基于BOPPPS+PBL教学模式的分析化学教学设计与实践
侯娟，周晨，孙晶，林咨含
（长春理工大学化学与环境工程学院，吉林 长春 130022）
摘 要：为激发学生的学习兴趣和潜能，加强学生的创新思维和实践能力，提出基于“BOPPPS+PBL”教学模式的分析化学课程教学改革。以分析化学课程第七章的重量分析法为例，阐述了BOPPPS+PBL教学模式的具体实施过程。整体教学活动设计灵活，覆盖课前、课中、课后全课堂，突出共同参与和师生互动，充分体现了“以学生为中心”的教育理念，激发学生学习的主动性和参与性，有效提升教学效果。
关键词：分析化学；BOPPPS；PBL；教学设计；教学实践
中图分类号：G642 文献标识码：A
基金项目：吉林省教育科学“十四五”规划2023年度一般课题《以拔尖创新人才培养为导向的分析化学课程“BOPPPS+PBL”教学模式改革研究》（项目编号：GH23672）。
作者简介：侯娟（1990-），女，吉林长春人，副教授，博士，主要研究方向为分析化学。
Teaching Design and Practice of Analytical Chemistry based on BOPPPS+PBL Teaching Mode
HOU Juan, ZHOU Chen, SUN Jing, LIN Zihan
(Colledge of Chemistry and Environmental Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun, 130022)
Abstract: In order to stimulate students' learning interest and potential, strengthen students' innovative thinking and practical ability, the teaching reform of analytical chemistry course based on BOPPPS+PBL teaching mode was put forward. Taking gravimetric analysis in chapter 7 of the analytical chemistry course as an example, this paper expounds the concrete implementation process of the teaching mode. The overall teaching activity design is flexible, covering the whole class, highlighting joint participation and teacher-student interaction, which fully reflects the student-centered education concept. The curriculum reform can stimulate students' learning initiative and participation. The teaching effect has been improved effectively.
Key words: analytical chemistry; BOPPPS; PBL; teaching design; teaching practice
随着科技革命的推进，知识生产和拔尖人才培养逐渐缔结为相互依存的共轭关系。教育部早在2018年9月决定实施“六卓越一拔尖”计划2.0，指出从“拓围、增量、提质、创新”等方面进行拔尖创新人才培养，强调围绕激发学生学习兴趣和潜能深化课程教学改革。信息技术的发展不断在教育领域得以深化应用，各地高校均持续大力推进线上—线下混合式教学模式，在充分理解学生心理和行为特点的基础上开展知识传授和能力培养，以期调动学生的积极性、主动性和课程参与度，激发学生自主学习兴趣和创新思维能力，实现师生交互、知行合一[1-3]。
分析化学课程是研究物质组成、含量和结构等化学信息及相关理论的学科，是化学化工类及其相关专业重要的学科基础课程，对学生学习能力和创新思维的培养起到非常重要的作用和支撑保障，是自然科学、工程技术应用中不可或缺的基础和工具。在日常的教学组织环节中，常常以知识的体系化、系统性和完整性为目标，忽略学生的发展、个性需求和社会时代的要求，导致课程体系繁杂、内容陈旧、与前沿技术和实践创新脱节。反映在具体教学实践中则体现为课程体系精炼度低、教学模式落后、学生独立研学能力弱、缺乏创新思维和科研兴趣，专业应用性不强等问题，不利于拔尖创新型人才的培养。因此，以加强学生创新思维和实践能力为目标，借鉴国内外各高校的先进教学理念，教学团队将“BOPPPS”和“PBL”教学模式相结合，进行线上-线下混合式智慧教学，以有效培养学生的科学思维、专业素养以及创新实践能力，对提高教学质量具有促进作用。
1 BOPPPS+PBL教学模式
近年来，全国许多高等学校探索并建立以问题和课题为核心的教学模式，倡导“以本为本，四个回归”的教学改革，以期充分调动学生的积极性和主动性，激发其创新思维，掌握分析解决实际问题的能力。从文献调研也不难发现，早在2012年，国内教育工作者就着手进行线上—线下混合式教学模式改革和探索。经典的BOPPPS模型源自于加拿大教师技能培训工作坊，强调以学生为中心，主要包括课程导入（Bridge-in）、学习目标（Learning Objective）、课堂前测（Pre-assessment）、参与式学习（Participatory Learning）、课堂后测（Post Assessment）、总结（Summary）六个阶段，是以新建构主义和交际法为理论依据的教学模式。目前BOPPPS教学模式在全球各级各类学校教师技能培训中得以广泛应用，是一种高效的教学模式[4-6]。该模型层层递进，形成完整的闭合链条，遵循学生为中心，目标为导向，注重教学互动与反馈改进，可操作性强。PBL教学是以问题为导向的学习模式，偏重小组合作学习和自主学习，由美国神经病学教授Howards Barrows提出，其核心是通过“以学生为中心”的理念优化传统教学中的被动学习模式，最大限度激发学生的自主学习兴趣和创造力[7, 8]。
对于当前高校教学，线上线下混合教学的大环境背景下，探索新的课堂教学方式，注重学生的创新思维和实践能力的培养，较好的调动学生的主动性，是非常有必要的。如图1所示，我们构建“以学生为中心”的“BOPPPS+PBL”分析化学课程教学改革模式，可以增强学习兴趣和自主学习能力，提升课程的“两性一度”。课堂活动的设计在理论知识教学的基础上，根据学生特点和知识体系的特性，丰富教学活动，对接专业需求，推进知识落地。改革主要从目标制定、内容选择、教学模式以及教学评价等方面进行建构，以教师团队建设和教学资源优化作为后方支持保障。例如：从知识、能力、素质、思政等多个方面重新制定教学目标，将基础内容和学生德行进行综合考量；遵循学生认知规律和专业背景，进行教学资源的有效整合，引入生活案例、专业应用、前沿技术、学科交叉，以实现分析化学课程的横纵向多样发展，提升课堂的高阶性和挑战度；丰富课堂活动，提高学生的主动性和积极性，让学生带着目标感进行学习；形成多元评价体系，增加师生互评、生生互评等机制，促进同学之间、小组之间的有效竞争监督。以参与式学习和问题导向推进教学理念落地，使学生能够明确学习目标，培养学生的专业自信、科学素养和学以致用的能力。
图1 分析化学课程综合改革
Fig. 1 Comprehensive reform of analytical chemistry curriculum
2 BOPPPS+PBL教学模式在分析化学课程教学中的实践
以我校应用化学和化工专业的分析化学课程为例，坚持学生为中心原则，瞄准学用结合，进行基于“BOPPPS+PBL”教学模式的课堂教学实践。分析化学课程的总体目标为学习分析化学基础理论知识，掌握定量分析方法的原理、特点、基本操作及应用条件，熟悉分析误差传递、统计和控制的知识，建立严格的“量”的概念；掌握定量分析的一般步骤，能够运用分析化学基本原理和数据处理方法，分析解决与物质组成、含量等化学信息相关的复杂工程问题，对物质进行定性定量分析并获得有效结论；用创造性思维判断和解决实际问题，养成实事求是的科学态度和严谨细致的工作作风。课程选用的教材为华东理工大学和四川大学合编的《分析化学》第七版，其中第七章为重量分析法和沉淀滴定法。重量分析法是传统的化学分析方法，知识拓展性强，内容丰富，难易适中。以BOPPPS教学模型作为框架，可以将课堂分为六个阶段进行课程设计，并在授课过程中融入PBL教学法，以问题和课题为导向，引导学生主动参与学习，形成探究型课堂。
2.1 课程导入Bridge-in
课程导入采用线上教学模式，提前一周在超星学习通平台发布教学任务和学习内容，通过社会热点事件、新闻时事以及科研案例等线上资源，激发学生的学习兴趣，引发其对重量法的原理、操作和实际应用问题的思考，进而导入本章节学习内容。导入的方式包括视频资料、悬念导入、提问导入和实例导入等。例如：以环境空气大气颗粒物、PM10和PM2.5的测定标准方法导入重量分析法的基本原理和操作流程；以不同类型沉淀反应的图片和视频引发学生对沉淀类型和沉淀形成过程的思考；以居里夫人发现并提取镭、明矾净水、钡离子含量测定实验等案例导入沉淀纯度的影响因素以及提高沉淀纯度的措施。
2.2 学习目标Learning Objective
美国心理学家、教育学家布鲁姆说过：“有效教学始于知道希望达到的目标是什么，这个目标不仅教师要知道，学生也要知道。”本章节学习目标通过ppt和文字阐述的方式直接展现给学生，让学生快速掌握本节课的主要学习方向和学习内容，带着目标感进行学习，有利于提升教学效率。本部分的知识目标包括：掌握重量分析的基本原理和操作，明确重量分析法的特点，了解重量分析对沉淀的要求，理解影响沉淀溶解度和纯度的因素，掌握沉淀的形成过程，掌握晶型沉淀与非晶型沉淀的形成条件。同时结合课程目标和毕业要求，希望学生能够以分析化学视角发现问题，并可以利用所学知识分析问题和创新性的解决实际问题，并加强批判性思维的培养。
2.3 课堂前测Pre-assessment
通过线上测试题对学生进行课堂前测，了解学生的基础和预习情况，能够辅助教师合理进行教学设计，调整教学进度。一般前测题目以基础知识测试为主，题型多设置为选择题、填空题和判断题。完成前测后，学生可在线查看答案、解析和分数情况，平台统计学生的答题情况，并反馈给教师。学生通过课堂前测可以进行个性化诊断，对自己未掌握的内容进行进一步的复习和巩固；教师通过课堂前测了解学生的学习情况和重难点，在后续的课堂教学中可以有针对性的开展教学活动。
2.4 参与式学习Participatory Learning
参与式学习是整个教学活动中最重要的一环，主要采用线下教学方式进行。教师以视频、ppt、动画、板书等多样化的教学形式对重难点问题进行讲解，依据课堂前测以及学生的基础差异，引导学生开展个性化学习和重点知识的强化练习。同时结合个人报告、小组讨论、案例分析、情境教学等丰富的活动形式鼓励学生积极参与到课堂活动中，以合作交流的方式加深知识的理解和掌握，主动开展知识的横纵向延伸，形成创新型思维。例如，在讲解影响沉淀纯度的因素的章节内容时，可以给出具体分析案例，引导学生理解获得合乎重量分析要求的沉淀的意义，通过小组讨论共沉淀和后沉淀对分析结果的影响，对比分析沉淀产生的原因、发生部位和相应的纯化方式，通过小组汇报、补充学习，进而归纳总结出减少沉淀沾污的方法。
2.5 课堂后测Post Assessment
依据教学目标和教学内容，在学习通线上平台发布测试题目，检验学生这节课的掌握程度和能力提升情况。测试主要形式包括选择题、填空题、简答题、实验设计及项目题。其中选择题、填空题和简答题主要考察学生对基础理论知识的掌握情况，同时发布分层次的实验设计和项目分析题目，如查找共沉淀法制备纳米陶瓷材料的文献，用沉淀理论对该方法进行解释和分析；设计工业氯化钡含量测定的实验方案，并对该方案的优缺点进行简要评估，以此检验学生分析应用沉淀重量法解决实际问题的能力。学生线上答题并可以随时查阅答案和解析，便于重温复习。平台将答题情况反馈给教师，在下节课上进行小组汇报和针对性的讲解。
2.6 总结Summary
课后总结有利于学生加深记忆，理清课程内容的知识脉络和逻辑关系，对于培养学生养成良好的学习习惯具有重要的作用。课程讲授和测试结束后，教师可以引导学生绘制知识脉络图和思维导图，进一步强化重量分析法在解决实际问题时的注意事项和操作流程。教师通过课堂情况和作业反馈，安排延伸项目和分析案例，鼓励学生对实际分析问题进行方案设计和评价以帮助学生形成进阶式思维。另外，定期开放本科实验室和研究型实验室，学生可以依据项目设计方案进行实验操作和分析。同时我们也鼓励学生积极参与大学生创新训练项目或者分析化学课题组的具体科研工作，践行知行合一。
2.7 PBL式学习
在教学活动中，贯穿问题和情境，驱动学生主动开展学习、整合理论知识和实践，形成探究型课堂。在这个过程中，教师和学生共同寻找问题的解决方法，帮助学生在活动的参与过程中切实深化知识理解和转化，提升个人的综合能力。例如：在均相沉淀法讲解中，联系章节内容向学生提出问题，均相沉淀过程满足哪些沉淀条件？所形成的沉淀有哪些特点？可以将其应用在哪些科研工作中？纳米材料的合成过程中用到了哪些沉淀知识？怎样控制沉淀条件从而得到想要的沉淀类型？学生依据教师的问题，在课余时间通过文献查阅和小组讨论，寻找答案，形成问题的解决方案并在课堂上汇报，开展组内和组间互评。在PBL模式下，学生从被动学习转变为主动探究，能够挖掘和了解学科前沿知识，加强自主学习意识，提高理论的实际运用能力。
3. 结语
BOPPPS+PBL教学模式关注学生探究问题能力和创新思维的培养，以共同参与和师生互动为基础，促进学生开展深度学习，并强化知识输出。通过课后反馈和学生问卷调查，学生对该教学模式评价较高，初步验证了该教学模式的可行性。在分析化学课程后续的改革过程中，我们将进一步丰富课程案例和研究项目，提升教师自身的科研和教学水平，积极建立良好的反馈机制，以便对发现的问题做出及时调整，取得更好的教学效果。
参 考 文 献
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[3] 耿新, 董林, 孙鹏, 等. 分析化学课程线上线下混合式教学[J]. 中国冶金教育, 2022, (06):33-35.
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[5] 栾吉梅, 方龙, 姜鹏, 等. 基于雨课堂和BOPPPS 改进模型的混合式教学设计与实践———精细合成单元反应[J]. 化学教育(中英文), 2023, 44(18):37-44.
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[7] 卢超, 陈景鲜, 李春阁, 等. PBL和CBL教学模式在《生物化学》课程教学改革中的探索[J]. 生命的化学, 2019, 39(6):1275-1278.
[8] 芩瑶, 魏芳弟, 胡琴. 基于PBL的药学专业“分析化学”课程教学探索[J]. 教育教学论坛, 2023, (19):129-132.
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