基于“雨課堂”的BOPPPS 教學(xué)模式的應(yīng)用
——以“電路理論”課程為例

田 莉，胡鶴宇，李延平

（湖南工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，湖南湘潭411104）

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020 年）》中提出“推動(dòng)信息技術(shù)和高等教育的合理融合，利用信息化工具和平臺(tái)提升教學(xué)水平，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行自主管理、自主服務(wù)、自主學(xué)習(xí)的意識(shí)與能力”［1］。因此，在“互聯(lián)網(wǎng)+”大背景下，將信息技術(shù)引入課堂已經(jīng)成為教學(xué)改革和創(chuàng)新的迫切需要。近幾年，以“雨課堂”為代表，還包括“超星學(xué)習(xí)通”“藍(lán)墨云班課”“Google Classroom”“課堂派”等智慧教學(xué)App 走進(jìn)了高校課堂，為實(shí)現(xiàn)高校課堂信息化提供了重要信息技術(shù)與平臺(tái)。本文將借助于“雨課堂”，結(jié)合BOPPPS教學(xué)模式和探究性教學(xué)理念，探索信息化有效課堂教學(xué)改革問題。

一 探究性教學(xué)、BOPPPS 教學(xué)模式和“雨課堂”

（一）探究性教學(xué)

探究性教學(xué)是指在老師的組織指導(dǎo)下，通過創(chuàng)設(shè)情境，對(duì)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、求解問題給出決策。探究式教學(xué)能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力，可以讓學(xué)生真正成為課堂的主人，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂活動(dòng)的積極性，提高課堂效率。［2］更重要的是，探究性教學(xué)把“科學(xué)家的研究過程”引入到教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)“科學(xué)家的研究過程有和學(xué)生的學(xué)習(xí)過程的相同性和不可分割性的一面”。雖然學(xué)生學(xué)習(xí)和探究具有“模擬性”“再現(xiàn)性”“驗(yàn)證性”的特征，但從科學(xué)的本質(zhì)來看，學(xué)習(xí)過程和研究過程是統(tǒng)一的，其過程和結(jié)論也是統(tǒng)一的。［3-4］

（二）BOPPPS 教學(xué)模式

BOPPPS 教學(xué)模型包含引入（Bridge-in）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（Objective）、前測(cè)（Pre-test）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory learning）、后 測(cè)（Post-assessment）和 總 結(jié)（Summary）六個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，各個(gè)模塊之間相互“起承轉(zhuǎn)合”，實(shí)現(xiàn)45 分鐘課堂教學(xué)分段展開，但教學(xué)內(nèi)容是有機(jī)結(jié)合的一個(gè)閉環(huán)教學(xué)模式。［5］BOPPPS 教學(xué)模式一方面能夠幫助教師有效組織課堂教學(xué)，另一方面能夠幫助學(xué)生思考如何分析問題、如何探尋學(xué)習(xí)難點(diǎn)、如何反思學(xué)習(xí)盲點(diǎn)等問題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。［6］

（三）“雨課堂”

2016 年4 月，清華大學(xué)和學(xué)堂在線合作推出了智慧教學(xué)工具“雨課堂”。它將云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘等新時(shí)代的技術(shù)手段融入PPT 和手機(jī)微信中。課前，學(xué)生通過手機(jī)端可瀏覽教師發(fā)布的導(dǎo)學(xué)內(nèi)容。課中，通過彈幕、紅包、課堂點(diǎn)名、提問等功能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，教師還可以設(shè)置選擇題、填空題、投票題等了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。課后，通過發(fā)布課后作業(yè)方式了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的消化吸收情況?！坝暾n堂”讓學(xué)生在課前、課中、課后與教師建立溝通橋梁，讓課堂互動(dòng)一直保持在線的狀態(tài)。它靈活地將線上與線下的學(xué)習(xí)方式有效整合，巧妙地安排課堂內(nèi)的教學(xué)活動(dòng)，使得教學(xué)設(shè)計(jì)更加開放機(jī)動(dòng)。［7-8］

二 基于“雨課堂”的BOPPPS 教學(xué)模式

以探究型教學(xué)理念為指導(dǎo)，以BOPPPS 教學(xué)模式為框架，結(jié)合“雨課堂”功能特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的教學(xué)模式（見圖1），該教學(xué)模式將“雨課堂”與BOPPPS 的六個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合。

圖1 基于“雨課堂”的BOPPPS 教學(xué)模式

（一）引入（Bridge-in）

引入環(huán)節(jié)可以是挑戰(zhàn)性問題、新聞時(shí)事、鮮明的實(shí)例、有趣的活動(dòng)、示范展示、個(gè)人故事等，目的在于更好地吸引學(xué)生注意力，使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，促使學(xué)生專注于即將開展的核心教學(xué)內(nèi)容，引入環(huán)節(jié)也是探究性教學(xué)的開始。在此環(huán)節(jié)中，可以利用“雨課堂”的插入慕課視頻、插入網(wǎng)絡(luò)視頻的功能導(dǎo)入教學(xué)素材；采用隨機(jī)點(diǎn)名、紅包等功能促進(jìn)學(xué)生參與到引入問題的思考中。

（二）學(xué)習(xí)目標(biāo)（Objective）

該環(huán)節(jié)需要教師言簡(jiǎn)意賅地闡明學(xué)習(xí)目的，傳達(dá)教學(xué)目標(biāo)，明確告知學(xué)生通過這節(jié)課能夠?qū)W會(huì)做什么，讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)的方向。對(duì)此，教師可利用“雨課堂”的公告功能，提前發(fā)布學(xué)習(xí)目標(biāo)，包括要學(xué)習(xí)什么內(nèi)容，掌握到什么程度，實(shí)際應(yīng)用情況等。

（三）前測(cè)（Pre-test）

前測(cè)是在建立學(xué)習(xí)目標(biāo)之后對(duì)學(xué)生進(jìn)行的摸底，獲悉是否需要復(fù)習(xí)先備知識(shí)，以便教師及時(shí)調(diào)整課程的深度與進(jìn)度，使師生雙方更好地配合，使課堂教學(xué)目標(biāo)得以有效達(dá)成。在該環(huán)節(jié)，教師可以通過“雨課堂”上傳和發(fā)布相關(guān)學(xué)習(xí)資源，并通過“雨課堂”管理端了解學(xué)生課前任務(wù)完成情況。課堂上，利用“雨課堂”創(chuàng)建單選題、多選題、主觀題、投票題等進(jìn)行簡(jiǎn)短測(cè)試，并根據(jù)“雨課堂”的反饋，針對(duì)學(xué)生易錯(cuò)和疑問點(diǎn)進(jìn)行講解。在教學(xué)過程中，學(xué)生的任何參與過程都會(huì)得到相應(yīng)的分值，而這些分值可以反饋到“雨課堂”平臺(tái)，作為學(xué)生的過程性考核成績(jī)。

（四）參與式學(xué)習(xí)（Participatory learning）

參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)是課堂教學(xué)的核心，要求教師善于采用各種合理的教學(xué)策略、信息化教學(xué)手段鼓勵(lì)更多的學(xué)生主動(dòng)參與到教學(xué)環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)目標(biāo)。該環(huán)節(jié)不僅是課程的核心環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)探索式教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。［4-5］參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的方法和策略有：小組討論、學(xué)生反思、個(gè)人報(bào)告、情境模擬、個(gè)案研究、實(shí)際操作、角色扮演和開展辯論等。教師可以利用“雨課堂”提供的多種功能開展互動(dòng)式教學(xué)活動(dòng)。對(duì)于一般性知識(shí)點(diǎn)，可以利用“雨課堂”創(chuàng)建單選題、多選題、主觀題、投票題等進(jìn)行鞏固；對(duì)于疑難知識(shí)點(diǎn)可以利用“投票”功能；對(duì)于綜合性、應(yīng)用型的知識(shí)，利用投稿、彈幕功能讓同學(xué)們自由發(fā)言，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性；對(duì)于任務(wù)型、案例型的教學(xué)，教師可以利用創(chuàng)建小組功能分組，小組內(nèi)討論后上傳答案，讓小組之間互評(píng)。利用“雨課堂”的強(qiáng)大功能，可以讓學(xué)生積極參與，輕松完成互動(dòng)式教學(xué)環(huán)節(jié)。

（五）后測(cè)（Post-assessment）

后測(cè)環(huán)節(jié)主要是了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果是否達(dá)成既定的教學(xué)目標(biāo)。對(duì)于理解型知識(shí)可以采用選擇題、簡(jiǎn)答題；態(tài)度價(jià)值型可采用心得、日志等。在該環(huán)節(jié)中，教師可以在“雨課堂”預(yù)先創(chuàng)建測(cè)試題目進(jìn)行隨堂測(cè)試，也可以布置課后作業(yè)。學(xué)生以文檔、音頻、視頻和圖片的方式通過“雨課堂”在線提交。值得注意的是，后測(cè)環(huán)節(jié)也可以是實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主探究性學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，通過“雨課堂”設(shè)置特定情境或問題，通過學(xué)生自主思考、分組討論等方式實(shí)現(xiàn)探究性學(xué)習(xí)。

（六）總結(jié)（Summary）

該環(huán)節(jié)的主要作用是總結(jié)課堂內(nèi)容，幫助學(xué)生整合學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生反思內(nèi)容，預(yù)告下次課程內(nèi)容。在該環(huán)節(jié)教師可以通過“雨課堂”的PPT 同步、討論區(qū)發(fā)帖等功能幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握重點(diǎn)、突破難點(diǎn)和解決疑點(diǎn)。

三 基于雨課堂的BOPPPS 模式在“電路理論”課程中的實(shí)踐案例

“電路理論”是電氣工程、自動(dòng)化等電類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)的專業(yè)課程如“集成電路”“模擬電子技術(shù)”的基礎(chǔ)。動(dòng)態(tài)電路的暫態(tài)分析幫助學(xué)生理解和掌握動(dòng)態(tài)電路發(fā)生換路后電壓、電流的變化過程，是本課程的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)。筆者利用基于“雨課堂”的BOPPPS 教學(xué)模式對(duì)“一階RC 電路的零輸入響應(yīng)”的教學(xué)過程進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和實(shí)踐。

（一）引入（Bridge-in）

引入環(huán)節(jié)以問題為先導(dǎo)。第一個(gè)問題：日常生活中我們都見過樓梯口燈延時(shí)熄滅的現(xiàn)象。當(dāng)我們把開關(guān)打開時(shí)，燈在亮一會(huì)后慢慢熄滅，燈延時(shí)熄滅的工作原理是什么？燈亮?xí)r間的長(zhǎng)短能不能控制？如果要控制，要控制哪些物理量？第二個(gè)問題：某工區(qū)檢修人員從高壓電網(wǎng)切除一組電容器進(jìn)行檢修。由于急趕任務(wù)，在電容器剛被拆除近一個(gè)小時(shí)就進(jìn)行檢修，結(jié)果不幸觸電身亡。為什么電容器在被拆下近一個(gè)小時(shí)還帶電致人死亡？

拋出兩個(gè)問題，使枯燥乏味的理論教學(xué)頓時(shí)變得生動(dòng)起來，引起學(xué)生思考、調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在該環(huán)節(jié)中，通過“雨課堂”隨機(jī)點(diǎn)名功能選擇同學(xué)們回答，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

（二）學(xué)習(xí)目標(biāo)（Objective）

本次課的學(xué)習(xí)目標(biāo)是：掌握零輸入響應(yīng)的定義；掌握零輸入響應(yīng)的規(guī)律和實(shí)質(zhì)；掌握時(shí)間常數(shù)對(duì)一階RC 零輸入響應(yīng)的影響。學(xué)習(xí)目標(biāo)可以通過“雨課堂”平臺(tái)提前發(fā)布，讓學(xué)生學(xué)習(xí)更有目的性。

（三）前測(cè)（Pre-test）

為了解學(xué)生對(duì)動(dòng)態(tài)電路方程建立和初始值求解的熟悉程度，也為后續(xù)的新知識(shí)學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備，本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了兩個(gè)測(cè)試題。第一個(gè)測(cè)試題：如何建立由電阻和動(dòng)態(tài)元件組成的一階動(dòng)態(tài)電路的微分方程。第二個(gè)測(cè)試題：如何求動(dòng)態(tài)電路的初始值。該環(huán)節(jié)通過“雨課堂”發(fā)布測(cè)試題，讓學(xué)生在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成，根據(jù)“雨課堂”后臺(tái)反饋結(jié)果，獲悉先備知識(shí)的掌握情況，對(duì)參與式教學(xué)環(huán)節(jié)起到“投石問路”的作用。

（四）參與式學(xué)習(xí)（Participatory learning）

本設(shè)計(jì)主要采用了小組討論、學(xué)生反思、實(shí)際操作、個(gè)案研究的方式實(shí)現(xiàn)參與式學(xué)習(xí)。本設(shè)計(jì)中的參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)分為五個(gè)步驟，主要以問題為先導(dǎo)，融入探究性學(xué)習(xí)過程，“雨課堂”則作為重要信息化教學(xué)手段來輔助參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。

步驟一：給出零輸入響應(yīng)的定義?？疾煸趫D2所示的一階RC 動(dòng)態(tài)電路中，當(dāng)開關(guān)在t=0 時(shí)刻由2位置變化到1 位置，思考換路后電路是否為零輸入響應(yīng)。利用“雨課堂”隨機(jī)點(diǎn)名功能讓同學(xué)回答。學(xué)生能根據(jù)零輸入響應(yīng)的定義判斷換路后的電路是零輸入響應(yīng)。通過問題導(dǎo)向的方式，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)：掌握零輸入響應(yīng)定義。

步驟二：要求同學(xué)們對(duì)圖2 電路進(jìn)行仿真操作，并回答問題：一階RC 電路的零輸入響應(yīng)的實(shí)質(zhì)是什么？電容電壓變化規(guī)律如何進(jìn)行數(shù)學(xué)描述？通過電路仿真操作，部分同學(xué)聯(lián)想到一階RC 電路的零輸入響應(yīng)是電容的放電過程，但大多同學(xué)不知道如何描述電容電壓的變化規(guī)律。由此，引出如何求解一階RC 電路的零輸入響應(yīng)。

圖2 一階RC 零輸入響應(yīng)電路

步驟三：講授一階RC 電路的零輸入響應(yīng)的求解。采用“雨課堂”課件講授：建立以電容電壓為變量的一階齊次微分方程；通過求解該齊次微分方程得到滿足初始條件的電壓響應(yīng)；通過電容元件的伏安關(guān)系獲得電流的響應(yīng)。

步驟四：一階RC 零輸入響應(yīng)有何特點(diǎn)。引導(dǎo)學(xué)生觀察電容電壓和電流的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并描繪電容電壓和電流的響應(yīng)曲線。通過“雨課堂”課堂分組的功能，讓小組代表歸納一階RC 電路零輸入響應(yīng)的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)。通過步驟三和步驟四實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)：掌握零輸入響應(yīng)的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)。

步驟五：如何描述電容放電的快慢。

學(xué)生探究活動(dòng)：（1）學(xué)生反思。引導(dǎo)學(xué)生觀察電容電壓和電流數(shù)學(xué)表達(dá)式中的RC，并通過“雨課堂”投票功能，讓全體同學(xué)對(duì)“RC 越大，電容放電過程越慢還是越快”的問題進(jìn)行投票，并獲得投票結(jié)果。（2）實(shí)際操作。通過Multisim 軟件仿真不同RC 取值下電容電壓響應(yīng)曲線，通過仿真驗(yàn)證“RC 越大，電容放電過程越慢”的結(jié)論。（3）個(gè)案研究。燈延時(shí)熄滅的工作原理是什么？燈亮?xí)r間的長(zhǎng)短能不能控制？如果要控制，要控制哪些物理量？通過個(gè)案研究回應(yīng)引入環(huán)節(jié)的問題。

在步驟五中，一方面利用學(xué)生反思、實(shí)際操作、個(gè)案研究的方式實(shí)現(xiàn)了參與式學(xué)習(xí)；另一方面利用問題導(dǎo)向、探索、求證的方式實(shí)現(xiàn)了探究性學(xué)習(xí)。通過將探究性學(xué)習(xí)思想融入?yún)⑴c式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，同學(xué)們很容易了解RC 是描述電容放電快慢的重要參數(shù)，而RC 就是時(shí)間常數(shù)。在此基礎(chǔ)上，同學(xué)們可以明白：燈延時(shí)熄滅的工作原理是電容對(duì)燈泡緩慢放電的過程；通過改變電容和燈泡阻值的大小可調(diào)節(jié)時(shí)間常數(shù)大小，從而控制燈亮的時(shí)間。通過步驟五實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)：掌握時(shí)間常數(shù)對(duì)一階RC零輸入響應(yīng)的影響。

至此，參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)結(jié)束。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，除了步驟三以教師講授為主，其他步驟都以合作討論、引導(dǎo)思考、仿真驗(yàn)證為主要活動(dòng)形式。在教學(xué)中，打破學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)的常規(guī)，通過“雨課堂”分組討論、投票、隨機(jī)點(diǎn)名等功能讓同學(xué)們積極參與到上述問題的研究。

（五）后測(cè)（Post-assessment）

后測(cè)環(huán)節(jié)中，通過“雨課堂”發(fā)布了兩個(gè)主觀測(cè)試題，不僅將探索式教學(xué)思想融入后測(cè)環(huán)節(jié)，而且達(dá)到檢驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)以致用的目的。

第一個(gè)測(cè)試題即回應(yīng)引入環(huán)節(jié)中的第二個(gè)問題，該問題描述為［9］：假定100μF 的電容器從8kV 的高壓電網(wǎng)上切除。切除后，電容器經(jīng)自身漏電電阻R 放電，電阻R=50MΩ。求：切除后電容電壓的表達(dá)式；請(qǐng)問1 小時(shí)后，電容的電壓值為多少？

學(xué)生探索過程：（1）學(xué)生根據(jù)問題描述建立電容拆除的電路模型，如圖3（a）所示；（2）建立電容拆除后的等效電路，如圖3（b）所示；（3）電容被拆除后實(shí)際就是電容對(duì)自身漏電阻的放電過程，借助一階RC電路零輸入響應(yīng)知識(shí)點(diǎn)，計(jì)算電容響應(yīng)表達(dá)式；（4）計(jì)算出電容被拆除1 小時(shí)后電容兩端的電壓值仍為1800V，解釋事故發(fā)生原因。

圖3 （a）電容拆除的電路模型 （b）電容拆除后的等效電路

第二個(gè)測(cè)試題：復(fù)雜一階RC 電路的零輸入響應(yīng)分析。［9］題目為：電路如圖4 所示，電路中的電容原充有10V 電壓，求S 閉合后，電容電壓和各支路電流隨時(shí)間變化的規(guī)律。

圖4 測(cè)試題二的電路圖

學(xué)生探索過程：（1）如何求復(fù)雜的一階RC 電路的零輸入響應(yīng)；（2）在等效的電路中，可以求得電容的電壓和電流，如何求其他支路的電流；（3）觀察電容電壓和各支路電流響應(yīng)的表達(dá)式，其響應(yīng)有何特點(diǎn)；（4）分組討論并讓學(xué)生自行總結(jié)復(fù)雜一階RC 電路分析的思路和響應(yīng)的一般表達(dá)。

（六）總結(jié)（Summary）

在本教學(xué)中，該環(huán)節(jié)整理并回顧授課內(nèi)容。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)：確定初始值和時(shí)間常數(shù)就可以唯一確定響應(yīng)表達(dá)式。最后，從方法論角度進(jìn)行引導(dǎo)：電路分析利用了數(shù)學(xué)和物理知識(shí)，但最終形成了自身的獨(dú)特方法，這就是電路課程的魅力所在。事實(shí)上，每門課程都有自己的特點(diǎn)和研究方法，同學(xué)們要掌握正確的學(xué)習(xí)和科學(xué)方法去解決問題。

四 基于“雨課堂”BOPPPS 教學(xué)模式實(shí)施效果

在教學(xué)過程中，課題組還采用該模式對(duì)結(jié)點(diǎn)電壓法、回路電流法、相量法等多個(gè)內(nèi)容進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)與實(shí)踐。通過每學(xué)期課程結(jié)束后的問卷調(diào)查表明：90%以上的學(xué)生支持基于“雨課堂”BOPPPS 教學(xué)模式。從課堂表現(xiàn)可以觀察到：采用新的教學(xué)模式和“雨課堂”信息化手段后，課堂教學(xué)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)次數(shù)增多，課堂效果好。通過分析“電路理論”課程期末考試成績(jī)可知，該模式教學(xué)實(shí)施期間，課程考試成績(jī)維持在較理想的狀態(tài)（見圖5）。此外，通過雨課堂的手機(jī)端和電腦端，我們多角度、全程獲取教學(xué)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)過程的全面監(jiān)測(cè)，從而使課程教學(xué)管理嚴(yán)格、有效。

圖5 “電路理論”課程期末考試卷面成績(jī)分布

五 結(jié)語

通過充分了解雨課堂功能特點(diǎn)及BOPPPS 教學(xué)模式，構(gòu)建基于“雨課堂”的BOPPPS 模式，在該模式的指導(dǎo)下，對(duì)“電路理論”課程多個(gè)內(nèi)容進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和實(shí)踐。通過“一階RC 電路的零輸入響應(yīng)”的案例充分表明：該教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)與BOPPPS 模式的有機(jī)融合，充分展示探究性教學(xué)理念?；凇坝暾n堂”的BOPPPS 教學(xué)模式對(duì)“電路理論”的教學(xué)設(shè)計(jì)有很好的指導(dǎo)作用，為“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下課程的教學(xué)改革提供參考。