新工科背景下基于BOPPPS模型的人機(jī)工程學(xué)課程教學(xué)改革探索

0 引言

為主動應(yīng)對新一輪的科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，致力于培養(yǎng)創(chuàng)新與實踐兼?zhèn)涞膹?fù)合型人才[1。人機(jī)工程學(xué)的課程內(nèi)容涉及領(lǐng)域廣、實踐要求高，傳統(tǒng)以教師為中心的單向傳輸教學(xué)模式已無法滿足新工科的培養(yǎng)目標(biāo)，教師亟待對傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行改革，積極探索以學(xué)生為中心的符合新工科培養(yǎng)目標(biāo)的人機(jī)工程學(xué)教學(xué)模式。BOPPPS模型因其以學(xué)生為中心、系統(tǒng)性高、互動性強(qiáng)、考核方式多樣等特點，成為教師進(jìn)行課堂教學(xué)的有效模式[2]。本文探索在充分發(fā)揮信息平臺優(yōu)勢基礎(chǔ)上，將BOPPPS模型融入人機(jī)工程學(xué)教學(xué)改革，致力于達(dá)到培養(yǎng)復(fù)合型人才的目的。

1人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)痛點

人機(jī)工程學(xué)是一門多學(xué)科交叉的應(yīng)用型學(xué)科，涵蓋了工程學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等領(lǐng)域，主要研究人、機(jī)器（產(chǎn)品）、環(huán)境之間的相互作用[3]。我國許多高校已將人機(jī)工程學(xué)納入機(jī)械設(shè)計、智能制造、工業(yè)設(shè)計、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)與康復(fù)等專業(yè)的核心課程。尤其在新工科背景下，隨著科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維與實踐能力的復(fù)合型人才已成為工科類教學(xué)改革的核心目標(biāo)，也對課程教學(xué)提出更高的要求。但在目前的人機(jī)工程學(xué)教學(xué)過程中存在一些顯著痛點，影響了教師的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

1.1課程教學(xué)效果與新工科培養(yǎng)目標(biāo)存在落差

目前，很多高校的人機(jī)工程學(xué)授課仍采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)理論知識的傳授，忽視了學(xué)生自主創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致最終授課效果與新工科的培養(yǎng)目標(biāo)存在落差。如在講授“人體測量學(xué)”時，教師僅通過教案PPT和教材對知識點進(jìn)行講解，缺乏學(xué)生主動參與和互動思考的教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生被動接受知識，無法提高創(chuàng)造力和實踐能力，難以將學(xué)到的人體測量相關(guān)知識運用到實際的設(shè)計方案中。

1.2課程理論與實踐脫節(jié)

新工科不僅要求學(xué)生有扎實的理論基礎(chǔ)，還要能夠?qū)⒗碚撝R應(yīng)用于復(fù)雜問題的解決。人機(jī)工程學(xué)作為一門交叉學(xué)科，授課內(nèi)容范圍廣，知識點也較為抽象，若教學(xué)內(nèi)容不結(jié)合具體的工程實踐，學(xué)生則無法將抽象的知識點轉(zhuǎn)化為實際操作。如在講授“人體尺寸和作業(yè)姿勢”時，學(xué)生僅通過課堂教案學(xué)習(xí)，課前沒有對人體尺寸進(jìn)行測量，課后也沒有將人體尺寸進(jìn)行實際應(yīng)用，這種教學(xué)模式會導(dǎo)致學(xué)生停留在基礎(chǔ)理論層面，實際工作時無法達(dá)到解決現(xiàn)實問題的要求。

1.3課程考核方式單一

現(xiàn)有考核方式仍以結(jié)果性考核為主，考核內(nèi)容主要集中在理論知識的掌握上。這種單一的考核方式忽略了對學(xué)生實際應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的考核，無法全面反映學(xué)生的綜合素質(zhì)和學(xué)習(xí)效果，更無法促進(jìn)學(xué)生自主創(chuàng)造力的提升。因此，課程的考核方式應(yīng)當(dāng)向多元化發(fā)展，需要引入對學(xué)生在課前、課中、課后學(xué)習(xí)的量化評價指標(biāo)。

2基于BOPPPS模型的人機(jī)工程學(xué)教學(xué)模式構(gòu)建

2.1 BOPPPS模型概述

BOPPPS模型由加拿大教師技能培訓(xùn)機(jī)構(gòu)ISW（InstructionalSkillsWorkshop）提出，旨在幫助教師系統(tǒng)化地設(shè)計教學(xué)方案和實施教學(xué)活動[4]。隨著教育理論和構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論的發(fā)展，BOPPPS模型被廣泛應(yīng)用于各種教學(xué)場景，將教學(xué)模式由傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)向?qū)W生參與式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，要求每位學(xué)生參與課前、課中、課后的完整教學(xué)環(huán)節(jié)。

BOPPPS模型包括六個環(huán)節(jié)，分別是引入（Bridge一in）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（Objectives）、前測（Pre-assess-ment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatorylearning）、后測（Post-assessment）、總結(jié)（Summary），BOPPPS即由這六個環(huán)節(jié)的英文單詞首字母組合而成[5]。BOPPPS模型強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心促進(jìn)教學(xué)改革，研究表明，通過BOPPPS模型進(jìn)行教學(xué)改革，能夠有效地提升課堂教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生學(xué)習(xí)自驅(qū)力[6]。

2.2基于BOPPPS的人機(jī)工程學(xué)教學(xué)模式構(gòu)建目標(biāo)

優(yōu)秀的教學(xué)改革離不開明確的教學(xué)目標(biāo)。人機(jī)工程學(xué)是一門應(yīng)用性極強(qiáng)的核心課程，培養(yǎng)學(xué)生將人體相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)用到機(jī)器和環(huán)境的研究中。學(xué)生首先要掌握人體的基礎(chǔ)理論知識，其次需要將這些知識應(yīng)用到復(fù)雜問題的解決中，最后達(dá)到自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的新工科培養(yǎng)目標(biāo)。結(jié)合BOPPPS模型的系統(tǒng)化框架和課程考核目標(biāo)，將人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)目標(biāo)分為理論知識目標(biāo)、實踐操作目標(biāo)、自主創(chuàng)新目標(biāo)三個層面。

2.2.1 理論知識目標(biāo)

人機(jī)工程學(xué)的理論體系涵蓋了多個領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識，而傳統(tǒng)的教學(xué)方式注重理論知識的講授和記憶，忽視了學(xué)生對于理論知識的理解和靈活運用。基于BOPPPS的教學(xué)模式著重于提升學(xué)生對理論知識系統(tǒng)化的掌握和應(yīng)用能力。在學(xué)習(xí)目標(biāo)（0）階段，教師應(yīng)明確每節(jié)課的理論知識目標(biāo)，將抽象的知識點轉(zhuǎn)化為學(xué)生易于理解的案例，使學(xué)生清晰地掌握核心理論的概念。在參與式學(xué)習(xí)（P）階段，教師可以通過小組討論、情景演繹等方式將理論知識融入實際應(yīng)用，讓學(xué)生在實際情境中靈活運用。

2.2.2 實踐操作目標(biāo)

人機(jī)工程學(xué)對實踐的要求極高，其核心目標(biāo)是將人的行為方式實際應(yīng)用到與機(jī)器、環(huán)境的交互過程中。因此，實踐操作能力的培養(yǎng)在人機(jī)工程學(xué)教學(xué)中必不可少。基于BOPPPS的教學(xué)改革應(yīng)在教學(xué)過程中增加實踐操作環(huán)節(jié)，確保學(xué)生在掌握理論的基礎(chǔ)上能夠熟練操作。例如，讓學(xué)生通過測量人體數(shù)據(jù)進(jìn)行工作空間的設(shè)計，通過模擬人體姿勢對工具進(jìn)行改造等，以此達(dá)到學(xué)以致用的目標(biāo)。

2.2.3 自主創(chuàng)新目標(biāo)

在當(dāng)今快速變化的科技和產(chǎn)業(yè)環(huán)境中，自主創(chuàng)新能力是衡量工科類人才的重要標(biāo)準(zhǔn)。自主創(chuàng)新的目標(biāo)可以通過BOPPPS模型的參與式學(xué)習(xí)進(jìn)一步深化。在課程中，教師可以設(shè)置開放性課題，讓學(xué)生提出假設(shè)并通過實驗來驗證方案的可行性。例如，學(xué)生可以分組設(shè)計一款符合人體工程學(xué)的座椅，從概念構(gòu)思到產(chǎn)品原型建模、制作，都由學(xué)生自主完成，教師主要提供指導(dǎo)和資源支持，而非干預(yù)具體設(shè)計過程。以此引導(dǎo)學(xué)生自主創(chuàng)新和探索，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力。

2.3BOPPPS與人機(jī)工程學(xué)深度融合教學(xué)模式構(gòu)建

針對人機(jī)工程學(xué)教學(xué)過程中的痛點和構(gòu)建目標(biāo)，將BOPPPS的六個環(huán)節(jié)分成三個階段，分別是課前預(yù)習(xí)階段、課中參與階段、課后復(fù)盤階段。采用BOPPPS進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時，不應(yīng)拘泥于固定的結(jié)構(gòu)和順序，應(yīng)結(jié)合實際學(xué)情和課程特色因材施教[7]。例如，本文針對人機(jī)工程學(xué)需重視理論和實踐相結(jié)合的課程特點，在課中參與階段和課后復(fù)盤階段都運用了后測（P），但課中的后測偏向于理論知識、課后的后測偏向于實踐操作。

為實現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)，教學(xué)團(tuán)隊借助超星學(xué)習(xí)通線上平臺建立人機(jī)工程學(xué)線上課程資源，包括各章節(jié)知識點、隨堂練習(xí)、話題討論、課后作業(yè)、設(shè)計展示等。通過學(xué)習(xí)通對教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行全流程把控，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和參與度。基于BOPPPS的人機(jī)工程學(xué)教學(xué)模式如圖1所示。

2.3.1 課前預(yù)習(xí)階段

此階段主要借助學(xué)習(xí)通平臺開展課前線上教學(xué)。教師根據(jù)課程培養(yǎng)方案選取難度適中的知識點，形成課前預(yù)習(xí)PPT并提前發(fā)布到學(xué)習(xí)通班級群。學(xué)生根據(jù)課件完成先導(dǎo)案例分析、相關(guān)知識回顧、新知識預(yù)熱，并在學(xué)習(xí)群發(fā)表學(xué)習(xí)心得，為課中參與階段奠定基礎(chǔ)。

該階段主要包括引入（B）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（0）、前測（P）三個環(huán)節(jié)。引入（B）環(huán)節(jié)旨在引起學(xué)生對新知識點的興趣，通過與本節(jié)內(nèi)容相關(guān)的社會現(xiàn)象、設(shè)計案例、視頻素材等引導(dǎo)學(xué)生對知識點進(jìn)行預(yù)先了解。學(xué)習(xí)目標(biāo)（O）環(huán)節(jié)要以學(xué)生為中心，明確本節(jié)課需掌握的內(nèi)容目標(biāo)，有助于學(xué)生了解該知識點在課程體系中的地位和作用，形成知識脈絡(luò)。前測（P）是教師對學(xué)生進(jìn)行摸底的環(huán)節(jié)，通過測試考查學(xué)生課前的預(yù)習(xí)效果，評估接下來的教學(xué)難易程度。前測題目不宜過難，防止學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理，盡可能采用選擇題和判斷題。

圖2教學(xué)層次模型

2.3.2課中參與階段

教師根據(jù)課前預(yù)習(xí)階段的反饋掌握學(xué)情，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行層次化分類，具體教學(xué)層次模型見圖2。一是基礎(chǔ)層，主要涵蓋大多數(shù)學(xué)生都能理解的基本知識，可快速帶過；二是中等層，是學(xué)生要牢記并掌的知識點，需進(jìn)行重點講解；三是拓展層，教師可以提出想法和思路，引導(dǎo)學(xué)生探索。

課中參與階段主要包括學(xué)習(xí)目標(biāo)（0）、參與式學(xué)習(xí)（P）、后測（P）、總結(jié)（S）四個環(huán)節(jié)。此階段的學(xué)習(xí)目標(biāo)（0）是教師根據(jù)前測結(jié)果調(diào)整本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)。參與式學(xué)習(xí)（P）通過教師精講、學(xué)生精練，使絕大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率達(dá)到最高。該過程可借助學(xué)習(xí)通平臺進(jìn)行課堂主題討論、選人、分組、問卷等互動，以達(dá)到提高學(xué)生課堂注意力和參與度的目的。后測（P）是在授課內(nèi)容結(jié)束后，針對本節(jié)內(nèi)容的課程目標(biāo)設(shè)置相應(yīng)的測試題目，重點考查學(xué)生對知識點的掌握情況，是衡量教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況的重要指標(biāo)。總結(jié)（S）環(huán)節(jié)需要教師根據(jù)學(xué)生參與式學(xué)習(xí)和后測的結(jié)果，對知識點進(jìn)行梳理，對易錯點進(jìn)行鞏固。課堂總結(jié)既是本節(jié)課的總結(jié)，也可作為下節(jié)課的相關(guān)知識點回顧。

2.3.3 課后復(fù)盤階段

課后復(fù)盤階段是教師和學(xué)生對教學(xué)過程進(jìn)行歸納和總結(jié)的階段，主要包括后測（P）、總結(jié)（S）兩個環(huán)節(jié)。此階段的后測（P）更偏向于考查學(xué)生的實踐操作能力，除了選擇題、判斷題、填空題等，應(yīng)增加實踐操作或開放性課題，讓學(xué)生自主運用所學(xué)知識。總結(jié)（S）階段包括學(xué)生復(fù)盤和教師復(fù)盤兩個方面。其中，學(xué)生復(fù)盤是總結(jié)理論知識和歸納操作經(jīng)驗的重要環(huán)節(jié)，將知識點進(jìn)行梳理并形成思維導(dǎo)圖上傳到學(xué)習(xí)通，課程結(jié)課時將所有思維導(dǎo)圖結(jié)合起來形成完整的知識體系。教師需要對學(xué)生在BOPPPS各個環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)、作業(yè)、實踐的參與和完成情況進(jìn)行考核，實現(xiàn)考核方式的多樣化。

3基于BOPPPS模型的人機(jī)工程學(xué)教學(xué)模式實踐

人機(jī)工程學(xué)作為一門重要的專業(yè)核心課，包括起源發(fā)展、內(nèi)容定義、生理人機(jī)、心理感知、運動系統(tǒng)、環(huán)境因素六大教學(xué)單元，教學(xué)內(nèi)容多且覆蓋面廣。這就要求教師按照課程大綱和授課學(xué)時將課程拆分為若干單元，每個教學(xué)單元均按照BOPPPS模型進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。本文以“生理人機(jī)\"單元中的\"人體測量學(xué)”章節(jié)為例，詳細(xì)闡述如何將BOPPPS模型的六個環(huán)節(jié)融入人機(jī)工程學(xué)教學(xué)實踐過程，每個環(huán)節(jié)對應(yīng)的教師任務(wù)和學(xué)生任務(wù)詳見表1。

4基于BOPPPS模型的人機(jī)工程學(xué)教學(xué)效果與評價

人機(jī)工程學(xué)是工業(yè)設(shè)計專業(yè)的核心課程，因此選取工業(yè)設(shè)計專業(yè)22級學(xué)生作為研究對象，一班對照組（25人）采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，二班實驗組（29人）采用BOPPPS模型與課程融合的教學(xué)模式。經(jīng)過一個學(xué)期的授課與觀察，學(xué)期末通過定性法和定量法對教學(xué)成果進(jìn)行分析，結(jié)果表明，二班實驗組的成績高于一班對照組，二班實驗組學(xué)生的積極性顯著提高，實踐能力和自主創(chuàng)新能力都得到充分鍛煉。

表1基于BOPPPS的人機(jī)工程學(xué)教學(xué)模式實踐（以“人體測量學(xué)”章節(jié)為例）

圖3滿意度調(diào)查問卷結(jié)果

4.1定性研究結(jié)果

采用BOPPPS模型與課程融合教學(xué)模式的二班實驗組，課堂上學(xué)生參與度明顯提高，針對話題的討論更加全面和深入，更愿意主動分享自己的見解。許多學(xué)生表示通過引入環(huán)節(jié)和前測環(huán)節(jié)，能基本掌握本節(jié)課知識，課上更愿意把時間分配給相對較難的知識點。BOPPPS的參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，給學(xué)生創(chuàng)造了更多的小組合作和實際操作項目，經(jīng)過一個學(xué)期的學(xué)習(xí)，學(xué)生在合作中變得更加積極主動，能夠有效分配任務(wù)并高效執(zhí)行。在項目實踐中，實驗組學(xué)生的設(shè)計作品展現(xiàn)了較高的創(chuàng)新性和實操技能，同時部分學(xué)生表示在課后更愿意主動參加比賽等實踐，將所學(xué)知識點運用到實際問題解決中。但也有學(xué)生認(rèn)為，BOPPPS的教學(xué)方式雖然更加全面，但也占用了較多的課外時間，若每門課都采用此教學(xué)方式將產(chǎn)生較大的學(xué)習(xí)壓力。因此，教師在布置前測和后測作業(yè)時，要注意題型和作業(yè)量，避免給學(xué)生造成負(fù)擔(dān)。

4.2定量研究結(jié)果

在期末的理論測試中，采用BOPPPS模型與課程融合教學(xué)模式的二班實驗組優(yōu)秀率為 20.6% ，而采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的一班對照組優(yōu)秀率為 16% 。此外，兩個班級的教學(xué)滿意度調(diào)查問卷顯示，二班實驗組整體滿意度為90.75分，一班對照組整體滿意度為81.25分，二班實驗組學(xué)生的課堂參與度要明顯高于一班對照組。詳細(xì)的滿意度調(diào)查問卷結(jié)果見圖3。

由此可見，基于BOPPPS模型的人機(jī)工程學(xué)教學(xué)方式能顯著提升學(xué)生成績，幫助學(xué)生建立專業(yè)自信，而學(xué)生普遍認(rèn)為成績考核維度更加豐富，對最終成績也較為滿意。

5 結(jié)束語

在新工科背景下，教學(xué)團(tuán)隊將BOPPPS模型應(yīng)用于人機(jī)工程學(xué)教學(xué)改革，在明確教學(xué)目標(biāo)的前提下，深度融合線上線下教學(xué)資源，構(gòu)建更為靈活和多樣化的教學(xué)模式。在教學(xué)實踐中，BOPPPS模型不僅強(qiáng)化了學(xué)生的參與感和學(xué)習(xí)主動性，更顯著改善了教與學(xué)的效果，學(xué)生從被動接受知識轉(zhuǎn)向主動探索、掌握和應(yīng)用知識。結(jié)果表明，基于BOPPPS模型的教學(xué)方法能幫助學(xué)生解決復(fù)雜的實際問題，促進(jìn)其成為具備創(chuàng)新能力、解決實際問題能力和團(tuán)隊協(xié)作能力的復(fù)合型新工科人才。

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