工程認(rèn)證環(huán)境下基于Boppps模型的數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)設(shè)計(jì)

鄧 娜，王春枝，葉志偉，張明武

（湖北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北武漢430068）

0 引言

自2016年6月我國正式成為《華盛頓協(xié)議》簽約國之后，國內(nèi)高校順應(yīng)形勢，積極參與到工程教育專業(yè)的認(rèn)證工作中[1]。工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)我國高等教育帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，一方面，它能促使我們提高教學(xué)質(zhì)量，讓畢業(yè)生取得國際認(rèn)可的從業(yè)資格證；另一方面，高等教育工作者需要轉(zhuǎn)變思維，從教學(xué)輸出的角度逆向思考，重新審視教學(xué)輸入，包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等，勇于改革，以更好地培養(yǎng)出符合工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的畢業(yè)生。工程認(rèn)證對(duì)學(xué)生的素養(yǎng)和能力提出了諸多要求，傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方式顯然不利于這些素養(yǎng)和能力的培養(yǎng)。

1 Boppps模型

Boppps模型是由北美地區(qū)高校教學(xué)技能培訓(xùn)機(jī)構(gòu)InstructionalSkillsWorkshop（ISW）提出的一種有效的課程設(shè)計(jì)模式，旨在提高教師的授課技能[2]，近幾年傳入中國，被用在高等教育課堂上[3-5]，效果斐然。

Boppps將課堂切分為6個(gè)環(huán)節(jié)，分別代表著bridgein（引入）、learningobjective（教學(xué)目標(biāo)）、pre-test（前測）、participatorylearning（參與式學(xué)習(xí)）、post-assessment（后測）和summary（總結(jié)）。①引入環(huán)節(jié)通常從吸引學(xué)生注意力的有趣的或令人困惑的故事、案例、問題入手，將本次課堂的討論對(duì)象引導(dǎo)出來；②教學(xué)目標(biāo)環(huán)節(jié)明確告知學(xué)生本次課堂應(yīng)該達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)有哪些，包括應(yīng)該了解、熟悉和掌握的理論知識(shí)，以及應(yīng)該具備的實(shí)踐能力等；③前測環(huán)節(jié)通過小測試、提問、調(diào)查問卷等形式，摸底學(xué)生對(duì)本次教學(xué)內(nèi)容的了解程度或是對(duì)之前知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，有助于教師據(jù)此對(duì)教學(xué)內(nèi)容有的放矢，及時(shí)調(diào)整；④參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)一改傳統(tǒng)的以教師為主體的教學(xué)模式，倡導(dǎo)以學(xué)生為主體，利用小組討論、角色扮演等多種形式，使學(xué)生積極主動(dòng)地獲取知識(shí)；⑤后測環(huán)節(jié)與前測環(huán)節(jié)相對(duì)應(yīng)，在學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)之后，通過小作業(yè)、小演示等形式，來檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)這次課堂的掌握程度；⑥在課堂最后的總結(jié)環(huán)節(jié)，教師對(duì)本次課堂進(jìn)行總結(jié)和反思，對(duì)知識(shí)點(diǎn)再一次地歸納和總結(jié)，也對(duì)學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行強(qiáng)調(diào)和重申。

2 工程認(rèn)證畢業(yè)要求

“工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)本科生提出了12條畢業(yè)要求[1]，見表1。畢業(yè)要求從12個(gè)方面明確了工程類專業(yè)的本科生在畢業(yè)時(shí)應(yīng)該具備的素養(yǎng)和能力。同時(shí)，也要求高等教育工作者轉(zhuǎn)變思維方向，從輸出到輸入，對(duì)教學(xué)方式和教學(xué)模式進(jìn)行革新，以期更好地培養(yǎng)出符合工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)生。

表1 “工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)”中12條畢業(yè)要求

3 教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)挖掘課程是我校軟件工程專業(yè)面向大四學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)選修課，主要講授如何從海量的數(shù)據(jù)中挖掘出有意義的模式和信息，為生產(chǎn)生活提供決策支持。課程與目前所處大數(shù)據(jù)時(shí)代完全契合，內(nèi)容新穎、理論豐富、操作性強(qiáng)、前沿、可深度研究，因此選課人數(shù)較多，通常選課率在95%以上。

由于排課時(shí)間節(jié)點(diǎn)、課時(shí)、課程性質(zhì)等因素的限制，數(shù)據(jù)挖掘課程目前的教學(xué)存在以下問題：①這門課程需要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫原理等先導(dǎo)課程的鋪墊，因此排課時(shí)間放在大四的上學(xué)期，在這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，學(xué)生可能因?yàn)榭佳?、找工作等原因而不重視課程；②這門課程共32學(xué)時(shí)，包括22學(xué)時(shí)理論教學(xué)和10學(xué)時(shí)實(shí)踐教學(xué)，把這門課程所有的相關(guān)知識(shí)壓縮在22個(gè)學(xué)時(shí)里面進(jìn)行填鴨式講授，效果不好；③這門課程的性質(zhì)是專業(yè)選修課，前沿性強(qiáng)，學(xué)生可以在研究生階段將數(shù)據(jù)挖掘作為研究方向，也可以在畢業(yè)后從事數(shù)據(jù)挖掘方面的工作，教師有責(zé)任和義務(wù)在這門課程中開拓學(xué)生視野，提高學(xué)生實(shí)踐操作能力，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

4 Boppps模型與傳統(tǒng)課堂的區(qū)別

Boppps模型和傳統(tǒng)課堂存在以下區(qū)別：

（1）在Boppps模型中，6個(gè)環(huán)節(jié)有明顯的分界線，每一個(gè)環(huán)節(jié)都不可或缺；而在傳統(tǒng)課堂中，大多僅保留了引入、學(xué)習(xí)2個(gè)環(huán)節(jié)，其他的4個(gè)環(huán)節(jié)通常根據(jù)課堂的節(jié)奏靈活取舍。

（2）在傳統(tǒng)課堂中，學(xué)習(xí)部分多采用教師講學(xué)生聽的形式，以教師為主體，忽視學(xué)生的參與；而在Boppps模型中，學(xué)習(xí)部分是學(xué)生的參與式學(xué)習(xí)，以學(xué)生為主體。

（3）在Boppps模型中，引入、前測、后測3部分的內(nèi)容也需要精心設(shè)計(jì)，它們對(duì)吸引學(xué)生注意力、摸底學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果至關(guān)重要。

5 Boppps模型與工程認(rèn)證的關(guān)聯(lián)關(guān)系

工程認(rèn)證強(qiáng)調(diào)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，包括運(yùn)用工程知識(shí)分析問題、解決問題、團(tuán)隊(duì)合作、溝通、終身學(xué)習(xí)等。在傳統(tǒng)課堂上，學(xué)生很難獲取到這些能力。在Boppps模型中，前測部分可以測試學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)工程知識(shí)的掌握程度；參與式學(xué)習(xí)將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，學(xué)生需要去查找資料，分析、解決問題，與同伴合作，并將解決方案表達(dá)、演示出來；后測部分在課下給學(xué)生布置自主思考或探索的作業(yè)，促使他們養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的好習(xí)慣。在這個(gè)過程中，工程認(rèn)證中要求的這些能力都得到了很好的培養(yǎng)和鍛煉。

6 教學(xué)設(shè)計(jì)

以數(shù)據(jù)挖掘課程關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘這一章節(jié)為例，按照Boppps模型，來設(shè)計(jì)一次課堂教學(xué)活動(dòng)的流程，見表2。

軟件工程的一些專業(yè)基礎(chǔ)課程，例如數(shù)據(jù)庫原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，介紹本專業(yè)其他后續(xù)課程所需要的基礎(chǔ)理論，而數(shù)據(jù)挖掘作為一門專業(yè)選修課程，更傾向于是一種工具課程，對(duì)生活生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘。因此，我們有很多貼近生活的豐富多彩的案例可以作為引子在引入環(huán)節(jié)來吸引學(xué)生的注意力，例如表2中的沃爾瑪超市購物籃例子，啤酒和尿布兩個(gè)風(fēng)馬牛不相及的物品為什么會(huì)在購物籃中經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)？這種共現(xiàn)關(guān)系是怎么發(fā)現(xiàn)的？有什么作用？學(xué)生便迫不及待地想在后續(xù)的課程中找到相關(guān)答案。

在教學(xué)目標(biāo)環(huán)節(jié)，教師明確用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生提出要求，一個(gè)是“了解”，一個(gè)是“掌握”，學(xué)生在課后可以通過教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行自查，檢查自己是否達(dá)到學(xué)習(xí)的目標(biāo)；教師也可以在后測環(huán)節(jié)來判斷這堂課是否達(dá)到應(yīng)有的教學(xué)效果。在關(guān)聯(lián)規(guī)則定義中，涉及支持度和置信度這兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，它們分別用古典概率和條件概率進(jìn)行定義和表示，教師為了了解學(xué)生對(duì)概率論的掌握程度，以及便于調(diào)整后面的教學(xué)內(nèi)容，可以在前測環(huán)節(jié)通過提問的形式進(jìn)行摸底。如果回答情況良好，教師可以省去講解，否則，教師還需幫助學(xué)生復(fù)習(xí)條件概率。參與式學(xué)習(xí)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，占用的時(shí)間也較長；但是與傳統(tǒng)的課堂不一樣，在這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生起主導(dǎo)作用，教師扮演引導(dǎo)和協(xié)調(diào)的角色，維護(hù)課堂的秩序，把控課堂教學(xué)活動(dòng)的進(jìn)度。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教師給學(xué)生布置任務(wù)，讓他們采用小組討論的形式，在課堂中協(xié)作完成任務(wù)并進(jìn)行講解和演示。

在本例中，任務(wù)是總結(jié)概念的定義、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘應(yīng)用的場景以及Apriori算法的步驟。小組選派代表可以采取輪流制，讓每一位學(xué)生得到鍛煉。在后測環(huán)節(jié)，為了進(jìn)一步鞏固學(xué)生所學(xué)，檢查這次課堂是否達(dá)到最初的教學(xué)目標(biāo)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)中潛在的問題，跟教學(xué)目標(biāo)直接相對(duì)應(yīng)的，用一個(gè)全新的購物籃例子來檢驗(yàn)學(xué)生是否能夠融會(huì)貫通，手動(dòng)推演出Apriori算法的過程。最后的總結(jié)環(huán)節(jié)，教師對(duì)后測環(huán)節(jié)中暴露出來的問題進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，對(duì)課堂進(jìn)行總結(jié)，對(duì)容易出錯(cuò)和忽視的地方再一次強(qiáng)調(diào)。在這個(gè)環(huán)節(jié)，教師反思了整個(gè)教學(xué)過程，學(xué)生也反思了自己的知識(shí)盲區(qū)。這6個(gè)環(huán)節(jié)起承轉(zhuǎn)合，環(huán)環(huán)相扣。學(xué)生的主觀能動(dòng)性調(diào)動(dòng)起來了，不再依賴?yán)蠋?，運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)、分析問題、解決問題、研究、團(tuán)隊(duì)合作、溝通與交流、終身學(xué)習(xí)等能力和素養(yǎng)也得到了提高。

表2 基于Boppps模型的數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)設(shè)計(jì)

7 結(jié)語

申請(qǐng)工程專業(yè)教育認(rèn)證是反思傳統(tǒng)教學(xué)過程的良好機(jī)會(huì)。在剖析了目前數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)中的問題之后，發(fā)現(xiàn)Boppps模型與工程認(rèn)證畢業(yè)要求中的關(guān)聯(lián)關(guān)系，基于Boppps模型對(duì)數(shù)據(jù)挖掘課程中的某個(gè)章節(jié)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的再設(shè)計(jì)，以獲得更好的教學(xué)效果，為教學(xué)改革和申請(qǐng)工程專業(yè)認(rèn)證做準(zhǔn)備。

[1]鄧娜,陳旭,王春枝.針對(duì)工程教育認(rèn)證的軟件工程課程教學(xué)思考與探索[J].計(jì)算機(jī)教育,2017(7):41-43.

[2]穆華,李春.BOPPPS模型及其在研究型教學(xué)中的應(yīng)用探究[J].陜西教育(高教),2015(10):27-30.

[3]張所娟,廖湘琳,余曉晗,等.BOPPPS模型框架下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)教育,2017(1):18-22.

[4]殷旭輝.BOPPPS在思政課教學(xué)中的應(yīng)用與反思:以“原理”課的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)為例[J].黑龍江教育(高教研究與評(píng)估版),2015(9):7-8.

[5]楊麗,于為,李曉紅.BOPPPS模型在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐[J].大學(xué)教育,2017(4):15-17.