BOPPPS教学模式在重力勘探中的探索研究

［摘 要］ 高等教育是教育强国的重要基石，而本科教育是高等教育的重要基础。传统的教育模式主要是一种灌输式的教育模式，在一定程度上束缚了学生的主动性、积极性和创新精神。BOPPPS 教学模式是基于库伯体验式学习模型提出的一种教学思路。BOPPPS 教学模式具有强兼容性的特点，采用多元化的方式提升学生的参与感，充分利用学校现有的资源，将“雨课堂平台+MATLAB 平台+大创项目”融入教学中，通过雨课堂强化理论教学，应用 MATLAB 平台巩固实践教学，基于大创项目引导学生创新思维。这样既能激发学生的学习兴趣，提升学生的自主学习能力和实践应用能力，也注重学生创新思维的培养，对于培养创新型人才具有重要的现实意义。

［关 键 词］ BOPPPS教学模式；重力勘探；雨课堂；MATLAB；大创项目

［中图分类号］ G642 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2024）24-0121-04

高等教育是教育强国的重要基石，而本科教育是高等教育的重要基础。传统的教育模式主要是一种灌输式的教育模式，在一定程度上束缚了学生的主动性、积极性和创新精神。为了持续提高高等教育水平，坚定不移地振兴本科教育战略核心任务，教育部于2018年9月发布了《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，随后在2019年启动了“六卓越一拔尖”计划2.0，以顶尖学科和课程为主体，推进本科教学的深层革新，成立了“国家级新工科教育创新中心”。重力勘探作为勘查技术与工程专业本科生教学的核心课程之一，是一门注重理论与实践相结合的课程。重力勘探方法能够揭示地下数千米深处的密度异常，为地质学家和勘探工程师提供了一种无需直接接触地下就能进行地质解释的手段。尽管其应用价值重大，重力勘探的原理和方法对于许多学生来说却是一大挑战。这一课程不仅要求学生理解复杂的物理概念，如质量、密度、重力加速度等，还需要掌握相关的数学技能，包括微积分和数据分析。此外，将理论知识应用于解决实际问题中，进一步增加了学习难度。因此，寻找有效的教学方法以提高学生的理解能力和应用技能，成为教育工作者面临的重要任务。因此，加快其课程改革和建设，对于人才培养、专业建设意义重大。

一、BOPPPS 教学模式国内外研究概述及存在的问题

（一）研究概述

BOPPPS 教学模式是基于库伯体验式学习模型提出的一种教学思路。在发展中逐渐形成具有相对完整、灵活的六个教学步骤，分别是导入、目标、预评估、参与式学习、后评估和总结。以其“目标导向性”和“参与式学习”为特点，一方面让学习者课前清楚教学目标，主动参与式学习提高自主学习能力；另一方面注重营造课堂学习氛围，利用参与式互动教学，提高学生课堂学习的参与度，刺激学习者学习动机，以此提高课堂学习效率。国外对于BOPPPS教学模式的研究起源于20世纪70年代建立的加拿大教师技能培训机构——教师技能研讨会 ISW。黛安·莫里森提出了最初教师技能研讨会沿用的教学模式，整体教学框架为“设计—实施—反馈—再设计”，这可以看作是 BOPPPS 教学模式的雏形。[1]迪安·吉斯蒂尼指出 BOPPPS 教学模型为教师提供了简明清晰的六个教学环节，各环节之间都相互联系、相互照应，环节的设计都是为了教学目标的达成而服务，因此具有很强的操作性。[2]戈登·斯图布利等学者认为 BOPPPS 教学模式为教师提供了极其完整的教学框架，教学目标为学习过程提供指南导向，从教学目标出发设置参与式学习活动，强有力地调动学生主动参与课堂的积极性，前测与后测环节的设置分别可以用来检验学生对知识的课前预习情况与课后掌握情况。[3]BOPPPS 教学模式自 2007 年引入国内，曹丹平、印兴耀在研究中详细介绍了 BOPPPS 模式的内涵与核心问题，并讨论了其对高等教育改革的启示。[4]张建勋、朱琳在研究中指出 BOPPPS 模型在众多教学实验中都以有效教学著称，与传统课堂教学相比，BOPPPS 教学模式更加突出了参与式学习，强调学习者在课堂中的主动角色。[5]朱艳芳等在 OBE教学理念的基础上，依据课程体系，通过BOPPPS 教学模式对课程进行教学改革，完成教学内容、教学方法和考核方式等方面的改革与完善。[6]李春宏等统筹规划了 MPH 研究生的教学体系，并采用 BOPPPS 教学设计的线上线下混合的教学模式，取得了良好的教学效果，达到了培养高素质复合型公共卫生人才的目的。[7]王俊将BOPPPS与对分课堂相结合，激发学生的学习动力，因材施教，重视学生的个体差异。[8]

由于BOPPPS模式遵循学生认知结构的层次性，在工学领域具有较强的适用性。它不仅能有效提高学生的自我效能以及学习效率，还可用于多种学科领域，与不同的教学法相结合，凸显各种教学方法的优势。因此，BOPPPS 教学模式可以在工学类课程教学中推广应用。

（二）存在的问题

近年来，关于BOPPPS模式和地球物理教学的研究逐渐增多，这些研究表明，采用BOPPPS模式能够有效提升学生的学习动机、参与度和成绩。例如，一项研究使用BOPPPS模式在地质学课程中进行教学改革，结果显示学生的学习兴趣和成绩有了显著提升。学生反馈显示，参与式学习活动增强了他们对课程内容的理解和兴趣。然而这些研究也指出了一些挑战和不足，比如在大班教学中实施BOPPPS模式的难度、需要更多的时间和资源来准备教学活动以及评估学生学习成效的工具和方法需要进一步优化。

此外，虽然BOPPPS模式在其他领域的教学中取得了成功，但在重力勘探等特定科学技术课程中的应用研究仍然较少。重力勘探作为勘查技术与工程专业本科生的核心课程之一，是一门注重理论与实践相结合的课程，这要求教学模式不仅能够传授理论知识，还能提供丰富的实践学习机会。因此，探索BOPPPS模式在重力勘探教学中的具体应用方法，以及如何有效地整合课程的理论与实践组成部分，成了重要的研究方向。

首先是学生参与和课堂授课之间的不均衡性。由于学生的个性差异显著，例如，一些学生具备较高的理解能力并偏好抽象理念的思考方式，而另一些学生可能理解能力不那么强，更倾向于具象的表达方式，尤其是理工类学科，复杂的计算公式和抽象的概念是课程中的重难点。以学生参与为主导，会使得数理基础薄弱的学生因畏难情绪而却步，但过多的课堂讲解会使课堂回归到传统的教学模式，降低学生的学习兴趣。

其次是参与式学习的手段比较匮乏，缺少创新性。常用的手段主要包括提问、讨论、练习和课堂汇报等，虽然能够在一定程度上提高学生的学习兴趣和积极性，但是部分学生对于此类参与方式已产生了一定的“免疫”或者更甚为排斥的心理，无法充分调动学习的积极性和主动性。

最后是线上课堂师生互动效果较差。线上授课，师生身处两地存在距离，教师无法在身边监督和引导，无法准确关注到所有学生，很难及时掌握课堂情况，不能确保学生能够在指定时间内有效地完成教学目标。

综上所述，尽管BOPPPS模式在提升教学效果和学生学习体验方面显示出了巨大潜力，但在重力勘探等专业课程的具体应用中仍面临一系列挑战。未来需要更深入地探讨如何克服这些挑战，优化BOPPPS模式的实施策略，以及如何有效评估和提升该模式在科学技术教学中的应用效果。此外，探索BOPPPS模式与其他教学方法的结合使用，可为提高重力勘探教学质量提供更为丰富和灵活的解决方案。

二、BOPPPS教学模式的研究内容及意义

（一）基于雨课堂平台的理论教学设计

雨课堂是在当今“互联网+教育”的背景下，高等院校中普遍采用的创新型智能教育平台，它能够将教学课件、移动应用程序及在线开放课程等多种功能进行有机集成。基于雨课堂平台，可以更有效地运用BOPPPS教学模式，主要设计如下。

1.Bridge-in（引入）阶段

在重力勘探课程的教学中，Bridge-In阶段起着至关重要的作用。通过精心设计的引入活动，可以有效地吸引学生的注意力，激发他们对课程内容的兴趣和好奇心。例如，教师可以展示一个实际的地质勘探项目视频，其中详细介绍了如何使用重力勘探技术发现地下水或矿产资源。此外，通过提出开放式问题，如“你认为地下的不同物质是如何影响重力测量结果的”，鼓励学生思考并分享他们的想法，为后续的学习活动建立思考的框架。这种互动式的引入不仅增加了学生对课程的期待，还帮助他们建立课程内容与现实世界问题之间的联系。

2.Objective（目标）阶段

明确具体的学习目标对于学生的学习过程至关重要。在Objective阶段，教师需要清楚地向学生说明重力勘探课程的学习目标，这些目标包括理解重力勘探的基本原理、掌握数据采集和处理技术以及能够应用重力勘探技术解决实际地质问题等。通过将这些学习目标与学生预期的职业技能和知识需求联系起来，学生能够更好地认识到学习这门课程的实际价值和意义。为了使目标具体化，教师还可以展示前人通过重力勘探技术成功解决地质问题的案例，以进一步增强学生的学习动力。

3.Pre-assessment（预评估）阶段

通过雨课堂的多种答题和考试功能，在前测阶段将核心概念和核心公式通过雨课堂发布到班级。教师可以评估学生对重力勘探相关基础知识的掌握情况。这些评估不仅帮助教师了解学生的起点，还为后续的教学活动提供定制化的信息。例如，如果大多数学生在理解重力场概念方面存在困难，教师可以调整教学计划，增加有关该主题的教学内容和活动。此外，预评估还可以激发学生对自身学习状况的反思，增强他们对学习内容的关注度。

4.Participatory learning（参与式学习）阶段

在重力勘探课程中，Participatory Learning阶段是实现深度学习的关键。根据前三个环节的反馈，充分利用雨课堂的弹幕、投稿、红包、随机点名等功能设计具有互动式的课件，摆脱传统的听讲的教学模式，让学生真正参与进课堂。针对专业名词、概念和公式等需要让学生重点掌握的内容，通过多种答题形式保持和学生互动，让学生在上课时加强巩固。并通过小组合作、案例研究、实验操作和实地考察等多种参与式学习活动，学生能够在实践中深化对重力勘探技术和方法的理解。例如，学生可以分小组完成一个模拟的重力勘探项目，从规划勘探区域开始，到数据采集、处理和解释，最后呈现他们的方案。这种通过实践活动进行的学习不仅提高了学生的团队协作能力，还提高了他们解决实际问题的能力。

5.Post-assessment（后评估）阶段

Post-assessment阶段，主要通过雨课堂对本次课程的重点内容发布测试题，对学生的学习成果进行全面评估。这些评估工具旨在衡量学生是否达到了课程开始时设定的学习目标。通过对比Pre-assessment和Post-assessment的结果，教师和学生可以直观地看到学习过程中的进步和成长。此外，这一阶段的反馈对于学生理解知识盲点和未来学习方向的规划至关重要。

6.Summary（总结）阶段

课程的最后阶段是Summary阶段，目的是帮助学生整合和反思所学的知识。通过组织总结讨论、学习日志撰写或制作课程回顾视频等活动，学生可以回顾和巩固整个学期的学习内容。在这一阶段，教师强调课程中的关键概念和技能，帮助学生构建系统化的知识框架，并鼓励他们思考如何将所学应用于未来的学习和职业生涯中。通过这样的总结和反思，学生能够更深刻地理解课程内容，为终身学习奠定坚实的基础。

（二）基于 MATLAB 平台的实践教学设计

重力勘探是一门理论与实践并重的课程，除了必要的理论学习，数据处理也是学生需要掌握的核心技术。原有的软件虽然能简单且较好地获得处理结果，但并不能加深学生对于理论的理解和运用。本研究结合重力勘探课程内容，将BOPPPS模式与MATLAB软件工具相结合，设计了一系列实践教学活动。这些活动旨在提高学生的实际操作能力，加深对重力勘探理论知识的理解，并培养学生的创新思维和解决问题的能力。因此，在实践教学设计中，可在原有的处理软件基础上挑选出部分处理环节让学生通过编程进行实现，既能更有效地增强学生的参与感，也能巩固学生的理论知识体系，还能提高学生的逻辑思维和编程能力。

首先，依据BOPPPS模式中的“引入”环节，通过简单介绍重力勘探的数据处理软件和MATLAB的基本操作，来吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣。其次，在“目标”环节中明确本次实践活动的学习目标，让学生明白实践活动的具体要求和预期结果。在“预评估”环节，向学生详细介绍实践活动的具体步骤和操作方法，确保每位学生都能够熟悉MATLAB平台的基本使用。同时，通过展示具体的操作示例，帮助学生更好地理解实践活动的执行流程。“参与式学习”环节是实践教学设计的核心部分。学生在引导下开始在MATLAB平台上进行实际操作，包括数据输入、处理、分析等步骤。在此过程中，学生需要运用所学的重力勘探理论知识解决实际问题。为了增强实践活动的趣味性和挑战性，还可设计一些具有探索性和创新性的任务，鼓励学生尝试不同的解决方案，培养学生的探索精神和创新能力。在“后评估”环节中，教师根据实践活动的内容和学生的实际表现，布置一些相关的课后作业，旨在巩固学生通过实践活动所学到的知识和技能。最后，在“总结”环节中，教师和学生共同回顾实践活动的全过程，总结学生在实践中遇到的问题和解决方法，评价实践活动的效果，以及讨论如何将所学知识应用到实际的重力勘探工作中。

设计的实验课程主要包含：

实验 1：基于MATLAB的重力固体潮理论值计算。

实验 2：基于MATLAB的格值标定数据处理。

实验 3：基于MATLAB的静态数据处理。

实验 4：基于MATLAB的动态数据处理。

实验 5：基于MATLAB的一致性数据处理。

实验 6：基于MATLAB的基点联测数据处理。

实验 7：基于MATLAB的重力数据正演模拟。

（三）基于大学生创新创业项目的创新思维引导

从物探行业对人才的需求来看，学生的能力和素质得到了更多的关注，尤其是具有创新思维和创新能力的学生。而培养创新型人才也是目前高等学校的必然选择。通过结合具体的创新创业项目，可以更有效地培养学生的创新思维，将理论知识与实际操作相结合，提高学生对重力勘探课程的兴趣和掌握度。首先，基于大学生创新创业项目，可以设计与重力勘探相关的项目课题，让学生在实践中发现问题、分析问题并解决问题。例如，可以设计一个项目要求学生利用重力勘探的原理和技术，探索某一地区的地质特征，预测可能的矿藏分布。在这一过程中，学生不仅能够深入理解重力勘探的原理和方法，还能够学会如何将这些理论知识应用到实际工作中，培养其创新思维和解决实际问题的能力。其次，团队合作是创新创业项目中不可或缺的一部分。通过组建跨专业团队，让不同专业背景的学生共同参与项目，可以激发学生之间的思想碰撞，使其产生新的想法和解决方案。这种跨学科的合作不仅能够提高学生的沟通和协作能力，还有利于培养学生的综合素养，为其未来的创新创业之路打下坚实的基础。同时，采用BOPPPS教学模式中的“引入—目标—预评估—参与式学习—后评估—总结”六个教学环节，可以在项目实施过程中对学生进行有针对性的指导。从提出问题、激发兴趣到解决问题和总结反思，每一个环节都促进学生主动学习、创新思考，进而在重力勘探领域形成自己独到的见解和技能。最后，通过创新创业项目的实施，学生能够系统地应用重力勘探课程中学到的知识，理论与实践相结合，可深化对课程内容的理解。同时，通过项目的展示和评价，学生可以获得即时反馈，及时调整学习策略，提高学习效率和质量。

综上所述，基于大学生创新创业项目的创新思维引导，不仅能充分调动学生的积极性，还能更有效地将理论知识运用于实践中。在理论和实践教学中鼓励学生大胆提出自己的思路和想法，对于具有可行性的想法加以扩展，指导学生参加大创项目，在强化学生的自信心和创新思维时，也能有效地提升学生的专业能力。

三、结束语

BOPPPS教学模式为重力勘探乃至其他地球物理学课程提供了一种有效的教学策略。它强调学生中心的教学理念，通过各个阶段的设计促进学生主动学习和深入理解，有助于学生构建扎实的知识基础并培养解决问题的能力。这种教学模式的应用，不仅可以提升学生的学术表现，还有助于他们在未来的职业生涯中应对各种挑战。

参考文献：

［1］ Morrison，Diane. The Instructional Skills Workshop Program： An Inter-Institutional Approach［J］.To Improve the Academy，1985（9）.

［2］ Dean Giustini. Utilizing learning theories in the digital age：from theory topractice［J］. Journal of the Canadian Health Libraries Association，2009（30）.

［3］ Gordon Stubley. Thing about learning-infrences from how we support curriculum design［J］.University of British Columbia，2018（6）.

［4］ 曹丹平，印兴耀.加拿大BOPPPS教学模式及其对高等教育改革的启示［J］.实验室研究与探索，2016，35（2）：196-200，249.

［5］ 张建勋，朱琳.基于BOPPPS模型的有效课堂教学设计［J］.职业技术教育，2016，37（11）：25-28.

［6］ 朱艳芳，王登武，钱立伟，等.基于OBE理念的BOPPPS教学模式在“现代分离技术”课程教学中的应用［J］.西部素质教育，2020，6（4）：148-149.

［7］ 李春宏，农清清，姜岳明，等.BOPPPS教学模式在MPH研究生实践技能教学中的应用［J］.基础医学教育，2021，23（1）：31-33.

［8］ 王俊.基于“BOPPPS+对分课堂”的混合式教学模式改革：以形势与政策专题式教学为例［J］.太原城市职业技术学院学报，2021（6）：91-93.

◎编辑 栗国花