BOPPPS教學模式在大學物理實驗緒論課中的應用

范金娜

（中北大學 理學院，山西 太原 030051）

物理學是一門以實驗為基礎的學科，物理實驗是檢驗物理理論正確與否的試金石．大學物理實驗是高等學校理工科專業學生接受基本科學訓練的必修課程，是與大學物理理論課并列的課程，可為學生從事科學實驗等研究打下基礎．同時，大學物理實驗是一門被國家教委列為單獨設課的實踐類課程，也是國家教委指定驗收的基礎課中唯一的實驗課[1]．在大學物理實驗的教學中，將誤差理論與實驗數據處理等內容放在緒論課講述，因應用到高等數學知識并涉及較多的推導，學生普遍興趣不高，反映內容比較抽象，不容易掌握，尤其是數據處理部分．作為學生接觸大學物理實驗的第一堂課，緒論課教學效果的優劣不僅影響到學生對物理實驗的興趣，也直接關系到學生日后學習中實驗數據處理的好壞，故緒論課教學在物理實驗教學中起著極為重要的作用．通過4個學時的理論教學，要使學生掌握物理實驗課程的目標、測量誤差和數據處理的方法以及實驗報告的撰寫等，可謂“時間短、任務重”．因此，怎樣在有限的時間內將緒論課的內容給學生講清楚，是物理實驗課教學中值得思考的問題．本文將BOPPPS模式的教學理念引入大學物理實驗緒論課的教學中，達到了激發學生興趣，提高整個大學物理實驗課程教學效果的目的．

1 BOPPPS教學模式

BOPPPS是以學生為中心、以教學目標為導向的教學模式，起源于加拿大教師技能培訓工作坊，通過對整個課程教學的過程進行模塊化分解，使學生在教學過程中積極主動地參與到課堂中來[2]．

BOPPPS教學模式將傳統的課堂教學分解為6個模塊，即：導言B（Bridge-in）、學習目標O（Objective）、前測 P（Pre-assessment or Pre-test）、參與式學習 P（Participation learning）、后測 P（Post-assessment or Post-test）和總結S（Summary）[3]．通過將教學過程進行模塊化分解，每一個模塊完成特定的教學任務．導言B把即將講授的課程內容與學生的認知內容建立聯系并激發學習的興趣；學習目標O明確在課程學習結束時應掌握的知識與技能，是教師教學過程中應重點關注的內容；通過前測 P，可知曉學生對本節課程內容所涉及知識的掌握程度，便于教師在課堂教學中對教學內容進行針對性地設計；參與式學習P則要求學生能夠積極主動地投入到課堂學習中，是整個BOPPPS的重要環節；后測P則能幫助教師定量檢測學生對學習目標的達成情況；總結S則能幫助學生對本階段所學知識進行回顧和梳理，更好地提高學習效果．

2 BOPPPS模式在大學物理實驗緒論課中應用

BOPPPS模式的教學理念已被廣泛地應用于物理理論課的課堂教學中，但BOPPPS在大學物理實驗課（尤其是緒論課）中的應用則鮮有報道．大學物理實驗課程的教學改革也被大家廣泛研究[4-9]，在實驗課教學中，間接測量量的實驗數據處理作為數據處理中重要的部分，在緒論課的教學中是重中之重．本文以間接測量量的實驗數據處理實驗為例，把BOPPPS模式的六步教學法應用到大學物理實驗緒論課中．

2.1 導言B

物理教學要求很強的前后邏輯性，利用這種邏輯能逐步地增強學生對知識前后連貫性的掌握．利用BOPPPS，在整個課程設計環節可充分體現這一特點．

利用多媒體展示測量儀器——游標卡尺或螺旋測微器、電子天平，并提問學生圖中展示的儀器可用來測量哪些物理量，學生會很自信地回答：長度、質量．通過這2個熟悉的儀器可增加學生對課程內容的親切感、減少距離感，提高學生的興趣，進而引出對于與長度、質量相關的體積甚至密度等物理量．盡管不能對體積、密度等進行直接測量，但其卻與可直接測量的物理量有函數關系．那么，對于這些測量量的實驗數據應該如何進行處理，通過這一系列的問題引發學生思考，激發學生的興趣，進而引出本節課內容——間接測量量的實驗數據處理．

2.2 學習目標O

能夠計算間接測量實驗數據的不確定度及相對不確定度；能夠準確寫出間接測量量的真值表達式．

2.3 前測P

直接測量量的實驗數據處理已經在之前課程中講授且在本次課堂中要進行應用，故前測部分對直接測量量的實驗數據處理進行簡單測驗，既是驗證學生對所學知識的掌握程度，也是對學生的基礎進行評估．特別提醒學生直接測量x的總不確定度xσ與A類不確定度sx和B類不確定度ux的關系[10]

記憶方式可歸結為3個字——“方和根”．

2.4 參與式學習P

參與式學習可采用教師講解的同時，學生回答相關問題的方式．無論是直接還是間接測量的實驗數據處理，最終目的都是寫出真值表達式．本節內容開始根據直接測量量的真值表達式，讓學生自行寫出間接測量量F的真值表達式，利用教學目標導向使學生跟隨教師的思路一步步尋找每個部分的答案，增強學生求知的欲望．要達到本節課的最終目標——間接測量量的真值表達式，首先寫出間接測量量F與直接測量量x1,x2的關系

其中：將x1,x2的平均值代入即可得．不確定度σF的計算則是本節的重點，利用高等數學中全微分的相關知識可得不確定度σF公式為

也是“方和根”形式．根據絕對誤差和相對誤差的關系引出相對不確定度，進而得出相對不確定度公式為

2.5 后測P

后測部分通過例題形式開展，關鍵是讓學生參與進來．如例題內容為測量長方體小木塊的密度ρ，其中質量m和長方體的長l、寬d、高h的真值表達式已經給出，并讓學生利用不確定度σF的公式和相對不確定度σF/F的公式分別計算．學生會發現首先計算相對不確定度會更為方便，從而引出當間接測量量與直接測量量滿足乘除關系時應該先計算相對不確定度，再計算總的不確定度的處理技巧；同時學生也通過自己推導得出密度ρ相對不確定度的表達式為

間接測量量的相對不確定度是各直接測量量相對不確定度的“方和根”，與前測中“方和根”的記憶方式相呼應．

2.6 總結S

總結是對整節課堂內容的概括，要簡短而有力．學生通過此部分，可以檢測最初設定的學習目標是否全部達成．完成后測部分的習題，則總結部分可相對輕松達成．

3 結語

BOPPPS六步法教學模式注重以學生為中心、教師為主導、目標為導向，一改以往“滿堂灌”的教學方式，讓學生參與到教學的全過程．通過在大學物理實驗緒論課中的應用，極大地激發了學生學習的興趣，充分提高了學生學習的積極性，為后續物理實驗報告的數據處理奠定了良好的基礎．