面向留學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)課程BOPPPS教學(xué)模型

周元?jiǎng)P 左雪 朱永梅

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2107-5640-9706

摘? 要：來(lái)華留學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性強(qiáng)、學(xué)習(xí)熱情高，但是基礎(chǔ)知識(shí)差異較大。而機(jī)械設(shè)計(jì)涉及的基礎(chǔ)知識(shí)廣、實(shí)踐性強(qiáng)。BOPPPS課堂教學(xué)模式為提高留學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)的教學(xué)效果提供了思路，讓學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。本文通過(guò)對(duì)BOPPPS模型的6個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)分析，以及對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行探討，為面向留學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)課堂教學(xué)改革提供參考。

關(guān)鍵詞：留學(xué)生? 機(jī)械設(shè)計(jì)? BOPPPS教學(xué)模型? 參與式教學(xué)? 教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642;TH11-4? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2021）06（b）-0133-04

BOPPPS model of mechanical design for international students in China

ZHOU Yuankai? ZUO Xue*? ZHU Yongmei

（College of Mechanical Engineering Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang， Jiangsu Province， 212100? China）

Abstract： International students have strong learning initiative and high learning enthusiasm， but the basic knowledge is quite different. Mechanical design involves a wide range of basic knowledge and strong practicality. The BOPPPS model provides ideas for improving the teaching effect of mechanical design for foreign students， and allows students to change passive learning to active learning. This paper analyzes the 6 stages of the BOPPPS model in detail and discusses the teaching examples of the mechanical design course， so as to provide a reference for the mechanical design teaching reform for foreign students.

Key Words： International student; Mechanical design; BOPPPS model; Participatory teaching; Teaching plan

機(jī)械設(shè)計(jì)課程是高校機(jī)械工程專業(yè)的必修課，也是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在人才培養(yǎng)體系中是關(guān)鍵的一環(huán)。目前來(lái)華留學(xué)生數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)，針對(duì)留學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)中常存在以下問(wèn)題[1，2]。（1）留學(xué)生來(lái)源于不同國(guó)家，基礎(chǔ)知識(shí)存在顯著差異。教師在授課前需了解學(xué)生的基礎(chǔ)，適當(dāng)增加相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。（2）學(xué)生僅僅是聽眾，參與教學(xué)過(guò)程較少。傳統(tǒng)教學(xué)方式不能使學(xué)生主動(dòng)思考、動(dòng)手和解決問(wèn)題，而留學(xué)生更希望參與到教學(xué)過(guò)程中來(lái)。（3）機(jī)械設(shè)計(jì)課程的專業(yè)詞匯較多，而大部分留學(xué)生來(lái)自于非英語(yǔ)母語(yǔ)國(guó)家，對(duì)專業(yè)詞匯難以理解，需要結(jié)合實(shí)物模型講解。（4）授課完成后缺乏與學(xué)生的廣泛溝通，無(wú)法及時(shí)獲取教學(xué)反饋信息，掌握學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)效果。（5）教學(xué)過(guò)程按部就班，不能根據(jù)學(xué)生的反饋情況及時(shí)調(diào)整教學(xué)的方式和速度，教學(xué)效果欠佳。

為了解決這些問(wèn)題，需要進(jìn)行恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)設(shè)計(jì)，根據(jù)教學(xué)對(duì)象，確定引入方式和最終目標(biāo)，合理安排教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，形成教學(xué)方案[3]。BOPPPS教學(xué)模型[4]為教師的教學(xué)設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。該模型強(qiáng)調(diào)有效的課堂設(shè)計(jì)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度和教師的授課技能。將BOPPPS教學(xué)模型應(yīng)用到留學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)課堂教學(xué)中，提高學(xué)生參與教學(xué)的程度，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)并進(jìn)一步靈活運(yùn)用知識(shí)。

1? BOPPPS教學(xué)模型

BOPPPS教學(xué)模型將一次完整的教學(xué)過(guò)程劃分為6個(gè)環(huán)節(jié)，依次為課堂導(dǎo)入（Bridge-in）、課堂目標(biāo)（Objective）、課堂前測(cè)（Pre-assessment）、課堂參與（Participatory learning）、課堂后測(cè)（Post-assessment）、課堂總結(jié)（Summary）。各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)既相對(duì)獨(dú)立，又具有承上啟下的特點(diǎn)。達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，要做到教學(xué)內(nèi)容的有效導(dǎo)入、學(xué)習(xí)目標(biāo)的明確、教學(xué)對(duì)象的充分了解、學(xué)習(xí)效果的有效評(píng)估和及時(shí)反饋、重要知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)[5-7]。在深入理解教學(xué)模型的基礎(chǔ)上，可以結(jié)合課程特點(diǎn)、授課對(duì)象、講授內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)對(duì)6個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行靈活調(diào)整。

來(lái)華留學(xué)生所掌握的基礎(chǔ)知識(shí)差異較大，課堂前測(cè)有助于教師掌握學(xué)生的基礎(chǔ)，在教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)補(bǔ)充力的合成與分解、材料力學(xué)、工程圖學(xué)等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。留學(xué)生具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，而課堂參與中保證學(xué)生的主體地位，通過(guò)操作、討論讓學(xué)生參與到教學(xué)過(guò)程中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)根據(jù)學(xué)生實(shí)時(shí)反饋確認(rèn)是否充分理解，以及是否能夠?qū)W以致用，便于教師在課堂中調(diào)整講解的速度和難度。因此，課堂前測(cè)和參與是留學(xué)生教學(xué)的核心環(huán)節(jié)。

2? 基于BOPPPS教學(xué)模型的課堂設(shè)計(jì)

2.1 課堂導(dǎo)入

課堂導(dǎo)入是學(xué)生對(duì)這節(jié)課的“第一印象”。恰當(dāng)?shù)膶?dǎo)入不僅能使學(xué)生保持興奮的學(xué)習(xí)狀態(tài)，而且可以使學(xué)生渴求知識(shí)，避免越聽講越沉悶，從而達(dá)到教學(xué)質(zhì)量的提高[8]。良好的課堂導(dǎo)入是課堂教學(xué)順利進(jìn)行的關(guān)鍵。例如，在講解齒輪設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容之前，先回顧帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比和效率，在傳動(dòng)比較大和效率高的場(chǎng)合帶傳動(dòng)就不適用了，此時(shí)可以使用齒輪傳動(dòng)。這種導(dǎo)入方式讓學(xué)生理解為什么要學(xué)習(xí)齒輪設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在引入斜齒輪輪時(shí)，先回顧直齒輪的嚙合過(guò)程，分析直齒輪整個(gè)齒同時(shí)嚙入或嚙出的缺點(diǎn)，從而引出斜齒輪逐漸嚙合、傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)。在講解疲勞斷裂時(shí)，以生活中鞋底反復(fù)彎折而開裂，以及國(guó)內(nèi)外零件疲勞斷裂引發(fā)的事故為例，逐漸導(dǎo)入疲勞斷裂的概念。

2.2 學(xué)習(xí)目標(biāo)

在以往的教學(xué)過(guò)程中，齒輪設(shè)計(jì)這節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是“掌握齒輪的設(shè)計(jì)原理和方法”“具有查閱機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)和相關(guān)技術(shù)資料的能力”，這些教學(xué)目標(biāo)表述不明確，學(xué)生不容易真正理解課教學(xué)目的，同時(shí)也影響后續(xù)的教學(xué)評(píng)價(jià)和教學(xué)效果的評(píng)估。BOPPPS模型中指出教學(xué)目標(biāo)的制定要全面、準(zhǔn)確、具體、可量化和易評(píng)測(cè)。本文以齒輪設(shè)計(jì)章節(jié)為例闡述學(xué)習(xí)目標(biāo)的確定，根據(jù)BOPPPS模型，將齒輪設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)敘述為“了解齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，掌握齒輪失效的主要形式，掌握開式和閉式、硬齒面和軟齒面的設(shè)計(jì)法則”，如表1所示。講述各子目標(biāo)是系統(tǒng)相關(guān)的，開式、閉式及硬齒面、軟齒面齒輪的主要失效形式不同，掌握對(duì)應(yīng)的失效形式，再針對(duì)這種失效形式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)法則。通過(guò)教學(xué)目標(biāo)的明確可以引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2.3 課堂前測(cè)

前測(cè)的目的是在正式講課之前幫助學(xué)生回顧上節(jié)課的內(nèi)容或者先導(dǎo)知識(shí)，了解學(xué)生對(duì)先修知識(shí)的掌握程度，從而結(jié)合教學(xué)對(duì)象的基礎(chǔ)和本節(jié)課的目標(biāo)調(diào)整授課內(nèi)容。具體的前測(cè)方法包括課堂提問(wèn)、使用慕課堂測(cè)試和問(wèn)卷調(diào)查等。機(jī)械設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容涉及大量需要記憶的知識(shí)點(diǎn)，而且理論性強(qiáng)，因此通常采用試題的方法進(jìn)行課堂前測(cè)，借助的軟件是問(wèn)卷星和微信。教師在課前選擇具有代表性的知識(shí)點(diǎn)通過(guò)問(wèn)卷星設(shè)計(jì)題目，課堂上采用微信掃描對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試，在限定時(shí)間內(nèi)學(xué)生提交測(cè)試答案，問(wèn)卷星對(duì)所有學(xué)生的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行匯總和評(píng)價(jià)。根據(jù)答題情況了解學(xué)生對(duì)上節(jié)課內(nèi)容的掌握程度，對(duì)錯(cuò)誤率高的題目進(jìn)行講解。在學(xué)習(xí)齒輪設(shè)計(jì)這節(jié)課之前，學(xué)生需要對(duì)齒輪的基本參數(shù)有準(zhǔn)確的理解，并需要學(xué)生具備材料力學(xué)的基本知識(shí)。因此，課堂測(cè)試的題目可設(shè)計(jì)為“齒輪模數(shù)的定義是什么”以及“矩形截面梁的抗彎截面模量是什么”。如果學(xué)生不具備這些知識(shí)，教師需要調(diào)整授課計(jì)劃，對(duì)上節(jié)課的內(nèi)容重新進(jìn)行簡(jiǎn)明的講授，進(jìn)而開展這節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，從而達(dá)到齒輪設(shè)計(jì)這節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。課堂前測(cè)可以在課堂中和課堂導(dǎo)入同時(shí)進(jìn)行，也可以在課前進(jìn)行。在備課時(shí)針對(duì)預(yù)備知識(shí)準(zhǔn)備課件，針對(duì)前測(cè)結(jié)果講解部分預(yù)備知識(shí)。

2.4 課堂參與

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)的內(nèi)容要反映教學(xué)目標(biāo)的要求，體現(xiàn)層次性，考慮學(xué)生的差異性，以及能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。教師圍繞設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容，組織學(xué)生開展討論式、實(shí)踐式學(xué)習(xí)活動(dòng)。以軸系設(shè)計(jì)部分為例，采用減速器拆裝作為課堂參與環(huán)節(jié)。讓學(xué)生拆卸和裝配減速器，討論軸上各零件的軸向和徑向的定位、固定方法。在討論過(guò)程中，教師要把握討論主題，引導(dǎo)觀察和發(fā)散思維。例如，讓學(xué)生觀察二級(jí)減速器中每個(gè)齒輪的定位方式，比較定位方式的異同，再引導(dǎo)學(xué)生思考“是否還可以使用其他的定位方法”。討論結(jié)束后，教師要圍繞教學(xué)目標(biāo)對(duì)進(jìn)行總結(jié)，幫助學(xué)生梳理知識(shí)脈絡(luò)，指出某一零件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.5 課堂后測(cè)

后測(cè)的目的是使教師及時(shí)了解學(xué)生在參與式課堂學(xué)習(xí)的效果，同時(shí)也使學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)程度有直觀的了解。后測(cè)的方法有隨機(jī)提問(wèn)、隨堂測(cè)試和問(wèn)題討論等，其中課堂測(cè)試的方式可使用慕課堂小程序。教師提前準(zhǔn)備后測(cè)題目，在課堂后測(cè)環(huán)節(jié)發(fā)布。學(xué)生答題后，教師通過(guò)慕課堂查看答題統(tǒng)計(jì)結(jié)果，針對(duì)正確率較低的題目逐一講解。測(cè)試的內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)的掌握情況。通過(guò)課堂后測(cè)可以幫助教師檢驗(yàn)教學(xué)方法的可行性和適用性，并對(duì)其不斷調(diào)整和優(yōu)化。對(duì)于機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，還應(yīng)同時(shí)考慮如何讓學(xué)生把所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用于解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題。在對(duì)“齒輪設(shè)計(jì)”教學(xué)內(nèi)容的后測(cè)中，可以考查硬齒面和軟齒面齒輪的設(shè)計(jì)思路;在“帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)”教學(xué)內(nèi)容的后測(cè)中，考查學(xué)生是否掌握帶的分類、應(yīng)力組成和選型方法;在“滾動(dòng)軸承”教學(xué)內(nèi)容的后測(cè)中，考查滾動(dòng)軸承的代號(hào)、軸承的配置方式和壽命計(jì)算。從課堂后測(cè)中獲取學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握和應(yīng)用程度。

2.6 課堂總結(jié)

總結(jié)的目的是幫助學(xué)生系統(tǒng)的回顧這節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容，明確重點(diǎn)和難點(diǎn)，理清各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，加深記憶。課堂總結(jié)主要由教師來(lái)完成，采用的方式有口述、板書或者PPT，結(jié)合表格和示意圖。總結(jié)的內(nèi)容也可以引出下一節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)，或者引導(dǎo)學(xué)生思考如何將所學(xué)內(nèi)容運(yùn)用于實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)。在齒輪傳動(dòng)課堂總結(jié)時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生思考還有哪些傳動(dòng)方式、齒輪如何在軸上定位等。例如，講解滾動(dòng)軸承類型時(shí)，在課堂總結(jié)環(huán)節(jié)，給出風(fēng)機(jī)主軸的結(jié)構(gòu)和受力情況，讓學(xué)生選擇軸承類型。

3? 教學(xué)實(shí)例與應(yīng)注意的問(wèn)題

3.1 教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例

根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)，以機(jī)械設(shè)計(jì)中的齒輪設(shè)計(jì)為例，面向來(lái)華留學(xué)生，按照BOPPPS教學(xué)模型開展教學(xué)設(shè)計(jì)，具體的實(shí)施方法如表2所示。以帶傳動(dòng)無(wú)法滿足準(zhǔn)確傳動(dòng)比作為引入環(huán)節(jié)，讓學(xué)生思考鐘表內(nèi)的傳動(dòng)形式，引出齒輪傳動(dòng)。然后，指出齒輪設(shè)計(jì)的齒面強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)目標(biāo)，測(cè)試相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況。結(jié)合減速器中齒輪的設(shè)計(jì)，開展討論式和實(shí)踐式教學(xué)，使學(xué)生充分參與。其次，使用慕課堂測(cè)試學(xué)生是否掌握了開式、閉式、硬齒面、軟齒面的主要失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。最后，梳理和復(fù)習(xí)主要知識(shí)點(diǎn)。

3.2 應(yīng)注意的問(wèn)題

在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題。

（1）在借鑒BOPPPS模型時(shí)，教師要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析和研究，從學(xué)生的角度出發(fā)，選擇易于理解的方式呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。例如，在講解齒形系數(shù)時(shí)，可將齒輪形狀類比為人的身高和胖瘦，齒形系數(shù)是反映輪齒形狀的參數(shù)。類比使學(xué)生易于理解教學(xué)內(nèi)容。對(duì)于齒輪的不同工況，齒輪失效形式不同，抓住失效的主要矛盾進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的基本思想。

（2）為了更好地應(yīng)用BOPPPS模型，要綜合多種教學(xué)方法（系統(tǒng)講授、案例教學(xué)、分組討論、學(xué)生互教）充分調(diào)動(dòng)留學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，傾聽學(xué)生對(duì)參與式教學(xué)環(huán)節(jié)的建議。

（3）教師要準(zhǔn)確理解BOPPPS模型各環(huán)節(jié)的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法，靈活調(diào)整6個(gè)環(huán)節(jié)的次序，取舍課堂中的環(huán)節(jié)數(shù)目。由于課堂時(shí)間的有限，課堂前測(cè)可以通過(guò)微課、慕課等方式讓學(xué)生在課前完成。課堂后測(cè)可以通過(guò)課后作業(yè)、出試卷等方式在課后完成。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文將BOPPPS模型應(yīng)用于來(lái)華留學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)設(shè)計(jì)。首先，分析了機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題。其次，對(duì)BOPPPS教學(xué)模型的內(nèi)涵、特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。再次，按照模型對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)。最后，指出了在應(yīng)用模型時(shí)需要注意的問(wèn)題。

實(shí)踐表明，在教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用BOPPPS教學(xué)模型進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，教師能夠有效組織課堂教學(xué)，及時(shí)獲取教學(xué)反饋信息，提高教學(xué)效果。在參與式教學(xué)過(guò)程中，留學(xué)生能夠提升實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和分析解決問(wèn)題的能力。本文提出的方法為其他機(jī)械類課程的課堂教學(xué)提供參考。

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