基于BOPPPS的“案例式、双融合”混合式教学实践

2024-12-31林国英陈菁张慧杰

大学教育 2024年21期

［摘要］在新工科背景下，机械设计岗位对高校人才培养提出了更高的要求，学生需要具备多学科交叉知识和较强的实践综合能力。机械设计课程秉承以学生为中心的教育理念，开展“案例式、双融合”混合式教学实践。课程内容突破传统教材的局限，依据OBE理念重构课程知识体系，将创新设计实践与3D打印实验融入课程各环节。课堂上基于BOPPPS模型开展线上线下混合式教学，用“工程、生活、思政”三案例串联知识，充分发挥专业课程的育人功能。同时互通“课内与课外，实践与实验”，重视学生综合实践能力的培养。实践表明，通过理论与实践、专业与思政的双融合，学生的综合实践能力与创新能力得到了提升，为新时代机械设计岗位培养高素质应用型人才奠定了基础。

［关键词］BOPPPS；“案例式、双融合”；混合式教学；综合实践能力

［中图分类号］G642 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）21-0052-05

随着科技的飞速发展，新工科背景下机械设计岗位对高校人才培养提出了更高的要求[1]。机械设计人员不仅要具备多学科交叉融合知识，还要具备较强的实践动手能力，能够独立完成设计、实验和测试等工作，确保产品的质量和可靠性。此外，设计人员通常需要与其他工程师、设计师、生产人员等进行合作，因此良好的团队合作能力、有效的沟通协调能力也非常重要。机械设计课程是机械设计制造及其自动化专业必修的一门专业课，旨在培养学生的设计能力、创新意识，并塑造良好的职业素养，其理论性与实践性较强，在课程体系中起着连接基础课和专业课的桥梁作用，承担着承前启后的重要职责。

一、课程改革的必要性

以青岛城市学院（以下简称我校）为例，目前机械设计课程主要存在以下几个方面的问题。

（一）知识更新不及时，学时被压缩

传统的机械设计课程教学内容往往只注重理论知识，而与工程实际应用联系不够紧密。随着科技的不断进步和工程实践的发展，一些陈旧的知识和方法已经无法满足现代机械设计的需要。因此，应融入课程外的知识，汇聚丰富的在线资源，引入现代设计方法。然而，应用型大学根据办学整体方向，需严格控制专业课的学时，因此，我校机械设计课程学时由原来的理论56学时、实践24学时压缩成理论48学时、实践16学时，明显无法满足教学需求。

（二）教学模式创新不足，学生课堂参与度低

传统课堂还是以教师讲授为主，学生被动接受，虽然通过MOOC、SPOC等信息化教学手段结合翻转课堂开展教学，使课堂教学效率得到了进一步提升，但教学实践可能会陷入由“课堂灌输”向“视频灌输”的误区[2]。教学重知识传授、轻能力和素质发展，学生参与、互动和反馈不充分。

（三）理论与实践脱节

机械设计是一门实践性较强的课程，传统机械设计课程教学往往是理论在前、实践在后，且多流于形式，理实严重脱节，学生常常面临“理论能听懂，设计不会做”的困境，无法快速适应当代工程岗位的需求。这主要缘于学生对理论知识理解的深度不足，接触的工程案例较少，缺乏设计实践经验。

（四）考核方式不合理

传统的机械设计课程教学考核方式往往只注重对理论知识的考核，而忽略了对学生的实践能力和创新思维的考核。这种考核方式无法全面反映学生的学习成果和综合素质。

二、“三位一体”课程目标

为顺应新工科的发展趋势，并紧密结合地方应用型大学的办学理念，我校机械设计课程坚持以立德树人为导向，以提升工程实践能力为突破口，致力于培养具备“理实融合、德技双修”特质的新时代工程技术人员。课程设定了“三位一体”的目标：一是知识目标，即理解机械设计的基本规律，掌握通用零件的设计理论与方法；二是能力目标，即能研究改进或开发新零部件，能设计简单机械装置，能解决实际工程问题，会查阅标准、规范及手册；三是综合素质，即塑造学生吃苦耐劳、坚韧不拔的优秀品质，培养学生的全局意识和团队精神，激发其创新能力，同时使其树立高度的社会责任感和社会服务的使命与担当，为机械设计与制造行业培养高级工程技术人才打牢思想根基。

三、“案例式、双融合”混合式教学实践

理实一体化教学模式是指以实践能力培养为主线，利用有效手段建立课程各环节之间的内在联系，实现实践能力培养的一体化教学模式[3-4]。混合式教学模式是一种将在线教学和传统教学的优势结合起来的新型教学模式[5]。在混合式教学模式中，线上学习环境下的学生自主学习和传统课堂学习环境下的合作学习相互结合，建构出一种既能发挥传统课堂教学中教师主导作用，又能体现学生自主学习建构知识特点的全新学习方式[6]。因此，对于以培养学生实践能力为核心的机械设计课程而言，理实一体化的混合式教学模式非常合适。

（一）依据OBE理念，重构课程知识体系

OBE理念以成果为导向[7]，重视学生的学习产出。机械设计课程学习的成果产出是真正让学生“懂设计、能设计”，同时具备新时代工程人员应有的职业素养，因此课程内容就不能仅依赖于教材。首先，线上线下同步构建“模块化+理实一体化”课程知识体系，既涵盖理论基础的共性知识（设计总论、疲劳强度理论与摩擦理论），又包含三大类通用零件设计的个性知识（连接、传动、轴系支撑），并拓展非标自动化及创新设计模块。其次，将实践内容融入每一个个性模块中，理实交替进行，难度逐级递增，旨在不断巩固学习效果，提升学习深度，逐步培养学生的综合设计能力。最后，融入“工程、生活、思政”案例，实现“理实融合、德技双修”的育人目标。基于OBE理念重构的“模块化+理实一体化”课程知识体系总体框架如图1所示。

此部分内容在讲解时以“带式输送机高速级带传动设计”案例为主线，以其他“工程、生活、思政”案例为辅线，将授课内容贯穿其中，融入“团队精神、创新精神、智能制造及多学科交叉”等新工科所包含的育人元素，在培养学生专业能力的同时，提升学生的思政素养。主线案例串联逻辑如下：设计带传动—选择带传动的类型—了解带传动的组成—分析带传动在工作时可能出现的情况—制定合理的设计准则。这样各部分的授课内容就能通过一个典型案例串联起来，而不是孤立的。同时，提供非标自动化设计的线上资源及同步带传动设计实例，拓展书本知识，能够让学生接触更多的工程实践案例，了解行业最新动态。

（二）基于BOPPPS模型，开展“案例式”混合教学

BOPPPS模型又称“有效教学”，主要由课堂导入（Bridge⁃in）、课堂目标（Objective）、课堂前测（Pre⁃assessment）、课堂参与（Participatory⁃learning）、课堂后测（Post⁃assessment）和课堂总结（Summary）六个元素组成，简称为BOPPPS[8]。互联网时代，移动信息技术与教学资源的结合成为当前国内教育教学领域的研究热点，在学习方式碎片化和泛在化的今天得到了广泛认可。学生的线上学习效果和参与度将直接影响混合式教学效果，学生能利用碎片时间完成[9]，这虽然体现了学习的灵活性和自由性，但也存在部分学生的自主学习单纯是“刷网课”，并非“有效学习”。因此，如何设置线上任务、怎样及时反馈与评价成为线上学习的重要监督手段。本课程设置较简单的内容作为线上自主学习任务，同时布置话题讨论、问卷、随堂限时测试等前测任务来间接督促更多学生保质保量地完成课前任务。在课中通过线下互动，包括随机提问、抢答、汇报等形式，实施奖罚积分措施等，以现场检验和客观准确评估自主学习效果。对于较难理解的高阶内容，采取线下教学形式，以工程案例为主线，通过前测、导入、目标、参与式学习、总结及后测六步法形成教学闭环。导入环节引入“工程、生活、思政”案例来帮助学生建立理论与实践的联系。如图2展示了以目标为导向、以工程案例为主线，借鉴BOPPPS模型开展的“键连接”混合式教学的过程，体现了以学生为中心的“学、测、做、研”四个学习环节。

“学”：学生根据教师提供的线上资源——键的类型授课视频，学习并掌握常见的键的类型包含平键、半圆键、楔键和切向键，同时结合线上资源——键连接动画，理解各种键的特点及应用场合，及时归纳出键的类型选择依据，上传到学习通问卷中。

“测”：线上利用前测试题（限时随堂练习）及时检验学生能否根据实际工况来选择合适的键的类型，教师及时反馈学习通的学习数据，对表现好的学生给予加分奖励，不断激发学生自主学习的热情。对未能按时完成任务的学生进行减分，利用公平公正的积分奖罚机制，全面掌握学生的过程性学习数据。

“做”：课中，强调学生的主体地位，以中国古代的“榫卯结构”思政案例为切入点，让学生感受中国智慧，体会连接的重要性。以工程案例中键连接的设计为主线，通过任务驱动、学生参与（查标准、计算强度），逐步完成学习任务。

“研”：课后，一方面要求学生养成自我归纳总结的好习惯，另一方面重视实践能力的培养，以小组为单位完成设计装配图。同时，提供最新理论成果，要求学生课后研读，课上分享，以提升学生的创新思维和高阶能力。

（三）“课内+课外”“实践+实验”开展实践教学

实践环节对于学生的实践能力培养至关重要，是学生从理论上的“会设计”向实际上的“能设计”转变的重要途径。因此在实践教学模块中，一方面要布置合理的任务，另一方面要注重教师的辅助答疑。在机械设计实践环节，除了要有主讲教师指导，还要配备三维建模和3D打印指导教师，同时借助“对分课堂”理念，充分利用课内与课外时间，保证实践的顺利进行，具体实践教学安排如表2所示。首先，主讲教师课内布置实践任务，小组成员在初步讨论并明确设计要求的情况下，转移至课外研讨阶段，完成一系列设计计算，在此过程中遇到疑问，可以直接在线上寻求教师的帮助以得到快速解答，也可以待线下答疑课时请教教师帮助解决。教师会将3D打印模型带入课堂进行展示，小组成员边观摩边讨论、教师辅助答疑，完成设计计算。其次，在课外由三维建模教师指导，小组成员共同完成设计的三维建模。最后，学生走进3D打印实验室完成设计的实物化。实践结束后将设计报告、设计图纸、实物照片等上传至超星泛雅平台。以上整个实践环节既包含了理论设计计算，又进行了三维建模与实物化，有利于培养学生的综合设计能力。

（四）混合式教学评价

评价是教学持续改进闭环系统的关键[9]，只有合理的评价机制才能保障学生积极融入课堂并进行有效学习。本课程学习评价立足专业与思政两个维度，采用“过程性考核+诊断性考核+增值性考核+终结性考核”“多教师评价+小组评价相结合”的形式，如表3所示。其中，过程性考核20%=课堂表现10%（线上任务完成情况、线下课中互动）+课后作业10%（线上学习通）；诊断性考核15%=阶段测试10%+期中测试5%（线上学习通）；增值性评价25%=项目设计15%（线下成果汇报）+实验10%（线下实验操作及报告）。评价主体为主讲教师、建模指导教师、3D打印及课内实验教师、助教团队、小组学生。终结性考核40%的考查内容涵盖专业素养与思政素养两个方面，重视对学生知识、能力、素质达成度的检验[10]。

四、改革成效

基于混合式教学模式的教学改革，突破了传统教学方式的局限[11]，具有教学资源丰富、教学方法多元等特点，充分遵循学生的认知规律，将线上与线下、课内与课外、理论与实践、专业与思政有机融合。教学内容突破了教材和课程的局限，以“设计案例”为主线，以“工程、生活、思政”案例为辅线，同时将实践有效融入理论，实现“做中学、学中做”“理实融合”“德技双修”。教学方法上基于BOPPPS模型，以学生为中心，通过典型案例将零散知识点串联起来，以破解传统授课按单个知识点讲授而导致学生无法建立各知识点之间联系的困局。

（一）课堂参与度及课程满意度显著提高

上述教学方法已应用于我校2020级机械1-3班（120人）和2021级机械1-3班（111人）。教学改革实施后，学生的课堂参与度明显提高，超星泛雅平台数据显示，2021级学生课堂活动参与人次为7520人次，2020级学生课堂活动参与人次为4801人次，较教改前2019级的1366人次明显提高。期中、期末两个阶段的学习通匿名问卷调查结果显示，96.81%的学生对课程教学方法和学习效果持认可及满意态度，且认为整个学习过程充满了积极的正面情绪，是快乐的学习体验。

（二）学生的科研及岗位适应能力增强

通过理实融合和逐级项目实践，学生的创新设计能力显著提升，在机械设计相关学科竞赛中表现突出，获得国家级奖项数量同比增长11.3%，省级奖项数量同比增长30.5%。同时，学生的科研能力有所提高，发表科研论文2篇、申请专利4项、完成软著2部，有6人参与横向科研项目、4人参与山东省教育教学研究课题。通过对用人单位的回访可知，毕业生的工程应用能力及职业素养得到了用人单位的肯定。

五、结语

基于BOPPPS的“案例式、双融合”混合式教学是新工科背景下一种行之有效的教学方法。通过该方法的实施，我校培养出了更多具备实践能力、创新思维和综合素质的应用型人才，为推动我国科技进步和经济社会发展提供了人才保障。未来，我们将继续探索和完善这一教学方法，以期在教育教学中发挥更大的作用。

［参考文献］

[1] 闫广芬，彭瑞娟.“新工科”背景下工科生人文素养内涵模型构建研究：基于质化内容分析法[J].天津大学学报（社会科学版），2024，26（1）：1-8.

[2] 金鑫，李良军，杜静，等.基于BOPPPS模型的教学创新设计：以“机械设计”课程为例[J].高等工程教育研究，2022（6）：19-24.

[3] 李晓岩，王鹏超，毕冰.理实融合，构建“教、学、做、思、用”立体化教学模式[J].生物学杂志，2023，40（5）：126-130.

[4] 何芳，嵇斗，王晓蓓.“电路”课程理实一体化教学模式改革实践[J].电气电子教学学报，2023，45（2）：25-28.

[5] 袁晓霞，徐艳玲，余露露，等.混合式教学的实践与研究：以《动物解剖生理》课程为例[J].现代农业，2019（3）：100-102.

[6] 杜星月.基于混合式学习的学习空间构建及其应用研究[D].太原：山西师范大学，2017.

[7] 刘会肖.基于OBE理念的理工科高校教育质量提升路径研究[D].石家庄：河北科技大学，2020.

[8] 林国英，张慧杰，白彧.应用型本科院校机械设计类基础课程群建设路径研究[J].轻工科技，2022，38（6）：138-140.

[9] 龙慧，马振中，张雅璐，等.基于双理实融合的程序设计课程混合式教学模式探索[J].计算机教育，2023（8）：177-181.