新工科背景下基于BOPPPS模型的人機工程學課程教學改革探索

0 引言

為主動應對新一輪的科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展、“中國制造2025”等一系列國家戰略，2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，致力于培養創新與實踐兼備的復合型人才[1。人機工程學的課程內容涉及領域廣、實踐要求高，傳統以教師為中心的單向傳輸教學模式已無法滿足新工科的培養目標，教師亟待對傳統教學模式進行改革，積極探索以學生為中心的符合新工科培養目標的人機工程學教學模式。BOPPPS模型因其以學生為中心、系統性高、互動性強、考核方式多樣等特點，成為教師進行課堂教學的有效模式[2]。本文探索在充分發揮信息平臺優勢基礎上，將BOPPPS模型融入人機工程學教學改革，致力于達到培養復合型人才的目的。

1人機工程學的教學痛點

人機工程學是一門多學科交叉的應用型學科，涵蓋了工程學、生理學、心理學等領域，主要研究人、機器（產品）、環境之間的相互作用[3]。我國許多高校已將人機工程學納入機械設計、智能制造、工業設計、計算機科學與技術、生物醫學與康復等專業的核心課程。尤其在新工科背景下，隨著科技進步和產業轉型的推進，培養具有創新思維與實踐能力的復合型人才已成為工科類教學改革的核心目標，也對課程教學提出更高的要求。但在目前的人機工程學教學過程中存在一些顯著痛點，影響了教師的教學質量和學生的學習效果。

1.1課程教學效果與新工科培養目標存在落差

目前，很多高校的人機工程學授課仍采用傳統的教學模式，強調理論知識的傳授，忽視了學生自主創新能力和實踐能力的培養，導致最終授課效果與新工科的培養目標存在落差。如在講授“人體測量學”時，教師僅通過教案PPT和教材對知識點進行講解，缺乏學生主動參與和互動思考的教學環節，學生被動接受知識，無法提高創造力和實踐能力，難以將學到的人體測量相關知識運用到實際的設計方案中。

1.2課程理論與實踐脫節

新工科不僅要求學生有扎實的理論基礎，還要能夠將理論知識應用于復雜問題的解決。人機工程學作為一門交叉學科，授課內容范圍廣，知識點也較為抽象，若教學內容不結合具體的工程實踐，學生則無法將抽象的知識點轉化為實際操作。如在講授“人體尺寸和作業姿勢”時，學生僅通過課堂教案學習，課前沒有對人體尺寸進行測量，課后也沒有將人體尺寸進行實際應用，這種教學模式會導致學生停留在基礎理論層面，實際工作時無法達到解決現實問題的要求。

1.3課程考核方式單一

現有考核方式仍以結果性考核為主，考核內容主要集中在理論知識的掌握上。這種單一的考核方式忽略了對學生實際應用能力和創新能力的考核，無法全面反映學生的綜合素質和學習效果，更無法促進學生自主創造力的提升。因此，課程的考核方式應當向多元化發展，需要引入對學生在課前、課中、課后學習的量化評價指標。

2基于BOPPPS模型的人機工程學教學模式構建

2.1 BOPPPS模型概述

BOPPPS模型由加拿大教師技能培訓機構ISW（InstructionalSkillsWorkshop）提出，旨在幫助教師系統化地設計教學方案和實施教學活動[4]。隨著教育理論和構建主義學習理論的發展，BOPPPS模型被廣泛應用于各種教學場景，將教學模式由傳統的以教師為主導向學生參與式學習轉變，要求每位學生參與課前、課中、課后的完整教學環節。

BOPPPS模型包括六個環節，分別是引入（Bridge一in）、學習目標（Objectives）、前測（Pre-assess-ment）、參與式學習（Participatorylearning）、后測（Post-assessment）、總結（Summary），BOPPPS即由這六個環節的英文單詞首字母組合而成[5]。BOPPPS模型強調以學生為中心促進教學改革，研究表明，通過BOPPPS模型進行教學改革，能夠有效地提升課堂教學質量，提高學生學習自驅力[6]。

2.2基于BOPPPS的人機工程學教學模式構建目標

優秀的教學改革離不開明確的教學目標。人機工程學是一門應用性極強的核心課程，培養學生將人體相關數據應用到機器和環境的研究中。學生首先要掌握人體的基礎理論知識，其次需要將這些知識應用到復雜問題的解決中，最后達到自主學習、自主創新的新工科培養目標。結合BOPPPS模型的系統化框架和課程考核目標，將人機工程學的教學目標分為理論知識目標、實踐操作目標、自主創新目標三個層面。

2.2.1 理論知識目標

人機工程學的理論體系涵蓋了多個領域的基礎知識，而傳統的教學方式注重理論知識的講授和記憶，忽視了學生對于理論知識的理解和靈活運用。基于BOPPPS的教學模式著重于提升學生對理論知識系統化的掌握和應用能力。在學習目標（0）階段，教師應明確每節課的理論知識目標，將抽象的知識點轉化為學生易于理解的案例，使學生清晰地掌握核心理論的概念。在參與式學習（P）階段，教師可以通過小組討論、情景演繹等方式將理論知識融入實際應用，讓學生在實際情境中靈活運用。

2.2.2 實踐操作目標

人機工程學對實踐的要求極高，其核心目標是將人的行為方式實際應用到與機器、環境的交互過程中。因此，實踐操作能力的培養在人機工程學教學中必不可少。基于BOPPPS的教學改革應在教學過程中增加實踐操作環節，確保學生在掌握理論的基礎上能夠熟練操作。例如，讓學生通過測量人體數據進行工作空間的設計，通過模擬人體姿勢對工具進行改造等，以此達到學以致用的目標。

2.2.3 自主創新目標

在當今快速變化的科技和產業環境中，自主創新能力是衡量工科類人才的重要標準。自主創新的目標可以通過BOPPPS模型的參與式學習進一步深化。在課程中，教師可以設置開放性課題，讓學生提出假設并通過實驗來驗證方案的可行性。例如，學生可以分組設計一款符合人體工程學的座椅，從概念構思到產品原型建模、制作，都由學生自主完成，教師主要提供指導和資源支持，而非干預具體設計過程。以此引導學生自主創新和探索，培養學生解決復雜問題的能力。

2.3BOPPPS與人機工程學深度融合教學模式構建

針對人機工程學教學過程中的痛點和構建目標，將BOPPPS的六個環節分成三個階段，分別是課前預習階段、課中參與階段、課后復盤階段。采用BOPPPS進行教學設計時，不應拘泥于固定的結構和順序，應結合實際學情和課程特色因材施教[7]。例如，本文針對人機工程學需重視理論和實踐相結合的課程特點，在課中參與階段和課后復盤階段都運用了后測（P），但課中的后測偏向于理論知識、課后的后測偏向于實踐操作。

為實現線上線下混合式教學，教學團隊借助超星學習通線上平臺建立人機工程學線上課程資源，包括各章節知識點、隨堂練習、話題討論、課后作業、設計展示等。通過學習通對教學環節進行全流程把控，充分調動學生的積極性和參與度。基于BOPPPS的人機工程學教學模式如圖1所示。

2.3.1 課前預習階段

此階段主要借助學習通平臺開展課前線上教學。教師根據課程培養方案選取難度適中的知識點，形成課前預習PPT并提前發布到學習通班級群。學生根據課件完成先導案例分析、相關知識回顧、新知識預熱，并在學習群發表學習心得，為課中參與階段奠定基礎。

該階段主要包括引入（B）、學習目標（0）、前測（P）三個環節。引入（B）環節旨在引起學生對新知識點的興趣，通過與本節內容相關的社會現象、設計案例、視頻素材等引導學生對知識點進行預先了解。學習目標（O）環節要以學生為中心，明確本節課需掌握的內容目標，有助于學生了解該知識點在課程體系中的地位和作用，形成知識脈絡。前測（P）是教師對學生進行摸底的環節，通過測試考查學生課前的預習效果，評估接下來的教學難易程度。前測題目不宜過難，防止學生產生畏懼心理，盡可能采用選擇題和判斷題。

圖2教學層次模型

2.3.2課中參與階段

教師根據課前預習階段的反饋掌握學情，對教學內容進行層次化分類，具體教學層次模型見圖2。一是基礎層，主要涵蓋大多數學生都能理解的基本知識，可快速帶過；二是中等層，是學生要牢記并掌的知識點，需進行重點講解；三是拓展層，教師可以提出想法和思路，引導學生探索。

課中參與階段主要包括學習目標（0）、參與式學習（P）、后測（P）、總結（S）四個環節。此階段的學習目標（0）是教師根據前測結果調整本節課教學目標。參與式學習（P）通過教師精講、學生精練，使絕大多數學生的學習效率達到最高。該過程可借助學習通平臺進行課堂主題討論、選人、分組、問卷等互動，以達到提高學生課堂注意力和參與度的目的。后測（P）是在授課內容結束后，針對本節內容的課程目標設置相應的測試題目，重點考查學生對知識點的掌握情況，是衡量教學目標達成情況的重要指標。總結（S）環節需要教師根據學生參與式學習和后測的結果，對知識點進行梳理，對易錯點進行鞏固。課堂總結既是本節課的總結，也可作為下節課的相關知識點回顧。

2.3.3 課后復盤階段

課后復盤階段是教師和學生對教學過程進行歸納和總結的階段，主要包括后測（P）、總結（S）兩個環節。此階段的后測（P）更偏向于考查學生的實踐操作能力，除了選擇題、判斷題、填空題等，應增加實踐操作或開放性課題，讓學生自主運用所學知識。總結（S）階段包括學生復盤和教師復盤兩個方面。其中，學生復盤是總結理論知識和歸納操作經驗的重要環節，將知識點進行梳理并形成思維導圖上傳到學習通，課程結課時將所有思維導圖結合起來形成完整的知識體系。教師需要對學生在BOPPPS各個環節學習、作業、實踐的參與和完成情況進行考核，實現考核方式的多樣化。

3基于BOPPPS模型的人機工程學教學模式實踐

人機工程學作為一門重要的專業核心課，包括起源發展、內容定義、生理人機、心理感知、運動系統、環境因素六大教學單元，教學內容多且覆蓋面廣。這就要求教師按照課程大綱和授課學時將課程拆分為若干單元，每個教學單元均按照BOPPPS模型進行教學設計。本文以“生理人機\"單元中的\"人體測量學”章節為例，詳細闡述如何將BOPPPS模型的六個環節融入人機工程學教學實踐過程，每個環節對應的教師任務和學生任務詳見表1。

4基于BOPPPS模型的人機工程學教學效果與評價

人機工程學是工業設計專業的核心課程，因此選取工業設計專業22級學生作為研究對象，一班對照組（25人）采用傳統教學模式，二班實驗組（29人）采用BOPPPS模型與課程融合的教學模式。經過一個學期的授課與觀察，學期末通過定性法和定量法對教學成果進行分析，結果表明，二班實驗組的成績高于一班對照組，二班實驗組學生的積極性顯著提高，實踐能力和自主創新能力都得到充分鍛煉。

表1基于BOPPPS的人機工程學教學模式實踐（以“人體測量學”章節為例）

圖3滿意度調查問卷結果

4.1定性研究結果

采用BOPPPS模型與課程融合教學模式的二班實驗組，課堂上學生參與度明顯提高，針對話題的討論更加全面和深入，更愿意主動分享自己的見解。許多學生表示通過引入環節和前測環節，能基本掌握本節課知識，課上更愿意把時間分配給相對較難的知識點。BOPPPS的參與式學習環節，給學生創造了更多的小組合作和實際操作項目，經過一個學期的學習，學生在合作中變得更加積極主動，能夠有效分配任務并高效執行。在項目實踐中，實驗組學生的設計作品展現了較高的創新性和實操技能，同時部分學生表示在課后更愿意主動參加比賽等實踐，將所學知識點運用到實際問題解決中。但也有學生認為，BOPPPS的教學方式雖然更加全面，但也占用了較多的課外時間，若每門課都采用此教學方式將產生較大的學習壓力。因此，教師在布置前測和后測作業時，要注意題型和作業量，避免給學生造成負擔。

4.2定量研究結果

在期末的理論測試中，采用BOPPPS模型與課程融合教學模式的二班實驗組優秀率為 20.6% ，而采用傳統教學模式的一班對照組優秀率為 16% 。此外，兩個班級的教學滿意度調查問卷顯示，二班實驗組整體滿意度為90.75分，一班對照組整體滿意度為81.25分，二班實驗組學生的課堂參與度要明顯高于一班對照組。詳細的滿意度調查問卷結果見圖3。

由此可見，基于BOPPPS模型的人機工程學教學方式能顯著提升學生成績，幫助學生建立專業自信，而學生普遍認為成績考核維度更加豐富，對最終成績也較為滿意。

5 結束語

在新工科背景下，教學團隊將BOPPPS模型應用于人機工程學教學改革，在明確教學目標的前提下，深度融合線上線下教學資源，構建更為靈活和多樣化的教學模式。在教學實踐中，BOPPPS模型不僅強化了學生的參與感和學習主動性，更顯著改善了教與學的效果，學生從被動接受知識轉向主動探索、掌握和應用知識。結果表明，基于BOPPPS模型的教學方法能幫助學生解決復雜的實際問題，促進其成為具備創新能力、解決實際問題能力和團隊協作能力的復合型新工科人才。

6參考文獻

[1］鐘登華．新工科建設的內涵與行動［J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2]原彬，于彥，孫昌國.BOPPPS教學模式下課堂互動策略的研究與實踐［J].教育教學論壇，2023（1）：101-104.

[3]丁玉蘭．人機工程學[M].北京：北京理工大學出版社，2017.

[4]吳昌東，江樺，陳永強.BOPPPS教學法在MOOC教學設計中的研究與應用[J].實驗技術與管理，2019，36（2）：218-222.

[5]朱娟.基于BOPPPS教學模式的線上線下混合式教學方法研究：以“電子線路CAD”課程為例［J].工業和信息化教育，2023（5）：64-69.

[6]羅宇，付紹靜，李墩．從BOPPPS教學模型看課堂教學改革[J].計算機教育，2015（6）：16-18.

[7］李春俠．基于BOPPPS教學模式的市場營銷策劃線上線下教學設計與實踐[J].中國管理信息化，2022，25（24）：230-232.