BOPPPS模型在計算思維培養(yǎng)中的應(yīng)用與反思

王鳳芹+杜晶+邢翠芳

（海軍航空工程學(xué)院 基礎(chǔ)部，山東 煙臺 264001）

摘 要：針對計算思維能力培養(yǎng)的問題，提出借助BOPPPS模型的課堂設(shè)計方法，闡述構(gòu)成BOPPPS模型6個環(huán)節(jié)的名稱（what）、目的（why）、實施階段（when）和實施方法（how），以飛行學(xué)員層次的“馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)”為例，說明BOPPPS模型在計算思維培養(yǎng)中的應(yīng)用方法，并對應(yīng)用效果和注意事項進行反思和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：計算思維；BOPPPS模型；計算機課程；教學(xué)方法；教學(xué)模式

0 引 言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息化戰(zhàn)爭已是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的主要作戰(zhàn)形式。為了打贏信息化戰(zhàn)爭，我國正如火如荼地進行國防改革，具有中國特色的聯(lián)合作戰(zhàn)指揮體系逐步形成。2016年3月23日，習(xí)主席在視察國防大學(xué)時強調(diào)：要堅持把培養(yǎng)聯(lián)合作戰(zhàn)指揮人才突出出來。計算思維能力則是這類人才應(yīng)具備的重要能力。

計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)廣度的一系列思維活動[1]。這個概念是由美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計算機系教授周以真提出的，她指出計算思維是每個人的基本技能，如同所有人都具備“讀、寫、算”能力一樣[1]。這一思想一經(jīng)提出，受到了廣大高校教師和科技工作者的贊同和支持。李國杰院士任組長的中國科學(xué)院信息領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組撰寫的《中國至2050年信息科技發(fā)展路線圖》中對“計算思維”給予了足夠的重視，提出了計算思維的培育是解決其他信息科技難題的基礎(chǔ)[2-3]。為貫徹實戰(zhàn)化教學(xué)理念，如何在計算機基礎(chǔ)課程中，將計算思維能力的培養(yǎng)落地，成為計算機基礎(chǔ)課程教員亟待解決的問題。

1 BOPPPS模型在計算思維培養(yǎng)中的應(yīng)用

要培養(yǎng)學(xué)員的計算思維，就要求學(xué)員在不斷的思考中提高自己，而BOPPPS模型恰恰要求學(xué)生進行全方位參與式學(xué)習(xí)，在參與中思考、參與中學(xué)習(xí)。筆者以飛行學(xué)員層次的“馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)”為例說明BOPPPS模型的應(yīng)用方法?！榜T諾依曼體系結(jié)構(gòu)”是大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程中非常重要的知識點，飛行學(xué)員在學(xué)習(xí)該知識點時，感覺理論枯燥、思想抽象，不便于理解和記憶。如何讓學(xué)生更直觀形象地認識馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用BOPPPS模型進行設(shè)計，見圖1。

1.1 引入（Bridge-in）

在課程開始階段，教師通過播放我國一級飛行員李中華在一次飛行中挽救飛機的案例引起飛行學(xué)員的注意，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使其懂得作為一名飛行員，應(yīng)該對飛機的計算機系統(tǒng)有所熟悉和理解；接著提出問題——機載計算機與個人電腦有哪些共同點，引發(fā)學(xué)員的思考。

學(xué)員對計算機系統(tǒng)的認識體現(xiàn)了計算思維的能力，同時，通過引導(dǎo)學(xué)員對各種計算機進行比較，啟發(fā)學(xué)員思考到底什么樣的系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)，歸納出計算機系統(tǒng)的特征，使計算思維得到提升。

1.2 目標（Objective）

在課程設(shè)計和課堂設(shè)計階段，“馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)”學(xué)習(xí)目標包括3個方面。

（1）知識目標：描述馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的5大部件組成；畫出存儲程序自動控制思想的工作原理圖；闡述計算機采用二進制的原因。

（2）能力目標：培養(yǎng)學(xué)員的計算機系統(tǒng)觀和計算思維能力，使學(xué)員對計算機軟硬件系統(tǒng)及應(yīng)用有更深入的理解。

（3）情感目標：培養(yǎng)學(xué)員自主學(xué)習(xí)、合作探究、語言表達和歸納總結(jié)能力。

其他5個環(huán)節(jié)都圍繞這3個目標進行設(shè)計。知識目標中不僅有記憶層次，還有通過比較、分析、歸納總結(jié)得出已有結(jié)論，這正是計算思維能力所要求的。

1.3 前測/預(yù)評估（Pre-test/assessment）

在前一次課教師先布置作業(yè)——個人電腦、ipad和智能手機分別由哪些部分組成，從學(xué)員熟悉的計算機入手，直觀形象地認識“看得見，摸得著”的計算機系統(tǒng)。

學(xué)員通過比較幾種常見的計算機系統(tǒng)，提升其對計算機系統(tǒng)總體特征的認識，從而理解馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的特點，而不是單純靠死記硬背的方式去學(xué)習(xí)。

1.4 參與式學(xué)習(xí)（Participatory-learning）

教師將學(xué)員分組，每組5～6人，根據(jù)每個人的課前作業(yè)——個人電腦、iPad和智能手機的組成部分，討論三者的共同點，引導(dǎo)學(xué)員分析出“三者都是由5部分組成”，再討論三者工作過程的共同點，最后讓學(xué)員分析得出“機載計算機的組成與工作過程”。在這個過程中，教師引導(dǎo)學(xué)員討論，由各小組分別闡述討論結(jié)果，各小組互評，給出得分，充分調(diào)動學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，讓每個人都盡可能活躍地參與到課堂學(xué)習(xí)中來。

通過對比3種計算機上應(yīng)用程序的工作過程，學(xué)員對計算機的計算過程有更清晰直觀的認識。這一參與式學(xué)習(xí)過程是提高學(xué)員計算思維能力、合作探究、語言表達和歸納總結(jié)能力的關(guān)鍵過程。

1.5 后測/后評估（Post-test/assessment）

在學(xué)員分析討論結(jié)束后，教師向?qū)W員提問，通過前面幾個問題的討論結(jié)果，闡述個人電腦、iPad、智能手機、機載計算機的共同點。

1.6 總結(jié)（Summary）

教員總結(jié)這些計算機系統(tǒng)的共同點，將其歸結(jié)為“一種組成、一個思想和一種表示”：“一種組成”是指計算機硬件系統(tǒng)是由5部分組成；“一個思想”是指計算機系統(tǒng)的工作過程遵循“存儲程序自動控制”的思想；“一種表示”是指程序和數(shù)據(jù)都由二進制表示。這3個方面就是著名的“馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)”的核心思想。最后教員給學(xué)員留下課下思考題：該體系結(jié)構(gòu)是否存在缺陷？

課下學(xué)員對“馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的缺陷”的思考，使其在理解本堂課內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進一步升華，進一步提高計算思維能力。

2 BOPPPS模型的應(yīng)用效果反思

將BOPPPS模型應(yīng)用在計算機課程教學(xué)中，其應(yīng)用效果包括以下3個方面。

（1）學(xué)員喜歡這樣的課堂。學(xué)員反饋“感覺我在學(xué)而不是我在聽”“通過自己的分析得出結(jié)論，容易理解容易記憶”“很喜歡、很享受這樣活躍的課堂”等。

（2）學(xué)員通過前測題目、參與式討論、發(fā)言、評價和后測題目，計算思維能力、合作探究、語言表達和歸納總結(jié)能力得到提升。

（3）教員通過前測和后測，可以及時掌握學(xué)員的學(xué)習(xí)情況，及時調(diào)整教學(xué)方法和教學(xué)進度，對能力較弱的學(xué)員及時做好課后輔導(dǎo)。

應(yīng)用BOPPPS的注意事項包括以下3個方面。

（1）目標先行，其他5個環(huán)節(jié)圍繞目標展開。一個好的課堂設(shè)計，首先要從學(xué)員的角度出發(fā)，確定一個可度量的學(xué)習(xí)目標，然后指引其他5個環(huán)節(jié)的設(shè)計。

（2）教員要精心設(shè)計參與式學(xué)習(xí)的過程，具體內(nèi)容包括學(xué)員行為預(yù)測、時間靈活設(shè)定、引導(dǎo)學(xué)員討論交流、盡可能調(diào)動學(xué)員參與的積極性、定期收集學(xué)員的反饋。

（3）加強學(xué)員總結(jié)沉淀過程。有些學(xué)員沉浸在發(fā)散式的討論交流中，難免會偏離課程目標，最后的總結(jié)很關(guān)鍵，能幫助學(xué)員抓住整堂課的靈魂。

基金項目：教育部高教司課程改革項目（2-1-ZXM-05）。

第一作者簡介：王鳳芹，女，講師，研究方向為大數(shù)據(jù)技術(shù)及應(yīng)用，nudtwangfengqin@163.com。

參考文獻：

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[6]喬淑云. 程序設(shè)計類課程教學(xué)改革與計算思維之培養(yǎng)[J]. 計算機教育， 2012（19）： 17-19.

[7]陳躍新， 李暾， 賈麗麗. 大學(xué)計算機基礎(chǔ)[M]. 北京： 科學(xué)出版社， 2012.

（編輯：孫怡銘）