基于BOPPPS模型“電子技術I”課程混合式教學改革的實踐與探索

黃 慧,段惠敏

(合肥學院 先進制造工程學院,安徽 合肥 230601)

“電子技術I”課程涵蓋了數字電路和電子設計自動化(EDA)兩部分內容,是面向大學一、二年級學生開設的電子技術系列課程中打造“金課”的第一個教學模塊[1]。課程分理論基礎和實踐環節兩個部分。目的是使學生掌握邏輯代數的基本理論和知識、數字邏輯電路的分析與設計、現代電子技術方法等知識,具備現代電子設計技術的能力,支撐后期“電子技術III”“單片機課程設計”“數字信號處理”等專業課和第二課堂的各項活動。

在2018年的全國教育大會上,習近平總書記對黨的十八大以來教育改革發展的成就和經驗進行了系統總結,指明了今后全面深化高等教育教學改革的方向和目標,要求在高等教育中堅持把立德樹人作為根本任務,堅持以人為中心深化教育改革創新[2]。為了更好地踐行立德樹人培養任務,“電子技術I”教研組對原有的教學模式進行了反思,發現在原有的教學模式中存在三個方面的問題:1.學生課前自主學習不充分,課堂參與度不高;2.考評體系單一,難以實時掌握學生的學習狀態;3.教學內容與現代電子設計思想相脫離,學生學習的廣度和深度不夠。

針對這些問題,“電子技術I”教研組決定對原有的教學模式進行改革。自2018年起,教研組就教學模式改革的方式進行了充分調研,并在學生中開展了廣泛的討論,得到學生的積極反饋。2020年初,新冠肺炎疫情的肆虐,使得線下教學完全停滯,只能開展線上教學。時至今日,線下教學+線上教學的混合式教學模式將是常態[3]。在這種背景下,教研組決定采用基于BOPPPS模型的混合式教學[4]。

1 基于BOPPPS模型的混合式教學建設思路與實施措施

1.1 BOPPPS模型

BOPPPS模型在初期是加拿大不列顛哥倫比亞省的教師教學技能工作坊(Instructional Skill Workshop, ISW)項目采用的一種教學培訓模型,由溫哥華大學的Douglas Kerr于1976年提出[5]。其命名源自該模型的六個教學模塊的首字母:B(Bridge-in,引入)、O(Objective,目標)、P(Pre-assessment,前測)、P(Participatory Learning,參與式學習)、P(Post-assessment,后測)、S(Summary,總結)。

BOPPPS模型秉承以目標為導向、以學生為中心的教學理念,它的六個模塊形成了一個完整、有效的教學環節,教師在教學過程中可以根據學科方向的差異和人才培養目標的不同來靈活設計各模塊環節,因此,在具體的教學實踐環節中有很強的適應性和可操作性。BOPPPS模型顛覆了以教師講學為主的“填鴨式”傳統教學模式,在教學過程中強調以學生為中心,塑造了一種新型的探究式、個性化、互動式教學模式,滿足了新時代復合型人才培養的要求。BOPPPS模型已被全球數百所大學和產業培訓機構采用,其在教學和培訓中的實踐表明該模型“有效果”“有效率”“有效益”[6]。在我國,BOPPPS模型在近年來才受到關注并逐步推廣。雖然起步較晚,但BOPPPS模型在我國高校教學和職業教育培訓中的發展非常迅速,為我國高等學校教育教學改革提供了一個可以靈活運用的平臺[7-9]。

1.2 采取“BOPPPS+線上線下”混合教學模式,提高教學成效

基于BOPPPS模型,教研組將“電子技術I”的教學內容按引入、目標、前測、參與式學習、后測、總結六個階段進行教學模式改革,提出了基于BOPPPS模型的“電子技術I”“線上+線下”混合式教學改革方案,如圖1所示。在課前的線上自主學習階段,充分利用小規模限制性在線課程(SPOC)和超星信息化平臺等線上資源,根據“電子技術I”課程的具體情況,將課程思政建設和我國在集成電子線路產業發展中的卡脖子問題等典型案例納入知識內容引入階段,構建漸進的知識層級,使學生在課前得到充分的自主學習。在線下課程學習階段,將合肥長鑫、三洋公司等企業的一線工程師請進課堂,通過翻轉課堂、分組討論等形式形成以學生為中心的多模式互動教學,有效提高了學生學習的廣度與深度。在課后階段,利用線上和線下共進方式,根據不同知識層級靈活開展項目設計,形成多維度閉環考評。接下來按照BOPPPS的六大模塊對基于BOPPPS模型的“電子技術I”課程混合式教學改革的舉措進行介紹。

圖1 基于BOPPPS模型的“線上+線下”混合式教學路徑圖

1.2.1 將課程思政建設和典型案例納入知識內容引入階段

近年來,以美國為首的西方國家蓄意挑起意識形態之爭,在政治、經濟、軍事和高科技等領域對我國進行圍追堵截,企圖擠壓我國的生存空間,這其中尤以在半導體集成電路芯片上對我國的全方面封鎖最為典型。“電子技術I”是集成電子線路領域應用型人才培養方面的啟蒙課程,而西方國家對我國集成電路產業的打壓為教研組在課程中融入思政教育提供了良好的契機。根據課程特點,可以在知識內容的引入階段,選取與課程知識點相關的人物的優秀事跡進行介紹,可以讓同學們了解鄧稼先、錢學森等兩彈一星元勛在艱苦條件下為我國國防科技發展奮斗的事例,激發學生的愛國主義情操;也可以對“星光中國芯”總指揮鄧中翰院士的先進事跡進行詳細分析,讓同學們了解到以鄧中翰院士為代表的一批中國電子技術領域的科技人才正是利用了他們所掌握的電子技術知識,并把這些知識從理論轉化為技術,成功研制了擁有自主知識產權的超大規模數碼圖像處理芯片,書寫了一個個激勵人心的科技報國故事。

通過這些先進人物的事跡分析和典型案例的引入,使同學們明白自己學習的知識有什么用,該怎么用,并在課前自主學習階段就能發現問題,引發興趣,從而誘導學生產生強烈的學習動機。通過正確的價值引領,將系統觀、辯證法和愛國主義精神融入數字和邏輯電路的分析與設計過程,實現了專業課程與思政課程同向同行[10]。

1.2.2 構建漸近的知識層級,夯實課程目標

“電子技術I”課程的總體目標是為國家和地方經濟建設培養電子技術方面的應用型人才[11]。從知識和技能層面,按照循序漸進的原則,由易到難,設計了具有層次感的課程目標(圖2)。首先,培養學生具有邏輯代數和電子技術的基礎理論知識,并引導學生將邏輯代數和電子技術的理論知識用于邏輯電路的設計應用。其次,培養學生運用基礎知識、理論和方法分析和設計數字邏輯電路的能力。最后,使學生具備基于現代電子設計技術設計數字邏輯電路的能力。這種由淺入深的目標設計有利于增強學生的自信心,從而激發學生的學習興趣,并促使學生積極思考。

為了適應電子技術應用型人才培養目標,教研組結合當前國家在集成電路產業的布局,特別是安徽省在集成電路產業的快速發展,融合現代電子設計技術,構建了“電子技術的基本概念和關鍵技術的應用”→“組合、時序電路的分析設計方法”→“數字電路自動化設計”的由初級到高級的3個知識層級,建立多模塊系統級電路設計思想。從圖2可以看出,不論是知識層級的設計還是課程內容的安排,都緊密圍繞課程目標,最終目的都是為國家和地方經濟建設和發展培養專業技術人才。

1.2.3 基于互聯網+課堂工具開展課前自測

在線下課堂前,教研組利用網絡虛擬教室將事先錄制好的視頻通過小規模限制性在線課程平臺發布給學生。學生通過網絡教室的視頻了解課程的學習內容、學習任務和學習目標,并以分組的方式參與課程內容的討論,完成對教學內容的知識準備。

在引導學生充分進行課前自學的基礎上,利用小規模限制性在線課程的即時性檢測功能及時了解學生的課前學習情況。對學生線上學習的情況進行統計,可以了解學生利用線上學習平臺進行自主學習的情況。從線上學習進展情況的效果反饋可以看出,所有的學生都能及時進行線上課前學習。

1.2.4 通過翻轉課堂、分組討論等形式實現參與式學習

在線下課堂教學階段,研究組根據BOPPPS模型的模塊設置,在課堂教學階段采取了參與式教學法。通過翻轉課堂[12]、分組討論及項目匯報等環節,形成以學生為中心的多模式互動課堂,完成由學生和教師共同參與的教學內容。

翻轉課堂中的一個改革舉措是“將企業工程師請進課堂”,探索校企協同的應用型專業人才培養模式[13]。教研組積極與本地區在電子技術領域中的優秀企業如合肥長鑫、合肥三洋和海爾等企業合作,在線下教學階段由企業工程師提供實際案例,在每一課中根據教學內容選擇一個關聯的應用案例來進行專題討論,如第四代雙倍速率同步動態隨機存儲器的線路設計、相控陣雷達串行通信譯碼器中的譯碼等,通過實際案例分析來培養學生解決復雜工程問題的能力。通過對翻轉課堂的拓展,線下教學課堂變成了老師、學生和企業工程師之間互動的場所,使學生對“電子技術I”的知識運用有了直觀的認識,提高了學生學習的主動性和目的性。

為了使每一個學生都真正進入參與式學習,教研組對班級中的同學進行了分組,在翻轉課堂中充分開展分組討論。小組成員的劃分充分考慮平衡原則,每組中有學習成績好的同學也有學習較欠缺的同學,并以學習態度較好的同學為組長,要求組長督促本組同學積極參與討論。通過這種分組實施結對幫扶,并開展小組競賽,通過團隊學習最終達到所有同學共同進步的目的。

在翻轉課堂中實施的另一個改革舉措是“項目匯報”。由于學生在課前已經充分學習了課程的內容,教師在線下教學階段可以不再占用時間來進行知識的講授,而是把這部分時間用來讓學生進行項目的學習,選擇一個貼切的課題,要求每一小組的所有同學共同參與進來解決問題,在課后進行項目匯報,從而獲得更深層次的理解。根據各組學生的項目匯報情況,老師可以了解到學生對哪些知識有較好的理解和掌握,對哪部分內容的學習和掌握還有困難,進而根據各組學生的具體學習情況給予輔導,促進學生對知識的吸收內化。

1.2.5 根據不同知識層級靈活開展課后測試

線下課堂學習后,要求學生自己對學習情況進行自我后測。對每一個課程內容,針對具體的知識點準備四五個小問題,要求同學們就這些知識點的學習情況及時進行檢測,并對自己的學習效果做出判斷。如果回答得不好,學生需要仔細思考哪些方面出了問題,并重新進行學習。學生對后測問題的回答情況通過云平臺及時進行匯總處理,幫助教師了解學生的學習狀況。

在學生自測的基礎上,教研組和企業工程師共同設計了有針對性的案例分析、電路糾錯等專題討論資源,以項目設計驅動教學,拓展學習的深度及廣度。在課后測試中設置形式多樣的討論區:“我當小老師”討論區、分組討論任務區、重難點解析討論區等,通過這些討論區話題的辯論,為學生提供更多學習交流空間,構建一對一、多對一的答疑環境。

1.2.6 多維度考評形成閉環總結

在模塊化教學改革之前,教學考核模式是傳統的“期末試卷+平時作業”的二維評價方式,這種考核方式難以體現學生的自主學習效果,也無法促進學生參與式學習的積極性,因此,教研組提出了動態、多元化的考核模式。這種多維度考核評價方法涵蓋課前自測、課中參與式學習、即時性測試、項目設計和終結性考核等多個環節。學生的最終成績權重為:期終筆試(40%)+學習筆記(10%)+ 實驗(15%)+線上學習(15%)+線下測試(10%)+項目設計(10%)。其中,期終筆試全面考查學生能力目標的達成情況,支撐課程目標三級能力培養。學習筆記對指定自學環節進行學習總結,考查學生的歸納總結能力,支撐初級能力培養。實驗考察學生的實踐能力,支撐高級能力培養。項目設計考察學生針對特定問題提供設計方案的能力。這種“線上+線下”多維度的閉環教學考核,充分反映了學生在課前自主學習、課中參與式學習和課后知識內化各階段中的學習效果。

1.3 基于BOPPPS模型的教學環境創設

為了充分發揮BOPPPS模型的優勢,提高教學效果,教研組借鑒德國工業4.0應用型人才培養模式[14],立足“中國制造2025”戰略部署,在教學過程中融合現代化信息技術手段,創設了時間自由、空間混合的教學環境。建設了智能車輛控制與集成設計技術工程研究中心、現代電子控制與檢測應用技術協同創新中心和虛擬現實與增強現實及應用工程實驗室等產學研結合平臺,并與宏晶微電子科技股份有限公司、聯寶電子科技有限公司等企業建立合作實訓基地,為學生營造良好的學習和實踐條件。

在課后的知識內化階段,根據“電子技術I”課程的應用范圍,教研組為學生開設了項目設計環節,有針對性地鼓勵學生根據課程內容進行電路設計。在項目設計環節,將課程實驗室和創新實驗室交給學生自主管理,并實現了全天候開放,使學生有充足的時間來理解消化課程內容并用于電路設計。

2 教學效果

為了對教學改革的效果進行評估,教研組對基于BOPPPS模型的“線上+線下”混合式教學改革所涉及的學生開展了問卷調查。調查結果反饋表明,大部分學生認為課前學習對自己很有幫助,同學們普遍支持基于BOPPPS模型的教學模式改革。

在學習效果方面,表1統計了教學改革前后學生學習成績的對比。結果表明,教學改革后學生的平均分、及格率和優良率均有較大幅度的提升,低分成績占比明顯下降,說明基于BOPPPS模型的“電子技術I”課程改革取得了較好效果,為學生知識、能力水平和綜合素養的提高打下了堅實基礎,夯實了應用型人才培養目標。

除了學習成績有明顯提升,教學改革后電子工程和信息工程專業學生的創新能力也得到了顯著提升,學生積極參加全國和安徽省大學生電子設計大賽、全國大學生創新創業大賽、全國大學生物理實驗競賽等國家級和省部級競賽。

3 結語

近年來,地方本科高校積極開展應用型人才培養模式的改革與探索,合肥學院在轉型發展中大力推進模塊化教學模式。在“電子技術I”課程教學中,教研組基于BOPPPS模型,探索了網絡互動教學模式和翻轉課堂相結合的教學模式改革,實現了以學生為主體的參與式學習模式;將企業工程師請進課堂,針對專題開展項目設計,實現了課前課后的任務驅動學習,極大地激發了學生學習的自主性和目的性。

通過基于BOPPPS模型的“線上+線下”混合式教學改革,學生學習的積極性和參與度有明顯提高、實踐動手能力和創新能力特別是參加各類大賽的能力有大幅提升,表明基于BOPPPS模型的教學改革有效提高了“電子技術I”課程教學的效果。