基于“SCAPE+BOPPPS”的環境工程專業流體力學教學改革研究

［摘 要］流體力學是環境工程專業的重要基礎課程，其教學效果直接影響學生對后續專業課知識的理解與運用。文章以明渠均勻流的教學為案例，詳細介紹了BOPPPS教學模式的具體運用，并通過SCAPE全景評估體系對教學效果進行評估。評估結果顯示，BOPPPS教學模式顯著提升了學生的學習興趣和參與度，有助于學生更好地理解和掌握關鍵知識點，顯著提升了教學效果，增強了學生的知識運用能力。

［關鍵詞］BOPPPS；SCAPE；流體力學；環境工程；明渠均勻流；教學改革

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）04-0029-04

流體力學作為環境工程專業的重要基礎課程，涵蓋了水力學的基本原理及其在環境工程中的實際應用[1]。然而，傳統教學模式常因課程內容偏重理論、學生參與度低等問題，難以充分激發學生的學習興趣和提高學生的實際應用能力[2]。近年來，BOPPPS（導入、目標、前測、參與、后測、總結）教學模式以清晰的教學結構和以學生為中心的設計，逐漸在各類課程教學中得到了廣泛關注與實踐[3]。該模式通過精心設計教學環節，促進學生主動參與，同時以多元化的教學方式有效促進學生對知識的掌握與應用[4]。

本研究以明渠均勻流的教學為案例，分析BOPPPS教學模式在流體力學教學中的實際應用與成效，并通過SCAPE全景評估體系評估教學效果，旨在為環境工程專業課程的教學改革探索可行路徑，推動教學模式的創新優化，開展理論與實踐并重的環境工程人才培養。

一、BOPPPS教學模式概述

工程教育專業認證的核心理念是“學生中心、成果導向、持續改進”[5]。因此，教師在進行教學設計時應始終以學生的畢業要求為導向，激發學生學習的積極性和主觀能動性，促進培養目標的達成。為此，原有以教師為主導的傳統教學模式亟須轉變為以學生為中心的教學模式，通過反向設計來優化教育教學過程，最終高標準達成專業培養目標。

BOPPPS教學模式的核心在于強調師生之間的互動，注重學生的積極參與和反饋。該模式起源于加拿大，基于學生在10到15分鐘內的專注力設計教學環節[6]。教學過程被分為六個關鍵環節：導入（Bridge?in）、目標（Objective）、前測（Pre?assessment）、參與（Participatory Learning）、后測（Post?assessment）和總結（Summary）[7]。該模式通過明確的教學步驟和各環節之間有機結合，提升學生的學習體驗和知識掌握度。如圖1所示，BOPPPS教學模式能在提升教學效果的同時，促進學生的主動學習和深度參與，從而為教學目標的達成提供有力保障[8]。因此，將BOPPPS教學模式應用于流體力學課程中，有望改善傳統教學中存在的問題，進一步提升學生的學習體驗與知識應用能力[9]。

二、教學設計與實施

本研究以明渠均勻流為案例，系統性地分析BOPPPS教學模式在流體力學教學中的應用。

（一）導入（Bridge?in）

導入環節的主要任務是激發學生的興趣和好奇心，引導學生集中注意力，幫助他們將即將學習的知識與前期所學內容聯系起來。流體力學的應用場景無處不在，因此授課教師可以利用生動且具有趣味性的小案例來完成導入環節。在明渠均勻流的教學中，教師通過播放“小伙徒手建小型水力發電站”的視頻，展示明渠均勻流的實際應用。視頻的直觀性使學生能夠快速理解流體力學知識在工程中的實際意義，激發學生的興趣和好奇心，并引導學生走進課堂內容。這一環節的時間控制在3分鐘左右。

（二）目標（Objective）

明確學習目標是教學設計的關鍵。學習目標能夠為學生指明學習的方向。本次課程的學習目標涵蓋了流體力學基本概念、計算方法和實際應用等方面。在BOPPPS教學模式下，教師根據課程大綱和教學目標，結合流體力學的實際內容，將學習目標具體化、系統化。在本節課中，教師通過板書明確了三大核心學習目標：（1）理解明渠均勻流的定義、特性及其與其他流動類型的關系，重點理解其物理含義；（2）掌握水力最優斷面及允許流速的計算方法，并理解其工程實踐意義；（3）掌握明渠均勻流的輸水能力計算和設計，包括如何計算明渠的底坡坡度和斷面尺寸等。這些目標有助于學生系統地理解課程知識框架，并能為后續學習指明方向。本環節時間控制在3分鐘左右。

（三）前測（Pre?assessment）

前測環節的設計是為了提高學生的課堂參與度，幫助教師了解學生對前期知識的掌握情況，確保課堂教學的順利進行。近年來，隨著翻轉課堂、微課和MOOC（慕課）等新型教學手段的出現，“先學后教”的策略得到推廣，學生可以通過課前學習掌握基礎知識，課堂上則更多進行思維訓練和高階應用。在本節課的前測中，教師結合翻轉課堂的理念，利用學習通、雨課堂等平臺，通過在線測試進行知識點回顧和預習效果檢測，涵蓋了流體力學中的基本概念、均勻流的數學表達式、伯努利方程等內容。教師可利用在線測試的自動評分功能迅速評估學生對基礎知識的掌握情況，并在課堂開始前根據測試結果作出適當的教學調整。教師根據測試結果，決定在接下來的教學中重點講解哪些知識點，并設計提問環節進一步引導學生思考。前測環節不僅能幫助學生集中注意力，也為后續的教學活動提供了數據支持。前測環節時間控制在15～20分鐘。

（四）參與（Participatory Learning）

參與環節是BOPPPS教學模式的核心部分，旨在通過互動和小組活動，增強學生的學習動力和實踐能力。課堂中的小組討論和實際應用案例能夠讓學生將理論知識與實際問題相結合，幫助學生深刻理解課程內容。在明渠均勻流的教學中，參與環節包含了多個活動。

1.小組討論。學生被分為3～5人一組，討論明渠均勻流知識的應用場景，如灌溉渠和排水渠中的流體流動特性及計算方法。小組成員討論后，由代表匯報討論結果，其他組成員補充和質疑。教師進行總結和點評，強調關鍵知識點。該環節用時6～8分鐘。

2.城市排水系統設計。提供一個實際的城市排水系統設計案例，讓學生運用所學的水力最優斷面和允許流速等知識計算不同段落的流速和流量，探討如何優化排水系統設計。每組完成設計后提交書面報告，教師點評不同小組的設計方案。該環節耗時10～15分鐘。

3.農業灌溉渠設計。該環節旨在幫助學生理解明渠均勻流知識在農業中的應用，通過設計灌溉渠的斷面并計算流速和流量，幫助學生鞏固學習目標（2）和（3）。每組完成設計后進行展示和討論，教師對設計中的優缺點進行點評。該環節用時6～8分鐘。

4.實驗視頻觀看。播放明渠流動實驗的演示視頻，使學生可以直觀理解流動特性及計算參數，進一步加深對理論知識的理解。實驗結束后，教師總結實驗結果，布置課下實驗任務，幫助學生進一步理解切應力與流速分布的關系。該環節用時約5分鐘。

通過這些互動環節，學生不僅能更深入地理解明渠均勻流的計算方法和實際應用，還能夠培養合作能力和實踐能力。參與環節總用時25～30分鐘。

（五）后測（Post?assessment）

教師利用學習通和雨課堂等平臺的在線測試和自動評分功能，設計測驗和作業進行后測，以檢驗學生對知識點的掌握情況。后測主要考查“三基”知識，涉及明渠的定義與特點、曼寧公式、切應力特征、流速計算、水力半徑與濕周計算、流速與流量計算等。此外，應對測試過程中錯誤率較高的題目進行重點講解，強化學生對知識的理解。

課后作業以案例分析為主，考查學生對本節課所學知識的運用能力。教師對課后作業進行細致批改，并給出改進建議。在課堂上選取幾份具有代表性的作業進行點評，分析常見問題和優秀解答。后測環節耗時22～25分鐘。

在教學中，通常在導入環節前，完成上次課的課后作業點評。同時，根據測驗和作業的考查結果，在課程的答疑環節進行個別輔導，幫助學習困難的學生理解和掌握關鍵知識點。

（六）總結（Summary）

在本節課結束前進行教學總結，通過引導式問答的方式回顧和歸納本節課的關鍵知識點，鞏固學生的學習成果。在引導學生回答的過程中，將重點知識板書展示，以引起學生的重視。加強與學習困難學生的互動，通過互動進行知識點撥和答疑。之后預告后續教學內容，以確保學習的連貫性和系統性。總結環節用時約12分鐘。

三、教學效果評價

流體力學課程的教學效果評價通過問卷調查（Survey）、課堂反饋（Classroom Feedback）、作業/測驗分析（Assignment/Test Analysis）、表現觀察（Performance Observation）和參與度評估（Engagement Review）等多種方法進行，形成了基于BOPPPS教學模式的SCAPE全景評估體系（見圖2），實現了系統化的教學反饋。具體評價內容如下：

（一）問卷調查（Survey）

問卷調查主要聚焦學生對知識點的掌握情況、學習興趣及教學方法反饋。問卷內容涵蓋知識點掌握程度、學習興趣水平及對教學方法的評價。通過分析調查結果，教師能夠及時調整教學策略，提高課程教學效果。

（二）課堂反饋（Classroom Feedback）

課堂反饋是改進教學的重要手段。在教學過程中，教師通過課堂即時反饋及課后平臺或郵件反饋，收集學生對課程內容理解、知識掌握及教學方法有效性的反饋信息。基于反饋結果，教師可對課程內容和教學方法進行優化。

（三）作業/測驗分析（Assignment/Test Analysis）

作業/測驗分析著重了解學生的成績分布及知識點掌握情況，尤其關注計算題和應用題的得分情況。通過分析題目得分率，教師能夠識別學生在知識運用中的薄弱環節，從而進行有針對性的講解與補充，確保學生對核心知識的掌握。例如，通過明渠均勻流章節的作業和測試，評估學生對曼寧公式與流速流量計算方法的理解。

（四）表現觀察（Performance Observation）

教師通過觀察學生的課堂表現，評估學生的課堂參與度、學習態度和小組合作情況。課堂表現觀察有助于進一步了解學生的參與效果，及時優化教學策略。

（五）參與度評估（Engagement Review）

參與度評估可提升學生學習的積極性與主動性。評估方法包括：學伴互評，激發小組學習動力；學生評教，反饋教學優缺點；教師評學，了解學生表現；課程滿意度調查；課程改進建議征集。多角度的評估有助于教師全面掌握學生的學習情況及課程教學效果，及時發現并解決問題。

四、結語

在流體力學課程教學過程中，教師通過有效結合導入、目標、前測、參與、后測和總結六個環節，充分激發了學生的學習動力，促進了學生的深度學習和自主參與，進而提升了整體教學效果。基于SCAPE全景評估體系，教學反饋機制得到了系統化的實施。評估結果表明，學生在案例分析、小組討論和實驗演示等活動中，成功實現了理論知識與實際應用的有機融合，增強了實踐操作能力與問題解決能力。前測與后測的設計可幫助教師有效掌握學生的學習進度，并根據測試結果進行針對性的教學調整。小組合作學習的形式不僅促進了師生、生生之間的互動，還提升了學生的團隊協作能力與溝通技能。本研究可為流體力學課程和相關課程的教學改革及創新提供新的思路。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 張凌新，余釗圣，鄧見，等.流體力學課程互動式教學的探討與實踐[J].力學與實踐，2023，45（5）：1144-1149.

[2] 孟慶昌，張志宏，鄧輝，等.面向實戰化需求的流體力學教學改革與實踐[J].力學與實踐，2022，44（3）：681-686.

[3] 高艷宏，王宏丹，張明遠，等.BOPPPS教學模式下冶金工程專業綜合實驗的教學設計與實踐[J].實驗室研究與探索，2024，43（2）：110-114.

[4] 姚婉清，佘能芳.BOPPPS教學模式的教學設計要素分析及案例設計[J].化學教育（中英文），2022，43（18）：51-57.

[5] 孫晶，張偉，任宗金，等.工程教育專業認證畢業要求達成度的成果導向評價[J].清華大學教育研究，2017，38（4）：117-124.

[6] 曹丹平，印興耀.加拿大BOPPPS教學模式及其對高等教育改革的啟示[J].實驗室研究與探索，2016，35（2）：196-200.

[7] 梁臻熠，楊宗藩.BOPPPS教學模式在衛生法學課程教學中的實踐與思考：基于對分易教學平臺[J].大學教育，2021（12）：4-6.

[8] 鄭燕林，馬蕓.基于BOPPPS模型的在線參與式教學實踐[J].高教探索，2021（10）：5-9.

[9] LI S Q， LIU Q L， GUO S， et al. Research on the application of the blended BOPPPS based on an online and offline mixed teaching model in the course of fermentation engineering in applied universities[J]. Biochemistry and molecular biology education， 2023， 51（3）： 244-253.

［責任編輯：周侯辰］