基于“SCAPE+BOPPPS”的环境工程专业流体力学教学改革研究

［摘 要］流体力学是环境工程专业的重要基础课程，其教学效果直接影响学生对后续专业课知识的理解与运用。文章以明渠均匀流的教学为案例，详细介绍了BOPPPS教学模式的具体运用，并通过SCAPE全景评估体系对教学效果进行评估。评估结果显示，BOPPPS教学模式显著提升了学生的学习兴趣和参与度，有助于学生更好地理解和掌握关键知识点，显著提升了教学效果，增强了学生的知识运用能力。

［关键词］BOPPPS；SCAPE；流体力学；环境工程；明渠均匀流；教学改革

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2025）04-0029-04

流体力学作为环境工程专业的重要基础课程，涵盖了水力学的基本原理及其在环境工程中的实际应用[1]。然而，传统教学模式常因课程内容偏重理论、学生参与度低等问题，难以充分激发学生的学习兴趣和提高学生的实际应用能力[2]。近年来，BOPPPS（导入、目标、前测、参与、后测、总结）教学模式以清晰的教学结构和以学生为中心的设计，逐渐在各类课程教学中得到了广泛关注与实践[3]。该模式通过精心设计教学环节，促进学生主动参与，同时以多元化的教学方式有效促进学生对知识的掌握与应用[4]。

本研究以明渠均匀流的教学为案例，分析BOPPPS教学模式在流体力学教学中的实际应用与成效，并通过SCAPE全景评估体系评估教学效果，旨在为环境工程专业课程的教学改革探索可行路径，推动教学模式的创新优化，开展理论与实践并重的环境工程人才培养。

一、BOPPPS教学模式概述

工程教育专业认证的核心理念是“学生中心、成果导向、持续改进”[5]。因此，教师在进行教学设计时应始终以学生的毕业要求为导向，激发学生学习的积极性和主观能动性，促进培养目标的达成。为此，原有以教师为主导的传统教学模式亟须转变为以学生为中心的教学模式，通过反向设计来优化教育教学过程，最终高标准达成专业培养目标。

BOPPPS教学模式的核心在于强调师生之间的互动，注重学生的积极参与和反馈。该模式起源于加拿大，基于学生在10到15分钟内的专注力设计教学环节[6]。教学过程被分为六个关键环节：导入（Bridge⁃in）、目标（Objective）、前测（Pre⁃assessment）、参与（Participatory Learning）、后测（Post⁃assessment）和总结（Summary）[7]。该模式通过明确的教学步骤和各环节之间有机结合，提升学生的学习体验和知识掌握度。如图1所示，BOPPPS教学模式能在提升教学效果的同时，促进学生的主动学习和深度参与，从而为教学目标的达成提供有力保障[8]。因此，将BOPPPS教学模式应用于流体力学课程中，有望改善传统教学中存在的问题，进一步提升学生的学习体验与知识应用能力[9]。

二、教学设计与实施

本研究以明渠均匀流为案例，系统性地分析BOPPPS教学模式在流体力学教学中的应用。

（一）导入（Bridge⁃in）

导入环节的主要任务是激发学生的兴趣和好奇心，引导学生集中注意力，帮助他们将即将学习的知识与前期所学内容联系起来。流体力学的应用场景无处不在，因此授课教师可以利用生动且具有趣味性的小案例来完成导入环节。在明渠均匀流的教学中，教师通过播放“小伙徒手建小型水力发电站”的视频，展示明渠均匀流的实际应用。视频的直观性使学生能够快速理解流体力学知识在工程中的实际意义，激发学生的兴趣和好奇心，并引导学生走进课堂内容。这一环节的时间控制在3分钟左右。

（二）目标（Objective）

明确学习目标是教学设计的关键。学习目标能够为学生指明学习的方向。本次课程的学习目标涵盖了流体力学基本概念、计算方法和实际应用等方面。在BOPPPS教学模式下，教师根据课程大纲和教学目标，结合流体力学的实际内容，将学习目标具体化、系统化。在本节课中，教师通过板书明确了三大核心学习目标：（1）理解明渠均匀流的定义、特性及其与其他流动类型的关系，重点理解其物理含义；（2）掌握水力最优断面及允许流速的计算方法，并理解其工程实践意义；（3）掌握明渠均匀流的输水能力计算和设计，包括如何计算明渠的底坡坡度和断面尺寸等。这些目标有助于学生系统地理解课程知识框架，并能为后续学习指明方向。本环节时间控制在3分钟左右。

（三）前测（Pre⁃assessment）

前测环节的设计是为了提高学生的课堂参与度，帮助教师了解学生对前期知识的掌握情况，确保课堂教学的顺利进行。近年来，随着翻转课堂、微课和MOOC（慕课）等新型教学手段的出现，“先学后教”的策略得到推广，学生可以通过课前学习掌握基础知识，课堂上则更多进行思维训练和高阶应用。在本节课的前测中，教师结合翻转课堂的理念，利用学习通、雨课堂等平台，通过在线测试进行知识点回顾和预习效果检测，涵盖了流体力学中的基本概念、均匀流的数学表达式、伯努利方程等内容。教师可利用在线测试的自动评分功能迅速评估学生对基础知识的掌握情况，并在课堂开始前根据测试结果作出适当的教学调整。教师根据测试结果，决定在接下来的教学中重点讲解哪些知识点，并设计提问环节进一步引导学生思考。前测环节不仅能帮助学生集中注意力，也为后续的教学活动提供了数据支持。前测环节时间控制在15～20分钟。

（四）参与（Participatory Learning）

参与环节是BOPPPS教学模式的核心部分，旨在通过互动和小组活动，增强学生的学习动力和实践能力。课堂中的小组讨论和实际应用案例能够让学生将理论知识与实际问题相结合，帮助学生深刻理解课程内容。在明渠均匀流的教学中，参与环节包含了多个活动。

1.小组讨论。学生被分为3～5人一组，讨论明渠均匀流知识的应用场景，如灌溉渠和排水渠中的流体流动特性及计算方法。小组成员讨论后，由代表汇报讨论结果，其他组成员补充和质疑。教师进行总结和点评，强调关键知识点。该环节用时6～8分钟。

2.城市排水系统设计。提供一个实际的城市排水系统设计案例，让学生运用所学的水力最优断面和允许流速等知识计算不同段落的流速和流量，探讨如何优化排水系统设计。每组完成设计后提交书面报告，教师点评不同小组的设计方案。该环节耗时10～15分钟。

3.农业灌溉渠设计。该环节旨在帮助学生理解明渠均匀流知识在农业中的应用，通过设计灌溉渠的断面并计算流速和流量，帮助学生巩固学习目标（2）和（3）。每组完成设计后进行展示和讨论，教师对设计中的优缺点进行点评。该环节用时6～8分钟。

4.实验视频观看。播放明渠流动实验的演示视频，使学生可以直观理解流动特性及计算参数，进一步加深对理论知识的理解。实验结束后，教师总结实验结果，布置课下实验任务，帮助学生进一步理解切应力与流速分布的关系。该环节用时约5分钟。

通过这些互动环节，学生不仅能更深入地理解明渠均匀流的计算方法和实际应用，还能够培养合作能力和实践能力。参与环节总用时25～30分钟。

（五）后测（Post⁃assessment）

教师利用学习通和雨课堂等平台的在线测试和自动评分功能，设计测验和作业进行后测，以检验学生对知识点的掌握情况。后测主要考查“三基”知识，涉及明渠的定义与特点、曼宁公式、切应力特征、流速计算、水力半径与湿周计算、流速与流量计算等。此外，应对测试过程中错误率较高的题目进行重点讲解，强化学生对知识的理解。

课后作业以案例分析为主，考查学生对本节课所学知识的运用能力。教师对课后作业进行细致批改，并给出改进建议。在课堂上选取几份具有代表性的作业进行点评，分析常见问题和优秀解答。后测环节耗时22～25分钟。

在教学中，通常在导入环节前，完成上次课的课后作业点评。同时，根据测验和作业的考查结果，在课程的答疑环节进行个别辅导，帮助学习困难的学生理解和掌握关键知识点。

（六）总结（Summary）

在本节课结束前进行教学总结，通过引导式问答的方式回顾和归纳本节课的关键知识点，巩固学生的学习成果。在引导学生回答的过程中，将重点知识板书展示，以引起学生的重视。加强与学习困难学生的互动，通过互动进行知识点拨和答疑。之后预告后续教学内容，以确保学习的连贯性和系统性。总结环节用时约12分钟。

三、教学效果评价

流体力学课程的教学效果评价通过问卷调查（Survey）、课堂反馈（Classroom Feedback）、作业/测验分析（Assignment/Test Analysis）、表现观察（Performance Observation）和参与度评估（Engagement Review）等多种方法进行，形成了基于BOPPPS教学模式的SCAPE全景评估体系（见图2），实现了系统化的教学反馈。具体评价内容如下：

（一）问卷调查（Survey）

问卷调查主要聚焦学生对知识点的掌握情况、学习兴趣及教学方法反馈。问卷内容涵盖知识点掌握程度、学习兴趣水平及对教学方法的评价。通过分析调查结果，教师能够及时调整教学策略，提高课程教学效果。

（二）课堂反馈（Classroom Feedback）

课堂反馈是改进教学的重要手段。在教学过程中，教师通过课堂即时反馈及课后平台或邮件反馈，收集学生对课程内容理解、知识掌握及教学方法有效性的反馈信息。基于反馈结果，教师可对课程内容和教学方法进行优化。

（三）作业/测验分析（Assignment/Test Analysis）

作业/测验分析着重了解学生的成绩分布及知识点掌握情况，尤其关注计算题和应用题的得分情况。通过分析题目得分率，教师能够识别学生在知识运用中的薄弱环节，从而进行有针对性的讲解与补充，确保学生对核心知识的掌握。例如，通过明渠均匀流章节的作业和测试，评估学生对曼宁公式与流速流量计算方法的理解。

（四）表现观察（Performance Observation）

教师通过观察学生的课堂表现，评估学生的课堂参与度、学习态度和小组合作情况。课堂表现观察有助于进一步了解学生的参与效果，及时优化教学策略。

（五）参与度评估（Engagement Review）

参与度评估可提升学生学习的积极性与主动性。评估方法包括：学伴互评，激发小组学习动力；学生评教，反馈教学优缺点；教师评学，了解学生表现；课程满意度调查；课程改进建议征集。多角度的评估有助于教师全面掌握学生的学习情况及课程教学效果，及时发现并解决问题。

四、结语

在流体力学课程教学过程中，教师通过有效结合导入、目标、前测、参与、后测和总结六个环节，充分激发了学生的学习动力，促进了学生的深度学习和自主参与，进而提升了整体教学效果。基于SCAPE全景评估体系，教学反馈机制得到了系统化的实施。评估结果表明，学生在案例分析、小组讨论和实验演示等活动中，成功实现了理论知识与实际应用的有机融合，增强了实践操作能力与问题解决能力。前测与后测的设计可帮助教师有效掌握学生的学习进度，并根据测试结果进行针对性的教学调整。小组合作学习的形式不仅促进了师生、生生之间的互动，还提升了学生的团队协作能力与沟通技能。本研究可为流体力学课程和相关课程的教学改革及创新提供新的思路。

［ 参 考 文 献 ］

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[2] 孟庆昌，张志宏，邓辉，等.面向实战化需求的流体力学教学改革与实践[J].力学与实践，2022，44（3）：681-686.

[3] 高艳宏，王宏丹，张明远，等.BOPPPS教学模式下冶金工程专业综合实验的教学设计与实践[J].实验室研究与探索，2024，43（2）：110-114.

[4] 姚婉清，佘能芳.BOPPPS教学模式的教学设计要素分析及案例设计[J].化学教育（中英文），2022，43（18）：51-57.

[5] 孙晶，张伟，任宗金，等.工程教育专业认证毕业要求达成度的成果导向评价[J].清华大学教育研究，2017，38（4）：117-124.

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[7] 梁臻熠，杨宗藩.BOPPPS教学模式在卫生法学课程教学中的实践与思考：基于对分易教学平台[J].大学教育，2021（12）：4-6.

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［责任编辑：周侯辰］