飛行原理課程BOPPPS+教學(xué)模式設(shè)計(jì)與實(shí)施*

尹肖云 鄒強(qiáng) 白曉瑞

海軍工程大學(xué) 武漢 430033

0 引言

飛行原理課程是海軍工程大學(xué)一門專業(yè)背景主干課程，主要研究飛行器在大氣層內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，涵蓋數(shù)學(xué)、物理學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、自動(dòng)控制原理等學(xué)科知識(shí)，是制導(dǎo)控制系統(tǒng)等課程的核心理論基礎(chǔ)，也是任務(wù)規(guī)劃、總體課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)課程，在專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用。課程教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具備綜合運(yùn)用原理知識(shí)和技能解決飛行器飛行工程實(shí)踐常見問題的能力，為崗位任職和繼續(xù)深造奠定良好的基礎(chǔ)。

1 飛行原理課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 模塊化課程教學(xué)內(nèi)容

飛行原理課程教學(xué)內(nèi)容主要包括空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、氣動(dòng)特性分析、六自由度運(yùn)動(dòng)模型、方案與導(dǎo)引軌跡模型、擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)模型及傳遞函數(shù)等，知識(shí)綜合性強(qiáng)、輻射性強(qiáng)、邏輯性強(qiáng)，是一門學(xué)習(xí)難度較大的專業(yè)課程。為了幫助學(xué)生建立對(duì)課程的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)和進(jìn)行重難點(diǎn)把握，教學(xué)內(nèi)容采用以專題為牽引的模塊化設(shè)計(jì)，注重體現(xiàn)教學(xué)專題與知識(shí)模塊之間的內(nèi)在邏輯遞進(jìn)關(guān)系，強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性、連貫性和實(shí)用性，如表1 所示。

表1 飛行原理課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

1.2 混合式課程教學(xué)模式

多年來，課程教學(xué)經(jīng)歷了教學(xué)內(nèi)容調(diào)整優(yōu)化、教學(xué)方法吸收應(yīng)用、教學(xué)手段拓展升級(jí)等幾個(gè)階段的教學(xué)改革，逐漸形成線上線下混合式教學(xué)模式?；旌鲜浇虒W(xué)既利用了線上教學(xué)在時(shí)間、地點(diǎn)上不受限制，能夠通過視頻、語(yǔ)音、圖片和動(dòng)畫等數(shù)字資源進(jìn)行學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)[1]；又利用了傳統(tǒng)教學(xué)對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的整體性講解較好的優(yōu)勢(shì)，具有一定的科學(xué)性和可行性，能夠在一定程度上激發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生的理論與實(shí)踐結(jié)合能力，在后續(xù)的課程學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到了較好的應(yīng)用與展現(xiàn)。但同時(shí)，也有相當(dāng)一部分學(xué)生存在畏難情緒和學(xué)習(xí)打折扣的現(xiàn)象：課堂學(xué)習(xí)積極性不高，沒有按照要求完成線上資源學(xué)習(xí)，從而導(dǎo)致了課程總評(píng)成績(jī)優(yōu)良率較低，整體教學(xué)效果與教學(xué)目標(biāo)達(dá)成存在較大差距。

通過開展座談和調(diào)查問卷發(fā)現(xiàn)，飛行原理課程混合式教學(xué)主要存在三點(diǎn)需要改進(jìn)的問題：1）線上教學(xué)與線下教學(xué)相對(duì)獨(dú)立，沒有能夠建立有機(jī)銜接；2）線下教學(xué)多采用傳統(tǒng)講授法，學(xué)生缺乏主動(dòng)思考的過程，主觀能動(dòng)性差；3）教學(xué)設(shè)計(jì)缺少有效互動(dòng)和反饋環(huán)節(jié)，教師無(wú)法及時(shí)獲取整體教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度。

在專業(yè)課程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小班化教學(xué)的情況下，如果能及時(shí)準(zhǔn)確地掌握學(xué)生整體和個(gè)體的學(xué)習(xí)差異，就能夠因材施教，及時(shí)調(diào)整并優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容的深度與組織形式，使得存在畏難情緒的學(xué)生體會(huì)到課程學(xué)習(xí)的樂趣與意義，從而提升整體教學(xué)效果。因此，飛行原理課程教學(xué)需要一種教學(xué)環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密、激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考、有效開展互動(dòng)和反饋的教學(xué)模式指導(dǎo)。

2 BOPPPS 教學(xué)模式內(nèi)涵

現(xiàn)代腦科學(xué)和教育心理學(xué)研究表明，學(xué)生的課堂專注力最多持續(xù)10 分鐘左右，大約每10 分鐘需要適當(dāng)調(diào)整教學(xué)方法和教學(xué)手段以保證教學(xué)效果[2]。加拿大教學(xué)技能培訓(xùn)工作坊（Instructional Skills Workshop，ISW）基于此提出了BOPPPS 教學(xué)模式[3]，將課堂教學(xué)過程有機(jī)切分為起承轉(zhuǎn)合的六個(gè)環(huán)節(jié)：課程導(dǎo)入B（Bridge-in）、教學(xué)目標(biāo)O（Objective）、前測(cè)P（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)P（Participatory Learning）、后測(cè)P（Post-assessment）和小結(jié)S（Summary），各環(huán)節(jié)之間的邏輯關(guān)系如圖1 所示。

圖1 BOPPPS 教學(xué)模式各環(huán)節(jié)邏輯關(guān)系圖

以建構(gòu)主義為理論依據(jù)提出的BOPPPS 教學(xué)模式，是對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和流程化設(shè)計(jì)，以課程目標(biāo)為導(dǎo)向，以學(xué)生參與為中心，注重教學(xué)互動(dòng)和反思的閉環(huán)反饋。BOPPPS 模式自創(chuàng)建以來，已經(jīng)在全球100 多所大學(xué)和教育機(jī)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用。2011 年，我國(guó)引入BOPPPS 教學(xué)模式，引起國(guó)內(nèi)高等教育界的持續(xù)關(guān)注，諸多高校紛紛圍繞該模式開展課程教學(xué)改革探索研究。例如，清華大學(xué)的德語(yǔ)教學(xué)改革、中北大學(xué)與湖北師范大學(xué)的大學(xué)物理教學(xué)改革、西安交通大學(xué)的內(nèi)科學(xué)臨床實(shí)踐教學(xué)改革、軍隊(duì)院校的艦艇動(dòng)力維修組織與實(shí)施教學(xué)改革等。大量課程教學(xué)改革應(yīng)用實(shí)踐證明，BOPPPS 教學(xué)模式能夠很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在目標(biāo)導(dǎo)向、能力養(yǎng)成、效果評(píng)估等方面比傳統(tǒng)課堂講授式教學(xué)更具優(yōu)勢(shì)，對(duì)學(xué)生目標(biāo)達(dá)成和能力提升有重要作用。

3 飛行原理課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)

BOPPPS 教學(xué)模式針對(duì)課堂教學(xué)有效性，關(guān)注學(xué)生的發(fā)展需求，提出以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)課堂學(xué)習(xí)的深度參與和教學(xué)過程的全面反思。飛行原理課程作為一門內(nèi)容飽滿、學(xué)習(xí)難度較大的專業(yè)背景課程，如果僅僅依靠BOPPPS 模式下六個(gè)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)教條式地生搬硬套教學(xué)內(nèi)容的話，教學(xué)就會(huì)顯得刻板和死板，使原本生機(jī)勃勃的教學(xué)內(nèi)容失去吸引力[4]。而且，基于BOPPPS 模式的課堂教學(xué)中，學(xué)生課堂參與度的加大會(huì)消耗學(xué)時(shí)，從而減少課堂教學(xué)內(nèi)容量。因此，飛行原理課程運(yùn)用BOPPPS 時(shí)需要量體裁衣。

3.1 “BOPPPS+”教學(xué)模式設(shè)計(jì)

從建立聯(lián)系緊密的教學(xué)環(huán)節(jié)、引導(dǎo)全體學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)、開展高效互動(dòng)和形成有效反饋的目的出發(fā)，結(jié)合飛行原理課程教學(xué)的一般過程和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，提出“BOPPPS+”三階段教學(xué)模式設(shè)計(jì)思路。將課程教學(xué)設(shè)計(jì)為“課前導(dǎo)學(xué)—課上助學(xué)—課后幫學(xué)”三個(gè)階段，按照“復(fù)習(xí)沉淀+課前熱身”—“前測(cè)考查+參與學(xué)習(xí)+后測(cè)反饋”—“總結(jié)闖關(guān)+定向輔導(dǎo)”展開，各階段層層遞進(jìn)，步步反饋，同時(shí)將學(xué)習(xí)成果數(shù)字化，采用以分促學(xué)[5]的考評(píng)機(jī)制激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

1）課前導(dǎo)學(xué)：復(fù)習(xí)沉淀+課前熱身。教師批改作業(yè)，匯總作業(yè)錯(cuò)誤共性問題補(bǔ)充錯(cuò)題庫(kù)，利用線上智慧教室開展“課前一刻鐘溫故糾錯(cuò)”，幫助學(xué)生積累并沉淀知識(shí)。將BOPPPS 模式中的“課程導(dǎo)入”環(huán)節(jié)與“教學(xué)目標(biāo)”環(huán)節(jié)放置課堂教學(xué)之前的“課前熱身”階段，引導(dǎo)學(xué)生利用碎片化時(shí)間學(xué)習(xí)智慧教室推送的資源，明確教學(xué)主題和教學(xué)目標(biāo)。

2）課上助學(xué)：前測(cè)考查+參與學(xué)習(xí)+后測(cè)反饋。為了保證開展參與式教學(xué)的同時(shí)，不減教學(xué)內(nèi)容量，課上教學(xué)保留BOPPPS 模式中的“前測(cè)”“參與式學(xué)習(xí)”和“后測(cè)”三個(gè)環(huán)節(jié)。將作業(yè)中的共性錯(cuò)誤和針對(duì)課前熱身的基礎(chǔ)問題作為前測(cè)考查內(nèi)容，考查學(xué)生的知識(shí)掌握能力和自覺學(xué)習(xí)能力。把握參與學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的推進(jìn)節(jié)奏，借助多種方法和手段引導(dǎo)學(xué)生積極參與教學(xué)，有重點(diǎn)地關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。通過后測(cè)反饋檢驗(yàn)課程教學(xué)設(shè)計(jì)的有效性和評(píng)估教學(xué)效果的成效性，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步固本強(qiáng)基。布置基礎(chǔ)作業(yè)與拓展作業(yè)。

3）課后幫學(xué)：總結(jié)闖關(guān)+ 定向輔導(dǎo)。將BOPPPS 模式中的“小結(jié)”環(huán)節(jié)放在課后幫學(xué)階段，利用線上智慧教室推送課堂總結(jié)思維導(dǎo)圖，強(qiáng)調(diào)課堂內(nèi)容的重難點(diǎn)，并設(shè)計(jì)課后樂探究大闖關(guān)題目。開展“課后一刻鐘溫故知新”活動(dòng)，根據(jù)課堂教學(xué)狀態(tài)和后測(cè)反饋以及闖關(guān)答題情況重點(diǎn)幫扶學(xué)習(xí)困難學(xué)生，幫助他們梳理學(xué)習(xí)重點(diǎn)、點(diǎn)撥學(xué)習(xí)疑點(diǎn)、解決學(xué)習(xí)難點(diǎn)，克服課程學(xué)習(xí)的畏難情緒。

3.2 “BOPPPS+”教學(xué)模式實(shí)例

表2 為飛行原理課程“運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立”一節(jié)的“BOPPPS+”模式具體教學(xué)設(shè)計(jì)?！斑\(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立”屬于第二專題“飛行器運(yùn)動(dòng)模型建立與仿真實(shí)現(xiàn)”中的核心內(nèi)容，教學(xué)主題是用數(shù)學(xué)模型描述飛行器的空間運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，即建立飛行軌跡模型與飛行姿態(tài)模型，具有較強(qiáng)的邏輯性和知識(shí)綜合性，也是學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)吃力的章節(jié)。此前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了用坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方法建立動(dòng)力學(xué)模型，用以描述作用在飛行器上的力與其運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，這節(jié)課要求學(xué)生從地面觀察者的角度分別描述兩類飛行器的飛行過程，并運(yùn)用坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方法建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

表2 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立“BOPPPS+”模式教學(xué)設(shè)計(jì)

3.3 教學(xué)模式改革實(shí)施效果

“BOPPPS+”教學(xué)模式已經(jīng)連續(xù)應(yīng)用于學(xué)校多屆多個(gè)專業(yè)飛行原理課程的教學(xué)。通過教學(xué)實(shí)施發(fā)現(xiàn)，改革后的“BOPPPS+”教學(xué)模式的三階段教學(xué)設(shè)計(jì)利用了線上教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，將課程知識(shí)點(diǎn)遷移到課前學(xué)習(xí)，將課堂小結(jié)遷移到課后補(bǔ)充，保證了線上教學(xué)與線下教學(xué)的有機(jī)銜接；思考題與互動(dòng)題的以分促學(xué)機(jī)制能促使學(xué)生主動(dòng)思考，激發(fā)學(xué)生的自我提高意識(shí)；學(xué)生課堂參與的時(shí)間更充分，保證了教學(xué)內(nèi)容量不缺失，也有利于開展多樣化的教學(xué)組織形式，激發(fā)學(xué)生教學(xué)主體的認(rèn)同感，得到有效的教學(xué)效果反饋。

從課堂表現(xiàn)與課外表現(xiàn)情況看，對(duì)比單純講授式的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，采用“BOPPPS+”教學(xué)模式的課堂教學(xué)氣氛更加活躍，學(xué)生的課堂參與度達(dá)到了100%，學(xué)習(xí)積極性有了顯著改善，許多學(xué)生還利用課間時(shí)間與教師和同學(xué)展開熱烈討論，表明學(xué)生能夠自主思考，能夠從參與教學(xué)中獲得成就感；課后作業(yè)與仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告獨(dú)立完成度提高，雷同率大幅度下降，表明學(xué)生的自學(xué)能力、獨(dú)立思考能力和手腦結(jié)合能力得到提升；學(xué)生課余時(shí)間主動(dòng)聯(lián)系教師的頻次明顯增多，討論的問題也不再局限于課本，表明學(xué)生的探究意識(shí)和求知意識(shí)逐漸加強(qiáng)。

從課程綜合考核結(jié)果看，連續(xù)兩屆學(xué)生飛行原理課程綜合成績(jī)優(yōu)良率增長(zhǎng)了將近20%；多名學(xué)生具備了科研意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，主動(dòng)申請(qǐng)并參與了相關(guān)科研項(xiàng)目的研究、教材和學(xué)術(shù)論文的撰寫以及微課制作，為后續(xù)課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)、崗位任職等工作的開展奠定了良好基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章基于BOPPPS 教學(xué)模式，探索了飛行原理課程教學(xué)模式改革的方向，提出了“BOPPPS+”三階段教學(xué)設(shè)計(jì)，并以“運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立”一節(jié)為例進(jìn)行了具體的教學(xué)設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，“BOPPPS+”教學(xué)模式設(shè)計(jì)能夠有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂積極性與課后自覺性，其中“課前一刻鐘”和“課后一刻鐘”的靈動(dòng)設(shè)計(jì)，課堂“前測(cè)考查”“參與學(xué)習(xí)”“后測(cè)反饋”的鏈路設(shè)計(jì)，以及以分促學(xué)機(jī)制的引入都體現(xiàn)課程教學(xué)的趣味性與激勵(lì)性，在很大程度上幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與吸收，能夠激發(fā)學(xué)生持久的學(xué)習(xí)動(dòng)力。任何教學(xué)模式固化后往往會(huì)走向教條化和僵化，而教學(xué)模式與教學(xué)效果提升高效契合的關(guān)鍵在于“導(dǎo)”，即要善于引導(dǎo)學(xué)生保持良好的學(xué)習(xí)狀態(tài)，不斷挖掘自身潛力，不斷完成自我價(jià)值提升。如何實(shí)現(xiàn)一門課程的全程有效引導(dǎo)式教學(xué)是對(duì)教師教學(xué)能力的考驗(yàn)，要求教師必須精心設(shè)計(jì)每一節(jié)課的每一個(gè)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，靈活運(yùn)用各種資源，不斷學(xué)習(xí)、吸收更多的先進(jìn)教法訓(xùn)法，并將其融入教學(xué)實(shí)踐，推陳出新，讓教學(xué)設(shè)計(jì)真正服務(wù)課程教學(xué)。