基于BOPPPS的“案例式、雙融合”混合式教學(xué)實踐

［摘 要］在新工科背景下，機械設(shè)計崗位對高校人才培養(yǎng)提出了更高的要求，學(xué)生需要具備多學(xué)科交叉知識和較強的實踐綜合能力。機械設(shè)計課程秉承以學(xué)生為中心的教育理念，開展“案例式、雙融合”混合式教學(xué)實踐。課程內(nèi)容突破傳統(tǒng)教材的局限，依據(jù)OBE理念重構(gòu)課程知識體系，將創(chuàng)新設(shè)計實踐與3D打印實驗融入課程各環(huán)節(jié)。課堂上基于BOPPPS模型開展線上線下混合式教學(xué)，用“工程、生活、思政”三案例串聯(lián)知識，充分發(fā)揮專業(yè)課程的育人功能。同時互通“課內(nèi)與課外，實踐與實驗”，重視學(xué)生綜合實踐能力的培養(yǎng)。實踐表明，通過理論與實踐、專業(yè)與思政的雙融合，學(xué)生的綜合實踐能力與創(chuàng)新能力得到了提升，為新時代機械設(shè)計崗位培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才奠定了基礎(chǔ)。

［關(guān)鍵詞］BOPPPS；“案例式、雙融合”；混合式教學(xué)；綜合實踐能力

［中圖分類號］G642 ［文獻標(biāo)識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）21-0052-05

隨著科技的飛速發(fā)展，新工科背景下機械設(shè)計崗位對高校人才培養(yǎng)提出了更高的要求[1]。機械設(shè)計人員不僅要具備多學(xué)科交叉融合知識，還要具備較強的實踐動手能力，能夠獨立完成設(shè)計、實驗和測試等工作，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。此外，設(shè)計人員通常需要與其他工程師、設(shè)計師、生產(chǎn)人員等進行合作，因此良好的團隊合作能力、有效的溝通協(xié)調(diào)能力也非常重要。機械設(shè)計課程是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)必修的一門專業(yè)課，旨在培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力、創(chuàng)新意識，并塑造良好的職業(yè)素養(yǎng)，其理論性與實踐性較強，在課程體系中起著連接基礎(chǔ)課和專業(yè)課的橋梁作用，承擔(dān)著承前啟后的重要職責(zé)。

一、課程改革的必要性

以青島城市學(xué)院（以下簡稱我校）為例，目前機械設(shè)計課程主要存在以下幾個方面的問題。

（一）知識更新不及時，學(xué)時被壓縮

傳統(tǒng)的機械設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容往往只注重理論知識，而與工程實際應(yīng)用聯(lián)系不夠緊密。隨著科技的不斷進步和工程實踐的發(fā)展，一些陳舊的知識和方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代機械設(shè)計的需要。因此，應(yīng)融入課程外的知識，匯聚豐富的在線資源，引入現(xiàn)代設(shè)計方法。然而，應(yīng)用型大學(xué)根據(jù)辦學(xué)整體方向，需嚴格控制專業(yè)課的學(xué)時，因此，我校機械設(shè)計課程學(xué)時由原來的理論56學(xué)時、實踐24學(xué)時壓縮成理論48學(xué)時、實踐16學(xué)時，明顯無法滿足教學(xué)需求。

（二）教學(xué)模式創(chuàng)新不足，學(xué)生課堂參與度低

傳統(tǒng)課堂還是以教師講授為主，學(xué)生被動接受，雖然通過MOOC、SPOC等信息化教學(xué)手段結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂開展教學(xué)，使課堂教學(xué)效率得到了進一步提升，但教學(xué)實踐可能會陷入由“課堂灌輸”向“視頻灌輸”的誤區(qū)[2]。教學(xué)重知識傳授、輕能力和素質(zhì)發(fā)展，學(xué)生參與、互動和反饋不充分。

（三）理論與實踐脫節(jié)

機械設(shè)計是一門實踐性較強的課程，傳統(tǒng)機械設(shè)計課程教學(xué)往往是理論在前、實踐在后，且多流于形式，理實嚴重脫節(jié)，學(xué)生常常面臨“理論能聽懂，設(shè)計不會做”的困境，無法快速適應(yīng)當(dāng)代工程崗位的需求。這主要緣于學(xué)生對理論知識理解的深度不足，接觸的工程案例較少，缺乏設(shè)計實踐經(jīng)驗。

（四）考核方式不合理

傳統(tǒng)的機械設(shè)計課程教學(xué)考核方式往往只注重對理論知識的考核，而忽略了對學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新思維的考核。這種考核方式無法全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和綜合素質(zhì)。

二、“三位一體”課程目標(biāo)

為順應(yīng)新工科的發(fā)展趨勢，并緊密結(jié)合地方應(yīng)用型大學(xué)的辦學(xué)理念，我校機械設(shè)計課程堅持以立德樹人為導(dǎo)向，以提升工程實踐能力為突破口，致力于培養(yǎng)具備“理實融合、德技雙修”特質(zhì)的新時代工程技術(shù)人員。課程設(shè)定了“三位一體”的目標(biāo)：一是知識目標(biāo)，即理解機械設(shè)計的基本規(guī)律，掌握通用零件的設(shè)計理論與方法；二是能力目標(biāo)，即能研究改進或開發(fā)新零部件，能設(shè)計簡單機械裝置，能解決實際工程問題，會查閱標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及手冊；三是綜合素質(zhì)，即塑造學(xué)生吃苦耐勞、堅韌不拔的優(yōu)秀品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的全局意識和團隊精神，激發(fā)其創(chuàng)新能力，同時使其樹立高度的社會責(zé)任感和社會服務(wù)的使命與擔(dān)當(dāng)，為機械設(shè)計與制造行業(yè)培養(yǎng)高級工程技術(shù)人才打牢思想根基。

三、“案例式、雙融合”混合式教學(xué)實踐

理實一體化教學(xué)模式是指以實踐能力培養(yǎng)為主線，利用有效手段建立課程各環(huán)節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系，實現(xiàn)實踐能力培養(yǎng)的一體化教學(xué)模式[3-4]?；旌鲜浇虒W(xué)模式是一種將在線教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢結(jié)合起來的新型教學(xué)模式[5]。在混合式教學(xué)模式中，線上學(xué)習(xí)環(huán)境下的學(xué)生自主學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)環(huán)境下的合作學(xué)習(xí)相互結(jié)合，建構(gòu)出一種既能發(fā)揮傳統(tǒng)課堂教學(xué)中教師主導(dǎo)作用，又能體現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)建構(gòu)知識特點的全新學(xué)習(xí)方式[6]。因此，對于以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力為核心的機械設(shè)計課程而言，理實一體化的混合式教學(xué)模式非常合適。

（一）依據(jù)OBE理念，重構(gòu)課程知識體系

OBE理念以成果為導(dǎo)向[7]，重視學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出。機械設(shè)計課程學(xué)習(xí)的成果產(chǎn)出是真正讓學(xué)生“懂設(shè)計、能設(shè)計”，同時具備新時代工程人員應(yīng)有的職業(yè)素養(yǎng)，因此課程內(nèi)容就不能僅依賴于教材。首先，線上線下同步構(gòu)建“模塊化+理實一體化”課程知識體系，既涵蓋理論基礎(chǔ)的共性知識（設(shè)計總論、疲勞強度理論與摩擦理論），又包含三大類通用零件設(shè)計的個性知識（連接、傳動、軸系支撐），并拓展非標(biāo)自動化及創(chuàng)新設(shè)計模塊。其次，將實踐內(nèi)容融入每一個個性模塊中，理實交替進行，難度逐級遞增，旨在不斷鞏固學(xué)習(xí)效果，提升學(xué)習(xí)深度，逐步培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力。最后，融入“工程、生活、思政”案例，實現(xiàn)“理實融合、德技雙修”的育人目標(biāo)?；贠BE理念重構(gòu)的“模塊化+理實一體化”課程知識體系總體框架如圖1所示。

此部分內(nèi)容在講解時以“帶式輸送機高速級帶傳動設(shè)計”案例為主線，以其他“工程、生活、思政”案例為輔線，將授課內(nèi)容貫穿其中，融入“團隊精神、創(chuàng)新精神、智能制造及多學(xué)科交叉”等新工科所包含的育人元素，在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力的同時，提升學(xué)生的思政素養(yǎng)。主線案例串聯(lián)邏輯如下：設(shè)計帶傳動—選擇帶傳動的類型—了解帶傳動的組成—分析帶傳動在工作時可能出現(xiàn)的情況—制定合理的設(shè)計準(zhǔn)則。這樣各部分的授課內(nèi)容就能通過一個典型案例串聯(lián)起來，而不是孤立的。同時，提供非標(biāo)自動化設(shè)計的線上資源及同步帶傳動設(shè)計實例，拓展書本知識，能夠讓學(xué)生接觸更多的工程實踐案例，了解行業(yè)最新動態(tài)。

（二）基于BOPPPS模型，開展“案例式”混合教學(xué)

BOPPPS模型又稱“有效教學(xué)”，主要由課堂導(dǎo)入（Bridge?in）、課堂目標(biāo)（Objective）、課堂前測（Pre?assessment）、課堂參與（Participatory?learning）、課堂后測（Post?assessment）和課堂總結(jié)（Summary）六個元素組成，簡稱為BOPPPS[8]。互聯(lián)網(wǎng)時代，移動信息技術(shù)與教學(xué)資源的結(jié)合成為當(dāng)前國內(nèi)教育教學(xué)領(lǐng)域的研究熱點，在學(xué)習(xí)方式碎片化和泛在化的今天得到了廣泛認可。學(xué)生的線上學(xué)習(xí)效果和參與度將直接影響混合式教學(xué)效果，學(xué)生能利用碎片時間完成[9]，這雖然體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的靈活性和自由性，但也存在部分學(xué)生的自主學(xué)習(xí)單純是“刷網(wǎng)課”，并非“有效學(xué)習(xí)”。因此，如何設(shè)置線上任務(wù)、怎樣及時反饋與評價成為線上學(xué)習(xí)的重要監(jiān)督手段。本課程設(shè)置較簡單的內(nèi)容作為線上自主學(xué)習(xí)任務(wù)，同時布置話題討論、問卷、隨堂限時測試等前測任務(wù)來間接督促更多學(xué)生保質(zhì)保量地完成課前任務(wù)。在課中通過線下互動，包括隨機提問、搶答、匯報等形式，實施獎罰積分措施等，以現(xiàn)場檢驗和客觀準(zhǔn)確評估自主學(xué)習(xí)效果。對于較難理解的高階內(nèi)容，采取線下教學(xué)形式，以工程案例為主線，通過前測、導(dǎo)入、目標(biāo)、參與式學(xué)習(xí)、總結(jié)及后測六步法形成教學(xué)閉環(huán)。導(dǎo)入環(huán)節(jié)引入“工程、生活、思政”案例來幫助學(xué)生建立理論與實踐的聯(lián)系。如圖2展示了以目標(biāo)為導(dǎo)向、以工程案例為主線，借鑒BOPPPS模型開展的“鍵連接”混合式教學(xué)的過程，體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的“學(xué)、測、做、研”四個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。

“學(xué)”：學(xué)生根據(jù)教師提供的線上資源——鍵的類型授課視頻，學(xué)習(xí)并掌握常見的鍵的類型包含平鍵、半圓鍵、楔鍵和切向鍵，同時結(jié)合線上資源——鍵連接動畫，理解各種鍵的特點及應(yīng)用場合，及時歸納出鍵的類型選擇依據(jù)，上傳到學(xué)習(xí)通問卷中。

“測”：線上利用前測試題（限時隨堂練習(xí)）及時檢驗學(xué)生能否根據(jù)實際工況來選擇合適的鍵的類型，教師及時反饋學(xué)習(xí)通的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，對表現(xiàn)好的學(xué)生給予加分獎勵，不斷激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情。對未能按時完成任務(wù)的學(xué)生進行減分，利用公平公正的積分獎罰機制，全面掌握學(xué)生的過程性學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。

“做”：課中，強調(diào)學(xué)生的主體地位，以中國古代的“榫卯結(jié)構(gòu)”思政案例為切入點，讓學(xué)生感受中國智慧，體會連接的重要性。以工程案例中鍵連接的設(shè)計為主線，通過任務(wù)驅(qū)動、學(xué)生參與（查標(biāo)準(zhǔn)、計算強度），逐步完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

“研”：課后，一方面要求學(xué)生養(yǎng)成自我歸納總結(jié)的好習(xí)慣，另一方面重視實踐能力的培養(yǎng)，以小組為單位完成設(shè)計裝配圖。同時，提供最新理論成果，要求學(xué)生課后研讀，課上分享，以提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和高階能力。

（三）“課內(nèi)+課外”“實踐+實驗”開展實踐教學(xué)

實踐環(huán)節(jié)對于學(xué)生的實踐能力培養(yǎng)至關(guān)重要，是學(xué)生從理論上的“會設(shè)計”向?qū)嶋H上的“能設(shè)計”轉(zhuǎn)變的重要途徑。因此在實踐教學(xué)模塊中，一方面要布置合理的任務(wù)，另一方面要注重教師的輔助答疑。在機械設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，除了要有主講教師指導(dǎo)，還要配備三維建模和3D打印指導(dǎo)教師，同時借助“對分課堂”理念，充分利用課內(nèi)與課外時間，保證實踐的順利進行，具體實踐教學(xué)安排如表2所示。首先，主講教師課內(nèi)布置實踐任務(wù)，小組成員在初步討論并明確設(shè)計要求的情況下，轉(zhuǎn)移至課外研討階段，完成一系列設(shè)計計算，在此過程中遇到疑問，可以直接在線上尋求教師的幫助以得到快速解答，也可以待線下答疑課時請教教師幫助解決。教師會將3D打印模型帶入課堂進行展示，小組成員邊觀摩邊討論、教師輔助答疑，完成設(shè)計計算。其次，在課外由三維建模教師指導(dǎo)，小組成員共同完成設(shè)計的三維建模。最后，學(xué)生走進3D打印實驗室完成設(shè)計的實物化。實踐結(jié)束后將設(shè)計報告、設(shè)計圖紙、實物照片等上傳至超星泛雅平臺。以上整個實踐環(huán)節(jié)既包含了理論設(shè)計計算，又進行了三維建模與實物化，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力。

（四）混合式教學(xué)評價

評價是教學(xué)持續(xù)改進閉環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵[9]，只有合理的評價機制才能保障學(xué)生積極融入課堂并進行有效學(xué)習(xí)。本課程學(xué)習(xí)評價立足專業(yè)與思政兩個維度，采用“過程性考核+診斷性考核+增值性考核+終結(jié)性考核”“多教師評價+小組評價相結(jié)合”的形式，如表3所示。其中，過程性考核20%=課堂表現(xiàn)10%（線上任務(wù)完成情況、線下課中互動）+課后作業(yè)10%（線上學(xué)習(xí)通）；診斷性考核15%=階段測試10%+期中測試5%（線上學(xué)習(xí)通）；增值性評價25%=項目設(shè)計15%（線下成果匯報）+實驗10%（線下實驗操作及報告）。評價主體為主講教師、建模指導(dǎo)教師、3D打印及課內(nèi)實驗教師、助教團隊、小組學(xué)生。終結(jié)性考核40%的考查內(nèi)容涵蓋專業(yè)素養(yǎng)與思政素養(yǎng)兩個方面，重視對學(xué)生知識、能力、素質(zhì)達成度的檢驗[10]。

四、改革成效

基于混合式教學(xué)模式的教學(xué)改革，突破了傳統(tǒng)教學(xué)方式的局限[11]，具有教學(xué)資源豐富、教學(xué)方法多元等特點，充分遵循學(xué)生的認知規(guī)律，將線上與線下、課內(nèi)與課外、理論與實踐、專業(yè)與思政有機融合。教學(xué)內(nèi)容突破了教材和課程的局限，以“設(shè)計案例”為主線，以“工程、生活、思政”案例為輔線，同時將實踐有效融入理論，實現(xiàn)“做中學(xué)、學(xué)中做”“理實融合”“德技雙修”。教學(xué)方法上基于BOPPPS模型，以學(xué)生為中心，通過典型案例將零散知識點串聯(lián)起來，以破解傳統(tǒng)授課按單個知識點講授而導(dǎo)致學(xué)生無法建立各知識點之間聯(lián)系的困局。

（一）課堂參與度及課程滿意度顯著提高

上述教學(xué)方法已應(yīng)用于我校2020級機械1-3班（120人）和2021級機械1-3班（111人）。教學(xué)改革實施后，學(xué)生的課堂參與度明顯提高，超星泛雅平臺數(shù)據(jù)顯示，2021級學(xué)生課堂活動參與人次為7520人次，2020級學(xué)生課堂活動參與人次為4801人次，較教改前2019級的1366人次明顯提高。期中、期末兩個階段的學(xué)習(xí)通匿名問卷調(diào)查結(jié)果顯示，96.81%的學(xué)生對課程教學(xué)方法和學(xué)習(xí)效果持認可及滿意態(tài)度，且認為整個學(xué)習(xí)過程充滿了積極的正面情緒，是快樂的學(xué)習(xí)體驗。

（二）學(xué)生的科研及崗位適應(yīng)能力增強

通過理實融合和逐級項目實踐，學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力顯著提升，在機械設(shè)計相關(guān)學(xué)科競賽中表現(xiàn)突出，獲得國家級獎項數(shù)量同比增長11.3%，省級獎項數(shù)量同比增長30.5%。同時，學(xué)生的科研能力有所提高，發(fā)表科研論文2篇、申請專利4項、完成軟著2部，有6人參與橫向科研項目、4人參與山東省教育教學(xué)研究課題。通過對用人單位的回訪可知，畢業(yè)生的工程應(yīng)用能力及職業(yè)素養(yǎng)得到了用人單位的肯定。

五、結(jié)語

基于BOPPPS的“案例式、雙融合”混合式教學(xué)是新工科背景下一種行之有效的教學(xué)方法。通過該方法的實施，我校培養(yǎng)出了更多具備實踐能力、創(chuàng)新思維和綜合素質(zhì)的應(yīng)用型人才，為推動我國科技進步和經(jīng)濟社會發(fā)展提供了人才保障。未來，我們將繼續(xù)探索和完善這一教學(xué)方法，以期在教育教學(xué)中發(fā)揮更大的作用。

［ 參 考 文 獻 ］

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［責(zé)任編輯：劉鳳華］