新工科背景下BOPPPS教學模式在材料力學課程中的應用探究

郭春霞，董俊哲

（西安建筑科技大學 理學院，陜西西安 710055）

為應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展，教育部積極推進新工科建設[1-3]。在此背景下，我校土木工程專業的材料力學課內學時被大幅縮減。材料力學是材料科學與力學交叉形成的一門課程，也是土木工程專業學生必修的一門基礎課。主要研究桿件在各種變形情況下的強度、剛度和穩定性的計算問題。該課程與工程實際聯系緊密，培養學生在工程實踐中分析解決問題的能力，為從事工程設計與施工奠定必要的力學基礎。內容枯燥、公式繁瑣是學生學習這門課的主要障礙。在新工科建設背景下，力學學時又被大幅縮減，如何提高學生學習材料力學的積極性是一個值得思考的問題。傳統的教學方式已無法滿足學生的學習需求，在力學類課程的教學上，已有系列新的教學模式[4-5]。鑒于此，筆者嘗試了新的教學方法，將BOPPPS 教學模式引入課堂，并取得了良好的成效。

1 BOPPPS 教學模型

BOPPPS 模型是北美地區高校教學技能培訓機構Instructional Skills Workshop（ISW）提出的一種有效的課程設計模式，旨在提高教師的授課技能。BOPPPS 教學模型以有效教學設計著稱，強調學生的參與和反饋，為開展研究型教學改革提供了切實可行的實施方法[6-8]。

BOPPPS 教學模式將課堂教學分為導入（Bridgein）、學習目標（Objective）、前測（Pre-assessment）、參與式學習（Participatory）、后測（Post-assessment）和總結（Summary）六部分，以這六部分對應的英文首字母B、O、P、P、P、S 命名。在教學實施過程中以學生為中心，注重教學互動和反思，教師引導學生主動思考，積極開展研究性學習。

2 BOPPPS 教學過程

筆者將BOPPPS 教學模式引入材料力學課程的教學中，具體實施過程通過如下六個部分闡述。

2.1 引入（Bridge-in）

雖然材料力學課程與工程實際聯系緊密，但現有《材料力學》教材上的例題多是簡化后的力學模型，缺乏實際工程背景，導致學生無法真正做到學以致用。針對這一現象，筆者在備課時會做大量的準備工作，從各種途徑搜索與教學內容相關的實際案例，保證學生在學完一種變形后就能夠利用所學知識解決案例所示的問題，大大激發了學生的求知欲。

例如，在學習剪切變形時，以一段“卯榫結構的制作”的視頻引入，既介紹了專業知識，又間接使學生受到了中華傳統文化的熏陶；在學習彎曲變形時，以綜藝節目《中餐廳》的一段房梁斷裂的視頻引入；在學習扭轉變形時，以一段新聞報道的“汽車斷軸事件”視頻來引入；在學習壓桿穩定時，以一段中華絕技“銀槍鎖喉”的視頻引入（如圖1所示），之后提出相應的教學主題。這樣的引入方式，成功地吸引學生的注意力，激發了學生的學習興趣。

圖1 生動案例引入

2.2 學習目標（Objective）

根據學生的具體情況，結合我國教育教學政策的導向，制定三個教學目標：知識目標、能力目標和情感目標。在知識層面要求學生在現有力學模型的基礎上會進行簡單的力學分析和計算，在能力層面要求學生能夠利用所學知識解決實際工程中簡單的力學問題，在情感方面教師要引導學生“在主動積極的思維和情感活動中加深理解和體驗”，獲得思想啟迪。

2.3 前測（Pre-assessment）

采用雨課堂問答的形式，在正式開始授課前對學生已有的基礎知識進行檢測。例如，在學習桿件的基本變形時，需要用到理論力學中關于平衡問題的計算；在學習梁的彎曲變形時，需要用到高等數學中有關曲率的知識；在學習組合變形時，需要用到基本變形的知識。通過提前檢測，幫助學生回憶相關的知識點，為授課的正常進行打好基礎。

2.4 參與式學習（Participatory）

參與式學習指的是通過適當的教學設計，使學生主動思考，參與課堂教學，使學生不虛此行、學有所得。為達到這個目的，需要教師巧妙構思。筆者用的方法有：

2.4.1 分組討論

教師可通過關注學生前期課程（主要看高等數學和理論力學）的學習情況，將成績優異的學生和成績較差的學生分組組合，每組不超過6 人，教師提前布置小組任務，學生課下查找資料，給自己的小組設置與本章內容相關的組名（如圖2所示），上課前向教師報備，為課堂討論、回答問題、師生互動做好充足準備。讓成績優秀的學生擔任小組組長，并給予一定的權限，以充分發揮其帶頭作用。通過小組課下查找相關資料，自己設計“以專業相關知識點為基礎的組名”，提高學生的學習興趣，以及對理論知識點的理解和掌握，提升學生課堂學習參與度。

圖2 構建智趣學習小組LOGO，提升學生課堂參與度

2.4.2 動手演練

在材料力學的學習中，大部分情況下都需要畫受力圖、解方程、推公式，如果這些全部由教師講解，學生只是坐著聽講，很容易走神，導致教師在臺上自問自答、學生在臺下昏昏欲睡的情形，無法達到預期教學效果。筆者常在課堂上就某一個問題只講一部分，留一部分給學生，讓學生自己動手分析計算，教師從旁指導。這些浸潤式的教學方式可使學生的思維保持活躍。

2.4.3 案例分析

力學知識來源于工程，應用于工程。日常生活中隱藏著很多力學知識，在學到相應內容時，引導學生進行自主探究。對其中能力突出的學生，鼓勵其對探究學習過程進行歸納總結，從而得出結論。比如，讓學生尋求生活中的基本變形和組合變形實例并簡單分析，如圖3所示。

圖3 學生自行查找生活中的力學問題

2.5 后測（Post-assessment）

在學習完本節知識點后，針對開頭引入案例中的問題，讓學生自主探索解決方法（可個人可小組），從而對學生的學習效果進行評估，看是否達到了學習目標。此處，筆者在雨課堂中采取搶答的形式，回答正確者計入平時成績。

基于線上的課程教學資源，線上線下相結合，通過知識點測試、課堂搶答情況、小組討論成果等多樣化的手段，全面檢測課堂教學的效果，從而為學生后續學習打好基礎，實現課堂教學創新。

2.6 總結（Summary）

采用板書或PPT 演示，對學習內容以圖表或者口訣的形式進行歸納總結，幫助學生對所學知識形成總體認識。

3 結語

實踐表明，通過上述參與式學習方式，有效促進了學生對知識點的理解。在實際教學工作中，以上六個環節環環相扣，互為補充，不僅培養了學生的自學能力，還提高了學生的課堂參與度，加深了學生對課程內容的理解，強化了學生的團隊合作意識，收到了良好的教學效果。