白士剛 張宇亮 馮放

[摘 要]課題組鑒于當前大學物理實驗課程教學存在問題，提出了基于信息化的大學物理實驗BOPPPS教學模式，將BOPPPS教學模式的導入、前測、參與式學習、后測、總結各環(huán)節(jié)，通過信息化技術手段在大學物理實驗課程教學中進行應用，旨在探索一種有效的信息化大學物理實驗教學模式，能更好地提高實驗課的課堂教學質量，更好地培養(yǎng)學生的物理實驗能力。

[關鍵詞]信息化;大學物理;教學模式;實驗教學

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）06-0088-03

大學物理實驗是一門實踐性課程，是對理工科學生進行系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓練的開端。大學物理實驗課程的系統(tǒng)學習，不僅能幫助學生正確理解物理概念和規(guī)律，而且有利于培養(yǎng)和提高學生動手能力、觀察能力、創(chuàng)新思維能力、理論聯(lián)系實際能力以及分析問題和解決問題的能力。

一、BOPPPS教學模式

BOPPPS教學模型是北美高校教師技能培訓過程中推崇的一個教學模型，是根據(jù)教育學人的認知理論提出的一種教學過程設計[1-5]。BOPPPS 模型將知識點教學過程劃分為引入（Bridge-in）、目標（Objective）、前測（Preassessment）、參與式學習（Participatory learning）、后測（Postassessment）、總結（Summary）6 個部分，簡稱為BOPPPS。BOPPPS 模型的核心有兩點：一是強調學生全方位參與式學習而不只是聽講;二是要及時獲得學生的反饋信息，以調整后續(xù)教學活動。教師在課堂教學過程中可以借鑒這種模型，充分應用靈活多樣、直觀形象的教學手段，鼓勵學生積極參與教學過程，使學生能深刻地領會和掌握所學知識。

二、傳統(tǒng)大學物理實驗課程存在問題

傳統(tǒng)的大學物理實驗教學內容，以驗證性實驗內容為主，學生僅是對已有知識進行實驗驗證。2019年以來，我們增加了設計性實驗、創(chuàng)新性實驗，以提高課程對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作用。但是，在具體開展過程中，仍然困擾于基礎類公共課程學生數(shù)量大的障礙，難以保證此類課程的開設效果。

傳統(tǒng)的大學物理實驗教學方式，往往是教師詳細地講解實驗原理、方法、步驟、儀器使用、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理等，甚至有的教師還會在學生做實驗之前把實驗從頭到尾地演示一遍，這樣學生操作就是被動地按照教師演示的步驟機械地重復實驗操作，然后成功地獲得實驗數(shù)據(jù)，完成實驗任務。部分學生完全是應付了事，實驗做完以后根本不知道自己做了什么，連實驗儀器名稱都記得不清不楚，回去以后根本不知道如何做數(shù)據(jù)處理，就更談不上提高動手能力和創(chuàng)新能力了。

另外，傳統(tǒng)的實驗報告書寫格式相對固定，比如要求學生依次寫出實驗名稱、實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)及處理、誤差分析與討論以及對實驗的建議、體會等。格式化的實驗報告很難體現(xiàn)出學生實驗的個性，基本上是大同小異的，從中很難看出學生對待實驗的態(tài)度以及是否下功夫去仔細思考、總結本次實驗，更難見到有特色、有創(chuàng)新、有一定水平的實驗報告。同時，學生實驗報告的內容基本上從教材中來，照抄或大量摘抄是相當普遍的現(xiàn)象，這也在無形中助長了學生的依賴性和懶惰性，養(yǎng)成一種應付了事、不重視實驗課的不良學風。

基于BOPPPS 模型課堂的核心是以學生為主體的參與式學習過程，實驗的目的就是需要學生通過自己動手來掌握相關的實驗知識和技能，因此BOOPPPS模式非常適合應用在大學物理實驗教學中。

三、基于信息化技術的大學物理BOPPPS新型教學模式的實現(xiàn)

（一）基于微信公眾號平臺實現(xiàn)BOPPPS教學模式第一個環(huán)節(jié)——引入

引入是BOPPPS教學模式的第一個環(huán)節(jié)，也就是所說的預習環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的大學物理實驗預習，是通過讓學生在課前完成實驗報告來進行的，學生通過教材自行學習下一節(jié)課所要做的實驗，初步掌握該實驗的實驗原理、實驗方法、實驗步驟、需要記錄的數(shù)據(jù)等。但教材并沒有給出實際的實驗儀器的具體樣子，表述不夠直觀，因此基于微信平臺建立了東北農大物理公眾號。這是一個預習學習平臺，內容主要包括實驗課程和理論課程。實驗課程包括實驗課表查詢和實驗內容的預習，理論課程包括答疑安排、物理欣賞、網絡學習和SPOC平臺。這樣學生就可以非常方便地通過公眾號進行物理課表的查詢，隨時知道自己下一節(jié)課做哪個實驗，而進行相應的預習。公眾號內實驗預習的內容主要是作為教材的一個補充，以實際儀器的圖片配以相應說明的形式，對本次實驗中應該注意的問題進直觀、詳細的說明。這樣學生通過教材閱讀掌握了一定的實驗原理和實驗內容，對整個實驗步驟有了一定的認識，再對照公眾號中實際使用的儀器的照片，就可以直觀地了解該實驗中應該注意的一些地方。實驗（一）長度、質量測量儀器及應用和實驗（二）用牛頓環(huán)儀測透鏡的曲率半徑是兩個試點實驗項目。例如在實驗（一）長度單位的測量中，學生對物理天平比較陌生，通過教材預習后，一些學生還是無法正確地掌握其使用方法，因此通過在實際照片上配以說明文字的形式，對物理天平在使用中遇到的常見問題進行說明，能讓學生一目了然，掌握好物理天平的使用方法。

（二）基于“學習通”平臺實現(xiàn)BOPPPS教學模式第二個環(huán)節(jié)——前測

前測是BOPPPS模式的第二個環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的大學物理實驗教學中前測主要通過課堂教師對學生進行提問的形式，來檢查學生對整個實驗的預習情況，但是缺點也顯而易見，那就是對學生的覆蓋面窄，因為不可能對每個學生都進行提問，這會占用大量的課堂時間。理想的情況應該是在盡量不多占用課堂時間的前提下，教師可以對每個學生進行多個問題的測試，這樣才可以了解每個學生的預習情況。基于“學習通”平臺的預習測試就是可以解決這個難題的一種相對理想的手段?！皩W習通”是一款由超星進行開發(fā)的手機App，如圖1所示，通過“學習通”可以建立相應的課程，并且可以發(fā)布問題，對每個學生進行實時測試。具體做法是，通過“學習通”平臺發(fā)布教師提前準備好的問題，包括多個選擇題和一到兩個簡單的問答題，讓學生當場作答并上傳答案，系統(tǒng)就馬上把答題情況反饋給教師，從而做到在較短時間內對所有學生進行預習情況的考察，這就解決了傳統(tǒng)教學中的前測無法全面掌握學生預習情況的問題。

（三）基于虛擬仿真實驗全面提升大學物理實驗課堂講授效果，實現(xiàn)BOPPPS教學模式第三個環(huán)節(jié)——參與式學習

BOPPPS模式的第三個環(huán)節(jié)是課堂參與式學習，在傳統(tǒng)教學中，教師主要是通過PPT和板書對本次實驗的實驗儀器、實驗原理、實驗內容、實驗步驟、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理和其他相關的內容進行講解。其中實驗步驟的講解是整個課堂講解過程的關鍵，因為它直接關系到學生的實驗操作過程是否正確，從而能否得出正確的實驗結果。通常情況下，教師會通過文字的講解來說明此次實驗內容和操作步驟，這樣做的缺點是比較抽象，學生接受的程度一般。也有的教師選擇本次實驗的一個實驗臺，在當前實驗臺上對實驗步驟儀器的具體操作進行演示，學生則通過觀察教師的操作來學習，這其中最大的問題就是學生觀察教師做實驗時要圍在實驗臺周圍，受場地實驗臺大小的影響，可能會存在一部分學生對教師的操作觀察不清楚的情況，影響后續(xù)學生的具體操作。因此，在課堂講解環(huán)節(jié)，在實驗操作這一部分，可利用大學物理實驗仿真操作教學軟件來進行講授[6]。該款仿真模擬軟件是通過Flash動畫的形式來演示實驗具體過程，并且可以通過人為的操作來控制實驗的進行，可以100%地模擬實驗操作過程，通過投影儀的播放，將本次實驗的操作過程直觀、清晰地展現(xiàn)在所有學生面前，解決了傳統(tǒng)教學中抽象、場地小的缺點。并且，對于一些前后兩個步驟相隔時間長的實驗，如果親自演示實驗則必須等待一定的時間，而利用仿真模擬軟件則可以直接進行下一步實驗，大大節(jié)約了時間。而對于一些關鍵實驗步驟，學生可以反復模擬反復播放，從而加深記憶，這在實際實驗演示中是不能實現(xiàn)的，因為反復地進行一些時間較長的實驗會大量占用課堂有限的時間，影響后續(xù)的教學活動的進行。對于實驗中要注意的細節(jié)問題也可以利用仿真模擬軟件進行講解，并且可以利用軟件的放大功能，對實際實驗儀器的一些細小的部分進行放大，讓實驗儀器充分暴露在學生面前，讓學生實實在在地掌握實驗儀器的正確使用方法，從而進行正確的實驗操作。該大學物理仿真模擬軟件也整合到了東北農業(yè)大學大學物理網絡教學平臺，學生可以自行找到該仿真模擬軟件，自行對已做過的和沒做過的大學物理實驗進行課前與課后的模擬。相比傳統(tǒng)教學的紙上談兵，利用仿真模擬軟件輔助教學，具有明顯的優(yōu)勢。首先，學生課前對實驗中將要使用的儀器一目了然，對照面前的實際儀器印象更加深刻。其次，學生經過自我模擬測試后進入實驗室，可以有效提升課堂實驗操作準確度和完成度，大大節(jié)約了教師講授時間，提高了效率。

（四）基于局域網或微信小程序（開發(fā)中）全面提升學生操作環(huán)節(jié)指導效果，實現(xiàn)BOPPPS的第四個環(huán)節(jié)——后測

后測是BOPPPS的第四個環(huán)節(jié)，在大學物理實驗中也就是學生的實驗操作環(huán)節(jié)。學生實驗操作是非常重要的一個環(huán)節(jié)，通過學生實驗操作環(huán)節(jié)可以檢驗一個學生對實驗原理和內容的掌握情況和學生的動手操作情況。傳統(tǒng)的教學中，教師通過在教室中來回走動觀察每個學生的操作來掌握學生的實驗情況，但由于教師只有一雙眼睛，無法有效地了解每一個學生的操作情況，通常是通過檢查學生的實驗數(shù)據(jù)來對學生的操作進行判斷。我們可設計并開發(fā)一款小程序，旨在可以實時監(jiān)測學生的實驗數(shù)據(jù)，把學生的實驗操作情況及時反饋給教師，讓教師可以掌握每一個學生的實驗操作情況，對操作有問題的學生及時進行糾正指導。這個設計的具體思路是，讓學生把實驗過程中的數(shù)據(jù)實時上傳，系統(tǒng)通過設定的程序給學生以實時反饋，即該次上傳的實驗數(shù)據(jù)是否正確，正確的學生則可以繼續(xù)進行實驗，存在問題的數(shù)據(jù)系統(tǒng)會提示學生相關的操作要點，讓學生進行自檢并重新進行實驗，同時數(shù)據(jù)也反饋到教師的終端上，使教師可以實時把握學生進行實驗操作的情況，可以及時到數(shù)據(jù)不正確的學生身邊進行指導。

（五）建立學生實驗數(shù)據(jù)計算機自動評判系統(tǒng)，客觀考核學生實驗效果，實現(xiàn)BOPPPS教學模式的最后一個環(huán)節(jié)——總結

總結是BOPPPS教學模式的最后一個環(huán)節(jié)，包括小結和考核。大學物理實驗傳統(tǒng)的考核方式是通過對學生實驗報告的批改，來判斷學生對上次實驗的掌握情況。學生對本次實驗的反思也僅限于在完成實驗報告的過程中，對實驗的反思效果不明顯，嚴重的還會出現(xiàn)抄襲的情況，并且由于大學物理實驗自身的特點，下次實驗一般不會對上次實驗進行總結和討論。

為了改善這一個情況，仍然可以借助信息化網絡技術。例如，基于無線WIFI數(shù)據(jù)傳輸，建立數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)，自動考核學生數(shù)據(jù)計算結果。同時可將翻轉課堂和小組討論加入大學物理實驗的教學中去，采取實驗報告、課堂匯報和答辯（同時為下一組同學講解）等多種方式來檢驗學生對上次實驗的掌握情況，充分調動學生的積極性，不讓學生做過就算，學過就忘，而是要趁熱打鐵，鞏固所學知識，真正掌握實驗的精髓，切實提高自身的理論水平和實驗技能，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力?；谟嬎銠C仿真實驗的自動評判，是解決學生數(shù)量大、操作考核時間成本高、教師工作量大的問題。學生通過在網絡平臺的模擬操作，獲得實驗數(shù)據(jù)，并對實驗數(shù)據(jù)進行處理，同時進行不確定度的計算等必要的實驗操作和數(shù)據(jù)處理，然后上傳處理結果。計算機可根據(jù)學生操作規(guī)范性、數(shù)據(jù)合理性進行自動判斷，并給出成績。

信息化教學是大勢所趨，而如何將信息化有效地融入教學中去，采用更多更好的信息化理念和手段則是關鍵。BOPPS教學模式的核心是以學生為主體的參與式學習過程，以大學物理實驗模擬仿真軟件、微信預習考試平臺和“學習通”測試平臺作為信息化的具體手段，將它們運用到大學物理實驗BOPPPS教學模式中去，旨在探索一種有效的信息化大學物理實驗教學模式，從而更好地提高實驗課的課堂教學質量，更好地培養(yǎng)學生的物理實驗能力。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 鄧婷.基于移動學習的BOPPPS翻轉課堂的研究與實踐[J].教育現(xiàn)代化，2019（24）：197-200.

[2] 宋敏.基于微信公眾平臺的互動式BOPPPS教學模式研究[J].科技經濟導刊，2019（3）：142-143.

[3] 魏小平，康文斌.BOPPPS教學模式在大學物理課程教學中的探索：以靜電場的環(huán)路定理為例[J].西部素質教育，2019（1）：135-138.

[4] 張建勛，朱琳.基于BOPPPS模型的有效課堂教學設計[J].職業(yè)技術教育，2016（11）：25-28.

[5] 孫亞南，王楠，張東敏，等.高校青年教師實現(xiàn)有效教學的思路研究：基于BOPPPS模式的分析與應用[J].教育現(xiàn)代化，2017（45）：134-136.

[6] 韓秋菊，白士剛.網絡教學平臺輔助物理實驗教學的探究[J].大學教育，2014（16）：139-140.

[責任編輯：鐘 嵐]