基于模型的表面工程教学探索

一、引言

“表面工程”是一门与装备紧密相关，贴近应用的专业课程，内容主要包括电镀、化学镀、涂料与涂装、热喷涂、化学热处理等工程技术的原理与应用，该课程的设计理念是从应用需求出发，以学生的专业知识为支撑，以课程的表面处理工艺为载体，以实验实践为学习导向，培养学生应用材料与化学等相关知识解决工程材料实际“表面”问题的综合能力。

现行的表面工程教学模式主要是以老师课堂讲授为主，这种传统的教学模式难以有效提升学生学习的主动性和积极性。针对传统课堂讲授式教学方式存在的不足，许多教师从教学模式、教学内容、讲授方法、考核方法等方面进行了探讨，提出了众多新的教学方法[1-6]，如模块式教学、问题引导式教学以及混合式教学等，在很大程度上提高了课程的教学质量。为了进一步优化教学设计，提升教学效果，我们将BOPPPS教学模型[7]引入到表面工程课程教学，在课程教学整体设计中将“以学生为中心”作为基本原则。通过引入、目标、前测、参与式学习、后测、总结等六方面教学环节的设计和教学模式的改进，引导学生有效参与到学习中，更好地激发学生的学习兴趣和热情。以表面工程中化学镀工艺的相关授课内容为例，依据BOPPPS教学模型的六个要素进行设计，进行BOPPPS教学模型在表面工程教学中的探索和实践，取得了较好的学习效果。

二、BOPPPS教学模型

BOPPPS教学模型是加拿大教师技能培训ISW(Instructional Skills Workshop)中广泛采用的教学模式。ISW是一项为期24—30小时的、可以以多种形式开展的实践性培训过程，其目标是有效提高课程设计水平，并最终提升教学技能。目前，该模型已被全世界超过33个国家、100多所大学所采用，并被广泛应用在国内MOOC课程建设和专业课程教学等实际教学实践中。BOPPPS教学模型是ISW课程体系的核心，如图1所示，该模型主要包括引入(Bridge in )，目标(Objective or Outcome)，前测(Pre-assessment)，参与式学习(Participatory Learning)，后测(Post-assessment)和总结(Summary/Closure)六个要素。

图1BOPPPS模型的六要素

应用BOPPPS模型在设定学习目标时，需要与Bloom认知模型[8](布卢姆等人在认知学习领域中把教学目标从低级到高级分为识记、理解、应用、分析、综合和评价六大层次)相结合，使用清晰、明确的动词来阐述谁，在什么条件下，能在什么程度上完成什么任务。确保学习目标要清晰、明确，学习目标是否达成是可以检验的以及该目标切实可行。此外，学习目标的设置需要包括三个方面，分别是认知方面(知识、理论和观念)、情感方面(情绪、态度、价值和信念)和技能方面(能力、技术、操作和表现)。

三、基于BOPPPS教学模型的表面工程教学模式设计与实践

(一) 化学镀内容简介

化学镀是表面工程中一类重要的表面处理工艺。因为在实际应用中，有时需要在非导体材料表面上镀覆金属，针对不能进行电镀的非导体工件，可以通过化学镀的方法使其表面镀覆一层金属，表面工程课程讲授了化学镀的原理及应用等相关知识[9]。

与电镀不同，化学镀过程中不外加电流，是利用化学反应的方法使金属离子还原沉积在工件表面上。以化学镀镍过程为例(图2)，假如基体为非金属材料，那么在化学镀之前需要在非金属基体表面沉积本征催化活性金属，化学镀镍溶液中，主盐是硫酸镍(NiSO4)，还原剂为次磷酸钠(NaH2PO2)，将表面预处理后的具有催化活性的非金属基体放入镀液中后，次磷酸钠在基体的催化作用下失去电子被氧化为亚磷酸二氢钠(NaH2PO3)，镀液中的镍离子在基体表面得到电子发生还原反应生成金属镍。

化学镀是一个催化的还原过程，还原作用仅仅发生在催化剂表面上，如果被镀金属本身是反应的催化剂，则化学镀的过程就具有自动催化作用。例如化学镀镍过程中基体表面的反应生成物金属镍具有催化作用，可以使化学镀过程不断继续下去。

图2化学镀镍基本过程示意图及反应方程式

图3化学镀课程传统授课模式

(二)传统教学模式实施过程

针对化学镀相关内容，传统授课基本过程如图3所示。教学过程分为四个部分，包括(1)知识回顾：主要回顾电镀的基本原理以及实施电镀工艺需要具备的三个必要条件，回顾总结电镀过程的缺点，要解决这些问题，可以通过化学镀的方法来解决。(2)通过举例引出并阐释化学镀的定义。(3)逐步讲解化学镀的概念、原理和应用条件，并比较化学镀和电镀的区别和特点。之后以工业上应用最广泛的化学镀铜和化学镀镍为例，讲解化学镀的原理和工艺过程。(4)最后进行课程总结，回顾本节课的重点内容和关键知识点。

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