基于BOPPPS的線上線下混合式教學模式構建與實踐

康穎安，程玉蘭，夏平，李建華，張志偉

(湖南工程學院 機械工程學院，湖南 湘潭 411101)

2018年4月，教育部印發的《教育信息化2.0行動計劃》指出，教育信息化是“教育現代化2035”的重點內容和重要標志，教育信息化是提高教育質量的有效手段。在新冠病毒肺炎疫情期間，各學校積極采取應對措施，教學方式隨之改變，線上教學成為必備之選。隨著教學深入，教師的信息化教學水平顯著提高，線上教學手段極大拓寬了教師的教育視閾，信息化教學展示了強大的實力和魅力[1]。在疫情后期，大家逐步回歸學校課堂，為順應時代發展，如何將線上線下教學相結合，改變“教師為主角”滿堂灌的傳統課堂教學模式，提高教學效果，需要教師積極研究、探索和實踐[2]。

1 線上線下混合式教學的意義

“教與學”關系問題一直是傳統教學面臨的問題之一。材料力學是機械類專業一門必修的核心專業基礎課程，主要研究變形構件的強度、剛度和穩定性問題。課程面向機械設計專業的大二學生開設。機械設計專業是我校教育部首批“卓越工程師教育培養計劃”試點專業、國家一流建設專業，兩次通過工程教育專業認證，本課程為培養卓越工程師奠定了扎實的學科基礎。

材料力學知識點較多且瑣碎，工程模型抽象，課時壓縮；課程教學大多采用傳統課堂+PPT課件的授課方式，課堂主角是教師，學生被動接受知識，課堂互動較少[3]，且每個學生的學習基礎和學習能力不同。結合工程教育認證基本理念“以學生為中心，產出導向，持續改進”，以及新工科背景下產業需求為導向，培養綜合全面、創新能力強的新人才為目標的培養觀念，“教師為主體，以教為中心”的教學模式已不能滿足信息化時代下新工科人才的培養要求[4]。“互聯網+”時代下，智能手機、筆記本電腦已是大學生的必需品。信息化發達的今天，網絡學習資源非常豐富，與其強制讓學生把手機放到指定地點，不如疏導學生利用好手機。因此，在信息化現代教育中，教師需要順應時代潮流，引導學生利用網絡資源自主學習。教師作為知識的引領者，應引導學生探索問題、主動思考，在教學過程中突出學生的主體性，“以學生為中心，以學為本”。線上線下混合式教學正是改變教與學的關系、發揮學生學習主動性的良方。

課程考核評價方式單一也是需要解決的問題。通常，課程考核評價中的平時表現成績以交作業次數和質量、課堂考勤次數為主要依據，平時學習過程很難在考核中得到客觀、公正的體現。期末考試成績直接評判課程學習的好壞，這種單一的課程考核結果很難判斷課程目標是否真正達成。同時，考核結果是否客觀、公正也直接影響學生學習的能動性和積極性。

傳統教學模式存在諸多不足，不適合時代發展。《教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》明確提出，推動課堂教學革命。以學生發展為中心，大力推進智慧教室建設，構建線上線下相結合的教學模式[5]。新冠病毒肺炎后疫情時代，線上線下混合教學將成為信息化時代高校課堂教學的新模式[6]。

2 基于BOPPPS的線上線下混合式教學模式構建

2.1 BOPPPS模型

BOPPPS教學模型起源于北美高校教師教學技能培訓中心，是一種以學生為中心，注重師生互動，提高學生參與度的課堂教學模型[7]。它將一個完整的課堂教學計為六個階段，即導入(Bridge-in)、學習目標(Objective)、前測(Pre-assessment)、參與式學習(Participatory Learning)、后測(Post-assessment)、總結(Summary)。BOPPPS模型突出以學為主的全方位參與學習和教學評價反饋，近年來被一些高校和機構廣泛采用[8]。

2.2 基于BOPPPS的線上線下混合式教學模式

依照BOPPPS模型，將導入、學習目標、前測、參與式學習、后測和總結六個階段融入混合式教學過程。根據課程特點和線上線下各自優勢，在課堂教學活動中按照各階段將教學內容合理分配并整合線上線下資源。(1)課前。利用線上教學平臺完成導入、明確學習目標、前測等工作。教師通過工程案例或生活實例回顧已有知識、提出問題導入教學新內容，激發學生的學習興趣；告之學習目標：學什么，為什么要學，怎么學，學多好；學生完成前測。教師根據學生線上學習情況，適時調整線下教學內容的深度和進度。(2)課中。教師在線下課堂面授中完成參與式學習、后測和總結工作。教師設計不同教學活動，促進師生、生生間的良好互動，促使學生積極參與課堂學習。學習完成后通過測試、習題、報告等后測方式，教師了解學生是否達成學習目標。最后對授課內容進行歸納總結、反思，布置課后作業。(3)課后。學生完成線下作業，教師線上推送拓展知識，討論答疑。

線上線下混合式教學模式(如圖1所示)強調以學生為中心，關注學生學習行為，實時反饋學生學習產出，有助于打造活力高效的課堂教學。

圖1 線上線下混合式教學模式

3 線上線下混合式教學實踐

借助材料力學精品在線開放課程教學平臺，“材料力學”課程進行了線上線下相結合的混合式教學實踐。

3.1 精品在線開放課程教學平臺的建設

材料力學精品在線開放課程建設在“超星學習通”學習平臺。以課程章節為主線，每一章節中細分獨立的知識點，將每一知識點制作成時長約10 min左右的教學視頻和課件。知識點后建有小測試，以便于學生進行自主測試，對自主學習成效進行檢驗。每章節后面有小結，以供學生及時梳理和歸納。線上資源建設有習題庫，可以在課堂學習后或期中、期末等階段性學習結束后組卷進行測驗。在超星學習通課程平臺也建立了力學趣聞、力學競賽、力學實驗等資料庫和主題討論、問卷調查等活動庫。線上課程平臺成為學生自主學習的主陣地。

3.2 教學模式實施過程

布魯姆將認知領域目標分為記憶、理解、應用、分析、評價和創新六個層次。學生的認知是由低階向高階逐步邁進的過程，先從簡單的記憶理解，再到應用分析，最后評價創新達到認知最高水平。因而，在教學中，教師在課程標準的編制、授課計劃的制定、教案的編寫等方面均做好線上線下的教學設計。所有教學設計做到“以學生為中心，以學為主”，最終讓學生深度學習、學會學習，養成終生學習的良好習慣。

依托超星學習通課程平臺，基于BOPPPS的線上線下混合式教學模式的實施過程如下：(1)導入。引入材料力學相關的工程案例或生活實例，問題先導，吸引學生對課程內容的學習興趣。(2)告之學習目標。明確本次課的學習目標和重點難點，以目標驅動學生進行有效預習。(3)前測。發布小測試、討論題、問卷等，讓學生完成并建立初步的知識結構。前測反饋數據，為教師調整課堂教學內容、教學形式和方法提供依據。(4)參與式學習。教師課堂面授中，以學生為課堂中心，組織實例分析、小組討論、匯報交流等學習活動。學生在活動中運用材料力學知識分析和解決機械工程問題，進行深度學習。(5)后測。教師課堂適時提問，發布測驗或作業，或讓學生完成一個小報告，以此了解學生是否達成學習目標。(6)總結。在課堂后部分，教師回顧要點，及時總結學習內容。教師課后進行作業評閱，組織階段性測試，督促學習和答疑。同時學習平臺推送力學趣聞、競賽題目等拓展延伸內容，進行知識的鞏固和強化，讓學生具有解決復雜機械工程問題的能力。

3.3 參與式學習課堂教學法

混合式教學課堂內容不是重復講授基本知識，而是疏通重難點和運用知識。為了將課堂變得有趣、重難點知識變得易懂，可采用合適的教法和學法。根據美國學者艾德格·戴爾提出的“學習金字塔”理論(如圖2所示)，不同學習方法有不同的學習保存率[9]。保存率30%以下為被動型學習，保存率50%以上則是主動學習。采用“小組討論”“實踐”“教他人”等參與式學習都是效果最好的學習方式。因而，課堂教學上應組織交流討論、實例分析、翻轉課堂、實驗教學等教學方法。

圖2 艾德格·戴爾的“學習金字塔”

3.3.1 組織討論式教學法

剪切擠壓變形教學中，學生討論分析鉚釘接頭處可能的破壞形式，并完成各種可能破壞形式的強度計算。通過討論學習，學生熟練掌握剪切面、切應力、擠壓面、擠壓應力等概念。利用金工實習時看到的車間吊車梁、車削工件討論彎曲變形，通過鉆床立柱、減速器主軸討論組合變形,討論式教學法能調動學生的學習積極性、能動性，培養其思維能力。

3.3.2 以問題為導向的啟發式教學法

脆性材料在扭轉時為什么沿45°螺旋面斷開？學生帶著問題學習應力狀態、主單元體、主應力，從而學會用微觀分析方法來研究受力構件破壞的原因，繼而通過材料破壞實驗來驗證。學生在“實踐練習”中運用應力知識解決實際問題，也明白應力狀態分析方法的重要性，為復雜變形構件的強度計算打好基礎。啟發式教學法可不斷激發學生創造性思維，提升自主探索學習能力。

3.3.3 構建翻轉課堂教學法

對組合變形內容，教師提前一周布置任務，分成小組研究鑄鐵壓力機立柱強度、齒輪傳動軸軸徑設計等組合變形問題。課堂中，教師隨機抽組，小組成員上臺解答拉伸(壓縮)與彎曲、彎扭組合變形問題。學生展示過程中，教師設置課堂研討問題，也可由學生提出問題。學生在“教他人”中，學習效率提高，同時通過課堂對學習成果的展示交流，加強學生的協作與溝通交流能力。

3.3.4 組織虛實結合實驗教學法

依托我校工程力學虛擬仿真實驗室以及國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺“實驗空間”，教師課前發布實驗項目內容、實驗目的、實驗要求等實驗資料。學生通過虛擬仿真實驗平臺熟悉實驗儀器設備及其操作規程、注意事項。并根據實驗要求，提出設計方案，完成虛擬仿真實驗。然后在實體實驗室實際演練、操作完成實驗。實驗教學虛實結合，學生動手機會增加且實驗成本降低，可有效培養學生的實驗設計能力和理論聯系實際問題的能力。

3.4 課程思政的融入

課程教學注重強化課程思政、協同育人理念，堅持工程教育與素質教育并重。材料力學課程教學在重視知識傳授、能力提高的同時，也重視思政教育、價值引領同步提升。課程教學中融入思政內容和育人元素：材料力學課程體系蘊含許多自然規律和哲學道理；課程研究方法體現自然辯證法的規律，如抓住事物的主要矛盾，從實踐到認識再到實踐；力學發展史和力學家故事培育學生科學觀，激發使命擔當，增強榮譽感；工程案例中失敗的教訓、警示性問題、反思分析，提高學生辨識能力和責任意識，以人民為中心，堅守職業道德。大自然就是大課堂，到處存在力學現象和力學規律。立足工程實踐，課程資源廣泛收集課程思政資料和育人素材，不斷豐富思政教學資源庫和活動庫，為培養學生的科學素養和專業報國情懷，樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀提供思想政治支撐。

3.5 構建多元化課程考核體系

課程考核采用多元化考核方式。目前，課程考核以過程考核成績(40%)和期末成績(60%)綜合評價，其中過程考核成績包括平時成績(12%)、平時作業成績(14%)和實驗成績(14%)。平時成績是根據學生上課出勤簽到、章節測驗、課程視頻、討論、課堂活動、期中測試等方面的線上考核，考核數據由學習通平臺通過權重設置直接給出；平時作業成績可以通過教師批閱線下作業給出等級；實驗成績則根據實驗預習報告、實驗操作和實驗報告成績綜合給出。期末成績采取期末試卷線下考核，主要考核學生對課程知識的掌握程度、綜合運用知識的能力。多元化考核方式可以督促學生注重平時的學習過程和知識積累，從而激發學生的自主學習能動性。

4 實施成效與評價

4.1 學生學習的主動性提高

“材料力學”作為校級精品在線開放課程在超星學習通平臺運行兩期，共有1 053人選學本課程，發帖總數11 069個。課程線上資源有教學視頻總數91個、非視頻資源總數541個、課程公告總數142次。有完整的課件、文檔總數134個，發布章節測驗20份。本課程累積打開次數較多。教學實踐班學生(共70名學生)在12月的線上學習次數最多一天達1 869次，且學習時間主要集中在課堂和晚上(如圖3所示)。由圖3數據可知，學生自主學習次數較多，學習主動性提高。同時，教師課堂外所做工作和花費時間也會較多。

圖3 學生某月的線上學習次數

4.2 課程目標的達成度較高

經過一個學期的教學探索與實踐，對教學實踐班70名學生的期末成績進行統計分析。期末成績由期末考核、課程實驗、作業和平時表現4個環節的考核成績綜合得到。期末成績分數區間為36～92分，平均成績76.50分,其中，60～69分(及格)16人，占總比例的22.86%；70～79分(中等)21人，占總比例的30%；80～89分(良好)29人，占總比例的41.43%；超過90分(優秀)3人，占總比例的4.29%；60分以下(不及格)1人，占總比例的1.42%。材料力學課程的三個目標達成度分別為0.702、0.754、0.895，如表1所示的“材料力學”課程目標達成評價表，總體來說達成度較高。可見，通過混合教學模式的實踐教學，學生對“材料力學”課程的學習達到了課程目標的要求。通過學習，大多數學生已經掌握材料力學的基本概念、基本原理和計算方法，具備材料力學分析和計算能力、知識應用能力和實驗能力。

表1 教學實踐班“材料力學”課程目標達成評價

具體到班級里每一個學生的課程目標得分情況，本課程中3個課程目標得分率分布如圖4所示。由圖4可見班上個別學生在課程目標1和2的得分率在0.5以下，對于這些學生，還需要教師在學習中給予關注和幫助。

圖4 “材料力學”課程目標得分率分布

4.3 學生對教學模式的認可度好

在課程結束時，在教學實踐班級發布了兩份問卷進行回訪調查。(一)對于材料力學課程的教學模式，你認為哪種更適合自己。有68名學生參加了問卷調查，其中45名學生選擇“基于學習通平臺在線課程的線上線下混合式教學”，占比66.2%，可見混合式教學模式得到了大多數學生的認可；另外23名學生選擇傳統課堂教學方式，占比33.8%，主要原因還是以往傳統學習方式形成的學習依賴性和惰性，習慣被動學習，這恰好也反映學生由被動學習轉變為主動學習需要時間和過程。(二)在學習材料力學這門課程中遇到問題時，你一般會如何解決？有69名學生參加問卷調查，其中91.5%的學生會通過觀看教學視頻、與同學討論、自己看教材、百度等自主學習方式來解決問題(如圖5所示)，可見在課程學習過程中遇到不懂或問題時，學生不是單純等著教師課堂解答，而是會通過多種渠道和方式來解決問題。學生通過線上線下混合式教學模式，在慢慢改變學習依賴性，學會自主學習。

圖5 課程結束對學生回訪問卷調查

綜合以上分析，本次教學實踐采用基于BOPPPS的線上線下混合式教學模式，有效地提高了學生的學習自主性和參與度，取得了一定的教學成效，得到了大多數學生的認可。

5 總結與反思

線上線下混合式教學是線上線下學習方式的混合、課內課外學習空間的混合、數字化和傳統學習資源的混合、個性和集體學習方式的混合、線上線下學習評價的混合。隨著現代信息技術與教育教學深度融合，線上線下混合式教學將成為今后教學改革和研究的重點，也是未來教育的重要形態。

線上線下混合式教學模式引入BOPPPS模型，開展以學生為主體，參與式學習的教學設計和教學法。教學模式將教學過程分為導入、學習目標、前測、參與式學習、后測和總結六個階段，教學循序漸進，知識由淺到深，有助于教師梳理教學重難點、學生學習新知識。教師充分發揮主導作用，采取討論式、問題導向的啟發式教學、翻轉課堂、課程思政、過程考核的教學方法，激發學生的求知欲望，培養其學習的主動性和能動性，提高自主學習能力、思辨能力和解決復雜工程問題的綜合能力，最終學會學習。實踐結果表明，該混合教學模式能有效提升學生自主學習的主動性、較好實現課程目標達成，學生對教學模式認可度較高，是一種行之有效的教學模式。

通過教學效果分析，教學實踐需要加強和改進的地方：(1)教師根據學生課前的導入和前測等在線學習數據的反饋,適時調整線上線下的教學內容，而不能將線下內容固化，實現精準教學，提高教學質量和效率。(2)學生個體有差異，學習基礎和學習能力有不同。個別學生的課程目標達成度低，需要教師在課堂內外、線上線下給予關心和幫助，進行一對一的指導。(3)參與式學習沒有實現真正的全員參與。課堂交流討論或翻轉課堂的展示，多數是由學習積極主動、活躍的學生在完成。有部分學生不敢表達自己的觀點，或是準備不充分，沒有真正參與到課堂討論等學習活動中。線下教學注重學生學習主體地位，如何調動學生學習積極性和能動性，在后續教學中還要采用更多樣化和更豐富的教學方法。(4)課程考核評價方式較之前多元化，但實驗考核成績評價做得不夠細致，實驗預習和操作成績占比不明確，基本以上交的實驗報告成績為主，而實驗報告存在雷同或相似，因此在實驗成績上還需要細化，真實體現學生的實驗設計和操作能力。