面向留學生的機械設計課程BOPPPS教學模型

周元凱 左雪 朱永梅

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

摘? 要：來華留學生學習主動性強、學習熱情高，但是基礎知識差異較大。而機械設計涉及的基礎知識廣、實踐性強。BOPPPS課堂教學模式為提高留學生機械設計的教學效果提供了思路，讓學生變被動學習為主動學習。本文通過對BOPPPS模型的6個環節進行詳細分析，以及對機械設計課程教學設計實例進行探討，為面向留學生的機械設計課堂教學改革提供參考。

關鍵詞：留學生? 機械設計? BOPPPS教學模型? 參與式教學? 教學設計

中圖分類號：G642;TH11-4? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：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

機械設計課程是高校機械工程專業的必修課，也是一門專業基礎課，在人才培養體系中是關鍵的一環。目前來華留學生數量持續增長，針對留學生的機械設計課程教學中常存在以下問題[1，2]。（1）留學生來源于不同國家，基礎知識存在顯著差異。教師在授課前需了解學生的基礎，適當增加相關知識點。（2）學生僅僅是聽眾，參與教學過程較少。傳統教學方式不能使學生主動思考、動手和解決問題，而留學生更希望參與到教學過程中來。（3）機械設計課程的專業詞匯較多，而大部分留學生來自于非英語母語國家，對專業詞匯難以理解，需要結合實物模型講解。（4）授課完成后缺乏與學生的廣泛溝通，無法及時獲取教學反饋信息，掌握學生對課程內容的學習效果。（5）教學過程按部就班，不能根據學生的反饋情況及時調整教學的方式和速度，教學效果欠佳。

為了解決這些問題，需要進行恰當的教學設計，根據教學對象，確定引入方式和最終目標，合理安排教學的各個環節，形成教學方案[3]。BOPPPS教學模型[4]為教師的教學設計提供了指導。該模型強調有效的課堂設計，以激發學生的學習興趣，提高學生的學習參與度和教師的授課技能。將BOPPPS教學模型應用到留學生的機械設計課堂教學中，提高學生參與教學的程度，促進學生主動學習并進一步靈活運用知識。

1? BOPPPS教學模型

BOPPPS教學模型將一次完整的教學過程劃分為6個環節，依次為課堂導入（Bridge-in）、課堂目標（Objective）、課堂前測（Pre-assessment）、課堂參與（Participatory learning）、課堂后測（Post-assessment）、課堂總結（Summary）。各個教學環節既相對獨立，又具有承上啟下的特點。達到預期的教學目標，要做到教學內容的有效導入、學習目標的明確、教學對象的充分了解、學習效果的有效評估和及時反饋、重要知識點的總結[5-7]。在深入理解教學模型的基礎上，可以結合課程特點、授課對象、講授內容和教學目標對6個環節進行靈活調整。

來華留學生所掌握的基礎知識差異較大，課堂前測有助于教師掌握學生的基礎，在教學過程中適當補充力的合成與分解、材料力學、工程圖學等相關知識點。留學生具有較強的學習主動性，而課堂參與中保證學生的主體地位，通過操作、討論讓學生參與到教學過程中，激發學生的學習興趣，同時根據學生實時反饋確認是否充分理解，以及是否能夠學以致用，便于教師在課堂中調整講解的速度和難度。因此，課堂前測和參與是留學生教學的核心環節。

2? 基于BOPPPS教學模型的課堂設計

2.1 課堂導入

課堂導入是學生對這節課的“第一印象”。恰當的導入不僅能使學生保持興奮的學習狀態，而且可以使學生渴求知識，避免越聽講越沉悶，從而達到教學質量的提高[8]。良好的課堂導入是課堂教學順利進行的關鍵。例如，在講解齒輪設計教學內容之前，先回顧帶傳動的傳動比和效率，在傳動比較大和效率高的場合帶傳動就不適用了，此時可以使用齒輪傳動。這種導入方式讓學生理解為什么要學習齒輪設計，激發學習興趣。在引入斜齒輪輪時，先回顧直齒輪的嚙合過程，分析直齒輪整個齒同時嚙入或嚙出的缺點，從而引出斜齒輪逐漸嚙合、傳動平穩的優點。在講解疲勞斷裂時，以生活中鞋底反復彎折而開裂，以及國內外零件疲勞斷裂引發的事故為例，逐漸導入疲勞斷裂的概念。

2.2 學習目標

在以往的教學過程中，齒輪設計這節課的教學目標是“掌握齒輪的設計原理和方法”“具有查閱機械標準、手冊和相關技術資料的能力”，這些教學目標表述不明確，學生不容易真正理解課教學目的，同時也影響后續的教學評價和教學效果的評估。BOPPPS模型中指出教學目標的制定要全面、準確、具體、可量化和易評測。本文以齒輪設計章節為例闡述學習目標的確定，根據BOPPPS模型，將齒輪設計的教學目標敘述為“了解齒輪傳動的特點，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計法則”，如表1所示。講述各子目標是系統相關的，開式、閉式及硬齒面、軟齒面齒輪的主要失效形式不同，掌握對應的失效形式，再針對這種失效形式學習設計法則。通過教學目標的明確可以引導學生的學習過程和評價學生的學習效果。

2.3 課堂前測

前測的目的是在正式講課之前幫助學生回顧上節課的內容或者先導知識，了解學生對先修知識的掌握程度，從而結合教學對象的基礎和本節課的目標調整授課內容。具體的前測方法包括課堂提問、使用慕課堂測試和問卷調查等。機械設計課程的教學內容涉及大量需要記憶的知識點，而且理論性強，因此通常采用試題的方法進行課堂前測，借助的軟件是問卷星和微信。教師在課前選擇具有代表性的知識點通過問卷星設計題目，課堂上采用微信掃描對學生進行測試，在限定時間內學生提交測試答案，問卷星對所有學生的測試結果進行匯總和評價。根據答題情況了解學生對上節課內容的掌握程度，對錯誤率高的題目進行講解。在學習齒輪設計這節課之前，學生需要對齒輪的基本參數有準確的理解，并需要學生具備材料力學的基本知識。因此，課堂測試的題目可設計為“齒輪模數的定義是什么”以及“矩形截面梁的抗彎截面模量是什么”。如果學生不具備這些知識，教師需要調整授課計劃，對上節課的內容重新進行簡明的講授，進而開展這節課的教學內容，從而達到齒輪設計這節課的學習目標。課堂前測可以在課堂中和課堂導入同時進行，也可以在課前進行。在備課時針對預備知識準備課件，針對前測結果講解部分預備知識。

2.4 課堂參與

根據教學目標設計教學內容，設計的內容要反映教學目標的要求，體現層次性，考慮學生的差異性，以及能夠激發學生的學習積極性。教師圍繞設計的教學內容，組織學生開展討論式、實踐式學習活動。以軸系設計部分為例，采用減速器拆裝作為課堂參與環節。讓學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。在討論過程中，教師要把握討論主題，引導觀察和發散思維。例如，讓學生觀察二級減速器中每個齒輪的定位方式，比較定位方式的異同，再引導學生思考“是否還可以使用其他的定位方法”。討論結束后，教師要圍繞教學目標對進行總結，幫助學生梳理知識脈絡，指出某一零件設計的關鍵環節。

2.5 課堂后測

后測的目的是使教師及時了解學生在參與式課堂學習的效果，同時也使學生對自己的學習程度有直觀的了解。后測的方法有隨機提問、隨堂測試和問題討論等，其中課堂測試的方式可使用慕課堂小程序。教師提前準備后測題目，在課堂后測環節發布。學生答題后，教師通過慕課堂查看答題統計結果，針對正確率較低的題目逐一講解。測試的內容應體現學生對學習目標的掌握情況。通過課堂后測可以幫助教師檢驗教學方法的可行性和適用性，并對其不斷調整和優化。對于機械專業的學生，還應同時考慮如何讓學生把所學的知識運用于解決實際生產問題。在對“齒輪設計”教學內容的后測中，可以考查硬齒面和軟齒面齒輪的設計思路;在“帶傳動設計”教學內容的后測中，考查學生是否掌握帶的分類、應力組成和選型方法;在“滾動軸承”教學內容的后測中，考查滾動軸承的代號、軸承的配置方式和壽命計算。從課堂后測中獲取學生對學習內容的掌握和應用程度。

2.6 課堂總結

總結的目的是幫助學生系統的回顧這節課所學的內容，明確重點和難點，理清各知識點之間的關聯，加深記憶。課堂總結主要由教師來完成，采用的方式有口述、板書或者PPT，結合表格和示意圖。總結的內容也可以引出下一節課的知識點，或者引導學生思考如何將所學內容運用于實際機械設計。在齒輪傳動課堂總結時，可引導學生思考還有哪些傳動方式、齒輪如何在軸上定位等。例如，講解滾動軸承類型時，在課堂總結環節，給出風機主軸的結構和受力情況，讓學生選擇軸承類型。

3? 教學實例與應注意的問題

3.1 教學設計實例

根據機械設計課程的特點，以機械設計中的齒輪設計為例，面向來華留學生，按照BOPPPS教學模型開展教學設計，具體的實施方法如表2所示。以帶傳動無法滿足準確傳動比作為引入環節，讓學生思考鐘表內的傳動形式，引出齒輪傳動。然后，指出齒輪設計的齒面強度和抗彎強度設計目標，測試相關基礎知識的掌握情況。結合減速器中齒輪的設計，開展討論式和實踐式教學，使學生充分參與。其次，使用慕課堂測試學生是否掌握了開式、閉式、硬齒面、軟齒面的主要失效形式和設計準則。最后，梳理和復習主要知識點。

3.2 應注意的問題

在教學設計時應注意以下問題。

（1）在借鑒BOPPPS模型時，教師要對教學內容進行分析和研究，從學生的角度出發，選擇易于理解的方式呈現教學內容。例如，在講解齒形系數時，可將齒輪形狀類比為人的身高和胖瘦，齒形系數是反映輪齒形狀的參數。類比使學生易于理解教學內容。對于齒輪的不同工況，齒輪失效形式不同，抓住失效的主要矛盾進行相應設計是機械設計的基本思想。

（2）為了更好地應用BOPPPS模型，要綜合多種教學方法（系統講授、案例教學、分組討論、學生互教）充分調動留學生的學習興趣和積極性，傾聽學生對參與式教學環節的建議。

（3）教師要準確理解BOPPPS模型各環節的教學目標和教學方法，靈活調整6個環節的次序，取舍課堂中的環節數目。由于課堂時間的有限，課堂前測可以通過微課、慕課等方式讓學生在課前完成。課堂后測可以通過課后作業、出試卷等方式在課后完成。

4? 結語

本文將BOPPPS模型應用于來華留學生的機械設計課程教學設計。首先，分析了機械設計課程教學中存在的問題。其次，對BOPPPS教學模型的內涵、特點進行了介紹。再次，按照模型對機械設計課程進行了教學設計。最后，指出了在應用模型時需要注意的問題。

實踐表明，在教學過程中運用BOPPPS教學模型進行教學設計，教師能夠有效組織課堂教學，及時獲取教學反饋信息，提高教學效果。在參與式教學過程中，留學生能夠提升實踐能力、創新能力和分析解決問題的能力。本文提出的方法為其他機械類課程的課堂教學提供參考。

參考文獻

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