呂文明，李曉端

(廣東工業(yè)大學 物理與光電工程學院，廣東 廣州 510006)

大學物理是理工科專業(yè)的重要基礎課程，旨在培養(yǎng)學生對基本物理原理的理解，以及將物理相關理論知識應用到工程實踐中去的能力[1]. 因其具有理論性強、課時有限、教學任務重等特點，很多教師采用以講授為中心的傳統教學模式. 這種“填鴨式”的傳統課堂，過度地關注知識的系統性，缺乏明確、具體的學習目標，導致學生不清楚重點是什么，需要學到怎樣的程度，背后的原理是什么，更沒有能力去解決實際問題；而且“滿堂灌”的講授，壓縮了學生參與課堂問題探究的時間，學生很快會產生認知疲勞，只是被動的接受式學習，死記硬背，最終成為知識灌輸的容器[2,3]. 教師也因此無法及時地獲取學生的反饋信息，不了解學生的接受情況，無法靈活地調整教學，正確地分配教學時間，教學效率低下[4,5]．

近年來，越來越多的教師會在講授知識的同時適當增加一些互動，但形式單一，多采用簡單的問答法，這樣的環(huán)節(jié)也僅僅檢查了學生對知識層面的機械提取，而對學生高階學習能力的培養(yǎng)鮮有實質性的提高. 大學物理與其他學科交叉性強，與工程實踐聯系緊密，學生的這種復制型的淺層學習，屬于低階思維活動，顯然無法達到知識理解與遷移運用的目的[6,7].

為解決上述問題，本文將BOPPPS模型引入到大學物理的課程教學中，并以多普勒效應為例，設計了微課教學． 教學設計堅持以學生為中心，從課程的引入、物理定律的自然引出、求解過程中的探究到解題思路的總結與思維的拓展，都注重教學互動和反思. 讓學生全方位地、深入地參與到教學的全過程. 教師從了解學生的需求和教學過程的反饋出發(fā)調整教學，以巡查、指導、點評為主，將課堂交給學生，將學生的學習方式由被動接受轉變?yōu)橹鲃犹骄? 學生通過小組分工、分析物理過程、整合知識和信息、設計解決方案以及表達展示來完成任務. 這個過程也是訓練學生全面深入理解抽象物理概念和問題、把握關鍵要素、遷移和應用解決復雜問題能力的過程，是對知識技能學習的重要延伸，同時也能夠培養(yǎng)學生的進取精神和學習能力．

1 BOPPPS模型概述

BOPPPS模型源于加拿大教師技能培訓工作坊( Instructional Skills Workshop，ISW)，是根據認知理論提出的一種用于教學過程設計的模型[8]. 核心要素有兩個，其一是以學生為中心，強調學生全方位的參與式學習而不只是聽講；二是要及時獲取學生的反饋信息，以調整后續(xù)教學活動，從而達到較好的教學效果和較高的課堂效率. BOPPPS教學模型包含導入(Bridge-in)、學習目標(Objectives) 、前測(Pre-assessment)、參與式學習(Participatory Learning)、后測(Post-assessment )、總結(Summary)6個模塊，為課堂教學提供了一個清晰、條理化的教學實踐流程，讓學生在各個環(huán)節(jié)大面積地參與教學內容的討論、歸納、實踐，使得課堂教學安排更加合理且更具可操作性，同時也可以幫助教師優(yōu)化教學要素，發(fā)現薄弱環(huán)節(jié)，提升教學效果.

2 基于BOPPPS模型的“多普勒效應”微課教學設計

2.1 導入 (Bridge-in)

導入環(huán)節(jié)意在引出課堂內容，引起學生的好奇心，激發(fā)學生的求知欲. 一般有兩種方式：一種可通過直觀形象的故事、視頻、圖片等形式吸引學生的注意力，激發(fā)學生學習的主動性. 另一種可以從熟悉的生活經驗、新聞時事、示范展示、有趣活動等著手,引發(fā)學生與舊知識的鏈接.

本文以生活經驗為切入點，利用鳴笛汽車由遠及近再遠離的音頻，吸引學生的注意力，并拋出問題引發(fā)學生思考：音頻中描繪了怎樣的場景？之后總結學生的回答，強調場景的判斷已經用到了多普勒效應，引出主題.

2.2 學習目標 (Objectives)

目標是指引教學設計的關鍵環(huán)節(jié)，它確立的目的主要是讓學生明確本節(jié)課應該重視的知識點和能力要求. 因此，學習目標的設立需要做到明確、可達成、可測.

本節(jié)課的學習目標是：能夠說出多普勒效應的概念；能夠根據多普勒效應，判斷波源與觀察者之間的相對運動，判斷波長和頻率的變化.

2.3 前測(Pre-assessment)

通過測試等方法了解學生學情，實現因材施教，為參與式學習做鋪墊. 方法主要有提問應答、是非選擇等.

再次聽音頻提問學生，除了聲音的音強外，聲音的音調有怎樣的變化？學生在前面的學習中，已經有了音調和頻率關系的知識儲備. 此次提問可以促進學生建立新知識和舊知識、新信息和舊信息的整合與遷移應用，是對知識技能學習的重要延伸.待學生回答完畢后，總結糾正學生的答案，強調音調和頻率是由小變大再變小. 接著追問：如果此時你坐在車上還能否聽到這種變化？并給予學生時間思考回答. 總結學生回答，之所以能夠聽到這種變化是因為鳴笛的汽車與觀察者具有相對運動. 自然地引出多普勒效應的概念：當波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到的頻率將有所變化.

2.4 參與式學習(Participatory Learning)

教學并非簡單的預設知識的傳遞，而是在師生之間彼此的參與互動過程中自然產生的. 教師需做到“不憤不啟，不悱不發(fā)”[9]，將探究學習的主動權交還給學生，引導學生主動參與，深入思考，最終達成深度學習. 參與式學習的過程和內容不是一成不變的，需要根據前測中得到的學生的基礎進行動態(tài)調整.

由于聲波是看不到摸不著的，本文通過創(chuàng)設物理問題的真實情境，利用可視且常見的水波來幫助學生理解. 向學生展示圖1并拋出問題，請學生用30 s的時間，分別畫出彈簧振子在平靜的水面上下振動，以及一邊上下振動、一邊勻速向B運動的水波圖.多數學生能夠正確地畫出彈簧振子上下振動的水波圖，而對于彈簧振子邊上下振動、邊勻速向B運動的水波圖只有少部分學生能夠正確畫出. 選取典型的學生答案給與點評，并向學生展示用Matlab編程繪制的多普勒效應動圖(圖2、圖3)，讓學生形象直觀地感受動態(tài)的多普勒效應. 期間引導有疑問的學生提出質疑，通過學生的反饋得知，對于生活中很常見的圖2所示的彈簧振子上下振動水紋模擬圖，學生都表示認同，但對圖3所示的彈簧振子邊上下振動邊勻速向B處移動的水紋模擬圖,一部分同學會存在疑問，質疑其波紋真實性以及合理性，此時向學生展示課前錄制好的，在平靜的湖面彈簧振子邊上下振動邊勻速向B運動的真實視頻(圖4)，打消學生疑慮.

圖1 彈簧振子在平靜水面振動

圖2 彈簧振子上下振動水紋模擬圖

圖3 彈簧振子邊上下振動邊勻速右移水紋模擬圖

圖4 彈簧振子邊上下振動邊勻速右移動水紋視頻截圖

引導學生進一步觀察圖2和圖3，請學生根據機械波的知識儲備，以彈簧振子為坐標原點，以過A、B的連線為水平軸，以垂直于A、B連線且過彈簧振子的軸為豎直軸，分別畫出圖2和圖3對應的波形圖，限時30 s. 反饋結果與前面水波圖類似，多數學生能夠正確地畫出圖2對應的波形圖，而對于圖3對應的波形圖，只有少部分學生能夠正確畫出. 選取典型的學生答案給與點評，糾正和補充學生錯誤與不完善的理解，并結合圖3分析在彈簧振子前進方向上水波之間的距離變密集，在遠離方向上水波變稀疏，引導學生自己修正波形圖. 后請學生結合機械波的舊知識，在自己修正后的波形圖上標注出A、B兩位置處的波長λA和λB，并讓學生展示出來.之后總結學生回答，將圖5和圖6展示給大家，引導他們判斷λ、λA、λB之間的大小關系，并結合前幾節(jié)課機械波的知識儲備判斷f、fA、fB之間的大小關系.最后，引導學生自己總結：當波源向觀察者靠近時，觀察者接收到的頻率變大，波長變?。贿h離時觀察者接受到的頻率變小，波長變大.

圖5 彈簧振子上下振動的波形圖

圖6 彈簧振子邊上下振動邊勻速右移的波形圖

2.5 后測(Post-assessment)

后測通常通過選擇、匿名表決、開放問題、經驗分享、操作示范等評估學習目標是否達成.請學生每4人為一小組，思考并討論以下兩個問題，并推出代表來回答：請說出多普勒效應的概念；如圖7所示，觀察者追蹤同一顆星星，發(fā)現星星先是黃色，過一段時間變成了紅色，請判斷星星離觀察者遠去，還是向觀察者靠近？

圖7 后測案例

后測兩個問題的設置，完全緊扣學習目標，其中第二小題，通過創(chuàng)設相似情境，檢測學生是否可以做到舉一反三，把知識運用到新的情境中去，目的是通過學生回答，提升學生在探究學習上的自信心和成就感.共有2個小組代表參與回答問題，另外2組代表分別對前兩組的回答做補充評價.這樣的考核方式，既檢測了全員學生的目標達成度，而且學生在討論的過程中，“掌握者”自然地成為了“未掌握”者的小老師，幫助未掌握者找出錯誤所在并及時糾正，深化理解.最后老師總結學生回答，并進一步延伸指出這就是紅移現象，是宇宙大爆炸理論的重要證據.

2.6 總結(Summary)

總結為本節(jié)課程提供一個簡短的概括與復習，幫助學生回顧所學內容，形成總體認識.要求圍繞教學目標，精煉內容，學生能夠打包帶走.

本節(jié)課利用對音頻的分析總結出了多普勒效應的概念；用水波的實例，展現了如何利用多普勒效應，判斷波源與觀察者之間的相對運動，判斷波長和頻率的變化.向學生展示圖8，進一步加深學生對多普勒效應的直觀認識，讓學生能夠掌握相似問題的處理方法.之后給出課后作業(yè).

圖8 多普勒效應總結

接著用一個小案例引出下節(jié)課的內容：某司機被交警給予了闖紅燈處罰，司機辯解說，我向紅燈靠近，根據多普勒效應，我看到的波長會變短，所以紅燈在我眼里是綠燈，不應給予處罰.交警根據司機所說撤銷了對他的闖紅燈處罰，但給予了超速處罰，請問交警是怎樣算出車速的呢？引出下節(jié)課內容.

3 教學效果展示與分析

整個微課教學過程中，人臉識別監(jiān)控系統顯示學生的抬頭率在90%～97%之間浮動，說明該模式有效地提高了學生對大學物理課程的學習興趣.后測部分隨機提問的小組都出色地達成了學習目標，課后作業(yè)87%的學生能夠做到全部正確，學生的匿名反饋中95%的學生認為BOPPPS教學模式下，學習收獲更大，說明該教學模式促進了學生對大學物理知識的理解掌握與應用，提高了學習效果.

4 總結與展望

本文將BOPPPS模型應用在了多普勒效應的課堂教學中，學生的學習方式從被動接受變?yōu)橹鲃犹骄?，有效地提升學生興趣及課堂效率. BOPPPS 教學模型的可操作性很強，在今后的教學過程中，可根據教學需要，靈活地調整各環(huán)節(jié)所占的比重，甚至刪減某些環(huán)節(jié)，只要能夠做到以學生為中心的互動探究式學習，都能夠促進學生對大學物理知識的理解與掌握，該教學模式對提高教學質量具有一定的參考價值.