基于BOPPPS模型的“化工流體流動(dòng)與傳熱”混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

摘"要：“化工原理”課程具有知識(shí)點(diǎn)多、工程性強(qiáng)、知識(shí)體系復(fù)雜和計(jì)算量大等特點(diǎn)，導(dǎo)致教學(xué)過(guò)程中存在課程內(nèi)容偏多、教學(xué)時(shí)長(zhǎng)不足、師生互動(dòng)缺乏和反饋途徑有限的問(wèn)題。為了解決以上問(wèn)題，借助超星平臺(tái)建設(shè)線上課程、實(shí)施課堂測(cè)驗(yàn)環(huán)節(jié)，基于BOPPPS模型設(shè)計(jì)“化工流體流動(dòng)與傳熱”混合式教學(xué)模式，并以《流體輸送機(jī)械》章節(jié)為例提供了一個(gè)參考案例。采用該教學(xué)模式可強(qiáng)化學(xué)生參與、強(qiáng)化課程反饋、強(qiáng)化過(guò)程考核、強(qiáng)化工程實(shí)踐，從而提升課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：化工原理；BOPPPS；教學(xué)設(shè)計(jì)；超星平臺(tái)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

“化工原理”是化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生的一門(mén)主干課程，課程特點(diǎn)包括知識(shí)點(diǎn)多、工程性強(qiáng)、知識(shí)體系復(fù)雜、計(jì)算量大等，教師授課過(guò)程中普遍存在學(xué)生融入課程慢、適應(yīng)性差、畏難厭學(xué)等問(wèn)題，為了解決以上問(wèn)題、提高教學(xué)質(zhì)量，近年來(lái)很多教學(xué)工作者都進(jìn)行了探索。李昱等［1］以強(qiáng)化學(xué)生課程知識(shí)、優(yōu)化學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)、提升學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)，圍繞教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)評(píng)價(jià)三個(gè)維度展開(kāi)，取得了一定成效。

BOPPPS模型包括六個(gè)步驟，分別為導(dǎo)入（bridgein）、目標(biāo)（Objective）、前測(cè)（Preassessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatorylearning）、后測(cè)（Postassessment）和小結(jié)（Summarry），其核心思想是以學(xué)生為中心，突出學(xué)生的互動(dòng)參與式學(xué)習(xí)，并且學(xué)習(xí)效果及時(shí)可測(cè)、可反饋。朱東雨等［2］探討了基于BOPPPS模型進(jìn)行化工原理課程思政設(shè)計(jì)的思路，并以《精餾》章節(jié)為例提供了一個(gè)可操作的設(shè)計(jì)參考案例。張紅秀等［3］提出了基于BOPPPS的“三融三變”混合式教學(xué)模式，通過(guò)線上與線下教學(xué)相融合，有效地構(gòu)建了更科學(xué)的全過(guò)程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系。邸婧等［4］基于BOPPPS有效教學(xué)模式設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，引入蘊(yùn)含思政元素的生活案例和工程案例。通過(guò)實(shí)踐表明，采用該教學(xué)模式可提升課堂教學(xué)效果，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的有效掌握。

基于本校化工原理教研組的教學(xué)經(jīng)歷，論文總結(jié)了《化工流體流動(dòng)與傳熱》教材中存在的主要問(wèn)題，結(jié)合BOPPPS教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)模型，通過(guò)錄制教學(xué)微視頻、編撰教輔書(shū)籍和建設(shè)線上課程等措施，構(gòu)建了線上、線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，并以《流體輸送機(jī)械》章節(jié)為例提供了一個(gè)參考案例。該教學(xué)模式通過(guò)強(qiáng)化學(xué)生參與、強(qiáng)化課程反饋、強(qiáng)化過(guò)程考核、強(qiáng)化工程實(shí)踐，從而提升課程的教學(xué)質(zhì)量。

1"教學(xué)存在的主要問(wèn)題和解決思路

1.1"課程內(nèi)容多，教學(xué)時(shí)長(zhǎng)不足

“化工流體流動(dòng)與傳熱”課程涵蓋流體流動(dòng)、沉降、過(guò)濾、傳熱和蒸發(fā)五個(gè)單元操作，知識(shí)點(diǎn)多且較為零散，倘若采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，教師的主要關(guān)注點(diǎn)為在有限時(shí)間內(nèi)將內(nèi)容講完，容易造成教學(xué)進(jìn)度偏快、重點(diǎn)不突出，而學(xué)生易產(chǎn)生情緒煩躁、心不在焉的不良現(xiàn)象。上述問(wèn)題的解決思路為建設(shè)線上課程，將少部分“低階性”內(nèi)容在課前以線上形式完成。在學(xué)校教改項(xiàng)目的資助下，錄制微課教學(xué)視頻，編撰《跟著思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)化工原理》［5］教輔書(shū)籍，構(gòu)建“化工流體流動(dòng)與傳熱”線上課程，要求學(xué)生在課前完成1～2個(gè)微視頻的學(xué)習(xí)，并完成課后討論題，課堂上主要講解“高階性”的內(nèi)容，解決教學(xué)時(shí)長(zhǎng)不足的問(wèn)題。

1.2"師生互動(dòng)缺乏，反饋途徑有限

傳統(tǒng)教學(xué)方式教師主“講”、學(xué)生主“聽(tīng)”，師生互動(dòng)環(huán)節(jié)缺乏，且教師僅能通過(guò)有限次數(shù)的提問(wèn)考查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，難以準(zhǔn)確評(píng)估學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，導(dǎo)致教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果模糊不清，未能進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)。該問(wèn)題的解決思路為增設(shè)課堂測(cè)驗(yàn)，及時(shí)獲得學(xué)生學(xué)習(xí)成效的反饋。針對(duì)教學(xué)重點(diǎn)設(shè)計(jì)課堂測(cè)驗(yàn)題目，采用超星學(xué)習(xí)通發(fā)布題目并及時(shí)獲知學(xué)生的作答情況，根據(jù)課堂測(cè)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，準(zhǔn)確獲得知識(shí)掌握程度、學(xué)習(xí)誤區(qū)和需幫扶學(xué)生等關(guān)鍵信息，及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性的補(bǔ)充、強(qiáng)調(diào)和指正，強(qiáng)化課堂上師生互動(dòng)和反饋改進(jìn)。

2"基于BOPPPS模型的混合式教學(xué)模式

基于前述主要問(wèn)題的解決思路，結(jié)合BOPPPS模型構(gòu)建了“化工流體流動(dòng)與傳熱”混合式教學(xué)模式，以“離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)”的教學(xué)環(huán)節(jié)為例闡述該教學(xué)模式。

2.1"導(dǎo)入（Bridgein）

為了吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，采用國(guó)家級(jí)重點(diǎn)工程“南水北調(diào)”的案例進(jìn)行導(dǎo)入。南水北調(diào)工程于2002年12月開(kāi)工建設(shè)，2014年12月12日東、中線一期工程通水，至今調(diào)水586億立方米，直接受益人口超過(guò)1.5億人，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。由于我國(guó)總體的地勢(shì)特點(diǎn)為北高南低，需要通過(guò)水泵實(shí)現(xiàn)水從低處往高處流動(dòng)，其中東線工程就建設(shè)有50余座水泵站，形成世界上規(guī)模最大的水泵群組。對(duì)于南水北調(diào)，需要根據(jù)上游的儲(chǔ)水情況和下游缺水地區(qū)的水量需求去調(diào)整調(diào)水流量，這就涉及本次課程學(xué)習(xí)的流量調(diào)節(jié)。

2.2"目標(biāo)（Objective）

本次課程的教學(xué)目標(biāo)包括知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)，如表1所示。知識(shí)目標(biāo)為了解管路特性方程的推導(dǎo)方法和過(guò)程，掌握離心泵工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)方法；能力目標(biāo)為能夠基于工作點(diǎn)的定義，判斷輸液流量隨泵特性和管路特性的變化規(guī)律，并從泵和管路的角度提出流量的調(diào)節(jié)措施。

2.3"前測(cè)（Preassessment）

本次課程涉及離心泵的工作點(diǎn)，其定義為泵特性曲線和管路特性曲線的交點(diǎn)。利用構(gòu)建的“化工流體流動(dòng)與傳熱”線上課程，要求學(xué)生完成泵特性曲線對(duì)應(yīng)微課視頻的復(fù)習(xí)和相應(yīng)的測(cè)試題。教師可以根據(jù)測(cè)試題的回答情況，提前了解學(xué)生學(xué)情，如圖1所示。部分同學(xué)未能準(zhǔn)確判斷泵特性曲線隨管路的變化，說(shuō)明其未能理解泵特性曲線是泵的自身性質(zhì)，在此可進(jìn)行針對(duì)性的糾正和強(qiáng)調(diào)。

2.4"參與式學(xué)習(xí)（Participatorylearning）

教師引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)管路特性方程，結(jié)合管路特性曲線，介紹參數(shù)變化對(duì)管路特性方程和曲線的影響，接著引入離心泵工作點(diǎn)的定義，即互相獨(dú)立的管路特性曲線和離心泵特性曲線的交點(diǎn)。布置離心泵輸液流量調(diào)節(jié)的討論題，將學(xué)生進(jìn)行分組討論，引導(dǎo)學(xué)生從改變管路特性曲線和離心泵特性曲線的角度，探討輸液流量的調(diào)節(jié)機(jī)制，提出對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)措施。

2.5"后測(cè)（Postassessment）

采用超星學(xué)習(xí)通布置課堂測(cè)驗(yàn)，題目側(cè)重于知識(shí)應(yīng)用，根據(jù)課堂測(cè)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，準(zhǔn)確獲得知識(shí)掌握程度、學(xué)習(xí)誤區(qū)和需幫扶學(xué)生等關(guān)鍵信息，如圖2所示。本題部分學(xué)生未能準(zhǔn)確判斷輸液流量變化，說(shuō)明未能鑒別管路特性曲線的變化趨勢(shì)，因此結(jié)合管路特性方程，補(bǔ)充講解不同情況下方程參數(shù)的變化及對(duì)管路特性曲線的影響規(guī)律。

2.6"小結(jié)（Summary）

教師結(jié)合課程內(nèi)容對(duì)應(yīng)的思維導(dǎo)圖（如圖3所示），總結(jié)本次課程的主要內(nèi)容，包括管路特性曲線、離心泵的工作點(diǎn)和離心泵的流量調(diào)節(jié)，并留出思考題進(jìn)行課下練習(xí)。思維導(dǎo)圖結(jié)合微課視頻的學(xué)習(xí)方式，有助于學(xué)生理清知識(shí)結(jié)構(gòu)和脈絡(luò)，掌握知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系。

3"混合式教學(xué)模式的實(shí)施成效

3.1"強(qiáng)化學(xué)生參與

通過(guò)構(gòu)建線上課程，提前發(fā)布自學(xué)內(nèi)容，要求學(xué)生課前自學(xué)1～2個(gè)微視頻，并完成相應(yīng)的測(cè)試題目。由于學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)短、難度較低，學(xué)生參與的積極性很高，且部分測(cè)試為討論題目，師生可進(jìn)行互動(dòng)和討論，通過(guò)線上+線下混合式教學(xué)模式強(qiáng)化了學(xué)生參與和師生互動(dòng)。

3.2"強(qiáng)化課堂反饋

在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，教師可通過(guò)超星學(xué)習(xí)通發(fā)布課堂測(cè)驗(yàn)，學(xué)生在客戶(hù)端完成答題，教師可及時(shí)獲得學(xué)生的作答情況，并進(jìn)行針對(duì)性的補(bǔ)充、強(qiáng)調(diào)和指正，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)效果的反饋。

3.3"強(qiáng)化過(guò)程考核

表2為本課程的考核方式，在線下作業(yè)和期末考試的基礎(chǔ)上，增設(shè)線上作業(yè)、自主學(xué)習(xí)和課后大作業(yè)考核環(huán)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果的過(guò)程考核。

3.4"強(qiáng)化工程實(shí)踐

在課后大作業(yè)環(huán)節(jié)，對(duì)居民樓的供水系統(tǒng)和工廠的換熱單元進(jìn)行流程設(shè)計(jì)、設(shè)備的計(jì)算和選型，針對(duì)煙氣、懸浮液的特性和處理要求進(jìn)行分離設(shè)備的計(jì)算和選型，強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)“化工流體流動(dòng)與傳熱”教學(xué)過(guò)程中存在的典型問(wèn)題，通過(guò)錄制教學(xué)微視頻、編撰教輔書(shū)籍和建設(shè)線上課程等措施，基于BOPPPS模型構(gòu)建了線上、線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，并以《流體輸送機(jī)械》章節(jié)為例提供了一個(gè)參考案例。采用該教學(xué)模式可強(qiáng)化學(xué)生參與、強(qiáng)化課程反饋、強(qiáng)化過(guò)程考核、強(qiáng)化工程實(shí)踐，從而提升課程的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：2023年度中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）教學(xué)改革研究項(xiàng)目“基于BOPPPS模型的《化工流體流動(dòng)與傳熱》混合式教學(xué)模式構(gòu)建”（J230301）；2023年度中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）教學(xué)改革研究項(xiàng)目“以‘學(xué)生為中心’的教學(xué)范式改革研究與實(shí)踐——以化工傳質(zhì)與分離過(guò)程為例”（J230306）；2023年度北京市教學(xué)改革研究項(xiàng)目“面向新經(jīng)濟(jì)的化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)改造升級(jí)路徑探索與實(shí)踐”（202311413003）

*通信作者：暢志兵（1988—"），男，漢族，山西晉城人，博士研究生，講師，主要從事碳質(zhì)燃料熱化學(xué)轉(zhuǎn)化、化工原理教學(xué)改革研究。