1. 研究背景
《消防燃烧学》是系统讲授火灾发生、发展和熄灭基本规律的课程，是消防工程、消防指挥、抢险救援指挥与技术、刑事科学与技术本科专业的必修课和主干课程。本课程理论系统完整，与基础课和专业课结合紧密，对学生学习专业课程起到支撑和奠基作用，也为各专业后续的核心专业课打下牢固的基础，课程的重要性显而易见。
由于燃烧学课程本身知识点琐碎、公式繁多、理论抽象晦涩等特点，使得学生学习时感到吃力费劲。传统的教学模式方法单调，课堂枯燥乏味，师生交流偏少，易发生课堂分离现象，学生常有厌学心理，造成学习动力不足、效果不佳的问题，这无疑增加了学生的学习压力。
面对教学中的困扰和问题，在课堂中引入参与互动式的BOPPPS教学模式，其与OBE的成果导向理念相得益彰。在此基础上，引入了教学团队在慕课(Massive Online Open Course, MOOC)平台上的《消防燃烧学》线上课程。该课程2019年1月获得“国家精品在线开放课程”(国家一流在线开放课程)称号，2020年10月获得“国家级线上线下混合式一流课程”称号。线上课程的引入可以使学生在课前了解案例情景和学习目标，并能够检测学生的预习状况，这是对BOPPPS教学模式的较好补充。
本文以中国人民警察大学刑事科学与技术专业为例，根据行业人才需求特点，围绕核心课程的改革，开展课程的OBE理念探讨和BOPPPS模式的混合式教学设计探索，与高校教师们共同探讨提高教学质量的有效途径和方法。
1.1. OBE教育理念视域
OBE (Outcome Based Education)教学理念是一种以目标为导向的教育模式，即基于目标、需求或结果的教育理念。该理念在课程设计的过程中，强调学习的结果，然后倒推到课程设计、任务制定、教学和考核方法，把学生的“表现”作为评价的依据，注重学生学完后知道和理解了什么，如何运用知识 [1] [2] [3] 。OBE理念实现了以学为中心、以能力为中心，是工程教育新的发展方向。
2016年6月我国正式加入《华盛顿协议》 [4] ，其遵循的OBE理念为我们探索一流本科专业的建设提供了重要依据。
在《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》中，明确提出了OBE教育理念，要求高校以学生为中心，加快一流专业建设。同时，文件还强调了高校需要制定适应OBE理念的课程和评价体系，培养学生解决实际问题的能力和创新精神 [5] 。
在《中国教育现代化2035》中，也提出了OBE教育理念，要求高校优化课程设置和评价体系，注重学生适应时代发展的需要 [6] 。
总之，教育部出台的相关文件对OBE教育理念的应用提供了指导，旨在推动以学生为中心的教学改革，提高人才培养质量。
1.2. BOPPPS教学模式
BOPPPS教学模式是温哥华大学的Douglas Kerr团队创建，并广泛推行的教师技能培训体系ISW的理论基础 [7] 。针对学习目标的达成将完整的课堂教学过程划分为6个模块，分别是知识导入(Bridge in, B)、学习目标(Objective, O)、前测(Pre-assessment, P)、参与式学习(Participatory learning, P)、后测(Post-assessment, P)和总结(Summary, S) [8] 。该教学模式在理念上强调“学到了什么”，而非“教了什么”。教学目标设定清晰，符合认知规律，便于达成度评价。教学方式上要求学生主动积极参与学习，并及时获得学生反馈信息，调整后续教学环节，促进教学目标的顺利达成。
BOPPPS教学模型与OBE理念具有异曲同工之妙，有助于学生获得成果所需要的知识、能力和素质的OBE理念的实践达成 [9] 。
1.3. 线上线下混合式教学
线上与线下混合式教学将在线学习和面对面课堂相结合，能促进学生更彻底和持久的理解 [10] 。这种学习方法利用网络技术，学生在上课前按照自己的时间使用在线视听工具，获得基本知识和概念，实现自我引导和自我节奏的学习 [11] [12] 。目标是把学习者由以教师为中心转化为以学生为中心，让每一名学生参与课堂讨论和活动。
2008年，慕课首次出现在教育界。2012年以后，在世界范围内兴起。众多世界顶尖名校纷纷加入MOOC，为世界各地人员学习世界名校课程带来契机 [13] [14] 。慕课给混合式教学提供了课前、课后和课堂学习全面互动的平台 [15] 。广西大学行健文理学院赵玲峰等人通过基于OBE理念的混合式教学模式改革，提出混合式教学模式的特征与OBE的核心理念是不谋而合的 [16] 。
2. 课程教学目标
刑事科学技术专业培养掌握涉火案件侦查技术，能够在公安机关从事刑事科学技术工作的高素质应用型复合型警务人才。根据OBE成果导向教育理念、专业培养目标，消防燃烧学课程的教学目标分为知识目标、能力目标和素质目标，如表1所示。
Table 1. The teaching objective of this course
表1. 课程教学目标
续表
3. 教学模式的设计与实践
3.1. 教学总体设计
消防燃烧学教学设计遵循的原则：OBE教育理念是BOPPPS教学模式的灵魂，BOPPPS模式和线上线下混合课堂是OBE理念的实践体现。课程的教学采用基于BOPPPS教学的任务驱动式的线上线下混合式教学模式。授课对象是大三学生，共48课时，理论授课32学时，实验授课16学时(实验老师授课)。课程内容主要包括6大模块，即燃烧的基础知识、着火与灭火的基本理论、可燃气体的燃烧、可燃液体的燃烧、可燃固体的燃烧、燃烧学课程实验。利用中国大学慕课、学在警大和微信作为提供指导材料和交流讨论的共享平台。
教学设计总体框架如图1所示。根据OBE教学理念，为最大限度地提升学生的学习效率，人为地将课堂分为课前、课中和课后3个阶段进行教学。为了更好地区分，后文中将BOPPPS描述为BOP1P2P3S。
Figure 1. Design of hybrid teaching framework based on BOPPPS model
图1. 基于BOPPPS模型的混合式教学框架设计
3.2. 教学具体实施
课堂离不开教与学，活动的主体离不开教师与学生，根据教学框架设计，课堂教学实施的具体展现如表2所示，其中学习目标依据布鲁姆学习金字塔进行分类和指导 [17] 。
Table 2. The practice of classroom teaching and design
表2. 课堂教学环节与设计的实施
3.2.1. 课前阶段
下面以“火灾燃烧的基础知识”当中的“燃烧过程中的质量传递”为例，展示具体教学过程。其中，采用情景案例作为导入模块效果极佳，不仅可以激发学生的学习动力和兴趣，还能够将抽象的问题通俗化，便于学生理解，提升学习效果。
在上课前的1周，通过在线平台推出情景案例以及教学视频，其对应BOPPPS模式中的B；随后以问题形式推出任务单，其对应O；然后是预习效果检测题，对应P1，发挥了解学习情况的作用。
例：发布线上学习视频，同时给出线上教学案例的分析。情景案例：2010年11月，上海余姚路胶州路一栋高层公寓起火。起火点位于10~12层之间，整栋楼都被大火包围着，导致58人遇难，70余人受伤，事故原因是由无证电焊工违章操作引起的，事故现场违规使用大量尼龙网、聚氨酯泡沫等易燃材料(对应B)。基于此案例，请同学们分析：在整个过程中，电焊渣是如何引燃外墙装饰材料的(对应O)？此次火灾为何造成如此严重的伤亡(对应O)？火场中，烟气扩散的驱动力是什么(对应O)？高层建筑火灾中，燃烧蔓延速度更快的机理是什么(对应O)？
在此基础上，请各位同学完成以下题目(对应P1)：
1) (选择题)单位时间内，单位面积上流体扩散造成的物质流与其在另一种流体中的( )成正比。
A. 浓度差；B. 温度差；C. 浓度梯度；D. 温度梯度
2) (判断题)水面蒸发时，斯蒂芬流等于水的扩散流( )。
3) (简答题)高层建筑发生火灾时，热烟气很容易沿中庭、楼梯间、电梯井等竖直连通空间传播蔓延，形成所谓的烟囱效应。试通过示意图分析说明烟囱效应产生的原因。
4) (简答题)烟气的危害性都有哪些？
教师登录学在警大网页，可掌握观看视频的学生人数和进度，查看学生对P1模块题目的回答情况，分析学生预习情况，是否需要教师线下讲解，也便于教师及时调整教学目标。另外，课前的学习也使学生完成了掌握知识点的第1次内化。
3.2.2. 课中阶段
根据学在警大后台的测试结果，发现同学们对于扩散和烟气的危害预习效果较好，对于斯蒂芬流和烟囱效应的内容预习效果欠佳。因此，课中阶段的学习目标及时调整为主要解决此问题。下面以讲解斯蒂芬流为例，展示课堂阶段的教学设计。
首先，情景案例展示：用扩散理论和斯蒂芬流理论分析水面蒸发过程(对应B)。该案例来源于生活，激发学生的学习兴趣。在案例的基础上，以问题的方式引出学习目标点(对应O)。通过本次课的学习，使学生理解斯蒂芬流的相关概念；掌握斯蒂芬流的形成过程及产生条件。
引入的问题：通过扩散理论，水面上方的水蒸气和空气浓度是怎样变化的？相分界面上空气的质量流是多少、方向如何？会导致什么结果？实际情况又是怎样？(对应P1)？学生分组讨论问题，时间限定为15分钟。每个小组临时推选1名同学作为代表，回答问题。其他小组可以依次补充且提问质疑。在学生讨论过程中，教师可以不断的用问题的方式引导启发学生进行深入的思考。如：越靠近水面水蒸气浓度越高、空气浓度越低 → 空气向水面扩散、方向垂直于水面 → 通过费克扩散定律得到物质流的表达式 → 实际空气几乎不溶于水 → 向水面扩散的空气去哪儿了？通过不断的启发式提问，使学生能够不断思考、讨论，并把思维集中在本知识点上。当完成小组讨论汇报后，教师对每组的回答情况进行评估，确定学生对知识的理解程度和正确性。分析讲解结束，将水蒸发的斯蒂芬流总结为：1) 水的蒸发流是水汽总物质流，等于水汽分子扩散流加上混气整体流动所携带的水汽物质流。2) 水的蒸发流在数值上等于表面处混气的总物质流，即斯蒂芬流。这也是本次课程的重点和学习目标。在此基础上，教师需要展开讲解，完成知识的第2次内化(对应P2)。为了加深学生对所学知识的理解和掌握，实现知识的第3次内化，在线上或线下增加1个随堂练习(对应P3)，要求课堂内完成。即：对于水面蒸发，斯蒂芬流的具体包括哪几部分，大小等于多少？
分组讨论、教师答疑解惑、到最后总结，具体过程如上所述。最后，老师带领学生对本次课程进行总结(对应S)。
在课堂展示阶段，需要立足本课程的性质和学生知识基础，对难点和重点问题进行深入引导和分析，使学生掌握相关内容；注意通过互动等方式及时调动课堂气氛。
3.2.3. 课后巩固阶段
线下课程结束，学生可对课上问题进一步展开讨论，也可根据所学内容，进行自主拓展探索(对应P2)，如：建筑设计防火规范中与烟气相关的规定。
为了加强学生对知识的巩固，彻底完成知识的内化与吸收。通过学在警大后台给学生布置课后任务设计，并提供单元检测练习题，此练习题多以开放式的主观题形式展现(对应O和S)。例如：试列举三种扩散现象，其中至少有一种是在火场能够观察到的扩散现象。同时，各位同学预习下次课程内容——谢苗诺夫热自燃理论。
图2是课后学生完成单元检测练习题的报告界面，教师可以根据其完成效果，掌握学生的学习情况，从而使得课堂授课更有针对性。
Figure 2. Report interface of students completing unit test exercises after class
图2. 课后学生完成单元检测练习题报告界面
调查学生继续使用基于BOPPPS的线上线下混合式教学的意愿，如图3所示，92.7%的学生表示这种混合式教学模式更能激发学习的动力和兴趣，希望下学期的课程或其他课程继续采用。
Figure 3. Survey results on whether they would like to continue to use this mode next semester
图3. 是否愿意继续使用本模式教学方式的调查
3.3. 课程考核
课程考核分布及成绩比例构成如表3所示。总成绩由闭卷笔试成绩、平时成绩与实验成绩组成。期末考试全面强化能力考核，突出对学生能力素质的评价，占60%；平时成绩主要考查学生出勤、线上资源学习情况与课堂参与程度等方面，占30%；实验成绩由实验课任课教师给出，占10%。
Table 3. Course assessment distribution and score proportion composition
表3. 课程考核分布及成绩比例构成
3.4. 教学实施效果
期末考试结束后，完成课程教学质量分析表，内容包括课程大纲执行情况、课程教学目标达成度分析以及课程持续改进措施。为对比使用本教学模式和传统教学模式的效果，以期末考试的卷面成绩和总评成绩作为参考，如图4所示。
(a) (b)
Figure 4. Final Examination paper scores (a) and total assessment scores (b) under different teaching modes
图4. 不同教学模式下期末考试卷面成绩(a)和总评成绩(b)
可以看出，使用本混合式教学模式后，学生的卷面成绩和总评成绩都有较大程度的提高。传统教学模式下，学生期末考试的卷面成绩2人次优秀，13人次不及格，平均分达到67.12分；总评成绩2人次优秀，6人次不及格，平均分75.32分。使用混合式教学模式后，卷面成绩8人次优秀，5人次不及格，平均分达到77.18分；总评成绩7人次优秀，7人次及格，平均分达到80分。
根据目标达成度分析，虽然两种模式下，都完成了教学目标，但是使用新的教学模式下，教学目标达成度更好。
4. 结语
本研究在以学生为中心的OBE教育理念下，围绕如何帮助学生取得课程目标既定的学习成果，提出了基于高度参与、高度互动、高度实践的BOPPPS模块的混合式教学模式的设计、实施与评价。尤其是情境引入模块是基于日常生活中常见问题，归纳总结得到的案例，更达到了激发学生学习兴趣的目的，学生对新型课堂的学习体验更为满意。为解决消防燃烧学课程枯燥刻板乏味、难学难懂问题提供了思路，使得整个教学过程更系统化和全面。
教学改革一直在路上，改革中我们要付出更多的精力，不断持续改进，需结合课程特点灵活运用BOPPPS模式，合理使用线上线下教学，有针对性地选用课程主题，才会使课程设计获得预期的效果。
致谢
感谢中国人民警察大学防火工程学院火灾科学教研室、教育部消防工程专业虚拟教研室、河北省火灾预防与控制技术重点实验室的支持；感谢《消防燃烧学》课程团队的帮助和指导。
基金项目
河北省高等教育教学改革研究与实践项目(2022GJJG457)；中国人民警察大学中青年科研创新计划项目(ZQN202211)。
参考文献