BOPPPS 模式下数字电路实验教学的探讨

于秋爽，郑 棣

（扬州大学 广陵学院，江苏 扬州 225009）

0 引言

数字电路是电信、通信、计算机、自动化、电气等电子信息类专业必修的专业基础课程，也是一门应用性和实践性很强的课程。前续课程包括计算机应用基础、电路分析、模拟电路等基础课程，后续课程包括单片机、嵌入式、数字信号处理等核心课程，是专业入门、兴趣培养的关键课程，直接影响专业人才培养质量。课程具有知识点分散、内容繁多、实践性强等特点［1］，在重视学习理论的基础上，要意识到实验课程的重要性，通过改革数电实验教学提高数电课程的教学效果。

传统教学模式下，学习重点主要放在理论知识方面，实验课所处地位尴尬。授课流程是教师先对原理知识进行陈述性讲授，然后对实验步骤进行讲解和演示，最后学生复制教师的实验步骤进行机械模仿，这种模式对保证实验课程的教学目标和培养目的实现效果有限。BOPPPS 教学模式（Bridge-in，Objective，Pre-assess-ment，Participatory learning，Post-assess-ment，Summary BOPPPS）是以建构主义和交际法为理论依据、以学生为中心的教学模式［2］，通过有效的教学设计，强调学生的高度参与和及时反馈，是世界多国名校推崇的教学模式，近年在国内受到广泛关注并逐步推广［3］，取得了优秀的教学成果［4］。

数电实验课程进行教学模式改革，应充分体现以学生为中心［5］，增强实验的趣味性［6］。在实验项目设置和实验内容上进行改进［1］，协调好理论课程和实验课程授课进程［7］，同时重视虚拟仿真在实验中的重要作用［8］。

将数电实验课程独立于理论课程进行单独设置［9］，将实验期末成绩与理论期末成绩分离，直观展示实验成绩，提高学生对实验课程的重视程度，提高实验课程的教学地位。

本文参考各高校教师课程改革模式，学习优秀改革成果，以扬州大学广陵学院电子信息类的实验教学改革为例，引入BOPPPS 模式，突破数电实验场地限制，将实验环节拓展延伸到课外，探索适合学生的实验教学模式。

1 BOPPPS 教学模式

20 世纪70 年代，BOPPPS 教学模式起源于加拿大的教师教学技能工坊Instructional Skill Workshop（ISW）项目，初衷用于培训教师教学技能。对于初次参加工作的新教师而言，培训提供了一套专业的教学模式训练体系，能帮助新教师尽快完成角色转变；对于教学经验丰富的老教师而言，培训提供了一种新的思路和理论指导，进而改变教学模式固化现象，提高教学水平［10］。BOPPPS 教学模式在高校课堂得到迅速发展，其有效的教学设计对教师的“教”以及学生的“学”都产生了深远影响。

该模式强调以学生为中心，提高学生在课堂教学中的参与度。根据人的注意力只能专注15 分钟左右的特点，把课堂教学过程划分为6 个前后衔接的模块，构成一个完整、闭合的教学过程。充分考虑教师的“教”和学生的“学”，强调师生参与式互动，对于数电实验课程具有很强的可操作性。BOPPPS 模型含义如表1 所示。

Table 1 Meaning of BOPPPS model表1 BOPPPS 模型含义

1.1 引入（B）

BOPPPS 教学模式第一个模块是引入环节，强调学习兴趣在课堂教学中的重要作用。引入环节就像一个“钩子”，引起学生的好奇心并激发学习兴趣［11］。学习兴趣具有个体差异性，但是其产生受到外部因素影响［12］，进而影响学生的学习态度。教师选择与学生日常生活相关的知识作为切入点［13］，可以是视频、图片、实物、故事等，让学生产生共鸣，培养学生对课程的学习兴趣。

1.2 目标（O）

学习兴趣是学习的开端，是一种短暂的情绪状态，需要通过清晰明确的课堂目标维持学生的求知状态。教师阐述课程的重点知识和学习价值，告知学生本节课所学知识能解决什么问题，从而让学生明确学习方向。同时课堂目标还具有导向功能，能够指引教学过程和检验学习效果。BOPPPS 教学模式强调教学目标要明确具体，最好可衡量。

1.3 前测（P）

建立可衡量的学习目标之后，要检测学生对于储备知识的掌握程度及本次授课内容的了解程度，进而及时调整学习进度。BOPPPS 教学模式没有提到课前和课后环节，但是这两个环节是教学活动中不可忽略的重要部分。课堂时间短暂而宝贵，可以将前测部分任务设置在课前，完成一些难度适宜的基本测试，课堂上再针对重难点进行检测，综合学生的反馈对教学环节进行适当调整。

1.4 参与式学习（P）

参与式学习是BOPPPS 教学模式的核心环节，体现学生在教学活动中的中心地位，让学生主动参与学习过程，提高知识运用能力和实践操作技术。首先要求教师高度认识授课内容，预估学生在学习过程中可能出现的错误并及时解决。可以解答学生的疑惑并梳理思路，引导学生主动思考问题；其次转变授课形式，灵活运用现代教育技术，采用如翻转课堂模式等［14］，学生之间互相提问和解答，教师进行评判和总结。

1.5 后测（P）

在课堂即将结束时，教师通过针对性的测试检验学生对本次课程所学内容掌握程度，用多种方式检查本次教学是否达到预期教学目标［15-16］。BOPPPS 教学模式的后测模块不仅仅限于检查和测试，关键在于完善教学过程进而改进教学内容和方法。学生也可以通过后测梳理知识薄弱点，自查授课内容的吸收程度，便于课后复习。

1.6 总结模块（S）

BOPPPS 教学模式强调通过总结知识点、整理课堂内容进而促进知识内化。教师针对本次课程完成情况进行简要分析，预告下次课程的教学内容，布置预习任务。课堂总结起着承前启后的作用。

2 数电实验教学案例设计

数电实验课程和数电课程虽然设置成两个独立课程，但培养目标一致，地位和作用也相同，合理安排两门课程授课进度［9］可达到更好的教学效果。合格的教学过程不是仅仅局限于90 分钟课堂的“教”与“学”，还需要把握好课堂前后时间。

根据BOPPPS 教学模式，充分考虑课前准备、课中互动和课后复习等多个教学环节，对“计数器的功能及应用”实验进行教学设计，以十进制计数器芯片74LS160 为例，具体阐述如下。

2.1 引入

采用亲身体验的方式让学生直观感受计数器应用：请学生拿出手机，启动时钟模块下的秒表功能，学生可以观察到计数器在手机中以60 进制模式工作。提出问题：①60进制模式下计数数码是从几到几？②若设计12 进制计数器，有几个状态？若初始状态是0，列出状态迁移图。

2.2 目标

教学目标如下：

（1）熟悉常用计数器功能和应用。根据计数器芯片74LS160 的管脚图和功能表，设计十进制计数器电路。通过设计同步6 进制计数器，掌握反馈清零和反馈置数方法，弄清同步反馈和异步反馈的区别。

（2）掌握任意进制计数器的实现方法。运用两个计数器元件构成100 以内任意计数器，进而掌握使用多个芯片构成任意进制计数器的实现方法。

（3）培养分析解决问题的能力及工程技能。要求导线和元器件布局规范，实验结果和理论设计结果不同时能够找出原因，排查故障。

2.3 前测

课前利用中国大学慕课平台观看视频，用手机在所建慕课上完成测试，练习选择、判断或填空等客观题，复习计数器原理及理论基础知识应用，如：①计数器芯片74LS160能实现哪些功能？②74LS160 的预置功能是同步预置还是异步预置？③74LS160 的清零功能是同步清零还是异步清零？④你还知道其它型号的计数器吗？

根据功能表和器件引脚图，让学生分别画出芯片74LS160 在以下状态时的接线电路图（输入接逻辑电平开关，输出接LED 灯）：计数、预置、清0，用于检查计数器理论知识掌握是否牢固。这一过程也是根据芯片工作手册，将理论知识转换实践应用的工程性培养环节之一。

2.4 参与式学习

根据教学目标，将实验过程分为3 个部分：①验证计数器功能，设计构成同步6 进制计数器；②使用两个计数器，设计构成100 进制同步计数器；③自定义一个进制计数器，设置故障，请另一组同学检查并进行改正。

实验开始前，教师指导学生正确连接元器件电源，保证安全。

（1）熟练运用基本知识部分。根据所画电路图连接电路，观察计数器的输出状态，验证元器件功能。在验证完成的基础上设计6 进制计数器电路。

（2）灵活应用实践技能培养。两个计数器芯片共同使用，要考虑时钟信号的驱动方式和进位信号设计。教师讲述原理，引导学生思考，让学生独立设计电路图，完成电路连接。

（3）培养学生解决问题的能力。掌握45 进制计数器设计方法，完成100 进制以内计数器设计。教师要明确8421BCD 的编码规则和特点，指出易错点，讲清楚整体清零和整体置数的作用。每组学生自己设定进制，连接电路并验证完成，然后设计障碍，请其他组同学进行“错题改正”。电路设计和故障设计过程都是对知识的深层次内化，而检错排障是理论知识转化为工程技能的过程，能够培养学生解决实际问题的能力。

2.5 后测

围绕计数器功能及应用，针对易错点和重难点提出问题：①8421BCD 码和二进码的关系和区别？②整体清零和整体置数所涉及的码数是否相同？如果不同差别是什么？

2.6 总结

利用中国大学慕课平台完成课前准备，掌握计数器设计的多个方法，从基本原理和元器件驱动出发，经过设置计数器不同进制，最终排查故障解决问题，掌握BCD 码十进制加法计数器的功能与应用，在此基础上进行加法/减法双向计数器学习。

3 考核和评价体系

本实验课程和数电理论课程教学目标一致，但各有侧重点，数电实验课程的考核更加注重过程考核［17］。BOPPPS教学模式是注重过程、强调学生主导地位的教学方式，重点关注学生在实验过程中的表现，尤其是遇到问题之后如何分析、怎样解决，不以实验结果为唯一考核目标。

考核内容包括课堂表现、问题回答准确率；线上学习参与度和测试正确率；电路图纸整洁清晰、原理分析清楚明确；元件排布合理、导线连接整齐规范；实验结果准确、排障迅速；表达沟通及团队领导力强；实验报告重点考察实验操作遇到问题后的思路及解决措施等［18］。

考核评价应该客观，但教师在课堂活动中对每个学生的关注程度有限，只能做到尽量兼顾。可以合理设置教学容量，每次课堂活动将组数控制在15 组，即30 名学生以内。对于实验过程表现优秀的学生可以减少或免除提问；对于实验过程消极、不愿动手的学生，增加示范和提问次数，还可根据学号随机抽查。

改革教学评价，课堂操作占总成绩80%，实验报告占比10%，线上学习占比10%，课堂成绩不再只看实验结果，更加注重过程和学生参与度。

4 结语

BOPPPS 教学模式是以学生为中心、教师为引导的教学模式，科学划分课堂教学过程，突出重要教学环节作用。不同的教学模型特点不同，要取长补短科学转化［19-20］。教师的教学特色非常重要，是教师个人教学魅力的重要组成部分。教师根据学科属性和个人特点，在教学实践中逐步体会反思，不局限于某种教学模式，避免形式化课堂活动，形成适合课程和教师特点的教学模式。本文以BOPPPS 教学模型为基础，综合考虑课前和课后环节，结合评价体系改革，可以更好地完成数字电路实验课程教学目标，提高教学质量。