BOPPPS 模式下數字電路實驗教學的探討

于秋爽，鄭 棣

（揚州大學 廣陵學院，江蘇 揚州 225009）

0 引言

數字電路是電信、通信、計算機、自動化、電氣等電子信息類專業必修的專業基礎課程，也是一門應用性和實踐性很強的課程。前續課程包括計算機應用基礎、電路分析、模擬電路等基礎課程，后續課程包括單片機、嵌入式、數字信號處理等核心課程，是專業入門、興趣培養的關鍵課程，直接影響專業人才培養質量。課程具有知識點分散、內容繁多、實踐性強等特點［1］，在重視學習理論的基礎上，要意識到實驗課程的重要性，通過改革數電實驗教學提高數電課程的教學效果。

傳統教學模式下，學習重點主要放在理論知識方面，實驗課所處地位尷尬。授課流程是教師先對原理知識進行陳述性講授，然后對實驗步驟進行講解和演示，最后學生復制教師的實驗步驟進行機械模仿，這種模式對保證實驗課程的教學目標和培養目的實現效果有限。BOPPPS 教學模式（Bridge-in，Objective，Pre-assess-ment，Participatory learning，Post-assess-ment，Summary BOPPPS）是以建構主義和交際法為理論依據、以學生為中心的教學模式［2］，通過有效的教學設計，強調學生的高度參與和及時反饋，是世界多國名校推崇的教學模式，近年在國內受到廣泛關注并逐步推廣［3］，取得了優秀的教學成果［4］。

數電實驗課程進行教學模式改革，應充分體現以學生為中心［5］，增強實驗的趣味性［6］。在實驗項目設置和實驗內容上進行改進［1］，協調好理論課程和實驗課程授課進程［7］，同時重視虛擬仿真在實驗中的重要作用［8］。

將數電實驗課程獨立于理論課程進行單獨設置［9］，將實驗期末成績與理論期末成績分離，直觀展示實驗成績，提高學生對實驗課程的重視程度，提高實驗課程的教學地位。

本文參考各高校教師課程改革模式，學習優秀改革成果，以揚州大學廣陵學院電子信息類的實驗教學改革為例，引入BOPPPS 模式，突破數電實驗場地限制，將實驗環節拓展延伸到課外，探索適合學生的實驗教學模式。

1 BOPPPS 教學模式

20 世紀70 年代，BOPPPS 教學模式起源于加拿大的教師教學技能工坊Instructional Skill Workshop（ISW）項目，初衷用于培訓教師教學技能。對于初次參加工作的新教師而言，培訓提供了一套專業的教學模式訓練體系，能幫助新教師盡快完成角色轉變；對于教學經驗豐富的老教師而言，培訓提供了一種新的思路和理論指導，進而改變教學模式固化現象，提高教學水平［10］。BOPPPS 教學模式在高校課堂得到迅速發展，其有效的教學設計對教師的“教”以及學生的“學”都產生了深遠影響。

該模式強調以學生為中心，提高學生在課堂教學中的參與度。根據人的注意力只能專注15 分鐘左右的特點，把課堂教學過程劃分為6 個前后銜接的模塊，構成一個完整、閉合的教學過程。充分考慮教師的“教”和學生的“學”，強調師生參與式互動，對于數電實驗課程具有很強的可操作性。BOPPPS 模型含義如表1 所示。

Table 1 Meaning of BOPPPS model表1 BOPPPS 模型含義

1.1 引入（B）

BOPPPS 教學模式第一個模塊是引入環節，強調學習興趣在課堂教學中的重要作用。引入環節就像一個“鉤子”，引起學生的好奇心并激發學習興趣［11］。學習興趣具有個體差異性，但是其產生受到外部因素影響［12］，進而影響學生的學習態度。教師選擇與學生日常生活相關的知識作為切入點［13］，可以是視頻、圖片、實物、故事等，讓學生產生共鳴，培養學生對課程的學習興趣。

1.2 目標（O）

學習興趣是學習的開端，是一種短暫的情緒狀態，需要通過清晰明確的課堂目標維持學生的求知狀態。教師闡述課程的重點知識和學習價值，告知學生本節課所學知識能解決什么問題，從而讓學生明確學習方向。同時課堂目標還具有導向功能，能夠指引教學過程和檢驗學習效果。BOPPPS 教學模式強調教學目標要明確具體，最好可衡量。

1.3 前測（P）

建立可衡量的學習目標之后，要檢測學生對于儲備知識的掌握程度及本次授課內容的了解程度，進而及時調整學習進度。BOPPPS 教學模式沒有提到課前和課后環節，但是這兩個環節是教學活動中不可忽略的重要部分。課堂時間短暫而寶貴，可以將前測部分任務設置在課前，完成一些難度適宜的基本測試，課堂上再針對重難點進行檢測，綜合學生的反饋對教學環節進行適當調整。

1.4 參與式學習（P）

參與式學習是BOPPPS 教學模式的核心環節，體現學生在教學活動中的中心地位，讓學生主動參與學習過程，提高知識運用能力和實踐操作技術。首先要求教師高度認識授課內容，預估學生在學習過程中可能出現的錯誤并及時解決。可以解答學生的疑惑并梳理思路，引導學生主動思考問題；其次轉變授課形式，靈活運用現代教育技術，采用如翻轉課堂模式等［14］，學生之間互相提問和解答，教師進行評判和總結。

1.5 后測（P）

在課堂即將結束時，教師通過針對性的測試檢驗學生對本次課程所學內容掌握程度，用多種方式檢查本次教學是否達到預期教學目標［15-16］。BOPPPS 教學模式的后測模塊不僅僅限于檢查和測試，關鍵在于完善教學過程進而改進教學內容和方法。學生也可以通過后測梳理知識薄弱點，自查授課內容的吸收程度，便于課后復習。

1.6 總結模塊（S）

BOPPPS 教學模式強調通過總結知識點、整理課堂內容進而促進知識內化。教師針對本次課程完成情況進行簡要分析，預告下次課程的教學內容，布置預習任務。課堂總結起著承前啟后的作用。

2 數電實驗教學案例設計

數電實驗課程和數電課程雖然設置成兩個獨立課程，但培養目標一致，地位和作用也相同，合理安排兩門課程授課進度［9］可達到更好的教學效果。合格的教學過程不是僅僅局限于90 分鐘課堂的“教”與“學”，還需要把握好課堂前后時間。

根據BOPPPS 教學模式，充分考慮課前準備、課中互動和課后復習等多個教學環節，對“計數器的功能及應用”實驗進行教學設計，以十進制計數器芯片74LS160 為例，具體闡述如下。

2.1 引入

采用親身體驗的方式讓學生直觀感受計數器應用：請學生拿出手機，啟動時鐘模塊下的秒表功能，學生可以觀察到計數器在手機中以60 進制模式工作。提出問題：①60進制模式下計數數碼是從幾到幾？②若設計12 進制計數器，有幾個狀態？若初始狀態是0，列出狀態遷移圖。

2.2 目標

教學目標如下：

（1）熟悉常用計數器功能和應用。根據計數器芯片74LS160 的管腳圖和功能表，設計十進制計數器電路。通過設計同步6 進制計數器，掌握反饋清零和反饋置數方法，弄清同步反饋和異步反饋的區別。

（2）掌握任意進制計數器的實現方法。運用兩個計數器元件構成100 以內任意計數器，進而掌握使用多個芯片構成任意進制計數器的實現方法。

（3）培養分析解決問題的能力及工程技能。要求導線和元器件布局規范，實驗結果和理論設計結果不同時能夠找出原因，排查故障。

2.3 前測

課前利用中國大學慕課平臺觀看視頻，用手機在所建慕課上完成測試，練習選擇、判斷或填空等客觀題，復習計數器原理及理論基礎知識應用，如：①計數器芯片74LS160能實現哪些功能？②74LS160 的預置功能是同步預置還是異步預置？③74LS160 的清零功能是同步清零還是異步清零？④你還知道其它型號的計數器嗎？

根據功能表和器件引腳圖，讓學生分別畫出芯片74LS160 在以下狀態時的接線電路圖（輸入接邏輯電平開關，輸出接LED 燈）：計數、預置、清0，用于檢查計數器理論知識掌握是否牢固。這一過程也是根據芯片工作手冊，將理論知識轉換實踐應用的工程性培養環節之一。

2.4 參與式學習

根據教學目標，將實驗過程分為3 個部分：①驗證計數器功能，設計構成同步6 進制計數器；②使用兩個計數器，設計構成100 進制同步計數器；③自定義一個進制計數器，設置故障，請另一組同學檢查并進行改正。

實驗開始前，教師指導學生正確連接元器件電源，保證安全。

（1）熟練運用基本知識部分。根據所畫電路圖連接電路，觀察計數器的輸出狀態，驗證元器件功能。在驗證完成的基礎上設計6 進制計數器電路。

（2）靈活應用實踐技能培養。兩個計數器芯片共同使用，要考慮時鐘信號的驅動方式和進位信號設計。教師講述原理，引導學生思考，讓學生獨立設計電路圖，完成電路連接。

（3）培養學生解決問題的能力。掌握45 進制計數器設計方法，完成100 進制以內計數器設計。教師要明確8421BCD 的編碼規則和特點，指出易錯點，講清楚整體清零和整體置數的作用。每組學生自己設定進制，連接電路并驗證完成，然后設計障礙，請其他組同學進行“錯題改正”。電路設計和故障設計過程都是對知識的深層次內化，而檢錯排障是理論知識轉化為工程技能的過程，能夠培養學生解決實際問題的能力。

2.5 后測

圍繞計數器功能及應用，針對易錯點和重難點提出問題：①8421BCD 碼和二進碼的關系和區別？②整體清零和整體置數所涉及的碼數是否相同？如果不同差別是什么？

2.6 總結

利用中國大學慕課平臺完成課前準備，掌握計數器設計的多個方法，從基本原理和元器件驅動出發，經過設置計數器不同進制，最終排查故障解決問題，掌握BCD 碼十進制加法計數器的功能與應用，在此基礎上進行加法/減法雙向計數器學習。

3 考核和評價體系

本實驗課程和數電理論課程教學目標一致，但各有側重點，數電實驗課程的考核更加注重過程考核［17］。BOPPPS教學模式是注重過程、強調學生主導地位的教學方式，重點關注學生在實驗過程中的表現，尤其是遇到問題之后如何分析、怎樣解決，不以實驗結果為唯一考核目標。

考核內容包括課堂表現、問題回答準確率；線上學習參與度和測試正確率；電路圖紙整潔清晰、原理分析清楚明確；元件排布合理、導線連接整齊規范；實驗結果準確、排障迅速；表達溝通及團隊領導力強；實驗報告重點考察實驗操作遇到問題后的思路及解決措施等［18］。

考核評價應該客觀，但教師在課堂活動中對每個學生的關注程度有限，只能做到盡量兼顧。可以合理設置教學容量，每次課堂活動將組數控制在15 組，即30 名學生以內。對于實驗過程表現優秀的學生可以減少或免除提問；對于實驗過程消極、不愿動手的學生，增加示范和提問次數，還可根據學號隨機抽查。

改革教學評價，課堂操作占總成績80%，實驗報告占比10%，線上學習占比10%，課堂成績不再只看實驗結果，更加注重過程和學生參與度。

4 結語

BOPPPS 教學模式是以學生為中心、教師為引導的教學模式，科學劃分課堂教學過程，突出重要教學環節作用。不同的教學模型特點不同，要取長補短科學轉化［19-20］。教師的教學特色非常重要，是教師個人教學魅力的重要組成部分。教師根據學科屬性和個人特點，在教學實踐中逐步體會反思，不局限于某種教學模式，避免形式化課堂活動，形成適合課程和教師特點的教學模式。本文以BOPPPS 教學模型為基礎，綜合考慮課前和課后環節，結合評價體系改革，可以更好地完成數字電路實驗課程教學目標，提高教學質量。