基于BOPPPS的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程線上線下混合教學

段喜龍 鄔志紅

摘? 要：經(jīng)多年教學經(jīng)驗積累，在工程教育改革的背景下，依據(jù)軟件工程專業(yè)培養(yǎng)目標，結(jié)合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程特點，分析南昌航空大學該課程存在的問題，開展基于BOPPPS的線上線下混合教學研究，以類間關(guān)系設(shè)計的關(guān)聯(lián)與聚合為例，詳細論述應(yīng)用BOPPPS進行課程教學設(shè)計的全過程。教學以學生為中心，以學習成果為目標，激發(fā)學生的學習積極性，培養(yǎng)學生的自主學習能力、創(chuàng)新能力和新時代工匠精神，該教學方法不僅有利于培養(yǎng)軟件工程需要的應(yīng)用型工程技術(shù)人才，還可以推廣至相關(guān)專業(yè)的程序設(shè)計類課程。

關(guān)鍵詞：BOPPPS；混合教學；工程教育；面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計；學生為中心

中圖分類號：G642.1? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）23-0104-04

Abstract： After years of teaching experience accumulation， under the background of engineering education reform， according to the training objectives of software engineering specialty， combined with the characteristics of object-oriented programming course， we analyzed the existing problems of this course in Nanchang Hangkong University， carried out the research on online and offline hybrid teaching based on BOPPPS. We discussed in detail the whole process of applying BOPPPS to the teaching design of the course by taking the association and aggregation of class relationship design as an example. Taking students as the center and learning achievements as the goal， the teaching has stimulated students' learning enthusiasm and cultivated students' autonomous learning ability， innovation ability and craftsman spirit of the new era. This teaching method is not only conducive to cultivating applied engineering and technical talents required by software engineering， but also can be extended to programming courses of related majors.

Keywords： BOPPPS; hybrid teaching; engineering education; object oriented programming; student-centered

軟件工程學科本質(zhì)上具有很強的工程性要求，以解決實際工程中的復(fù)雜問題作為重要目標，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計是軟件工程專業(yè)重要的學科基礎(chǔ)課和必修課，在整個教學體系中占據(jù)非常重要的地位。近年來，隨著工程教育專業(yè)認證在我國的不斷普及，傳統(tǒng)面向知識點的教學方式已經(jīng)不能滿足要求，必須引入先進的教學模式和教學方法，從而適應(yīng)軟件產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對新型人才的需求。

一? 南昌航空大學面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計線上線下混合課程介紹

回顧南昌航空大學（以下簡稱“我?！保┟嫦?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程建設(shè)發(fā)展歷程分為三個階段：第一階段，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言階段（2007年以前）。以面向?qū)ο笳Z言為主，重點為面向?qū)ο缶幊陶Z法的應(yīng)用。第二階段，面向?qū)ο蟪绦蚣夹g(shù)應(yīng)用階段（2008—2014年）。重點為面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計，主要培養(yǎng)學生利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的應(yīng)用。第三階段，重塑教學理念階段（2015—2023年）。重點培養(yǎng)學生的計算思維、創(chuàng)新意識及解決復(fù)雜軟件工程問題的能力，當前我校的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程教學過程中仍存在以下問題。

（一）? 教學方法和教學模式待改進

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程主要以教師為主體的講授方式，教師講授面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的思想和方法，要求學生掌握面向?qū)ο蟮暮诵母拍詈兔嫦驅(qū)ο蟮膶崿F(xiàn)機制及核心語法，并在此基礎(chǔ)上熟練運用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的方法分析和求解實際復(fù)雜工程問題。在這種模式下，學生被動學習現(xiàn)象較普遍，缺乏獨立思考能力，學習主觀能動性缺失嚴重，當作業(yè)或?qū)嶒炋岣唠y度或復(fù)雜度時，個別學生選擇“知難而退”，甚至放棄。

（二）? 學生的自主學習能力待提升

自主學習能力提升是培育三全人才的關(guān)鍵，亟待解決學習源動力不足。我校軟件工程專業(yè)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程開設(shè)于一年級第二學期，學生僅具C語言程序設(shè)計基礎(chǔ)，其軟件思維和邏輯思維尚處于形成初期，程序設(shè)計能力有待提高。當學生跟不上課程進度時，部分同學也會在互聯(lián)網(wǎng)查找觀看相關(guān)學習視頻，但缺乏及時有效的交流和溝通，最終出現(xiàn)“眼高手低”現(xiàn)象，無法達成課程目標。學生停留在語法、驗證性實踐層面，學后無法學以致用，很難用所學去解決實際復(fù)雜軟件工程問題，創(chuàng)新就更無從談起。

（三）? 學生的創(chuàng)新能力待挖掘

開課伊始，教師明確課程研究對象和內(nèi)容、學習目的、如何進行本課程的學習，但是很多學生更關(guān)注如何考試，是否能順利通過考試。在教學過程中，問怎么做的人多，問為什么的人少。通過對平時作業(yè)的解題思路可知，同學們局限于老師指明的思路，很少去嘗試新的方法和方案。在這種教學氛圍中，學生缺少創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神，創(chuàng)造力有待挖掘。

因此，當前作為教師必須思考的問題就是如何激發(fā)學生的學習興趣，都說興趣是最好的老師，這樣才能激發(fā)他們的學習熱情，變被動學習為主動學習，變學習枯燥為學習快樂。如何整合現(xiàn)有的教學資源，合理利用課前、課中、課后的時間，以期達到更好的學習效果?；贐OPPPS的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程線上線下混合教學，兼顧教學的每個環(huán)節(jié)，從根本上解決課堂上“師講生聽”的沉悶氛圍，對教學質(zhì)量的提升有很好的促進作用。

二? 基于BOPPPS的線上線下混合教學簡介

網(wǎng)絡(luò)化、信息化已然成為高等教育教學改革發(fā)展的趨勢，不是多元條件與資源的簡單組合?；贐OPPPS的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程線上線下混合教學，結(jié)合工程教育專業(yè)認證相關(guān)要求，有效地利用以BOPPPS教學模式和SPOC課程模式為主的線上線下混合教學。

（一）? BOPPPS

BOPPPS教學模式是一種被廣泛使用、經(jīng)驗證有效的教學模式[1]，是加拿大廣泛推行的教師技能培訓體系ISW（Instructional Skills Workshop）的理論基礎(chǔ)[2]，強調(diào)以學生為中心的教學理念，符合OBE的理念。把課堂教學過程進行模塊化分解：Bridge in（導(dǎo)入環(huán)節(jié)）、Objective（目標環(huán)節(jié)）、Pre-test（前測環(huán)節(jié)）、Participatory Learning（參與式學習環(huán)節(jié)）、Post-assessment（后測環(huán)節(jié)）和Summary（總結(jié)環(huán)節(jié)）。

BOPPPS教學模式的核心——注重師生互動，強調(diào)教學反饋。實施重點關(guān)注如何通過采用形式多樣的教學手段來實現(xiàn)師生全方位參與式的互動教學，從而確保既定課程教學目標的有效實現(xiàn)。解蕾[3]以財政與稅收課程為對象，探索了利用 BOPPPS 教學模式有機融合課程教學的時空、平臺及資源的教學改革實踐。課程組教師也在網(wǎng)絡(luò)安全課程中對此教學模式進行了病毒實驗的探索應(yīng)用且取得較好效果[4]，張亞周等[5]對基于BOPPPS模型的數(shù)字電路教學進行了設(shè)計和研究以提高學員的學習興趣。樊繼東[6]探討了如何在OBE模式下結(jié)合BOPPPS模式培養(yǎng)滿足車輛工程需要的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

（二）? 線上線下混合教學——SPOC

SPOC這個概念是由?？怂菇淌谧钤缡褂玫?，是英文Small Private Online Course的簡稱，按照字面意義理解為“小規(guī)模限制性在線課程”[7]。這里的小規(guī)模是相對MOOC中的Massive和Open而言的。“Private”是指對學生設(shè)置限制性準入條件，滿足相應(yīng)條件的學生才能修SPOC課程。很多學者不斷嘗試用引入SPOC的方式進行課程教學模式的探索和實踐[8-10]。本文的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程的線上部分通過SPOC平臺引入到課程教學資源中，在課前、課后學生可以根據(jù)教師要求或者自身需要進行自主學習安排，完成相關(guān)的測試等。

三? 應(yīng)用BOPPPS進行課程教學設(shè)計

相對傳統(tǒng)課堂教學，BOPPPS教學模式符合OBE理念，著重強調(diào)教學效果、效率、效益，突出了學生的參與式學習的重要性。BOPPPS教學模式貫穿于線上線下整個教學環(huán)節(jié)之中，下面以面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程中類間關(guān)系設(shè)計的關(guān)聯(lián)與聚合為例，詳細闡述如何結(jié)合BOPPPS教學模式進行教學設(shè)計的全過程，最終達到教學預(yù)期的效果，提高教學效果與教學投入的比值，滿足學生對教學的需求，進而提升學生學習的自我效能感。 （一）? 教學前期分析

展開教學之前，首先必須明確本門課程需要達成的教學目標，學生通過學習能夠運用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法，針對復(fù)雜軟件工程問題的模塊完成面向?qū)ο蟮谋磉_與高質(zhì)量編程，并能通過文獻檢索結(jié)合面向?qū)ο蠓治黾夹g(shù)，對負責工程問題進行模塊方案設(shè)計、比較、分析。領(lǐng)會軟件技術(shù)對促進我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要意義，增強軟件質(zhì)量意識，鍛煉誠實守信、堅韌不拔的品格和精益創(chuàng)新的新時代工匠精神。本次課的教學重點在于關(guān)聯(lián)關(guān)系與聚合關(guān)系的適用場景及其優(yōu)缺點，難點在于如何從面向?qū)ο笤O(shè)計映射到面向?qū)ο缶幊虒崿F(xiàn)。

（二）? 教學過程組織

第一階段：導(dǎo)入。

課程設(shè)置導(dǎo)入環(huán)節(jié)，先引出本機可得教學內(nèi)容，一方面可以引起學生的關(guān)注度，另一方面讓學生在不知不覺中融入到學習內(nèi)容中去。

本次課采用案例導(dǎo)入的方式，在SPOC中發(fā)布國內(nèi)外知名品牌汽車雨刮系統(tǒng)的視頻案例，包括特斯拉理念的雨刮系統(tǒng)。平時生活中經(jīng)常用到，但是很多同學并不了解這個系統(tǒng)，通過觀看視頻，為學生展示雨刮系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，其由雨刮片、雨刮臂、雨刮連桿、雨刮電機、開關(guān)和噴水電機組成；視頻講解該系統(tǒng)的控制方法，并展示目前主流雨刮系統(tǒng)的運行效果，包括被動感應(yīng)式雨刮，主動場景識別式雨刮。引出相應(yīng)的問題：雨刮系統(tǒng)軟件部分應(yīng)如何設(shè)計？這個有現(xiàn)實需求的設(shè)計任務(wù)能很好地激發(fā)學生的興趣和求知欲。

第二階段：目標。

明確的學習目標能給學生指明學習方向，也是教師對學生學習效果的評價指標，根據(jù)OBE的理念學習目標具體分為知識目標、能力目標及素養(yǎng)目標。

本次課的學習目標包括：知識目標——學生會判斷類間關(guān)系的類別，能夠根據(jù)需求場景，分析其特點并選擇合適的關(guān)系；能力目標——學生能夠應(yīng)用類間關(guān)系進行合理的類設(shè)計，從而解決實際案例中的復(fù)雜的軟件工程問題；素養(yǎng)目標——培養(yǎng)學生在類設(shè)計時應(yīng)持有的精益求精的新時代軟件工匠精神。

第三階段：前測階段。

前測的目的是教師更好地了解學生對相關(guān)知識的認知程度，根據(jù)前測的結(jié)果教師要適當調(diào)整講解的方法、進度、深度。

本次課是通過中國大學慕課平臺上的慕課發(fā)布了學習視頻，要求學生課前自學類間關(guān)系部分章節(jié)內(nèi)容，然后采用PTA的OJ平臺發(fā)布了一個課前任務(wù)，要求學生根據(jù)普通雨刮系統(tǒng)的實際需求分別嘗試采用面向過程及面向?qū)ο蟮姆椒ㄍ瓿捎旯蜗到y(tǒng)的模擬程序。

OJ平臺發(fā)布的是普通風擋玻璃雨刮系統(tǒng)：雨刮的擺動速度由控制桿、刻度盤兩種元件決定，其中控制桿有停止、間歇、低速及高速四個檔位，刻度盤有1、2、3三種刻度，雨刮的速度見表1。

嘗試使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)對上述問題進行類設(shè)計。本次課前測主要考查兩個知識點：一是學生是否熟練類的設(shè)計，二是學生是否準確完成類間關(guān)系設(shè)計。

第四階段：參與式學習。

線下課堂教學給學生參與式學習提供了很好的溝通、交流，學生是課堂的主體，教師是組織者、引導(dǎo)者、幫助者，這一步的重點是如何讓學生這一主體更多地參與到學習過程中，可以采用分組討論、頭腦風暴、世界咖啡館等調(diào)用學生參與度的教學方法，目標是調(diào)動學習積極性，積極鼓勵學生參與。

本次課前教師要去查看比較同學們提交的模擬程序，根據(jù)學生在PTA的OJ平臺上的測試結(jié)果組織課堂，采用討論式教學方法，讓學生參與三種雨刮方案（圖1—圖3）的深入剖析，讓同學們對現(xiàn)有方案提出可能存在的問題，并引導(dǎo)學生提出各種不同的解決方案以嘗試解決問題，針對不同的解決方案，分別引導(dǎo)出面向?qū)ο笤O(shè)計的可復(fù)用性、可擴展性及可維護性等特性，從而引申講解面向?qū)ο笤O(shè)計原則相關(guān)內(nèi)容，在前三個方案基礎(chǔ)上引導(dǎo)學生給出其他設(shè)計方案。關(guān)注幾個問題：①單一職責模式在案例中的應(yīng)用；②實體類與業(yè)務(wù)類的區(qū)別；③關(guān)聯(lián)與聚合的區(qū)別；④類圖到代碼映射的思路。

第五階段：后測階段。

后測階段主要是評估學生的學習效果，與課前制定的學習目標要相呼應(yīng)，了解本次課是否達到了預(yù)期的教學目標。

針對課堂教學確定的設(shè)計方案，要求學生立刻重新采用面向?qū)ο笤O(shè)計方法對雨刮系統(tǒng)進行重構(gòu)，確定第四種方案，如圖4所示，特別強調(diào)要求本次設(shè)計要滿足可復(fù)用性、可維護性等要求，編碼實現(xiàn)并通過PTA平臺上的評測。

第六階段：總結(jié)階段。

課程最后，總結(jié)本次課堂內(nèi)容，根據(jù)學生后測的結(jié)果對學生源碼存在的問題進行統(tǒng)計分析，從而總結(jié)本次課在組織和實施過程中存在的問題，分門別類進行總結(jié)并制定出相應(yīng)改進措施。另外引出下節(jié)課的新的內(nèi)容：①關(guān)聯(lián)的耦合性，引導(dǎo)出下次課的依賴部分內(nèi)容；②聚合在可復(fù)用性方面與泛化的區(qū)別，引導(dǎo)出下次課的泛化部分內(nèi)容。

為了進一步提高學生的參與度，激發(fā)學習興趣，留給學生一個擴展的思考題：在方案四的基礎(chǔ)上，如何做到面向?qū)ο笤O(shè)計的可擴展性，例如控制桿的檔位增加或者刻度盤的刻度增加，如何在保證“開-閉”原則的基礎(chǔ)上進一步重構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計。

四? 基于BOPPPS教學實施教學效果

BOPPPS模式與線上線下混合式教學模式已經(jīng)在2019級軟件工程專業(yè)學生中實施，課程建立了“課程自評找弱點、學生問卷找短板、同行評價找差距”“三位一體”的面向產(chǎn)出評價機制，實現(xiàn)對課程教學的持續(xù)改進。

實施結(jié)果表明運用參與式學習方式，使學生學習積極性明顯提高，在提升學生程序設(shè)計能力的同時，還從根本上解決了學生課前準備不充分、線下討論不活躍的問題，對教學質(zhì)量的提升有很好的促進作用。同時，還培養(yǎng)了學生軟件開發(fā)與設(shè)計實踐能力及創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力。線上線下混合式教學模式可以兼顧提升學生自主學習能力、互動交流能力、合作學習能力等，同時還可以促使學生在潛移默化中具備一定的專業(yè)素養(yǎng)和人文素養(yǎng)。

五? 結(jié)束語

本次研究實施對象為軟件工程專業(yè)學生的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程，通過對課程內(nèi)容的重構(gòu)及課堂教學內(nèi)容的重新組織編排，采用“以學生為中心”的教學理念，通過BOPPPS+線上線下混合式課程教學改革，使得學生在學習程序設(shè)計類課程的過程中能夠在建立自信心的基礎(chǔ)上，通過作業(yè)的逐次迭代，提高編程能力，逐漸獲得解決實際復(fù)雜軟件工程問題的能力。此教學方法可以進一步推廣至相關(guān)專業(yè)其他程序設(shè)計類課程。對于促進軟件工程專業(yè)程序設(shè)計類課程教學模式的改革與創(chuàng)新具有重要的意義與作用。

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基金項目：2021年全國高等院校計算機基礎(chǔ)教育研究會計算機基礎(chǔ)教育教學研究項目“基于OBE的面向能力培養(yǎng)的‘面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程改革研究”（2021-AFCEC-325）；2023年教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目“基于學習工場的軟件工程專業(yè)程序設(shè)計類課程產(chǎn)教融合教學模式研究”（220702377203849）；2020年江西省線上線下混合式一流課程“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計”（贛教高字[2020]27號）；2020年江西省重點研發(fā)計劃“基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的森林煙火自動檢測與智能分析系統(tǒng)”（20203BBGL73222）;2021年南昌航空大學教改課題“基于線上線下融合BOPPPS模式的‘面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程改革與實踐”（JY21102）；2021年南昌航空大學第二批“課程思政”示范課程建設(shè)“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計”（sz2142）;2021年南昌航空大學第二批“課程思政”示范課程建設(shè)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”（sz2155）

第一作者簡介：段喜龍（1978-），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，碩士，講師。研究方向為信息系統(tǒng)和軟件測試技術(shù)。

*通信作者：鄔志紅（1977-），女，漢族，黑龍江綏化人，碩士，講師。研究方向為算法與網(wǎng)絡(luò)安全。