BOPPPS教學模式在課程教學中的運用與探索

汪楓 劉潤華 謝超 方群樂 王晉晶

[摘 要] 從軍隊院校金課建設要求出發，結合BOPPPS教學模式的優勢，提出BOPPPS教學模式下的“雷達原理與系統”課程教學設計理念，選擇該課程中“模擬I/Q正交鑒相電路”這一典型教學案例，展示如何運用BOPPPS教學模式進行課堂教學設計，包括引入、教學目標、前測、參與式學習、后測和總結六個環節，并對教學效果進行分析和總結。結合教學實踐，發現基于BOPPPS教學模式開展“雷達原理與系統”教學改革具有獨特優勢，是一種行之有效的方法。

[關鍵詞] 雷達原理與系統;BOPPPS教學模式;教學設計

[中圖分類號] G642.42 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）10-0119-04 [收稿日期] 2021-03-31

軍隊院校“金課”應具有“政治性、實戰性、創新性、高階性和挑戰度”即“四性一度”基本特征[1，2]，主要內涵要求表現在幾個方面：課程功能加強立德樹人使命;課程教學目標維度增加;課程內容及呈現形態立體化;教學模式方法以學生為中心;教員需成為知識的“加工師”和“設計師”;課程實施綜合能力考核。為了適應新時代對軍隊院校高等教育課程提出的新要求，結合BOPPPS教學模式的獨特優勢，提出了BOPPPS教學模式下的“雷達原理與系統”課程教學設計理念。選擇“模擬I/Q正交鑒相電路”這一典型教學案例，展示了如何運用BOPPPS教學模式進行“雷達原理與系統”課程教學設計，并給出了課程教學改革思路。結合教學實踐，發現基于BOPPPS教學模式開展“雷達原理與系統”教學改革是一種行之有效的方法。

一、BOPPPS教學模式簡介

BOPPPS教學模式[3-5]將課堂教學過程實施分為六個基本環節：引入、教學目標、前測、參與式學習、后測和總結。該教學模式倡導教學理念是以學員為中心，教學設計核心突出的是學員能力的提升，教學方式強調的是學員參與式學習。在BOPPPS教學模式設計中，要充分平衡教員“講授”和學員“參與”的關系，無論是30分鐘、45分鐘或90分鐘的教學時長，都要盡可能以六個環節為依據。模塊化的課堂教學安排使得整個教學過程條理清晰、內容連貫，學員通過參與式學習，最終達到較好的教學效果，其教學流程如圖1所示。

二、BOPPPS教學模式下“雷達原理與系統”教學設計理念

“雷達原理與系統”課程的教學目標中明確指出要求學員理解基本概念和基礎理論，如基本概念包括噪聲系數、靈敏度、全相參、駐波比、相位噪聲等，基礎理論包括模糊函數、匹配濾波、目標檢測等，因此針對這些內容在BOPPPS教學模式的“引入”和“教學目標”環節要注意方法。一般應避免直接講解基本概念和基礎理論，可以采用增強與上次課或前期章節內容的關聯性，強調基本概念和理論的重要性，從裝備案例的實際應用中自然引入等多種方法，這樣既能實現理論聯系實際，又能激發學員的學習興趣。

“雷達原理與系統”是電類課程的綜合應用，要求學員具有較好的電路分析、信號與線性系統、電子線路等課程基礎，這些課程開設于大二或大三上，而本課程開設于大三下，因此經過幾個學期后，大部分學員對“電類”知識點僅存部分模糊印象?；谶@樣的學情，在BOPPPS教學模式的“前測”環節可以設置相關的“電類”基礎知識題，這樣既能回顧“電類”知識點，為新知識點的學習打下基礎，又能自然過渡到所要學習的新內容，符合認知規律。

BOPPPS教學模式的核心是“參與式學習”，這一環節組織實施一定要體現“以學員為主體”。由于“雷達原理與系統”課程中基礎理論和工作原理模塊中常常有數學公式推導與計算、工作原理分析與仿真、系統組成設計和實現，因此在這一環節，可以采取“翻轉課堂”模式[6，7]，教員引導學員分析工作過程，引導學員利用“電類”知識、軟件仿真結果或典型例題求解，從中找到解決問題的方法，其具體公式推導與計算、工作波形分析、實現框圖畫法等交給學員來完成，這樣既節省了課堂教學時間，又鍛煉了學員邏輯推理、綜合應用能力，真正實現“教員主導、學員主體”教學理念，讓教員從“編劇和主演”轉變為“策劃人和組織者”，學員從“觀眾”轉變為“主演”。在“參與式學習”環節利用“多頻次、碎片化”的“翻轉課堂”，可以讓學員真正參與其中，有利于集中學員的注意力，還可以逐步提升學員的合作、表達能力，符合高素質新型軍事人才的培養目標。

由于“雷達原理與系統”是后續“雷達或電子對抗裝備”課程的基礎，注重培養學員理論聯系實際及分析和解決問題的能力。所以在BOPPPS教學模式的“后測”環節可以設置精選的典型裝備實例或部隊實訓實戰案例讓學員分析，這樣既能夠檢驗學員的學習效果，又能鞏固所學的知識。在“總結”環節，除了回顧本次課所學基本知識點，還要布置下次課所學內容并說明與本次課內容的聯系，尤其新教學內容中將要用到哪些“電類”知識、微波技術知識，引導學員課后進行有目的、有針對性地預習，同時也為下次課的“前測”環節做好鋪墊。

三、基于BOPPPS教學模式的課堂教學案例設計

“I/Q正交鑒相”電路是雷達接收機的重要組成部分，是從雷達回波信號到雷達信息提取的第一個環節，對理解雷達信息提取非常關鍵，鑒于此下面以教學時長約為30分鐘左右的“模擬I/Q正交鑒相電路”作為典型教學案例，展示如何利用BOPPPS模式進行課堂教學設計以達到更好的教學效果。

（一）引入

在導入環節可以圍繞兩個核心問題展開，采用啟發式、探究式的引入方式，能夠吸引學員的注意力，激發學員的學習興趣。

1.雷達中頻回波信號中包含哪些信息？緊貼學員專業方向進行導入，提問：雷達情報中包含目標的哪些信息呢？這些信息如何體現在雷達中頻回波信號中呢？

2.中頻回波信號中的幅度和相位信息如何提??？那么雷達接收機如何提取中頻信號幅度和相位信息呢？引導學員思考的同時，自然引入將要學習的新內容。

（二）教學目標

1.知識目標。掌握模擬I/Q正交雙通道處理電路在雷達接收機中的作用;理解模擬I/Q正交雙通道處理電路性能優缺點;能畫出模擬I/Q正交鑒相電路的實現框圖。

2.能力目標。通過探究I/Q正交雙通道處理電路的作用和性能特點，提高學員發現問題、分析問題和歸納總結的能力。

3.情感與素質目標。通過探究I/Q正交雙通道處理電路的作用，培養學員樹立“取長補短、合作共贏”的價值觀。

（三）前測

為順利開展后續的課堂教學活動，利用前測環節進一步了解學員對前期知識掌握情況。

雷達波長為1m，目標徑向速度為50m/s，雷達脈沖重復頻率為800Hz，請計算目標多普勒頻率，目標多普勒周期和1個多普勒周期內相參脈沖個數。

通過前測，學員已經掌握多普勒信息在雷達中頻回波信號中數學表示方法及其單通道正交鑒相的原理框圖。

（四）參與式學習

1.雷達接收機為何要進行I/Q雙通道正交鑒相處理？

教員：直接點明雷達接收機采用的I/Q雙通道正交鑒相處理，引導學員利用仿真軟件自行找到原因。

實驗一：請學員觀察模擬I/Q正交處理輸入/輸出信號的時、頻域波形，注意I/Q兩路時域波形中零點位置，并分析出現的原因。

實驗二：請學員觀察模擬I/Q正交處理輸入/輸出信號的時域波形，注意I/Q兩路時域波形變化，并分析出現的原因。

學員歸納出雷達接收機采用I/Q雙通道處理的原因：克服盲相、區分多普勒正負。教員自然說出思想政治內容，雙通道處理能做到取長補短，達到合作共贏的目標。接著引出如何實現的問題。

2.雷達接收機如何實現模擬I/Q雙通道正交鑒相處理？

教員引導學員梳理仿真實驗中輸入/輸出信號頻域變化，利用前測過程中畫出的單通道的實現框圖，分組討論畫出I/Q雙通道處理的實現框圖。

教員利用PPT再次強調實現方法中相參振蕩信號頻率與雷達中頻頻率（忽略多普勒頻率）要相等，并引導學員深入分析框圖，找出模擬實現框圖中模擬器件包括：乘法器、放大器和濾波器、移相器等。這些器件本身誤差會給處理結果帶來一定的影響，自然引出模擬I/Q實現正交鑒相方法的優缺點問題。

3.模擬I/Q雙通道正交鑒相處理性能特點是什么？

（1）教員引導學員分組討論器件帶來的誤差，得出結論放大器、濾波器可能帶來兩支路增益的不同，移相器的實際相移值不是90°。針對這兩個可能出現的問題，學員通過仿真軟件，觀察實驗結果，討論性能特點。

實驗三：請學員觀察模擬I/Q正交處理輸入/輸出信號的時域波形，注意I/Q兩路時域波形變化，并分析變化可能帶來的影響。

實驗四：請學員觀察模擬I/Q正交處理輸入/輸出信號的時域波形，注意I/Q兩路時域波形變化，并分析變化可能帶來的影響。

學員歸納出模擬I/Q正交鑒相處理的性能缺點為：存在幅度不平衡和相位不正交。

（2）教員啟發學員分析模擬I/Q正交鑒相處理的優點，讓學員接著討論對后續A/D電路的影響。

至此，新知識已經學習完畢，接下來要檢測教學效果?！昂鬁y環節”可以多準備幾個題目，視學情合理選擇。

（五）后測

1.（選填）雷達接收機采用包絡檢波電路能提取中頻回波信號中的? ? ? ? ? （幅度/相位）信息，采用I/Q正交雙通道處理能提取中頻回波信號中? ? ? ? ??（幅度/相位）信息。

2.（選填）雷達接收機采用I/Q正交雙通道處理可以克服? ? ? ? ??（盲相/盲速），區分多普勒頻率? ? ? ? ??（正負/大?。?/p>

（六）總結

1.總結本堂課教學內容。（1）雷達接收機采用I/Q正交鑒相電路目的是：提取雷達中頻回波中幅度和相位信息。（2）雷達接收機采用I/Q正交鑒相電路原因是：克服盲相、區分多普勒正負。（3）模擬I/Q正交鑒相電路的優點：降低對A/D采樣率的要求，缺點：存在幅度不平衡和相位不正交。

2.引出下堂課教學內容。針對模擬I/Q正交鑒相電路的特點，主要用于超寬帶雷達接收機中用于降低對采樣率的要求，對于防空預警雷達接收機，可以采用數字I/Q正交鑒相處理，用于克服模擬I/Q正交鑒相電路的缺點，因此下堂課學習數字I/Q正交鑒相電路。

四、基于BOPPPS教學模式的教學效果分析與總結

通過對“模擬I/Q正交鑒相電路”的課堂教學設計案例可以看出，該課堂強調的是通過合理選擇教學內容和優化教學環節安排，有機地將學員前期電類課程基礎知識和課堂綜合應用融為一體;最大限度地激發學員學習的熱情，最后將學員變為課堂的主角，而教員只是負責引導學員學習的配角。

教學效果主要體現在對學員和對教員的影響兩個方面，對學員的影響主要有以下兩點。

1.通過創造和諧融洽的課堂氛圍，鼓勵學員積極參與課堂討論，自主完成仿真實驗，極大增強了學員在課堂學習的積極性。

2.通過分享展示小組討論結果，提升學員個人的口頭表達能力和思辨能力。

對教員的影響主要有以下兩點。

1.教員技能的提升。課前對BOPPPS六個教學環節的精心設計;課中熱情飽滿、積極引導學員;課后給學員提供及時答疑，同時對自己的教學進行科學的反思與分析。這一系列的教學活動提高了教員在各方面的教學能力，讓教員的教學效果得到質的提升。

2.對“教學”的重新認識，有教有學才是教學。要做到“有教有學”，教員不僅要認真備課，積極創造條件讓學員學習（教員教）;同時也能激發學員的參與熱情，讓學員能做到“知無不言，妙不可言”，從而教員也能從學員身上學到新的知識或理念（教員學）。

結語

基于BOPPPS教學模式，課程團隊對“雷達原理與系統”課程進行了兩期課堂教學探索與實踐，發現BOPPPS教學模式具有較強的實踐性和可操作性，大部分學員消除了“雷達原理與系統”課程是“天書”的畏難思想，課堂教學質量和效益得到明顯提升。因此，采用BOPPPS教學模式進行“雷達原理與系統”課程改革是一種行之有效的方法。但必須說明的是，BOPPPS教學模式僅僅給出課堂教學設計的基本要素，教員在BOPPPS教學實施過程中，應該結合學時、學情和教學內容等實際情況對該教學模式的基本要素進行調整，只有結合實際的靈活應用才能更好地因材施教。

參考文獻

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Application and Exploration on BOPPPS Teaching Mode in Course Teaching

— Taking “Analog I / Q Quadrature Phase Detector Circuit” in Radar Principle and System Course as an Example

WANG Feng， LIU Run-hua， XIE Chao， FANG Qun-le， WANG Jin-jing

（Air Force Early Warning Academy， Hubei University， Wuhan， Hubei 430019， China）

Abstract： Starting from the requirements of military academy golden course construction， combined with the advantages of BOPPPS teaching mode， this paper puts forward the teaching design concept of “Radar Principle and System” under BOPPPS teaching mode. We select the typical teaching case of “analog I/Q quadrature phase detector” to show how to use BOPPPS teaching mode to carry out classroom teaching design， including six links of introduction， teaching objectives， pre-test， participatory learning， post-test and summary， and the teaching effect is analyzed and summarized. Combined with teaching practice， it is found that the teaching reform of “Radar Principle and System” based on BOPPPS teaching mode has unique advantages， which is an effective method.

Key words： Radar Principle and System; BOPPPS teaching mode; teaching design