BOPPPS模式在大學物理教學中的實踐

李萍 代麗娟 馬亞斌 尹偉

摘?要：以轉動定律一節的教學為例，為體現學生為中心，讓學生更多地參與到課堂中，應用BOPPPS教學模式對本節課教學進行了導入、學習目標、前測、參與式學習、后測、總結六個環節的教學實踐，調查問卷結果顯示，54.72%的學生認為BOPPPS模式能夠提高自己學習的主動性，11.32%、41.51%的學生能夠完全適應、適應該教學模式。

關鍵詞：BOPPPS；剛體；轉動定律

1?概述

大學物理課程是各理科及工科學生學習專業課的先修課程之一，課程包含理論學習和實驗學習兩部分，通過大學物理的學習，培養學生對具體物理問題的計算能力和邏輯思維能力，為后續專業課的學習提供相應的知識基礎的同時，提供解決專業問題的邏輯思維。新疆理工學院大學物理教學團隊每年承擔近50個班的大學物理及實驗課程的教學任務，服務學生2750余人，我校大學物理課程建設時間較早，因此教學成績顯著，團隊教師立項多項省級、校級教改項目，獲得全國高校教師教學創新大賽國家級、省級等教學獎項。但是在取得教學成績的同時，課程教學還存在以下問題：一是作為新學校，團隊教師平均教齡為4.2年，正是站穩講臺的關鍵時候，存在教學經驗不足的問題；二是根據各專業人才培養計劃，大學物理課程有80學時和64學時兩類，要完成《理工科類大學物理課程教學基本要求》文件要求的知識點，會導致上課節奏較快，沒有更多時間鞏固知識點和例題練習；三是學生普遍認為大學物理學習內容抽象，力學部分內容學習時，大部分學生可以跟上老師的講課節奏，并能相對獨立地完成作業，但是到了電磁學和光學內容的學習時，由于理論和實踐較難結合起來，上課過程中只是通過一些生活中的現象或者網絡視頻來加深對抽象概念的認識，所以導致在學習過程中同學們容易陷入知其然不知其所以然的困惑中。

BOPPPS教學模式是由加拿大的道格拉斯·克爾在1967年提出的，起初是應用于教師技能培訓的一種教學模式［1］。近年來，我國很多教育工作者將BOPPPS應用到課堂教學實踐中，張建勛、朱琳對BOPPPS教學模型進行了概述，并對有效課堂教學設計、構成要件、操作流程等進行分析［2］。在物理教學方面，湖北師范大學的張雄、張喻等將BOPPPS和超星學習通平臺線上教學結合到一起，在實施前測環節的實驗組和未實施前側環節的對照組的教學效果分析中可以看出，實驗組的成績明顯高于對照組的成績［3］。于培清利用BOPPPS教學模式對光學部分的等厚干涉內容進行了教學實踐，他認為BOPPPS的實施可以提高學生學習的積極性，能讓學生更多地參與到課堂互動當中［4］。大學物理作為一門理論與實驗結合的課程，魏薇、譚佐軍等應用BOPPPS教學模式，并應用信息技術與實驗教學結合，結果表明六個教學過程都實現了育人的目標［5］。本文針對物理教學中存在的問題，將課堂劃分為六小段，進行了教學實踐。

2?基于BOPPPS的轉動定律教學過程設計

2.1?教學基本情況

學情分析：在講解本節課前，同學們已經學習了質點繞一個固定點轉動的角量描述、角動量、力矩等內容，也學習了剛體模型、轉動慣量等，具備了推導作用在剛體上的合外力矩與角加速度之間關系式的知識儲備，但是剛體轉動的內容對于學生來說是一個在高中沒有學習過的新知識點，因此學習起來有一定的困難。

教學總體設計：本節知識點屬于剛體動力學部分，上課之前通過智慧樹平臺發布前測試題，上課時通過一個思考題引入，接著介紹學習目標并解答前測試題，然后從牛頓第二定律出發，推證轉動定律的表達式，最后對推證的結論進行討論，后續發布后測試題進行練習，課堂教學設計見圖1。

2.2?教學過程

引入：本環節主要是通過生活中的現象、圖片、視頻等引出學習內容。本次課我們采用生活中的現象引入，兩個質量和力矩相同的空心圓柱桶和實心圓柱桶放在光滑斜面頂端，讓它們同時向下滾，請同學們思考，哪個圓柱桶會先滾落下來？

教學目標：教學目標作為學習需要達到的最終要求，是一節課的指導思想。本節的教學目標有：知識目標：（1）掌握剛體定軸轉動的轉動定律的概念；（2）運用轉動定律計算剛體轉動的角加速度。能力目標：開發學生運用轉動定律對比牛頓第二定律知識的物理思維及計算物理實際問題的能力。思政目標：通過轉動定律的學習，讓學生樹立事物發生發展的規律，從而建立發現問題以及解決問題的能力。

前測：前測部分的進行可以使老師掌握學生的學習情況，本節課前測通過智慧樹提前一天發布給學生，具體題目見圖2，通過兩道題了解學生對力矩和轉動慣量的掌握情況，正式上課時對兩道習題答題情況進行點評和解答。

參與式學習：本環節主要體現學生為中心的特點，引導學生參與到課堂教學內容上。提出問題：力矩M→等于零時，剛體轉動的角速度是什么樣的？力矩M→不等于零時，剛體轉動的角速度又是什么樣的？根據學生給出的答案，結合第二章力→改變物體的運動狀態→質點、質點系獲得加速度，通過知識點間的對比關系，引導學生總結力矩→改變剛體轉動狀態→剛體獲得角加速度的結論。緊接著從理論上推導M→、J、α→之間的關系式，首先是創設情境，在剛體內任意取一個質元，質元的質量、距離、受力情況如圖3所示，提出問題：對于該質元來說F→i和f→i是否都是外力？此時大部分學生都能給出正確答案，采用自然坐標系，再由牛頓第二定律寫出：切向：Fisinφi+fisinθi=Δmiaτi，法向：－Ficosφi－ficosθi=Δmiani，分解的目的是看看哪個力對轉動有用，法向方向上的力要穿過軸，因此真正能影響轉動的是切向的力，在切向兩邊乘以ri，并應用aτi=riα，寫出：riFisinφi+rifisinθi=Δmir2iα，提出問題：為什么角加速度寫成α而不是αi，讓同學們再次明確剛體轉動過程中剛體內各質元的角量是相同的。一個質元是這樣描寫，那么所有質元我們對上式求和得到：∑iriFisinφi+∑irifisinθi=∑i（Δmir2i）α，∑i（Δmir2i）為剛體的轉動慣量J，根據上一節課的知識點一對內力產生的力矩大小相同方向相反，得到∑irifisinθi=0，令∑iriFisinφi=M，得到M=Jα，因為力矩的方向總是向上或者向下，所以該式通常寫成標量式，引導學生對此式進行文字描述得到轉動定律的定義。根據M=Jα可以回答引入時實心圓柱和空心圓柱滾落快慢的問題，空心圓柱質量分布離軸遠，所以J空>J實，力矩相同時，α空<α實，即實心圓柱的角速度越容易改變，所以實心圓柱滾得快，引導學生思考自行車車輪、汽車輪胎、摩天輪等質量為什么大部分分布于外邊緣？

后測：為了掌握學生對本節課的掌握情況，進行本環節。如圖4所示，一質量為m、半徑為R的定滑輪左側繞有繩子，繩子下端懸掛著一個質量為m1的物塊，物塊帶動滑輪繞軸轉動時，試求繩中張力和物塊的加速度。

總結：本環節是學習內容的總結，引導學生總結力矩、轉動狀態改變、角加速度的定性關系，進一步明確力矩和轉動狀態的關系，并總結力矩、角加速度、轉動慣量間的定量關系，引導學生運用類比法學習物理知識的思維習慣，最后布置本次課作業。

3?教學效果評價

為了了解同學們對BOPPPS教學模式的適應情況，組織學生開展了調查問卷，從圖5可以看出，對于能否提高學習主動性的問題，54.72%的學生選擇了可以，只有377%的學生認為非常不可以，說明很大一部分同學認為可以提高學習主動性；在是否適應的問卷中，非常適應和適應的占比總和是52.83%，35.85%的學生選擇一般，說明大家能夠基本適應該模式，當然還有一小部分學生的答案是不適應和非常不適應。

結語

本文應用BOPPPS教學模式對轉動定律教學進行了教學實踐，教學過程嚴格按照BOPPPS教學模式的六要素進行，問卷調查結果表明本次課教學效果良好，大部分學生均能接受BOPPPS模式，但是BOPPPS教學模式并未廣泛應用到學校大學物理及實驗課程的教學過程中，希望后續能夠將BOPPPS教學模式應用到更多章節的授課中。

參考文獻：

［1］曹丹平，印興耀.加拿大BOPPPS教學模式及其對高等教育改革的啟示［J］.實驗室研究與探索，2016，35（02）：196200+249.

［2］張建勛，朱琳.基于BOPPPS模型的有效課堂教學設計［J］.職業技術教育，2016，37（11）：2528.

［3］張雄，張喻，單傳家，等.基于超星學習通的BOPPPS線上教學模式實踐探究——以湖北師范大學大學物理課程為例［J］.湖北師范大學學報（自然科學版），2020，40（04）：114118.

［4］于培清.BOPPPS教學模式在大學物理課程中的應用［J］.產業與科技論壇，2022，21（18）：144145.

［5］魏薇，譚佐軍，劉泉，等.虛實結合的大學物理實驗BOPPPS教學模式改革與實踐［J］.物理實驗，2022，42（03）：4751.

基金課題：新疆理工學院教學能手專項項目；2022年自治區級大學生創新創業訓練計劃項目（S202213558016）

作者簡介：李萍（1990—?），女，甘肅會寧人，碩士，講師，研究方向：凝聚態物理、大學物理教學。

*通訊作者：尹偉（1990—?），男，四川三臺人，碩士，副教授，研究方向：凝聚態物理、大學物理教學。