基于BOPPPS 教學模式的耐火材料課程教學設計與實踐

郭正啟，潘 建，朱德慶，楊聰聰

（中南大學 資源加工與生物工程學院，長沙 410083）

耐火材料工業是鋼鐵工業和其他高溫工業的支撐及先行工業，合理選用和制備耐材，不僅可以提高冶金熱處理過程的熱效率，還能減少能源的消耗，適應鋼鐵工業的快速發展和國家“碳達峰、碳中和”的國策。與此同時，中國正在成為世界耐火材料制造中心，但耐火材料目前作為高能耗、高資源消耗和高污染的行業，仍然存在許多亟待解決的問題。因此，在注重工程知識的整體性和系統性的前提下建立與鋼鐵冶金工程學相適應的耐火材料課程體系，作為面向鋼鐵冶金專業本科生的專業課程，可促進跨專業領域知識結構的復合型人才培養。本課程主要內容包括：耐火材料組成、結構與性質及耐火材料生產基本原理與工藝，要求學生理解耐火材料的組成、結構、性能與制備工藝之間的關系；能夠運用無機材料結構化學的基礎知識和基本原理，對耐火材料加工過程中的工程性問題進行解析，通過綜合比較，優選方案，解決耐火材料設計或生產過程中的復雜工程問題；進而掌握耐火材料制備各工程涉及的單元或工藝流程，促進學生形成改進耐火材料性能、開發新材料、新產品和新工藝的創新性科學研究及工程實踐的能力。

由于耐火材料課程原理性知識點多、基礎理論性強、抽象度高、內容量大且涉及面廣，學生學習難度較大；而傳統教學模式中，多以耐火材料的制備原理為核心，圍繞制備工藝的各個環節，以口頭和PPT 講解為主要形式進行授課，學生積極性不高，課堂師生互動性不足，學生參與度較低，這有礙于學生對知識的主觀吸收和深刻理解，不但嚴重影響教學質量，而且制約了學生主觀能動性、創造性及分析、解決工程實踐問題能力的發展，降低了培養質量。

為此，本課程團隊在耐火材料教學實踐中，引入BOPPPS 引導式教學模式，以學生為主體，從傳統的“以教師為中心”的教學方式向新穎的“以學生為中心”的教學模式轉變，激發學生學習熱情，感受耐火材料科學與藝術的融合之美，引導學生以苦為樂、在樂中學，從而提高學生積極性，改善教學效果。

一、BOPPPS 教學模式內涵

BOPPPS 引導式教學發源于加拿大，是一種以學生為中心，以教學目標為導向的課程教學新方法，其核心理念是引導學生積極參與課堂教學，以及整體設計教學目標—教學實踐—學習活動—教學評價等教學全過程。BOPPPS 教學模式將教學過程進行流程化，細分為以下6 個步驟，見表1。

表1 BOPPPS 教學模式的6 個步驟

二、基于BOPPPS 的實踐教學探索

根據課程教學內容，結合BOPPPS 的教學模式和結構特點，以隔熱耐火材料的制備原理一節內容為例，對耐火材料課堂進行設計，探討BOPPPS 教學模式在該課程中的教學效果。

（一）Bridge-in 導入

導入階段的目的是為了引起學生注意，激發學習熱情，使其能更快、更好地融入課程學習中。因此，作為課堂教學中的首要環節，其尤為重要。通常可以采用播放與課程內容相關的視頻、動畫和圖片，或簡要講述與內容高度關聯的新聞事件、具體案例和生活實例等來實現。在輕質隔熱耐火材料制備原理的課程教學過程中，如何讓學生理解此類耐火材料組成、結構及其性質間的關系，是本節導入的重點。

因此，在課程開始前，教學小組設計如下案例：隔熱耐火材料又稱為保溫耐火材料，顧名思義，具備保溫功效，能夠降低工業高溫窯爐的熱損失，增強熱效率，提高設備產量，減少能源消耗，其作用類似“羽絨服”。如果把人的身體看成是能夠連續致熱的工業高溫窯爐，在寒冷的冬季，為了防止身體熱量散失，人們通常需要穿著羽絨服來保溫御寒；同理，在高溫冶煉過程中，為了避免窯爐內熱量過多損失，同樣需要穿上“羽絨服”，即保溫材料。那么，羽絨服并不產生熱量，為什么能夠保溫呢？大家都知道，羽絨服的主要材料為鴨絨和鵝絨。大家仔細觀察羽絨，可發現羽絨球狀纖維上密布數以萬計的細小氣孔，這些氣孔可以吸收大量空氣，而空氣為熱之不良導體，因此可避免冷空氣迅速穿透和體溫的流失。另外，羽絨服羽絨蓬松起來以后的間隙可以形成隔離層，降低熱量傳遞。因此，充絨量、蓬松度和重量是衡量羽絨服保溫效果的三大要素，三者的核心均是形成多孔的材料結構。類似羽絨服，為了具備隔熱保溫效果，隔熱耐火材料也需具備氣孔率高、體積密度小和質量輕的特性，因此也被稱為輕質隔熱耐火材料。上述日常實例中，通過對羽絨服的作用及其原理的解析，進而引出本課程的重點，即隔熱耐火材料的組成、結構及性質。

（二）Objective 目標

課程學習目標是教學的抓手，通過明確學習目標，確定本環節學習產出成果，指導教師進行課程設計，幫助學生清晰了解學習方向，最終促進知識轉變為能力。

根據BLOOM 教學目標分類法，本課程的主要學習目標為：（1）知識能力目標。掌握隔熱耐火材料的隔熱原理、材料結構及性質；（2）方法能力目標。能夠運用所學知識，設計和制備出應用于不同高溫窯爐的隔熱耐火材料；（3）情感能力目標。通過揭示耐火材料的結構魅力，感受耐火材料的實用之美，從而激發學生學習興趣和能動性，培養和提高學生創新性和科學研究及工程實踐的能力，改善學習效果。

（三）Pre-assessment 前測

前測是在課堂正式講授之前，對接下來要學的知識和技能的了解程度及預習效果的檢測。通過前測結果，可以了解學生學習效果，并針對性地進行教學思路、深度和進度的調整。前測可以通過調查、提問、小測試或者討論等方式展開。

在本節隔熱耐火材料的制備原理的課程學習中，需要了解隔熱耐火材料的一些知識，課堂中采用教師提問、學生回答的互動方式來進行，共測試了三個知識點。

（1）常見的隔熱耐火材料有哪些？

（2）隔熱耐火材料的結構？

（3）熱導率和熱容量概念？熱傳遞的方式？

問題（1）和問題（2）是本次課的基礎，如果熟練掌握了這些知識，那么就很容易了解本節課的學習重點。問題（3）是上節課學習的重點和難點，也是本節課即將學到的隔熱耐火材料結構原理的基礎。通過問題（3），能夠迅速幫助學生對上次課進行回顧，加深印象，另外，也可為即將講授“隔熱耐火材料如何減少熱傳遞，提高保溫效果”相關內容做好鋪墊。

（四）Participatory Learning 參與式學習

參與式學習是通過多元化的教學手段，充分調動學生學習的積極性，讓學生多方位參與教學從而掌握知識，高質量完成課程學習。通常的教學手段包括分析與討論、案例研究、多種圖片、小組學習、動手實踐和視頻講解等。

本課程在實際教學的過程中，采用多種圖片、視頻講解及小組討論的方式，引導學生進行討論和主動學習，充分了解隔熱耐火材料的結構、性質和分類。講授隔熱耐火材料的結構時，采用的二維圖片如圖1 所示；在講授隔熱材料分類、結構及應用場景時，可以采用網上視頻進行協助教學，如圖2 所示（截圖）。圖片和視頻講解結束后，老師根據座位號，對學生進行分組，提出相應的問題：從材料結構角度層面，試探討如何提高隔熱耐火材料的保溫性能？小組討論的問題，既是本節課的核心內容，又是一種開放性的問題，能夠引導學生帶著真實的任務進入學習場景，以此增強學員的興趣和求知欲，加深對知識點的理解認識。

圖1 隔熱耐火材料的三種結構

圖2 隔熱材料分類、結構及應用場景[10]

（五）Post-assessment 后測

后測的主要目的是可及時了解學生的學習效果，對知識點的掌握是否達到了預期的教學目標。后測的形式也可以多樣化，包括客觀題、主觀題、場景分析、課堂測試、頭腦風暴、小論文和情景分析等。

本節課的后測主要采用的是思考題的方式，給學生3～5 分鐘的時間進行思考，然后隨機選擇學生進行回答。思考題如下：（1）按材料的顯微結構，隔熱耐火材料可分為哪幾種類型？（2）研制新型高效隔熱耐火材料應考慮的原則有哪些？（3）隔熱耐火材料制備過程中，應該注意哪些環節？

以上述題目進行后測，進一步讓學生明確本節課的主要內容及教學目標，清晰課后復習的重點；同時，對于教師而言，能夠及時掌握本節課的教學效果，并根據回答情況，掌握學生的學習質量，調整下節課程的教學方案。

（六）Summary 總結

總結是對本次課程教學重點內容進行扼要概括和延伸思考。該環節具備承上啟下的作用，通過總結和提煉，對授課內容進行整理和回顧，同時使學生能夠整合獨立的知識點，前后知識間建立有機聯系，進一步鞏固學習成效。

本課程采用內容回顧法及思維導圖法，對隔熱耐火材料的原理進行小結，重點內容如下：掌握隔熱耐火材料的主要組成、結構和性質，建立三者間的聯系，了解影響隔熱耐火材料保溫性能的因素，并根據上述原理，設計出合適的隔熱耐火材料。通過PPT 回顧本節課重點內容，繪制思維導圖（圖3），可讓學生形成知識網絡，更能深刻理解本節課重點。

圖3 隔熱耐火材料制備原理主要內容思維導圖

三、教學實踐效果

在隔熱耐火制備原理一節中，引入BOPPPS 教學模式，可充分調動學生積極性和主觀能動性，激發學生學習興趣，課堂氛圍更加活躍，師生互動更為頻繁，顯著提高了教學效率，改善了教學效果。

四、結論

耐火材料課程具有原理多、知識抽象、內容廣和信息量大等特點，導致傳統教學過程中學生學習動力不足、興趣低及課堂互動性差，這樣嚴重制約了教學質量的提高和人才培養效果的增強。針對上述問題，本課程團隊積極引進BOPPPS 教學模式，以隔熱耐火材料的原理小節為例，進行了一些課堂教學新的探索和實踐。以日常生活實例為切入點，設定課堂學習目標，聯系前期學習及預習基礎，結合圖片、視頻及小組討論等多元化教學手段，積極引導學生參與課堂教學，設置課后思考題，并對本次課程進行簡單回顧和繪制思維導圖，讓學生的學習成果進一步鞏固。實踐結果表明，通過BOPPPS 模式教學，切實提升了教學效果，對課堂教學具有一定的借鑒意義。