BOPPPS模式在電路分析基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用

林 瑩 陳 姝 于戰(zhàn)科

（陸軍工程大學(xué) 通信工程學(xué)院 江蘇南京 210007）

引言

電路分析基礎(chǔ)是一門研究電路理論和電路的基本分析方法的基礎(chǔ)課程，是我校通信工程等專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)核心課程的學(xué)習(xí)提供必備的電路知識和常用的電路分析方法。通過本課程的教學(xué)與實踐，學(xué)生在獲得基本知識的同時，培養(yǎng)了抽象思維能力、分析計算能力、總結(jié)歸納能力和實驗研究能力[1]。電路分析基礎(chǔ)課程具有理論嚴(yán)密、邏輯性強、較抽象等特點，是學(xué)生接觸到的第一門專業(yè)性質(zhì)的基礎(chǔ)課。學(xué)生普遍反映該門課程學(xué)習(xí)起來入門難、比較枯燥，學(xué)習(xí)動力不足。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以“教”為中心，強調(diào)知識的傳授，大多數(shù)情況下學(xué)生屬于被動的接受者，不能充分地調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，對課堂知識不能深層次地消化和理解，教學(xué)效果不理想[2]。此外，學(xué)校紀(jì)律嚴(yán)明，對學(xué)生進行統(tǒng)一管理，訓(xùn)練任務(wù)繁重，決定了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時間有限，導(dǎo)致絕大部分學(xué)生只是跟著教師的節(jié)奏學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)缺乏主動性[3]。為提升教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，本文將BOPPPS模式引入到電路分析基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計中，以三相電路一節(jié)為例，探討該模型在電路課程教學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用。

一、BOPPPS教學(xué)模式

BOPPPS教學(xué)模式起源于1978年，最初由加拿大教師技能培訓(xùn)工作坊（ISW）根據(jù)加拿大不列顛哥倫比亞省對教師的資格認(rèn)證所創(chuàng)建，是以建構(gòu)主義和交際法為理論依據(jù)推出的以學(xué)生為中心的導(dǎo)學(xué)互助教學(xué)模式[4]。近年，BOPPPS教學(xué)模式逐漸在我國高校課堂展開應(yīng)用[5-6]。BOPPPS模式通常將教學(xué)過程劃分為6個階段：導(dǎo)入（Bridge-in）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（Learning Objects）、前測（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）、后測（Post-assessment）、課程總結(jié)（Summary）。每個階段完成不同的教學(xué)任務(wù)，各個階段相互銜接，構(gòu)成完整的課堂教學(xué)過程。BOPPPS教學(xué)模式具有系統(tǒng)、全面、及時的優(yōu)點，其核心充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的理念，強調(diào)學(xué)生進行參與式學(xué)習(xí)，而不只是聽講；同時，教師通過增加教學(xué)互動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生參與度，并且及時獲取學(xué)生的反饋信息以動態(tài)調(diào)整后續(xù)教學(xué)活動，從而有效地提升課堂教學(xué)效果。

二、以三相電路為例的教學(xué)設(shè)計

以“三相電路”這一教學(xué)內(nèi)容為例，運用BOPPPS教學(xué)模式進行課堂教學(xué)設(shè)計。三相電路中電路變量較多，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易混淆相關(guān)變量，學(xué)習(xí)目標(biāo)不清晰。教學(xué)中,教師應(yīng)幫助學(xué)生厘清相關(guān)概念之間的聯(lián)系，明確三相電路分析的目標(biāo)。

1.導(dǎo)入（B,Bridge-in）

課堂導(dǎo)入階段的主要目的在于更好地激發(fā)學(xué)生的注意力，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生強烈的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力，引發(fā)學(xué)生主動思考。該階段，我們以電學(xué)的一場“戰(zhàn)爭”——“交直流電之爭”作為切入點，引發(fā)學(xué)生思考“為什么交流電在過去能夠戰(zhàn)勝直流電，在電力系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位并統(tǒng)治了一個世紀(jì)”這一問題。再創(chuàng)設(shè)情境，提出“為什么通指裝備車上的柴油發(fā)電機，在相同體積下三相制發(fā)電比單相制功率更大？大多少？”的問題，讓枯燥的理論教學(xué)“向部隊靠攏，向?qū)崙?zhàn)靠攏”。

2.目標(biāo)（O,Objective）

這一階段，教師言簡意賅地闡明學(xué)習(xí)目的，傳達(dá)教學(xué)目標(biāo)，特別是課程的重點知識和學(xué)習(xí)價值，通過明確告知學(xué)生通過這節(jié)課能夠懂得什么或者即將學(xué)會做什么，從而讓學(xué)生清楚地了解學(xué)習(xí)的用處。學(xué)習(xí)目標(biāo)應(yīng)針對對象是誰（Who）、在什么情況下（Under what condition），將學(xué)到什么（Will do what），以及學(xué)得如何（How well）等核心環(huán)節(jié)進行明確的表述[4]。本教學(xué)案例的教學(xué)目標(biāo)分為三層：知識目標(biāo)是通過課堂學(xué)習(xí)，了解對稱三相電源的特點和三相電路不同連接方式，了解相電壓與線電壓、相電流與線電流的關(guān)系。能力目標(biāo)是：能夠分析計算Y-Y形連接和Y-△形連接的對稱三相電路，培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的能力。素質(zhì)目標(biāo)是：通過理論和工程問題的結(jié)合，形成初步的工程意識。

3.前測（P,Pre-assessment）

前測的目的在于教學(xué)目標(biāo)之后，教師通過各種形式檢驗學(xué)生對相關(guān)知識的認(rèn)知程度，包括對本堂課相關(guān)知識的掌握、課前預(yù)習(xí)情況等，然后及時調(diào)整內(nèi)容的進度和深度。學(xué)生也可以通過前測來表達(dá)他們對預(yù)習(xí)的體驗，并闡明預(yù)習(xí)過程中的疑問。三相電路是正弦穩(wěn)態(tài)電路的特例，雖然其具有特殊的電路結(jié)構(gòu)，但仍采用正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析方法——相量法。該階段設(shè)計兩道簡單的正弦穩(wěn)態(tài)電路分析題：第一道測試題旨在考查學(xué)生對相量計算的掌握情況；第二題是相量法的綜合應(yīng)用題，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)節(jié)點電壓法等方程法在正弦穩(wěn)態(tài)電路中的應(yīng)用，也為本堂課的后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

4.參與式學(xué)習(xí)（P,Participatory learning）

參與式學(xué)習(xí)是BOPPPS教學(xué)模型中最為核心的。參與式學(xué)習(xí)強調(diào)以學(xué)生為中心，啟發(fā)和吸引學(xué)生主動參與思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)積極性，活躍課堂氣氛。這需要教師靈活運用各種教學(xué)方法和手段，對課程內(nèi)容創(chuàng)設(shè)問題情境，精心組織課堂的討論，鼓勵更多的學(xué)生參與到課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，從而達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。這個階段主要以問題為牽引，融入探究性學(xué)習(xí)，過程分為五個步驟，始終圍繞著如何解決引言提出的“功率”問題去開展參與式教學(xué)。

（1）功率的計算需要知道電壓和電流，而電壓由對稱三相電源提供。首先，由教師講授對稱三相電源的基本原理，指出三相發(fā)電機與單相發(fā)電機相比所具有的優(yōu)勢。而后，向?qū)W生提問：對稱三相電源在電路中應(yīng)該如何連接？由此引出對稱三相電源連接方式及三相電路的相關(guān)變量。教師要指出三相電源具有對稱性，各相電源頻率相同，故三相電路是正弦穩(wěn)態(tài)電路，采用向量表示；引導(dǎo)學(xué)生利用電路定律列寫KVL方程，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)對稱三相電源的相電壓與線電壓之間的關(guān)系，并比較和歸納對稱三相電源作Y形連接和△形連接時的特點。通過問題導(dǎo)向的方式，實現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)：了解對稱三相電源，了解對稱三相電源作不同連接時相電壓與線電壓的關(guān)系。

（2）三相負(fù)載如何連接？有了電源，還需要知道負(fù)載如何通過傳輸線與電源相連。此步驟由教師講授三相負(fù)載Y形連接和△形連接兩種接法，給出三相電路的四種接法。教師需要指出進行理論分析時，三相傳輸線視為理想導(dǎo)線，三相電源一般按Y形連接。

（3）電壓和電流如何求解？引導(dǎo)學(xué)生考察Y-Y形連接三相電路，如圖1（a）所示，分析電壓和電流，總結(jié)電路規(guī)律：負(fù)載的相電壓等于電源相電壓；由于電源對稱，則各相（線）電流也對稱，因此可利用對稱性采用“一相計算法”計算各相負(fù)載的相電壓和相電流，為計算功率做準(zhǔn)備。之后，讓學(xué)生對中線電流進行分析，通過中點N的KCL方程發(fā)現(xiàn)中線電流為零，引導(dǎo)學(xué)生自己得出“有無中線對電路無影響”的結(jié)論。然后，教師從電力傳輸?shù)慕嵌日f明三相三線制比三相四線制更節(jié)省輸電線，更經(jīng)濟，點明三相制的優(yōu)點。接著，教師再提出問題：對稱三相電路如圖1（b）所示，如果中線上有阻抗結(jié)果如何？學(xué)生繼續(xù)進行探索。絕大多數(shù)學(xué)生會采用一相計算法求各線電流，再列中點的KCL方程求中線電流，繼而得到中線電流為零的結(jié)論。此時，教師引導(dǎo)學(xué)生思考，可否換一種方法求中線電流？在教師引導(dǎo)下，學(xué)生嘗試用節(jié)點電壓法求兩中點之間的電壓，得出中點電壓也為零的結(jié)論，進而得到中線有無阻抗中線電流均為零的結(jié)論。學(xué)生通過這些問題的思考和分析，逐步對電路特點有了更深入的理解，也提升了自己應(yīng)用所學(xué)知識分析、解決問題的能力。

圖1 Y-Y形連接對稱三相電路

（4）功率的計算。教師引導(dǎo)學(xué)生由對稱性求對稱三相電路的平均功率和無功功率，并用功率的計算結(jié)果去回答引言中提出的第二個問題：對稱三相電路的功率是單相電路的三倍。進一步讓學(xué)生分析計算瞬時功率，由瞬時功率為常數(shù)說明三相制在用電方面的優(yōu)勢。至此，從發(fā)電、輸電到用電三個方面回答了引言提出的問題。通過步驟3和步驟4實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)：能夠正確分析計算Y-Y形連接的對稱三相電路。

（5）如何分析Y-△形連接的對稱三相電路？這一步驟中，教師將電路分析的任務(wù)升級，組織學(xué)生分組討論圖2（a）所示Y-△形連接的對稱三相電路。由小組代表發(fā)言總結(jié)電路特點：由于負(fù)載呈△形連接，可以得到負(fù)載相電壓等于線電壓的結(jié)論，而負(fù)載的相電壓與負(fù)載阻抗之比可得到負(fù)載相電流，進而可求解負(fù)載的功率。同時，引導(dǎo)學(xué)生分析負(fù)載作△形連接時相電流與線電流的關(guān)系。接下來，教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生綜合運用相量法和等效變換法，將△形連接的負(fù)載等效變換為Y形連接后，電路結(jié)構(gòu)也由Y-△形連接變換為Y-Y形連接，如圖2（b）所示。此時，電路為三相三線制，只需運用步驟（3）得出的結(jié)論和方法去進行分析，問題可迎刃而解。教師的主要工作是發(fā)現(xiàn)學(xué)生分析過程中的問題，并正確地引導(dǎo)學(xué)生。此步驟實現(xiàn)的教學(xué)目標(biāo)是：能夠分析Y-△形連接的對稱三相電路；能夠辨析相電流與線電流的關(guān)系。至此，參與式學(xué)習(xí)階段結(jié)束。學(xué)生在參與式學(xué)習(xí)過程中充分發(fā)揮自主學(xué)習(xí)能力，不僅通過探究學(xué)習(xí)獲得新知識，還能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識的能力、實踐能力及創(chuàng)新能力。

圖2 Y-△形連接對稱三相電路及其等效變換

5.后測（P,Post-assessment）

后測的目的在于了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。通過有針對性的測評方式評估學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，了解學(xué)生本次課的學(xué)習(xí)效果是否達(dá)成上課時既定的教學(xué)目標(biāo)[4]。后測階段強化重難點知識，進一步調(diào)整教學(xué)目標(biāo)。該階段發(fā)布2道測試題。第一題布置一道Y-△形連接對稱三相電路分析計算題，旨在檢驗學(xué)生運用所學(xué)知識解決問題的能力。第二題教師讓學(xué)生分析柴油發(fā)電機銘牌所示信息，檢驗教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度，同時使學(xué)生達(dá)到學(xué)以致用的目的。

6.總結(jié)（S,Summary）

總結(jié)階段，教師幫助學(xué)生回顧、梳理本堂課所涉及的知識點，提煉重難點，并引出下次課的內(nèi)容。課后，教師對本次課教學(xué)設(shè)計進行反思，通過反思持續(xù)改進和完善教學(xué)過程，提升教學(xué)效果。在總結(jié)的同時，教師再次明確教學(xué)重難點：對稱三相電路是正弦穩(wěn)態(tài)電路，采用相量分析法；三相電路各電路變量（電壓、電流）的相、線關(guān)系是重點；各相的電壓、電流均具有對稱形，利用對稱性可簡化計算。

結(jié)語

本文以“電路分析基礎(chǔ)”課程中“三相電路”這一節(jié)為例，探索了基于BOPPPS教學(xué)模式的教學(xué)設(shè)計。BOPPPS教學(xué)模式強調(diào)教學(xué)過程以學(xué)生為中心，通過對引言、目標(biāo)、前測、參與式學(xué)習(xí)、后測和總結(jié)六個環(huán)節(jié)的設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生地積極參與到課堂思考與討論。從課堂表現(xiàn)可以觀察到，學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性、主動性明顯提高，學(xué)習(xí)效果也得到了極大改善。