基于BOPPPS模型的“生物化學實驗”教學設計

凌夢熒, 胡 蕓, 金聞馨, 張 平, 曹曉梅

（1.江南大學生物工程學院, 江蘇無錫 214122；2.浙江越秀外國語學院中國語言文化學院, 浙江紹興 312000）

根據(jù)教育部下發(fā)的國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要, 啟發(fā)式、參與式教學已成為當下高等教育研究應當關注的重點。為了滿足國家對高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求, 亟需對傳統(tǒng)“生物化學實驗”課堂進行教學改革, 運用新型教學模型, 增強“師生互動”, 提升教學效果。1978年, BOPPPS教學模型起源于加拿大教學技能工作坊, 強調(diào)學生參與和反饋的閉環(huán)教學過程。目前, BOPPPS模型已經(jīng)被全世界超過33個國家的100多所大學和培訓機構引進采用, 應用實踐表明該模型是一個“有效果”“有效率”“有效益”的教學模式[1-2]。近年來, 國內(nèi)越來越多的高校也開始引入BOPPPS教學模型[3], 對BOPPPS教學模型的進一步研究和思考有助于更好地適應國內(nèi)課程的實驗教學需求, 促進國內(nèi)課堂教育教學改革。

1 “生物化學實驗”教學中存在的問題

“生物化學實驗”是一門實踐性很強的綜合性專業(yè)學科, 是生命科學及其他相關學科課程的重要基礎[4], 對學生的能力培養(yǎng)和專業(yè)知識提升具有十分重要的指導[5]。

1.1 單向傳遞的教學模式

傳統(tǒng)“生物化學實驗”課堂中, 教師完全駕馭課堂, 學生被動接受知識, 這種單向傳遞的教學模式在教師與學生之間豎起了一道無形的屏障, 帶來了多種弊端[6]。教師的作用應是讓學生認識學習的價值、感受學習的樂趣, 促進學生的參與、交流并完成學習轉化[7], 學生的掌握和進步程度才是衡量教學效果的真正標準[8]。

1.2 實驗結果評價模式單一

傳統(tǒng)“生物化學實驗”課程評價是以學生實驗數(shù)據(jù)與正確結果進行比較, 差異越小得分越高, 評價模式的單一導致學生抄襲、剽竊實驗報告的現(xiàn)象時有發(fā)生, 而對學生真正實驗技能的熟練程度很少顧及, 對學生創(chuàng)新能力更是不做評價[9]。真正有效的教學應該從3個層面去評價：一是課堂教學活動效果與教學預期目標之間的吻合程度；二是教學產(chǎn)出與投入的比率；三是所學知識能夠為學習者所用, 即教學有效果、有效率、有效益[8]。

1.3 驗證性實驗缺乏探討與創(chuàng)新

傳統(tǒng)“生物化學實驗”課程基本上是驗證性實驗, 是一種重現(xiàn)式教學。由于實驗結果是已知的, 學生對所學內(nèi)容興趣度不高, 學生僅作為執(zhí)行者的角色進行實驗, 很少有自主發(fā)揮的余地, 缺乏獨立思考的機會。部分學生甚至在基本實驗技能、實驗原理和方法都沒有理解的情況下, 開始亦步亦趨地進行實驗, 只關注于實驗結果與預期相同, 缺乏對整體知識系統(tǒng)的把握, 毫無創(chuàng)新可言[9]。

雖然驗證性實驗有多種弊端, 但其對學生基礎知識梳理、實驗技能鍛煉方面有著難以取代的優(yōu)勢, 所以驗證性實驗的主導地位在一段時間之內(nèi)很難改變。通過選擇合適的教學模型對實驗課題進行教學設計、增加課程考核形式的多元化, 可以在一定程度上增強師生之間的互動交流、提升學生的課堂參與度和獨立思考習慣, 從而提高學生的科研創(chuàng)新能力。

2 基于BOPPPS模型的“生物化學實驗”教學設計

2.1 BOPPPS模型的介紹

BOPPPS模型起源于加拿大, 以高效教學設計著稱, 是受到北美眾多高校推崇的一種新型教學模型[10]。BOPPPS模型將課堂教學過程劃分為6個部分, 即引入、教學目標、課前評估、參與式學習、課后評估和總結[1]。在學生注意力容易渙散的課堂中段引入?yún)⑴c式學習環(huán)節(jié), 圍繞明確的學習目標, 按照“導入學習—生成問題—參與研討—檢測評價”的流程進行課堂教學[8]。在BOPPPS模型中有3個關鍵要素：一是以學生為中心的教學；二是明確可行的學習目標；三是對教學過程的反思[8]。

BOPPPS模型的教學流程和方法見圖1。

圖1 BOPPPS模型的教學流程和方法

2.2 BOPPPS模型在生物化學實驗課堂中的應用

教學實驗以生物工程1902班和生物工程（釀酒）1901班的47名學生（23男、24女）作為研究對象, 以“糖化型淀粉酶活力的測定”實驗課程為例, 采用傳統(tǒng)實驗課堂教學方式進行教學, 對47名學生進行測評和了解。根據(jù)課堂觀摩和問卷調(diào)查結果（表2）可知大部分學生對“生物化學實驗”課程內(nèi)容有一定的學習興趣, 對課堂內(nèi)容深度、廣度及課堂氛圍和組織安排比較滿意, 但同時認為教師需要采取一些措施, 更好地增強師生互動, 并希望教師對實驗原理和方法部分有更多生動細致的講解。

對這47名學生的學習現(xiàn)狀和需求情況進行摸底了解后, 基于BOPPPS教學模型的6個步驟, 以“雙酶水解淀粉及產(chǎn)物分析”實驗課程為例, 進行教學設計。

基于BOPPPS模型的“生物化學實驗”課堂教學設計見表1。

表1 基于BOPPPS模型的“生物化學實驗”課堂教學設計

（1）B（Bridge-in）——引入。利用簡短、精彩、與主題相關的導言在教學過程中發(fā)揮拋磚引玉的作用, 突顯課程內(nèi)容與學生之間的關聯(lián), 激發(fā)學生的學習熱情。根據(jù)授課內(nèi)容的不同, 可以采用案例、圖片、視頻和實物等形式。在課程開始前, 先讓學生觀看一段黃酒釀造工藝流程短視頻, 觀看過程中教師對液化、糖化流程及其中作用的微生物進行簡要講解。觀看結束后, 在教師的引導下, 由學生討論得出課程關鍵問題——黃酒釀造過程中, 淀粉原料的液化和糖化過程是如何發(fā)生的。

（2）O（Objective）——教學目標。這個環(huán)節(jié)既可以幫助教師聚焦教學重點、明確教學內(nèi)容, 也可以幫助學生了解課程結束后可以收獲的知識和技能, 提高學習效率和目的性。此次實驗課程主要包括3個學習目標：一是理解淀粉的液化和糖化過程；二是掌握雙酶法糖化淀粉的原理和方法；三是掌握還原糖測定方法和淀粉水解度計算方法。其中, 第2個學習目標有一定難度, 需要學生充分理解和實踐之后才能掌握。上一次課堂問卷結果（表2）也印證了這一點, 大部分學生在實驗原理和方法的理解上存在一定困難。因此, 如何增強學生對實驗原理和方法的掌握是此次課題的重難點。

表2 BOPPPS模型教學設計課堂與傳統(tǒng)課堂的學生滿意度對比

（3）P（Pre-assessment）——課前評估。為了提前了解學生的知識儲備和動手操作能力, 及時發(fā)現(xiàn)共性問題, 課前評估的運用非常重要。課前評估主要采用問答、小測驗、問卷調(diào)查等多種形式。課程中教師首先隨機邀請學生用一句話概括淀粉的液化和糖化過程, 結果發(fā)現(xiàn)大部分學生課前預習比較充分、基本回答正確。接著, 通過提問還原糖的測定方法, 教師發(fā)現(xiàn)學生的課外知識儲備略有不足。最后, 通過詢問后發(fā)現(xiàn)大部分學生已經(jīng)掌握了分光光度儀的使用和標準曲線繪制, 但是對實驗數(shù)據(jù)處理存在一定疑惑。

（4）P（Participatory learning）——參與式學習。這是BOPPPS模型的核心環(huán)節(jié), 加強“師生互動”和“生生互動”是這一部分的主要策略[11]。根據(jù)課前評估結果, 結合教學目標, 設計豐富的活動形式對知識點進行講解、對技能進行訓練, 組織多樣的互動環(huán)節(jié)增加學生的思考和討論。首先, 以動畫視頻的方式講解雙酶法水解淀粉的作用機理, 從而簡化實驗原理的理解難度, 加深學生的學習記憶；其次, 通過對實驗試劑和儀器的作用進行逐一提問和討論, 加強學生對實驗操作細節(jié)的思考和認識, 從而減少實驗易犯失誤, 提高實驗效率；最后, 加強師生之間的互動和反饋, 如此次實驗在淀粉水解的不同階段加入碘液會出現(xiàn)不同的顏色, 然而在實際實驗中, 不是每一個實驗小組的3支試管都能呈現(xiàn)出不同的顏色, 這就需要教師及時引導學生思考和討論, 對這一實驗情況進行總結和反饋。通過高效的參與式學習, 學生對所學知識逐步進行深度理解消化, 從而達到實踐應用的層級, 理解能力強的學生甚至可以達到創(chuàng)新水平。

（5）P（Post-assessment）——課后評估。與課前評估相呼應, 參與式學習結束后, 針對所學內(nèi)容設計問題, 考查學生的掌握情況。首先, 在此次課程中, 教師通過提問計算公式中每個數(shù)字和字母代表的涵義, 幫助學生更好地理解公式；其次, 讓學生匯報計算得到的DE值, 掌握每組學生的實驗完成情況。通過這一系列的課后評估, 可以讓學生清楚自己知識技能的掌握情況。在課程評估過程中, 教師還可以對學生回答和分析問題的表現(xiàn)進行打分, 作為平時成績的一部分。

（6）S（Summary）——總結。首先, 師生通過互動討論選出此次實驗的典型失敗案例, 分析失敗原因并總結實驗注意事項；其次, 教師對該課程的重難點——實驗原理和方法再一次進行簡要回顧和梳理；最后, 由學生頭腦風暴討論得出兩道課后思考題：①液化酶與糖化酶的不同配比如何影響淀粉水解程度？②可以采用哪些方法提高淀粉的水解度？通過課程總結, 用精煉的語言和文字梳理課程脈絡, 可以升華課堂內(nèi)容, 促進知識點的深度理解[12]。

2.3 BOPPPS模型的教學效果評價

利用BOPPPS模型教學設計的課程結束后, 再一次對2個班級的47名學生進行問卷調(diào)查。

BOPPPS模型教學設計課堂與傳統(tǒng)課堂的學生滿意度對比見表2。

由表2可知, 98%的學生認為BOPPPS模型教學設計的課堂符合自己心目中的實驗課。與傳統(tǒng)實驗課堂相比, 更多的學生喜歡BOPPPS模型教學設計的課堂, 對課堂內(nèi)容的深度、廣度、課堂氛圍和安排表示滿意。BOPPPS模型教學設計的課堂讓學生有更多的思考和討論, 重難點更加突出。雖然第2次課程難度增加, 但是通過高效互動的參與式學習, 學生的學習效率大大提高, 同時對實驗原理和方法的理解更加透徹。釀酒專業(yè)的學生還表示, 課前播放的黃酒釀造工藝流程視頻很好地結合了本專業(yè)的研究方向, 課程內(nèi)容的針對性大大增強, 學生的學習興趣顯著提升。BOPPPS模型的應用使得教學環(huán)節(jié)更加清晰, 課堂效率顯著提高, 對增強學生學習興趣和教學效果有明顯的幫助。

3 結語

教育是一個觀察、發(fā)現(xiàn)、思考、辯論、體驗和收獲的過程。BOPPPS模型為“生物化學實驗”課堂提供了一種簡潔、清晰的教學設計思路, 不僅可以促進學生參與式學習, 還可以幫助教師優(yōu)化教學內(nèi)容分配和課程設置, 使整個教學過程更加靈活和高效, 提升教學效果。此次BOPPPS模型設計的“生物化學實驗”課堂更在意培養(yǎng)學生獨立思考的能力, 學生不是作為被動的學習者, 而是成為了主動的求知者, 課堂問題和答案大部分由學生獨立思考和解答, 而教師在這個過程中更符合指引者的定位, 不再單方面輸出知識, 更重要的是教會學生如何獨立思考和解決問題。在今后的教學改革中, 根據(jù)教學目標和內(nèi)容需求, 還可以考慮將BOPPPS模型結合多種教學組織方法, 如系統(tǒng)講授法、案例教學法、PBL教學法、師生角色反轉法等, 使課堂變得更加多元、創(chuàng)新、開放、有趣[12-13], 從而更好地啟發(fā)學生的驗證性和探索性思維、提高學生的科研創(chuàng)新素質(zhì)和能力[14]。