基于BOPPPS的“案例式、雙融合”混合式教學實踐

［摘 要］在新工科背景下，機械設計崗位對高校人才培養提出了更高的要求，學生需要具備多學科交叉知識和較強的實踐綜合能力。機械設計課程秉承以學生為中心的教育理念，開展“案例式、雙融合”混合式教學實踐。課程內容突破傳統教材的局限，依據OBE理念重構課程知識體系，將創新設計實踐與3D打印實驗融入課程各環節。課堂上基于BOPPPS模型開展線上線下混合式教學，用“工程、生活、思政”三案例串聯知識，充分發揮專業課程的育人功能。同時互通“課內與課外，實踐與實驗”，重視學生綜合實踐能力的培養。實踐表明，通過理論與實踐、專業與思政的雙融合，學生的綜合實踐能力與創新能力得到了提升，為新時代機械設計崗位培養高素質應用型人才奠定了基礎。

［關鍵詞］BOPPPS；“案例式、雙融合”；混合式教學；綜合實踐能力

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）21-0052-05

隨著科技的飛速發展，新工科背景下機械設計崗位對高校人才培養提出了更高的要求[1]。機械設計人員不僅要具備多學科交叉融合知識，還要具備較強的實踐動手能力，能夠獨立完成設計、實驗和測試等工作，確保產品的質量和可靠性。此外，設計人員通常需要與其他工程師、設計師、生產人員等進行合作，因此良好的團隊合作能力、有效的溝通協調能力也非常重要。機械設計課程是機械設計制造及其自動化專業必修的一門專業課，旨在培養學生的設計能力、創新意識，并塑造良好的職業素養，其理論性與實踐性較強，在課程體系中起著連接基礎課和專業課的橋梁作用，承擔著承前啟后的重要職責。

一、課程改革的必要性

以青島城市學院（以下簡稱我校）為例，目前機械設計課程主要存在以下幾個方面的問題。

（一）知識更新不及時，學時被壓縮

傳統的機械設計課程教學內容往往只注重理論知識，而與工程實際應用聯系不夠緊密。隨著科技的不斷進步和工程實踐的發展，一些陳舊的知識和方法已經無法滿足現代機械設計的需要。因此，應融入課程外的知識，匯聚豐富的在線資源，引入現代設計方法。然而，應用型大學根據辦學整體方向，需嚴格控制專業課的學時，因此，我校機械設計課程學時由原來的理論56學時、實踐24學時壓縮成理論48學時、實踐16學時，明顯無法滿足教學需求。

（二）教學模式創新不足，學生課堂參與度低

傳統課堂還是以教師講授為主，學生被動接受，雖然通過MOOC、SPOC等信息化教學手段結合翻轉課堂開展教學，使課堂教學效率得到了進一步提升，但教學實踐可能會陷入由“課堂灌輸”向“視頻灌輸”的誤區[2]。教學重知識傳授、輕能力和素質發展，學生參與、互動和反饋不充分。

（三）理論與實踐脫節

機械設計是一門實踐性較強的課程，傳統機械設計課程教學往往是理論在前、實踐在后，且多流于形式，理實嚴重脫節，學生常常面臨“理論能聽懂，設計不會做”的困境，無法快速適應當代工程崗位的需求。這主要緣于學生對理論知識理解的深度不足，接觸的工程案例較少，缺乏設計實踐經驗。

（四）考核方式不合理

傳統的機械設計課程教學考核方式往往只注重對理論知識的考核，而忽略了對學生的實踐能力和創新思維的考核。這種考核方式無法全面反映學生的學習成果和綜合素質。

二、“三位一體”課程目標

為順應新工科的發展趨勢，并緊密結合地方應用型大學的辦學理念，我校機械設計課程堅持以立德樹人為導向，以提升工程實踐能力為突破口，致力于培養具備“理實融合、德技雙修”特質的新時代工程技術人員。課程設定了“三位一體”的目標：一是知識目標，即理解機械設計的基本規律，掌握通用零件的設計理論與方法；二是能力目標，即能研究改進或開發新零部件，能設計簡單機械裝置，能解決實際工程問題，會查閱標準、規范及手冊；三是綜合素質，即塑造學生吃苦耐勞、堅韌不拔的優秀品質，培養學生的全局意識和團隊精神，激發其創新能力，同時使其樹立高度的社會責任感和社會服務的使命與擔當，為機械設計與制造行業培養高級工程技術人才打牢思想根基。

三、“案例式、雙融合”混合式教學實踐

理實一體化教學模式是指以實踐能力培養為主線，利用有效手段建立課程各環節之間的內在聯系，實現實踐能力培養的一體化教學模式[3-4]。混合式教學模式是一種將在線教學和傳統教學的優勢結合起來的新型教學模式[5]。在混合式教學模式中，線上學習環境下的學生自主學習和傳統課堂學習環境下的合作學習相互結合，建構出一種既能發揮傳統課堂教學中教師主導作用，又能體現學生自主學習建構知識特點的全新學習方式[6]。因此，對于以培養學生實踐能力為核心的機械設計課程而言，理實一體化的混合式教學模式非常合適。

（一）依據OBE理念，重構課程知識體系

OBE理念以成果為導向[7]，重視學生的學習產出。機械設計課程學習的成果產出是真正讓學生“懂設計、能設計”，同時具備新時代工程人員應有的職業素養，因此課程內容就不能僅依賴于教材。首先，線上線下同步構建“模塊化+理實一體化”課程知識體系，既涵蓋理論基礎的共性知識（設計總論、疲勞強度理論與摩擦理論），又包含三大類通用零件設計的個性知識（連接、傳動、軸系支撐），并拓展非標自動化及創新設計模塊。其次，將實踐內容融入每一個個性模塊中，理實交替進行，難度逐級遞增，旨在不斷鞏固學習效果，提升學習深度，逐步培養學生的綜合設計能力。最后，融入“工程、生活、思政”案例，實現“理實融合、德技雙修”的育人目標。基于OBE理念重構的“模塊化+理實一體化”課程知識體系總體框架如圖1所示。

此部分內容在講解時以“帶式輸送機高速級帶傳動設計”案例為主線，以其他“工程、生活、思政”案例為輔線，將授課內容貫穿其中，融入“團隊精神、創新精神、智能制造及多學科交叉”等新工科所包含的育人元素，在培養學生專業能力的同時，提升學生的思政素養。主線案例串聯邏輯如下：設計帶傳動—選擇帶傳動的類型—了解帶傳動的組成—分析帶傳動在工作時可能出現的情況—制定合理的設計準則。這樣各部分的授課內容就能通過一個典型案例串聯起來，而不是孤立的。同時，提供非標自動化設計的線上資源及同步帶傳動設計實例，拓展書本知識，能夠讓學生接觸更多的工程實踐案例，了解行業最新動態。

（二）基于BOPPPS模型，開展“案例式”混合教學

BOPPPS模型又稱“有效教學”，主要由課堂導入（Bridge?in）、課堂目標（Objective）、課堂前測（Pre?assessment）、課堂參與（Participatory?learning）、課堂后測（Post?assessment）和課堂總結（Summary）六個元素組成，簡稱為BOPPPS[8]。互聯網時代，移動信息技術與教學資源的結合成為當前國內教育教學領域的研究熱點，在學習方式碎片化和泛在化的今天得到了廣泛認可。學生的線上學習效果和參與度將直接影響混合式教學效果，學生能利用碎片時間完成[9]，這雖然體現了學習的靈活性和自由性，但也存在部分學生的自主學習單純是“刷網課”，并非“有效學習”。因此，如何設置線上任務、怎樣及時反饋與評價成為線上學習的重要監督手段。本課程設置較簡單的內容作為線上自主學習任務，同時布置話題討論、問卷、隨堂限時測試等前測任務來間接督促更多學生保質保量地完成課前任務。在課中通過線下互動，包括隨機提問、搶答、匯報等形式，實施獎罰積分措施等，以現場檢驗和客觀準確評估自主學習效果。對于較難理解的高階內容，采取線下教學形式，以工程案例為主線，通過前測、導入、目標、參與式學習、總結及后測六步法形成教學閉環。導入環節引入“工程、生活、思政”案例來幫助學生建立理論與實踐的聯系。如圖2展示了以目標為導向、以工程案例為主線，借鑒BOPPPS模型開展的“鍵連接”混合式教學的過程，體現了以學生為中心的“學、測、做、研”四個學習環節。

“學”：學生根據教師提供的線上資源——鍵的類型授課視頻，學習并掌握常見的鍵的類型包含平鍵、半圓鍵、楔鍵和切向鍵，同時結合線上資源——鍵連接動畫，理解各種鍵的特點及應用場合，及時歸納出鍵的類型選擇依據，上傳到學習通問卷中。

“測”：線上利用前測試題（限時隨堂練習）及時檢驗學生能否根據實際工況來選擇合適的鍵的類型，教師及時反饋學習通的學習數據，對表現好的學生給予加分獎勵，不斷激發學生自主學習的熱情。對未能按時完成任務的學生進行減分，利用公平公正的積分獎罰機制，全面掌握學生的過程性學習數據。

“做”：課中，強調學生的主體地位，以中國古代的“榫卯結構”思政案例為切入點，讓學生感受中國智慧，體會連接的重要性。以工程案例中鍵連接的設計為主線，通過任務驅動、學生參與（查標準、計算強度），逐步完成學習任務。

“研”：課后，一方面要求學生養成自我歸納總結的好習慣，另一方面重視實踐能力的培養，以小組為單位完成設計裝配圖。同時，提供最新理論成果，要求學生課后研讀，課上分享，以提升學生的創新思維和高階能力。

（三）“課內+課外”“實踐+實驗”開展實踐教學

實踐環節對于學生的實踐能力培養至關重要，是學生從理論上的“會設計”向實際上的“能設計”轉變的重要途徑。因此在實踐教學模塊中，一方面要布置合理的任務，另一方面要注重教師的輔助答疑。在機械設計實踐環節，除了要有主講教師指導，還要配備三維建模和3D打印指導教師，同時借助“對分課堂”理念，充分利用課內與課外時間，保證實踐的順利進行，具體實踐教學安排如表2所示。首先，主講教師課內布置實踐任務，小組成員在初步討論并明確設計要求的情況下，轉移至課外研討階段，完成一系列設計計算，在此過程中遇到疑問，可以直接在線上尋求教師的幫助以得到快速解答，也可以待線下答疑課時請教教師幫助解決。教師會將3D打印模型帶入課堂進行展示，小組成員邊觀摩邊討論、教師輔助答疑，完成設計計算。其次，在課外由三維建模教師指導，小組成員共同完成設計的三維建模。最后，學生走進3D打印實驗室完成設計的實物化。實踐結束后將設計報告、設計圖紙、實物照片等上傳至超星泛雅平臺。以上整個實踐環節既包含了理論設計計算，又進行了三維建模與實物化，有利于培養學生的綜合設計能力。

（四）混合式教學評價

評價是教學持續改進閉環系統的關鍵[9]，只有合理的評價機制才能保障學生積極融入課堂并進行有效學習。本課程學習評價立足專業與思政兩個維度，采用“過程性考核+診斷性考核+增值性考核+終結性考核”“多教師評價+小組評價相結合”的形式，如表3所示。其中，過程性考核20%=課堂表現10%（線上任務完成情況、線下課中互動）+課后作業10%（線上學習通）；診斷性考核15%=階段測試10%+期中測試5%（線上學習通）；增值性評價25%=項目設計15%（線下成果匯報）+實驗10%（線下實驗操作及報告）。評價主體為主講教師、建模指導教師、3D打印及課內實驗教師、助教團隊、小組學生。終結性考核40%的考查內容涵蓋專業素養與思政素養兩個方面，重視對學生知識、能力、素質達成度的檢驗[10]。

四、改革成效

基于混合式教學模式的教學改革，突破了傳統教學方式的局限[11]，具有教學資源豐富、教學方法多元等特點，充分遵循學生的認知規律，將線上與線下、課內與課外、理論與實踐、專業與思政有機融合。教學內容突破了教材和課程的局限，以“設計案例”為主線，以“工程、生活、思政”案例為輔線，同時將實踐有效融入理論，實現“做中學、學中做”“理實融合”“德技雙修”。教學方法上基于BOPPPS模型，以學生為中心，通過典型案例將零散知識點串聯起來，以破解傳統授課按單個知識點講授而導致學生無法建立各知識點之間聯系的困局。

（一）課堂參與度及課程滿意度顯著提高

上述教學方法已應用于我校2020級機械1-3班（120人）和2021級機械1-3班（111人）。教學改革實施后，學生的課堂參與度明顯提高，超星泛雅平臺數據顯示，2021級學生課堂活動參與人次為7520人次，2020級學生課堂活動參與人次為4801人次，較教改前2019級的1366人次明顯提高。期中、期末兩個階段的學習通匿名問卷調查結果顯示，96.81%的學生對課程教學方法和學習效果持認可及滿意態度，且認為整個學習過程充滿了積極的正面情緒，是快樂的學習體驗。

（二）學生的科研及崗位適應能力增強

通過理實融合和逐級項目實踐，學生的創新設計能力顯著提升，在機械設計相關學科競賽中表現突出，獲得國家級獎項數量同比增長11.3%，省級獎項數量同比增長30.5%。同時，學生的科研能力有所提高，發表科研論文2篇、申請專利4項、完成軟著2部，有6人參與橫向科研項目、4人參與山東省教育教學研究課題。通過對用人單位的回訪可知，畢業生的工程應用能力及職業素養得到了用人單位的肯定。

五、結語

基于BOPPPS的“案例式、雙融合”混合式教學是新工科背景下一種行之有效的教學方法。通過該方法的實施，我校培養出了更多具備實踐能力、創新思維和綜合素質的應用型人才，為推動我國科技進步和經濟社會發展提供了人才保障。未來，我們將繼續探索和完善這一教學方法，以期在教育教學中發揮更大的作用。

［ 參 考 文 獻 ］

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[2] 金鑫，李良軍，杜靜，等.基于BOPPPS模型的教學創新設計：以“機械設計”課程為例[J].高等工程教育研究，2022（6）：19-24.

[3] 李曉巖，王鵬超，畢冰.理實融合，構建“教、學、做、思、用”立體化教學模式[J].生物學雜志，2023，40（5）：126-130.

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［責任編輯：劉鳳華］