory learning）、后測（Post-assessment）以及總結（Summary）。具體為：

引入（Bridge-in）：這是BOPPPS模型的第一步，主要目的是為了吸引學生的注意力，使學生對本節課的內容感興趣，為后續教學做鋪墊。

目標（Objective）：在吸引學生的興趣后，需要闡明課堂學習的目標，目標要求可以觀測和度量，方便教師的課程設計與學生的課后測驗。

前測（Pre-assessment）：通過課堂初始階段的提問或測試，了解學生的基礎知識儲備情況與課前的預習情況。

參與式教學（Participatorylearning）：通過課堂的互動與交流，讓學生參與到課堂中，引導學生主動思考，進而更加深入地掌握知識，達成教學目標。

后測（Post-assessment）：在課堂的結束階段，對學生在本次課的學習效果進行檢測，及時掌握學生的學習情況，整課程的進度與授課內容的難易程度，優化課程設計。

總結（Summary）：對課堂的主要講授內容進行梳理與回顧，通過這個環節加深學生對知識的理解，掌握不同知識點的聯系，同時可以對下節課的內容進行預告。

通過這種合理的拆解，使教學過程邏輯明確，條理清晰，能夠輔助教師有效進行課程設計與課堂講授，并且通過課堂環節及時反饋教學效果，有利于教師進一步改進課堂設計。而學生能夠在這樣的教學安排中更多地參與到課堂中，主動分析并解決問題。因此，根據BOPPPS教學模型設計課堂有利于培養學生的獨立思考能力和創新能力，使學生在教師的引導下加深對所學知識的理解。在此，作者以電磁兼容原理課程中“低頻磁場屏蔽”的授課為例，將BOPPPS教學模型引入到該課程的教學設計中。

2 基于BOPPPS模型的“低頻磁場屏蔽”課程設計

2.1 課堂引入

這一環節需要將學生的注意力吸引到教學內容上來，這里我們采用一個電磁鐵對 CRT顯示屏的干擾現象為例進行講解。首先在PPT上展示下圖，并拋出問題：“顯示屏出現干擾現象的原因是什么？”在第一輪學生回答后進行講解，同時進一步提出問題，“如何防止這種磁場的干擾？”通過結合生活實例的遞進式設問，引起學生學習的興趣，激發求知欲，從而引入“低頻磁場屏蔽”的教學內容。

2.2 課堂目標

在上一環節的鋪墊后，本環節需要向學生闡明課堂的學習目標：學會低頻磁場的屏蔽方法，理解鐵磁材料對低頻磁場的屏蔽原理，了解屏蔽體設計的注意事項，初步掌握如何設計一個實際的磁場屏蔽體。鍛煉學生獨立探索問題，解決問題的能力，使學生能夠舉一反三地將課堂上的理論知識運用到實際生活中，讓學生體會到本門課程應用性強的特點。

2.3 前測

磁場磁導率、磁阻的概念與內涵是物理學中的基本知識，也是本堂課程學習的基礎，本環節將在課堂的初始階段對學生進行提問，幫助學生回顧知識，也了解學生對相關基本概念的掌握程度。設置的問題包括：“磁導率和磁阻的含義是什么”，“生活中常見介質的磁導率大小是多少”。相關問題如果學生已經掌握，則進入下一環節；如果有學生出現知識點缺漏或者遺忘現象，則需要對相關的知識進行簡單講解，使其迅速回憶起知識要點。

2.4 參與式教學（Participatory learning）

首先給出線圈產生的低頻磁場屏蔽示意圖，如圖2所示。隨后給出本節課的重要知識點——即鐵磁材料是低頻磁場的良好屏蔽體，并引出問題：“為什么采用鐵磁材料能夠實現有效低頻磁場屏蔽，原理是什么”。為了方便學生自己思考理解，我們用圖3所示這種簡單的并聯電路圖形式將屏蔽問題類比到學生熟悉的電路問題上，引導學生思考圖中干擾磁場H0的走向與空氣磁阻、屏蔽體磁阻的關系，從而自己理解體會屏蔽原。隨后我們組織學生對內部及外部磁場干擾屏蔽兩種情況進行討論，類比分析兩種情況的屏蔽過程。

圖2：磁鐵對CRT顯示屏的干擾

圖3：鐵磁材料對線圈產生磁場的屏蔽

圖4：鐵磁材料屏蔽原理電路示意圖

隨后，引導學生對實際屏蔽體進行思考——“理想屏蔽體與實際屏蔽體的區別在哪”，讓學生自己分析出“屏蔽體一般具有開口與孔縫”這樣的結論。這樣，再引出對下一個內容——即屏蔽體開口的方向的分析與講解。

2.5 后測（Post-assessment）

課堂內容的后一階段，我們呼應課堂引入部分，以電視機干擾屏蔽為例對學生所學知識進行回顧與檢驗。在課件上展示一個高壓線圈對房間內電視機干擾的示意圖，請學生給出屏蔽解決方案。再通過一步一步的設問引導，使學生充分調動所學知識，解決這樣一個干擾問題實例。通過這種方式使學生獲得解決問題的滿足感，并對課內所學的內容進一步加深印象。

2.6 總結（Summary）

本環節主要是帶領學生逐一回顧所學知識點：包含低頻磁場屏蔽材料，屏蔽原理，實際屏蔽體開口原則，實際屏蔽體設計等。通過這個環節加深學生對知識的理解，同時在此環節設問：“低頻磁場屏蔽問題解決了，高頻磁場該如何屏蔽呢？”從而對下節課的內容進行預告。

3 結論

采用BOPPPS模型，將課堂授課環節進行拆解，分成不同的環節，各環節內容與目標清晰明確，能夠實現“以學生為中心”的教學理念。我們通過教學實踐發現，通過這種基于BOPPPS模型的教學設計，可以充分激發學生的課堂興趣與活力，讓學生主動參與到課堂中來，通過電磁兼容案例引出問題，在不斷進行啟發式設問，讓學生自己思考，將傳授電磁兼容原理知識轉變為學生的自我學習與吸收，從而讓學生融會貫通，實現理論與應用相結合，對比傳統的教學方式收到了更好的教學效果。