基于“雨课堂”的BOPPPS 教学模式的应用
——以“电路理论”课程为例

田 莉，胡鹤宇，李延平

（湖南工程学院 电气与信息工程学院，湖南湘潭411104）

《教育信息化十年发展规划（2011—2020 年）》中提出“推动信息技术和高等教育的合理融合，利用信息化工具和平台提升教学水平，培养学生进行自主管理、自主服务、自主学习的意识与能力”［1］。因此，在“互联网+”大背景下，将信息技术引入课堂已经成为教学改革和创新的迫切需要。近几年，以“雨课堂”为代表，还包括“超星学习通”“蓝墨云班课”“Google Classroom”“课堂派”等智慧教学App 走进了高校课堂，为实现高校课堂信息化提供了重要信息技术与平台。本文将借助于“雨课堂”，结合BOPPPS教学模式和探究性教学理念，探索信息化有效课堂教学改革问题。

一 探究性教学、BOPPPS 教学模式和“雨课堂”

（一）探究性教学

探究性教学是指在老师的组织指导下，通过创设情境，对学生主动发现问题、求解问题给出决策。探究式教学能够很好地培养学生主动学习的能力，可以让学生真正成为课堂的主人，调动学生参与课堂活动的积极性，提高课堂效率。［2］更重要的是，探究性教学把“科学家的研究过程”引入到教学过程中，强调“科学家的研究过程有和学生的学习过程的相同性和不可分割性的一面”。虽然学生学习和探究具有“模拟性”“再现性”“验证性”的特征，但从科学的本质来看，学习过程和研究过程是统一的，其过程和结论也是统一的。［3-4］

（二）BOPPPS 教学模式

BOPPPS 教学模型包含引入（Bridge-in）、学习目标（Objective）、前测（Pre-test）、参与式学习（Participatory learning）、后 测（Post-assessment）和 总 结（Summary）六个教学环节，各个模块之间相互“起承转合”，实现45 分钟课堂教学分段展开，但教学内容是有机结合的一个闭环教学模式。［5］BOPPPS 教学模式一方面能够帮助教师有效组织课堂教学，另一方面能够帮助学生思考如何分析问题、如何探寻学习难点、如何反思学习盲点等问题，提高学生的学习主动性。［6］

（三）“雨课堂”

2016 年4 月，清华大学和学堂在线合作推出了智慧教学工具“雨课堂”。它将云计算、移动互联网、数据挖掘等新时代的技术手段融入PPT 和手机微信中。课前，学生通过手机端可浏览教师发布的导学内容。课中，通过弹幕、红包、课堂点名、提问等功能调动学生的学习兴趣和积极性，教师还可以设置选择题、填空题、投票题等了解学生的学习效果。课后，通过发布课后作业方式了解学生对知识的消化吸收情况。“雨课堂”让学生在课前、课中、课后与教师建立沟通桥梁，让课堂互动一直保持在线的状态。它灵活地将线上与线下的学习方式有效整合，巧妙地安排课堂内的教学活动，使得教学设计更加开放机动。［7-8］

二 基于“雨课堂”的BOPPPS 教学模式

以探究型教学理念为指导，以BOPPPS 教学模式为框架，结合“雨课堂”功能特点而设计的教学模式（见图1），该教学模式将“雨课堂”与BOPPPS 的六个环节进行了有机结合。

图1 基于“雨课堂”的BOPPPS 教学模式

（一）引入（Bridge-in）

引入环节可以是挑战性问题、新闻时事、鲜明的实例、有趣的活动、示范展示、个人故事等，目的在于更好地吸引学生注意力，使学生产生强烈的学习兴趣和学习动力，促使学生专注于即将开展的核心教学内容，引入环节也是探究性教学的开始。在此环节中，可以利用“雨课堂”的插入慕课视频、插入网络视频的功能导入教学素材；采用随机点名、红包等功能促进学生参与到引入问题的思考中。

（二）学习目标（Objective）

该环节需要教师言简意赅地阐明学习目的，传达教学目标，明确告知学生通过这节课能够学会做什么，让学生明确学习的方向。对此，教师可利用“雨课堂”的公告功能，提前发布学习目标，包括要学习什么内容，掌握到什么程度，实际应用情况等。

（三）前测（Pre-test）

前测是在建立学习目标之后对学生进行的摸底，获悉是否需要复习先备知识，以便教师及时调整课程的深度与进度，使师生双方更好地配合，使课堂教学目标得以有效达成。在该环节，教师可以通过“雨课堂”上传和发布相关学习资源，并通过“雨课堂”管理端了解学生课前任务完成情况。课堂上，利用“雨课堂”创建单选题、多选题、主观题、投票题等进行简短测试，并根据“雨课堂”的反馈，针对学生易错和疑问点进行讲解。在教学过程中，学生的任何参与过程都会得到相应的分值，而这些分值可以反馈到“雨课堂”平台，作为学生的过程性考核成绩。

（四）参与式学习（Participatory learning）

参与式学习环节是课堂教学的核心，要求教师善于采用各种合理的教学策略、信息化教学手段鼓励更多的学生主动参与到教学环节，从而实现课堂教学目标。该环节不仅是课程的核心环节，也是实现探索式教学的重要环节。［4-5］参与式学习环节的方法和策略有：小组讨论、学生反思、个人报告、情境模拟、个案研究、实际操作、角色扮演和开展辩论等。教师可以利用“雨课堂”提供的多种功能开展互动式教学活动。对于一般性知识点，可以利用“雨课堂”创建单选题、多选题、主观题、投票题等进行巩固；对于疑难知识点可以利用“投票”功能；对于综合性、应用型的知识，利用投稿、弹幕功能让同学们自由发言，激发学生的创造性；对于任务型、案例型的教学，教师可以利用创建小组功能分组，小组内讨论后上传答案，让小组之间互评。利用“雨课堂”的强大功能，可以让学生积极参与，轻松完成互动式教学环节。

（五）后测（Post-assessment）

后测环节主要是了解学生的学习效果是否达成既定的教学目标。对于理解型知识可以采用选择题、简答题；态度价值型可采用心得、日志等。在该环节中，教师可以在“雨课堂”预先创建测试题目进行随堂测试，也可以布置课后作业。学生以文档、音频、视频和图片的方式通过“雨课堂”在线提交。值得注意的是，后测环节也可以是实现学生自主探究性学习的重要环节，通过“雨课堂”设置特定情境或问题，通过学生自主思考、分组讨论等方式实现探究性学习。

（六）总结（Summary）

该环节的主要作用是总结课堂内容，帮助学生整合学习，引导学生反思内容，预告下次课程内容。在该环节教师可以通过“雨课堂”的PPT 同步、讨论区发帖等功能帮助学生进一步掌握重点、突破难点和解决疑点。

三 基于雨课堂的BOPPPS 模式在“电路理论”课程中的实践案例

“电路理论”是电气工程、自动化等电类专业的重要专业基础课，是后续的专业课程如“集成电路”“模拟电子技术”的基础。动态电路的暂态分析帮助学生理解和掌握动态电路发生换路后电压、电流的变化过程，是本课程的一个重要知识点。笔者利用基于“雨课堂”的BOPPPS 教学模式对“一阶RC 电路的零输入响应”的教学过程进行了重新设计和实践。

（一）引入（Bridge-in）

引入环节以问题为先导。第一个问题：日常生活中我们都见过楼梯口灯延时熄灭的现象。当我们把开关打开时，灯在亮一会后慢慢熄灭，灯延时熄灭的工作原理是什么？灯亮时间的长短能不能控制？如果要控制，要控制哪些物理量？第二个问题：某工区检修人员从高压电网切除一组电容器进行检修。由于急赶任务，在电容器刚被拆除近一个小时就进行检修，结果不幸触电身亡。为什么电容器在被拆下近一个小时还带电致人死亡？

抛出两个问题，使枯燥乏味的理论教学顿时变得生动起来，引起学生思考、调动学生的学习兴趣。在该环节中，通过“雨课堂”随机点名功能选择同学们回答，从而激发学生学习动机。

（二）学习目标（Objective）

本次课的学习目标是：掌握零输入响应的定义；掌握零输入响应的规律和实质；掌握时间常数对一阶RC 零输入响应的影响。学习目标可以通过“雨课堂”平台提前发布，让学生学习更有目的性。

（三）前测（Pre-test）

为了解学生对动态电路方程建立和初始值求解的熟悉程度，也为后续的新知识学习做准备，本环节设计了两个测试题。第一个测试题：如何建立由电阻和动态元件组成的一阶动态电路的微分方程。第二个测试题：如何求动态电路的初始值。该环节通过“雨课堂”发布测试题，让学生在设定的时间内完成，根据“雨课堂”后台反馈结果，获悉先备知识的掌握情况，对参与式教学环节起到“投石问路”的作用。

（四）参与式学习（Participatory learning）

本设计主要采用了小组讨论、学生反思、实际操作、个案研究的方式实现参与式学习。本设计中的参与式学习环节分为五个步骤，主要以问题为先导，融入探究性学习过程，“雨课堂”则作为重要信息化教学手段来辅助参与式学习环节。

步骤一：给出零输入响应的定义。考察在图2所示的一阶RC 动态电路中，当开关在t=0 时刻由2位置变化到1 位置，思考换路后电路是否为零输入响应。利用“雨课堂”随机点名功能让同学回答。学生能根据零输入响应的定义判断换路后的电路是零输入响应。通过问题导向的方式，实现课程教学目标：掌握零输入响应定义。

步骤二：要求同学们对图2 电路进行仿真操作，并回答问题：一阶RC 电路的零输入响应的实质是什么？电容电压变化规律如何进行数学描述？通过电路仿真操作，部分同学联想到一阶RC 电路的零输入响应是电容的放电过程，但大多同学不知道如何描述电容电压的变化规律。由此，引出如何求解一阶RC 电路的零输入响应。

图2 一阶RC 零输入响应电路

步骤三：讲授一阶RC 电路的零输入响应的求解。采用“雨课堂”课件讲授：建立以电容电压为变量的一阶齐次微分方程；通过求解该齐次微分方程得到满足初始条件的电压响应；通过电容元件的伏安关系获得电流的响应。

步骤四：一阶RC 零输入响应有何特点。引导学生观察电容电压和电流的数学表达式，并描绘电容电压和电流的响应曲线。通过“雨课堂”课堂分组的功能，让小组代表归纳一阶RC 电路零输入响应的特点和实质。通过步骤三和步骤四实现教学目标：掌握零输入响应的特点和实质。

步骤五：如何描述电容放电的快慢。

学生探究活动：（1）学生反思。引导学生观察电容电压和电流数学表达式中的RC，并通过“雨课堂”投票功能，让全体同学对“RC 越大，电容放电过程越慢还是越快”的问题进行投票，并获得投票结果。（2）实际操作。通过Multisim 软件仿真不同RC 取值下电容电压响应曲线，通过仿真验证“RC 越大，电容放电过程越慢”的结论。（3）个案研究。灯延时熄灭的工作原理是什么？灯亮时间的长短能不能控制？如果要控制，要控制哪些物理量？通过个案研究回应引入环节的问题。

在步骤五中，一方面利用学生反思、实际操作、个案研究的方式实现了参与式学习；另一方面利用问题导向、探索、求证的方式实现了探究性学习。通过将探究性学习思想融入参与式学习环节，同学们很容易了解RC 是描述电容放电快慢的重要参数，而RC 就是时间常数。在此基础上，同学们可以明白：灯延时熄灭的工作原理是电容对灯泡缓慢放电的过程；通过改变电容和灯泡阻值的大小可调节时间常数大小，从而控制灯亮的时间。通过步骤五实现教学目标：掌握时间常数对一阶RC零输入响应的影响。

至此，参与式学习环节结束。在这个环节中，除了步骤三以教师讲授为主，其他步骤都以合作讨论、引导思考、仿真验证为主要活动形式。在教学中，打破学生个体学习的常规，通过“雨课堂”分组讨论、投票、随机点名等功能让同学们积极参与到上述问题的研究。

（五）后测（Post-assessment）

后测环节中，通过“雨课堂”发布了两个主观测试题，不仅将探索式教学思想融入后测环节，而且达到检验教学目标和学以致用的目的。

第一个测试题即回应引入环节中的第二个问题，该问题描述为［9］：假定100μF 的电容器从8kV 的高压电网上切除。切除后，电容器经自身漏电电阻R 放电，电阻R=50MΩ。求：切除后电容电压的表达式；请问1 小时后，电容的电压值为多少？

学生探索过程：（1）学生根据问题描述建立电容拆除的电路模型，如图3（a）所示；（2）建立电容拆除后的等效电路，如图3（b）所示；（3）电容被拆除后实际就是电容对自身漏电阻的放电过程，借助一阶RC电路零输入响应知识点，计算电容响应表达式；（4）计算出电容被拆除1 小时后电容两端的电压值仍为1800V，解释事故发生原因。

图3 （a）电容拆除的电路模型 （b）电容拆除后的等效电路

第二个测试题：复杂一阶RC 电路的零输入响应分析。［9］题目为：电路如图4 所示，电路中的电容原充有10V 电压，求S 闭合后，电容电压和各支路电流随时间变化的规律。

图4 测试题二的电路图

学生探索过程：（1）如何求复杂的一阶RC 电路的零输入响应；（2）在等效的电路中，可以求得电容的电压和电流，如何求其他支路的电流；（3）观察电容电压和各支路电流响应的表达式，其响应有何特点；（4）分组讨论并让学生自行总结复杂一阶RC 电路分析的思路和响应的一般表达。

（六）总结（Summary）

在本教学中，该环节整理并回顾授课内容。重点强调：确定初始值和时间常数就可以唯一确定响应表达式。最后，从方法论角度进行引导：电路分析利用了数学和物理知识，但最终形成了自身的独特方法，这就是电路课程的魅力所在。事实上，每门课程都有自己的特点和研究方法，同学们要掌握正确的学习和科学方法去解决问题。

四 基于“雨课堂”BOPPPS 教学模式实施效果

在教学过程中，课题组还采用该模式对结点电压法、回路电流法、相量法等多个内容进行了重新设计与实践。通过每学期课程结束后的问卷调查表明：90%以上的学生支持基于“雨课堂”BOPPPS 教学模式。从课堂表现可以观察到：采用新的教学模式和“雨课堂”信息化手段后，课堂教学师生互动、生生互动次数增多，课堂效果好。通过分析“电路理论”课程期末考试成绩可知，该模式教学实施期间，课程考试成绩维持在较理想的状态（见图5）。此外，通过雨课堂的手机端和电脑端，我们多角度、全程获取教学数据，实现了教学过程的全面监测，从而使课程教学管理严格、有效。

图5 “电路理论”课程期末考试卷面成绩分布

五 结语

通过充分了解雨课堂功能特点及BOPPPS 教学模式，构建基于“雨课堂”的BOPPPS 模式，在该模式的指导下，对“电路理论”课程多个内容进行了重新设计和实践。通过“一阶RC 电路的零输入响应”的案例充分表明：该教学模式实现了信息技术与BOPPPS 模式的有机融合，充分展示探究性教学理念。基于“雨课堂”的BOPPPS 教学模式对“电路理论”的教学设计有很好的指导作用，为“互联网+”背景下课程的教学改革提供参考。