基于BOPPPS理念的工程專業(yè)課教學改革探析
——以浙江工業(yè)大學為例

（浙江工業(yè)大學 機械工程學院，浙江 杭州 310014）

基于BOPPPS理念的工程專業(yè)課教學改革探析
——以浙江工業(yè)大學為例

韓 龍，任建莉，平傳娟，徐 璋，鐘英杰

（浙江工業(yè)大學 機械工程學院，浙江 杭州 310014）

在產(chǎn)出導向教育（OBE）改革背景下，針對工程專業(yè)課教學的典型問題，構(gòu)建基于BOPPPS內(nèi)涵的教學理念與方法，開展工程傳熱學教改實踐。將教學過程重新設(shè)計，分為引入、目標、前測、參與式學習、后測和總結(jié)六個連貫環(huán)節(jié)，充分體現(xiàn)學生的中心地位。重構(gòu)教學培養(yǎng)目標，構(gòu)建重視知識學習、能力提高和素養(yǎng)形成的綜合培養(yǎng)目標，完善目標達成度評價方式。重視課堂互動與學生反饋，持續(xù)改進教學質(zhì)量。以上舉措符合OBE教改的要求，顯著改善了教學效果，為高校工程類專業(yè)課教學改革提供了有益借鑒。

工程教育；BOPPPS；教學改革

高質(zhì)量人才是社會可持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵保障。我國高等工程教育的改革和發(fā)展雖然取得了顯著成就，但還無法完全滿足人全面發(fā)展的需求。其中一個突出的問題是科學的高等教育理念尚未牢固確立，促進大學生全面發(fā)展的育人模式和環(huán)境有待改善[1]。目前，政府和社會公眾對高等教育教學質(zhì)量的關(guān)注，正從課程內(nèi)容本身過渡到學生學習的效果以及學生能力和素養(yǎng)獲得了怎樣的提高[2]。因此，產(chǎn)出導向教育得到我國高校尤其是地方高等工程院校的普遍重視。產(chǎn)出導向教育自20世紀80年代起在美國、加拿大、英國、澳大利亞等國家廣泛應(yīng)用，是國際工程教育認證標準《華盛頓協(xié)議》的核心內(nèi)容[3]。我國2013年6月正式成為《華盛頓協(xié)議》的第21個預(yù)備成員國。教育部正逐漸對國內(nèi)高校進行基于OBE標準的工程專業(yè)認證和管理。OBE要求教育機構(gòu)首先明確畢業(yè)生應(yīng)達到的培養(yǎng)目標，然后建立培養(yǎng)目標與課程教學體系詳細匹配的矩陣關(guān)系，并且注重教學持續(xù)改進[4]。培養(yǎng)目標制定、培養(yǎng)目標實現(xiàn)以及教學持續(xù)改進是OBE的三個核心。然而，傳統(tǒng)的教育觀念和教學模式難以與OBE要求相適應(yīng)，客觀上需要更加科學的教育理念和教學方法作為教學改革的有效支撐。浙江工業(yè)大學機械工程專業(yè)于2014年順利通過教育部的OBE工程專業(yè)認證。為此，工程傳熱學教學團隊基于BOPPPS的內(nèi)涵，以學生為中心，構(gòu)建結(jié)合知識、能力和素養(yǎng)的綜合培養(yǎng)目標，通過參與式學習、課堂互動反饋等方式持續(xù)改進提升教學質(zhì)量，建立了與OBE相適應(yīng)的教育理念和教學方法，進行了大量教學改革實踐，為機械工程專業(yè)順利通過OBE認證做出了貢獻。

一、工程類專業(yè)課教學的典型問題及原因

工程傳熱學是研究由溫差引起的熱能傳遞規(guī)律的科學。該課程不但是能源動力專業(yè)最重要的一門基礎(chǔ)課，而且被麻省理工大學、清華大學等列為機械工程、航空航天、化工制藥等專業(yè)的核心與必修課程[5]。工程傳熱學具有許多工程類專業(yè)基礎(chǔ)課的共同特征：理論性較強，涉及大量微積分知識和公式推導，學習難度大；教學方法多采用講授式，教師主要關(guān)注授課內(nèi)容的完整性、準確性。在傳統(tǒng)教學模式下，課堂教學普遍存在學生被動接收、學生學習興趣和應(yīng)用知識等綜合能力缺乏的問題[6]。這些問題產(chǎn)生的重要原因是師生學習主體關(guān)系錯位、教學培養(yǎng)目標滯后和教學有效反饋機制缺失。

（一）師生學習主體關(guān)系錯位

在傳統(tǒng)教學模式中，教師是教學的主體。教師灌輸式講授占據(jù)了課堂大部分時間。教學內(nèi)容以及如何開展教學基本由教師根據(jù)教學大綱和自身經(jīng)驗決定。教師主要關(guān)注是否按照既定教學計劃完成課程講授，卻極少關(guān)心學生學習成效如何、學生能力和素質(zhì)是否得到提高[6]。學生處于被動接受知識狀態(tài)，喪失了學習中的主體地位。由于不能理解課程學習價值及其與工程實踐具體聯(lián)系，學生學習興趣普遍不高，學習主動性差。

（二）教學培養(yǎng)目標滯后

目前，我國高等工程教育課堂教學側(cè)重對理論知識的掌握，教學效果主要依據(jù)期末成績進行評估。這樣的做法無法評價學生綜合能力和素質(zhì)，忽略了學生的全面發(fā)展。在經(jīng)濟全球化和現(xiàn)代化建設(shè)加速發(fā)展的新形勢下，高等工程人才應(yīng)具備綜合應(yīng)用知識解決復(fù)雜問題的能力、合作與交流能力、職業(yè)責任感、創(chuàng)新思維等綜合能力與素質(zhì)[5]。然而上述素養(yǎng)普遍未被列入課堂教學的目標，反映出傳統(tǒng)教學培養(yǎng)目標的滯后。

（三）教學反饋機制缺失

傳統(tǒng)工程教育教學模式缺乏有效的教學反饋。一方面教師缺少對學科動態(tài)發(fā)展和教學過程的思考，難以及時總結(jié)教學中的問題和啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維[5]。另一方面學生雖對授課內(nèi)容和教學方式感到不滿，但缺少向教師提出疑問和反饋意見的保障機制[6]。在教師思考和學生反饋缺失的情況下，無法保障教學質(zhì)量持續(xù)提高[4]。

改變傳統(tǒng)教學存在的典型問題，關(guān)鍵在于從根本上轉(zhuǎn)變教育教學觀念。需要深刻理解學生全面發(fā)展的學習需要，制定重視學生能力和素養(yǎng)的綜合培養(yǎng)目標，并采用有效機制保障師生互動和教學質(zhì)量的持續(xù)改進。

二、BOPPPS內(nèi)涵與新型培養(yǎng)理念建立

（一）BOPPPS發(fā)展現(xiàn)狀

BOPPPS是加拿大教師技能培訓體系（Instructional Skills Workshop，ISW）的理論基礎(chǔ)，該體系在1976年由溫哥華大學的道格拉斯·克爾（Douglas Kerr）團隊創(chuàng)建[7]。BOPPPS將教學過程進行模塊化分解，每一個英文字母分別代表一個相對獨立的教學環(huán)節(jié)。BOPPPS既能為課堂教學提供思路和理論指導，又是實現(xiàn)教學培養(yǎng)目標的有效方法，目前已成為加拿大高等教育課堂教學的標準模式，在全世界也受到廣泛重視[7-8]。根據(jù)2017年1月知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫最新檢索，2014年之前，國內(nèi)有關(guān)BOPPPS的研究文獻僅有3篇。但是2015和2016年相關(guān)文獻分別增加到14篇和31篇，總文獻數(shù)量已達到52篇*CNKI數(shù)據(jù)庫里以BOPPPS為關(guān)鍵詞在“標題”字段中檢索1915-2017年研究文獻52篇， 2017年1月22日。。

（二）BOPPPS的內(nèi)涵

BOPPPS理念遵從教育學和心理學有關(guān)人類注意力持續(xù)時間的規(guī)律，鑒于人集中注意力的時間最多不超過15分鐘，將課堂教學分隔為引入（Bridge-in）、學習目標（Objective/Outcome）、先測（Pre-assessment）、參與式學習（Participatory Learning）、后測（Post-assessment）及總結(jié)（Summary）等六個起承轉(zhuǎn)合的部分[9]。引入部分在課程開始前幫助學生認識課程的價值和意義，有利于激發(fā)學生學習的興趣和啟發(fā)學生的創(chuàng)造性思維；學習目標分為認知、技能和情感三個層次，體現(xiàn)了以學生為本，關(guān)注學生全面發(fā)展的理念[8-10]；前測幫助教師了解學生在知識、能力、素養(yǎng)等方面的個體差異，開展有針對性的教學活動；參與式學習充分尊重學生在學習中的中心地位，提倡師生和生生之間的互動，有助于培養(yǎng)學生的批判性思維、分析計算、合作交流等綜合能力和素質(zhì)，也有利于教師獲取學生的反饋；后測主要評估培養(yǎng)目標的達成度，為教學的持續(xù)改進提供依據(jù)；總結(jié)幫助學生把握知識體系和培養(yǎng)目標，發(fā)現(xiàn)學習的不足。

（三）BOPPPS教育教學新理念

浙江工業(yè)大學工程傳熱學教學團隊以BOPPPS內(nèi)涵為基礎(chǔ)，提出以學生為中心的教育觀、構(gòu)建重視學生綜合能力和素質(zhì)的培養(yǎng)目標、持續(xù)改進的教學發(fā)展觀三者相結(jié)合的教育教學新理念，并以此作為OBE教學改革的指導思想。（1）以學生為中心的教育觀。從以教師為中心、以課堂教學內(nèi)容為中心向以學生為中心的教育觀轉(zhuǎn)變。摒棄傳統(tǒng)教學中只關(guān)心教學內(nèi)容和考試分數(shù)的做法，把學生學習及學生發(fā)展的需要作為關(guān)切重點，并將學生視作教學改革的重要參與者[11]。課堂教學活動始終以幫助學生達成培養(yǎng)目標作為根本出發(fā)點。在課堂教學環(huán)節(jié)的設(shè)計上，充分考慮如何啟發(fā)學生思考、如何因材施教、如何引導學生主動學習，以及如何評估學生的學習成果。（2）重視學生能力和素質(zhì)的綜合培養(yǎng)目標。從以掌握知識為主向重視能力和素質(zhì)的綜合培養(yǎng)目標轉(zhuǎn)變。構(gòu)建知識傳授、能力和素質(zhì)提高相結(jié)合的綜合培養(yǎng)目標。教師在課堂上除了講授知識，還要以理論知識為載體，通過多樣化的課堂教學方式培養(yǎng)學生識別、分析、解決復(fù)雜工程問題的能力、合作交流的能力，同時培養(yǎng)學生正確的價值觀和職業(yè)責任感。此外，培養(yǎng)目標的達成度不以考試成績作為唯一標準，需要采取合適的方式評估能力和素養(yǎng)目標的達成情況。（3）持續(xù)改進的教學發(fā)展觀。從一成不變的教學向重視互動和反思的教學轉(zhuǎn)變，樹立持續(xù)改進的教學發(fā)展觀。不斷提高教師專業(yè)水平和加強師生互動是持續(xù)改進的兩個重要基礎(chǔ)。一方面，教師應(yīng)結(jié)合學科發(fā)展和研究動態(tài)，在BOPPPS教學的引入環(huán)節(jié)不斷增添新成果，激發(fā)學生學習興趣和積極性。另一方面，教師應(yīng)避免灌輸式教學的弊端，在教學中有意識地增加師生互動，在課堂前測、參與式學習、后測等教學環(huán)節(jié)分別通過提問、課堂測試、問卷調(diào)查等多種方式獲取學生的有效反饋，并以此作為教師反思和教學持續(xù)改進的直接依據(jù)。

三、BOPPPS新理念在工程傳熱學的實踐探索

基于BOPPPS新理念，浙江工業(yè)大學工程傳熱學教學團隊進行大量教改實踐。首先，在教學設(shè)計上，將教學過程按照BOPPPS理念分為六個環(huán)節(jié)，教學過程各個環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)學生在學習中的主體地位。其次，在培養(yǎng)目標制定和評價方面，增加利用相關(guān)知識解決復(fù)雜工程問題、合作交流、評價工程方案社會影響、履行職業(yè)責任義務(wù)等能力和素養(yǎng)目標，并且提高課堂測試和分組討論在總成績中的比重，完善教學目標達成度評價方式。最后，重視通過前測、參與式學習和后測環(huán)節(jié)獲取學生的反饋，將其作為持續(xù)改進教學的依據(jù)。

（一）通過引入激發(fā)學習興趣

引入部分幫助學生認識傳熱學的工程價值和重要意義。通過豐富的圖片等多媒體資料啟發(fā)學生思考傳熱學的規(guī)律和重要應(yīng)用。例如，通過電腦CPU導熱硅膠和換熱風扇，闡述導熱和強制對流兩種熱量傳遞方式。通過太空衛(wèi)星的高新科技實例啟發(fā)學生思考如何防止強輻射傳熱。在集總參數(shù)法部分，利用多媒體聲圖并茂地引入淬火工程實例，幫助學生理解非穩(wěn)態(tài)導熱的特點及其對優(yōu)化淬火工藝、提高鋼材加工質(zhì)量的重要意義。實際案例的引入不但能介紹傳熱學理論知識的實用價值、激發(fā)學生興趣和學習動力，而且有利于啟發(fā)學生利用傳熱學知識創(chuàng)造性分析、解決復(fù)雜問題的能力。

（二）確立重視知識、能力和素養(yǎng)的綜合培養(yǎng)目標

以穩(wěn)態(tài)導熱為例，教學目標設(shè)定為：掌握導熱微分方程的一般表達式及建模方法；根據(jù)定解條件在15min內(nèi)求解復(fù)雜一維穩(wěn)態(tài)導熱的溫度場及傳熱量；結(jié)合建筑節(jié)能等實例理解導熱的工程價值和節(jié)能意義。該教學目標包含了BOPPPS三個不同層次的培養(yǎng)目標：知識認知層面的目標是掌握導熱微分方程的一般表達式；能力層面的目標是掌握導熱問題的數(shù)學建模方法和計算求解具體的穩(wěn)態(tài)導熱問題；情感層面的目標是理解導熱弱化對建筑節(jié)能的實際價值，培養(yǎng)學生作為節(jié)能工作者的責任感。再以集總參數(shù)法為例，教學目標設(shè)定為：在知識認知層面，掌握集總參數(shù)非穩(wěn)態(tài)導熱溫度場表達式及適用條件；在能力培養(yǎng)層面，應(yīng)能根據(jù)實際條件在10min內(nèi)求解集總參數(shù)非穩(wěn)態(tài)導熱問題的溫度場或特征時間；最后在情感和價值層面，深刻理解時間常數(shù)控制在淬火工藝控制的實用價值。

（三）課程前測評估學生個體差異

工程傳熱學涉及到大量的數(shù)學、物理知識，教師可在前測環(huán)節(jié)了解學生個體知識、能力等方面的差異，以便因材施教。例如，在講授層流流動換熱微分方程組時，通過提問了解學生是否熟悉應(yīng)力、動量守恒定律等理論知識。針對基礎(chǔ)薄弱的學生，重點闡釋有關(guān)知識難點，減少學生理解動量微分方程和能量微分方程推導花費的時間，提高學習效率。又如，在集總參數(shù)法教學時，在前測提問畢渥特征數(shù)和熱阻的概念，幫助學生理解集總參數(shù)法適用情況的特點。針對學生的回答，重點闡明物體導熱熱阻遠小于對流熱阻時，物體內(nèi)部的溫度趨向一致，此時非穩(wěn)態(tài)導熱問題的求解適合采用集總參數(shù)法。

（四）多種形式引導學生參與學習

課堂分組討論和實例計算是引導學生積極參與學習的有效方法。例如，結(jié)合盛有高溫熱水的敞口玻璃杯，引導學生近距離觀察、觸摸玻璃杯，通過分組討論總結(jié)該實例所呈現(xiàn)的所有熱量傳遞方式和過程，加強課堂互動。再如，在集總參數(shù)法教學時，進行淬火工藝案例計算。利用10分鐘的課堂時間，令學生求解淬火鋼材在特定時間的溫度變化。在案例計算基礎(chǔ)上，通過提問啟發(fā)學生思考集總參數(shù)法求解物體溫度場的一般方法：判斷適用條件、計算傅里葉特征數(shù)、求解物體溫度變化。分組討論既有利于提高學生分析復(fù)雜問題的能力，又能夠培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維以及合作交流的能力。案例計算能夠鍛煉學生解決實際復(fù)雜工程問題的能力和素養(yǎng)。因此，將參與式學習的結(jié)果列入學生總成績，能夠從能力和素養(yǎng)提高的角度完善教學培養(yǎng)目標達成度的評價方式。

（五）結(jié)合后測評估教學目標達成度

后測評價教學培養(yǎng)目標的達成情況。根據(jù)不同層次的培養(yǎng)目標，采取不同的后測評價方式。對知識層面（如黑體輻射四大定律）的培養(yǎng)目標，可通過課堂提問進行評價。對能力層面（如非穩(wěn)態(tài)導熱問題中溫度場或特征時間的計算求解能力）的培養(yǎng)目標，除了采用課堂測試，還可通過學生填寫能力完成清單評估。對情感和價值層面（如強化對流傳熱的節(jié)能價值）的培養(yǎng)目標，可利用填寫反饋表的方式評估學生的達成情況。后測的結(jié)果與前測、參與式學習環(huán)節(jié)的學生反饋，共同組成教師反思教學不足和持續(xù)改進的直接依據(jù)。

（六）總結(jié)強化培養(yǎng)目標和學習成效

教師在課堂結(jié)束時應(yīng)避免草草收尾，需要簡明扼要總結(jié)知識要點和強調(diào)教學目標，幫助學生從整體上進一步把握理論體系和學習目標。對于表現(xiàn)優(yōu)異的同學，教師可給予適當贊許，激發(fā)學生更高的學習熱情。以集總參數(shù)法為例，課堂最后3分鐘概述如下：以導熱為例，利用圖1總結(jié)導熱問題的建模求解方法和包含的知識體系，明確導熱問題求解的根本任務(wù)是獲得導熱溫度場和熱流量。集總參數(shù)法適用于求解畢渥數(shù)小于等于0.1的非穩(wěn)態(tài)導熱問題；應(yīng)具備利用集總參數(shù)法求解復(fù)雜非穩(wěn)態(tài)導熱物體溫度場和時間常數(shù)的能力；明確非穩(wěn)態(tài)導熱時間常數(shù)對淬火工藝控制等實例的工程價值（見圖1）。

圖1 傳熱學導熱部分知識結(jié)構(gòu)

四、BOPPPS理念教改實踐效果

基于BOPPPS內(nèi)涵的教學理念和方法，浙江工業(yè)大學工程傳熱學的教改實踐取得了良好效果。以2015—2016第2學期為例，在總數(shù)為88人的機械工程學院大班教學中，課堂氣氛變得非常活躍，學生低頭率顯著下降，學生的學習積極性相比采用傳統(tǒng)教學模式有了顯著改善。引入實例啟發(fā)學生、結(jié)合前測因材施教、引導學生參與學習、利用后測評估目標達成度，這些措施的實施有效提高了教學效率，學生的綜合能力和素養(yǎng)也得到有效提高。以集總參數(shù)法參與式學習的案例計算為例，全班有62人計算得到了淬火鋼材的正確溫度，占總?cè)藬?shù)的70%以上，同時有80人的計算思路和計算步驟基本正確，占總?cè)藬?shù)的90%以上；在集總參數(shù)法后測評估中，有71人反饋能夠計算非穩(wěn)態(tài)導熱物體的特征時間，占總?cè)藬?shù)的80%以上，同時有83人能夠理解時間常數(shù)對淬火工藝控制的實用價值，占總?cè)藬?shù)的94%以上。

綜上所述，在工程教育認證國際化和OBE教學改革的背景下，基于BOPPPS內(nèi)涵精心設(shè)計課堂教學過程，以學生為中心，構(gòu)建重視知識、能力、素質(zhì)的綜合培養(yǎng)目標，通過課堂互動和學生反饋持續(xù)改進教學的理念與舉措，在工程傳熱學教學實踐中取得了良好效果，為高校工程類專業(yè)課程的教改提供了借鑒。

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（責任編輯：王惠芳）

On the teaching reformation for engineering courses based on the concept of BOPPPS——A case study of Zhejiang University of Technology

HAN Long, REN Jianli, PING Chuanjuan, XU Zhang， ZHONG Yingjie

（Institute of Energy and Power Engineering, College of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China）

In the context of outcome based education （OBE）, new education and teaching values and methods are set up and teaching reformation practice of Engineering Heat Transfer is conducted based on BOPPPS concept, so as to solve the typical problems during conventional engineering course teaching. The teaching process is redesigned and divided into six continuous units of Bridge-in, Objectives, Pre-assessment, Participatory learning, Post-assessment and summary, greatly valuing the student-centered concept. Comprehensive cultivation objects emphasizing knowledge, ability and quality are reconstructed, while evaluating ways of objects accomplishment are promoted. Course interactions and students’ feedbacks are emphasized in order to continuously improve teaching quality. These taken measures conform to the requirements of OBE teaching reforming and significantly improve teaching effectiveness, which provide good reference for teaching reformation of other engineering disciplines.

engineering education; boppps; teaching reformation

2016-11-24

國家自然科學青年基金（51506186）；浙江省科技廳公益項目（2016C31103）；浙江工業(yè)大學精品課程建設(shè)項目（JPZX1602）

韓 龍（1983—），男，山東淄博人，講師，博士，從事教學理論研究；通訊作者：任建莉（1975—），女，河南沁陽人，副教授，博士，從事傳熱學研究；平傳娟（1978—），女，山東日照人講師，博士，從事教學改革研究；徐 璋（1973—），男，江蘇海門人，副教授，博士，從事熱工學研究；鐘英杰（1962—），男，浙江杭州人，教授，博士，從事熱工學理論研究。

G642

A

1006-4303（2017）01-0103-05