BOPPPS教學(xué)模型下研究生教學(xué)案例設(shè)計與實(shí)踐

劉燁 尹依夢 李焱

［摘 要］ 信息時代利用科學(xué)的方法分析解決問題在研究生數(shù)據(jù)思維能力培養(yǎng)中尤為重要。以研究生課程“Python在數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用”教學(xué)實(shí)踐為例，提出基于BOPPPS教學(xué)模型下構(gòu)建教學(xué)應(yīng)用案例的做法。實(shí)踐證明，教學(xué)案例設(shè)計中注重挖掘社會發(fā)展各領(lǐng)域熱點(diǎn)問題，引導(dǎo)學(xué)生參與式學(xué)習(xí)能夠?yàn)閷W(xué)生理解理論知識奠定基礎(chǔ)，構(gòu)建理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐項(xiàng)目相結(jié)合的橋梁，有效激發(fā)學(xué)生科研能力和創(chuàng)新能力，為國家數(shù)字化社會發(fā)展提供人才支持。

［關(guān)鍵詞］ BOPPPS；Python；數(shù)據(jù)管理；教學(xué)案例

［基金項(xiàng)目］ 2022年度河北省教育廳專業(yè)學(xué)位教學(xué)案例庫項(xiàng)目“Python在管理研究中的應(yīng)用案例庫”（KCJSZ2022036）；2020年度國家自然科學(xué)基金“基于LHAASO-KM2A實(shí)驗(yàn)研究30TeV以上超新星遺跡能譜特征”（11905043）

［作者簡介］ 劉 燁（1987—），女，河北石家莊人，博士，河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院講師，主要從事數(shù)據(jù)管理研究；尹依夢（2001—），女，河北邢臺人，河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院2022級管理科學(xué)與工程專業(yè)碩士研究生，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘與知識管理；李 焱（1971—），女，江蘇徐州人，碩士，河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院副教授（通信作者），主要從事信息管理研究。

［中圖分類號］ G643.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）32-0133-05 ［收稿日期］ 2023-02-28

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展和深度應(yīng)用，人類社會發(fā)展全面進(jìn)入數(shù)字時代［1］。“十四五”規(guī)劃對數(shù)字化發(fā)展作出了全面部署，明確提出要適應(yīng)數(shù)字技術(shù)全面融入社會交往和日常生活新趨勢，構(gòu)筑全民暢享的數(shù)字生活。數(shù)據(jù)成為和資本、勞動力和技術(shù)相提并論的驅(qū)動社會發(fā)展的關(guān)鍵生產(chǎn)要素［2］。2022年10月，黨的二十大報告中指出，加快建設(shè)數(shù)字中國，加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)。因此培養(yǎng)適應(yīng)數(shù)字化社會發(fā)展的復(fù)合型人才，是助力數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。數(shù)據(jù)思維能力的培養(yǎng)是數(shù)字化社會發(fā)展的必備的品格和關(guān)鍵的能力。Python語言憑借其簡潔的語法，易于學(xué)習(xí)，廣泛應(yīng)用于科學(xué)計算和統(tǒng)計、大數(shù)據(jù)分析與挖掘、Web和Internet開發(fā)等研究領(lǐng)域。在“Python在數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用”課堂教學(xué)中，主要基于BOPPPS教學(xué)模型，針對社會發(fā)展各領(lǐng)域特定場景問題目標(biāo)，設(shè)計教學(xué)案例，將大數(shù)據(jù)采集、處理、分析、挖掘、應(yīng)用等理論知識與實(shí)踐項(xiàng)目結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生大數(shù)據(jù)思維，提高學(xué)生適應(yīng)數(shù)字化社會發(fā)展的技術(shù)能力。

一、案例教學(xué)目標(biāo)

案例教學(xué)（case method）起源于哈佛大學(xué)的情景案例教學(xué)課。20世紀(jì)80年代，案例教學(xué)引入我國［3］，是一種開放式、互動式的教學(xué)模式。在課堂教學(xué)中正確理解案例教學(xué)的含義有助于學(xué)生理解枯燥的理論知識。因此，在案例教學(xué)設(shè)計中，首先要明確教學(xué)目標(biāo)，然后基于教學(xué)理論知識，合理設(shè)計教學(xué)過程，促使學(xué)生融入問題情境，主動參與課堂討論，實(shí)現(xiàn)將枯燥的理論知識應(yīng)用于實(shí)踐學(xué)習(xí)中，提升學(xué)生對理論知識的理解，拓寬學(xué)生視野，達(dá)到啟迪思維的目的［4-5］。“Python在數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用”課程案例教學(xué)目標(biāo)如下。

（一）知識目標(biāo)

教學(xué)案例應(yīng)該能夠全面反映教學(xué)內(nèi)容，主要涉及Python科學(xué)計算庫、TensorFlow、支持向量機(jī)、決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論知識。案例情境的建立應(yīng)該聚焦社會熱點(diǎn)、科技發(fā)展前沿，案例內(nèi)容的設(shè)計需要能夠調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生能夠結(jié)合案例內(nèi)容將學(xué)習(xí)過的理論知識串聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)知識的理解。

（二）能力目標(biāo)

教學(xué)案例要易于被學(xué)生理解，設(shè)置的問題要有目的性、層次性。在教學(xué)案例使用過程中要充分考慮個體差異性，注重引導(dǎo)每位學(xué)生積極思考，融入案例討論，實(shí)現(xiàn)綜合掌握運(yùn)用理論知識的目標(biāo)，適應(yīng)數(shù)字化社會的發(fā)展。

（三）素質(zhì)目標(biāo)

教學(xué)案例融入國家安全、科學(xué)家精神、創(chuàng)新精神、工匠精神、團(tuán)隊(duì)精神等思政元素，培養(yǎng)學(xué)生大數(shù)據(jù)思維、科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和社會責(zé)任感。

二、基于BOPPPS模型的案例教學(xué)設(shè)計

BOPPPS教學(xué)模型最早由加拿大教師技能培訓(xùn)工作坊（ISW）提出［6］，是構(gòu)建以學(xué)生為中心的新型教學(xué)模型。BOPPPS代表在教學(xué)模型中的六個教學(xué)環(huán)節(jié)，即課程導(dǎo)入、學(xué)習(xí)目標(biāo)、預(yù)評估、參與式學(xué)習(xí)、后評價和總結(jié)［7-8］。BOPPPS教學(xué)理念為“學(xué)生為主，教師為導(dǎo)”，注重學(xué)生參與式學(xué)習(xí)［9-10］，“Python在數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用”課程教學(xué)各環(huán)節(jié)及實(shí)施策略如表1所示。

基于BOPPPS教學(xué)模型，首先可以借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺（如雨課堂、學(xué)習(xí)通、智慧樹等）將熱門話題或者圖片、視頻導(dǎo)入教學(xué)內(nèi)容，建立時事熱點(diǎn)案例庫。課前在線發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺觀看、學(xué)習(xí)、發(fā)帖討論，建立相關(guān)知識的初步認(rèn)識；其次，根據(jù)學(xué)生對導(dǎo)入教學(xué)內(nèi)容的討論結(jié)果，教師總結(jié)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容預(yù)評估，聚焦本節(jié)課程知識目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)和技能目標(biāo)，制定教學(xué)任務(wù)，即“學(xué)生學(xué)什么、教師如何教、教學(xué)過程如何提升”。然后，教學(xué)案例的設(shè)計著眼于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極參與的目標(biāo)，注重實(shí)例情境的創(chuàng)立，并通過提出問題、案例討論和實(shí)訓(xùn)實(shí)踐三個環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生理解知識、拓展知識、應(yīng)用知識和強(qiáng)化知識的學(xué)習(xí)目標(biāo)，從而培養(yǎng)學(xué)生大數(shù)據(jù)思維?！癙ython在數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用”課程教學(xué)設(shè)計理念如圖1所示。最后充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，以小組學(xué)習(xí)的形式利用思維導(dǎo)圖制作軟件整理學(xué)習(xí)要點(diǎn)，各小組可以相互借鑒學(xué)習(xí)，鞏固課上學(xué)習(xí)內(nèi)容。教師在教學(xué)平臺布置課后練習(xí)題，或以小組為單位進(jìn)行科學(xué)數(shù)據(jù)分析過程展示，評估課堂教學(xué)效果，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況為后續(xù)教學(xué)活動奠定基礎(chǔ)。

三、案例教學(xué)實(shí)踐

“Python在數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用”主要面向研究生群體，課程學(xué)時目前設(shè)置為17學(xué)時，教學(xué)內(nèi)容主要分為智慧醫(yī)療、社交網(wǎng)絡(luò)、城市管理、科學(xué)數(shù)據(jù)管理四個教學(xué)單元，如圖2所示。教學(xué)案例情境設(shè)計以這四個領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)管理案例為導(dǎo)向，結(jié)合Python科學(xué)計算庫（Pandas、NumPy、matplotlib、jieba、word2vec等）、經(jīng)典算法（K近鄰、樸素貝葉斯、決策樹等）及前沿技術(shù)（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）［11-12］，構(gòu)建教學(xué)案例庫，將理論知識應(yīng)用于醫(yī)療健康疾病預(yù)測、微博話題數(shù)據(jù)分析、豆瓣評論數(shù)據(jù)分析、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測分析和科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分類，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，提高學(xué)生處理問題、分析問題的專業(yè)技能，激發(fā)學(xué)生科研能力和創(chuàng)新能力。此外，在教學(xué)案例中加入思想政治教育引導(dǎo)，將國家安全、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新精神、工匠精神、科學(xué)家精神融入案例教學(xué)，于潤物無聲中將德育教育與專業(yè)教育融合，培養(yǎng)具備社會責(zé)任感、適應(yīng)數(shù)字化時代要求的復(fù)合型人才。本文選擇兩個典型教學(xué)案例，介紹案例教學(xué)的過程。

（一）科學(xué)數(shù)據(jù)管理

科學(xué)數(shù)據(jù)管理是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)思維，開展科學(xué)數(shù)據(jù)分析的重要內(nèi)容。在教學(xué)中，科學(xué)數(shù)據(jù)管理這一教學(xué)單元主要圍繞如何應(yīng)用科學(xué)方法對科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理，其教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生能夠利用Python語言分析、處理科學(xué)數(shù)據(jù)，為后期開展科研工作奠定基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新精神。教學(xué)過程如下：課前，導(dǎo)入中央電視臺對中國大科學(xué)裝置高海拔宇宙線觀測站LHAASO實(shí)驗(yàn)相關(guān)報道視頻，在學(xué)生感受到科研人員奮斗創(chuàng)新、不畏艱苦奮戰(zhàn)在高海拔地區(qū)探索宇宙起源的同時，引導(dǎo)學(xué)生思考如何對大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理與存儲分析；課中，學(xué)生首先利用random庫中隨機(jī)函數(shù)對高能物理領(lǐng)域探測器數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，使學(xué)生掌握蒙特卡洛方法，然后學(xué)生根據(jù)產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，在數(shù)據(jù)分類中搭建決策樹、支持向量機(jī)、隨機(jī)森林、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模型，最后根據(jù)數(shù)據(jù)分類精準(zhǔn)度調(diào)整算法中的參數(shù)值，分析討論四種算法的結(jié)果；課后，學(xué)生根據(jù)課上對科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分類實(shí)例的學(xué)習(xí)過程，整理解決問題的思路，提煉數(shù)據(jù)分類問題中的方法。在這個教學(xué)案例中，理論知識覆蓋Python語言中庫函數(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法理解與建立，學(xué)生在實(shí)踐中運(yùn)用理論知識深入理解機(jī)器算法在數(shù)據(jù)分類中的應(yīng)用，并就此專題舉一反三，培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、善于動腦的學(xué)習(xí)習(xí)慣和科學(xué)的科研思路。

（二）社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析

在大數(shù)據(jù)時代，社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析是挖掘潛在商機(jī)、預(yù)測群體行為、輿情分析等領(lǐng)域中重要的研究課題。在教學(xué)中，社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析這一教學(xué)單元主要圍繞如何利用海量社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，提取有價值的信息。其教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生理解、掌握文本數(shù)據(jù)分析的基本流程，能夠利用Python語言自主收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。教學(xué)過程如下：課前，導(dǎo)入國家信息安全相關(guān)視頻，在學(xué)生感受到信息技術(shù)帶給人們生活便利的同時，引導(dǎo)學(xué)生注重信息安全，思考如何采集互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，如何對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的利用，提取有價值的信息；課中，學(xué)生分組合作，首先在豆瓣網(wǎng)選擇一部評分較高的電影，利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)采集電影評論數(shù)據(jù)，其次對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗去除停頓次、空格等，然后繪制高頻詞匯詞云圖，詞云圖的背景可以自主選擇，最后利用word2vec構(gòu)建特征詞庫，進(jìn)行情感分析，分析觀眾對電影的關(guān)注情況；課后，學(xué)生還可以拓展思路，利用深度學(xué)習(xí)理論知識預(yù)測某類題材電影票房等。在這個教學(xué)案例中，理論知識覆蓋Python科學(xué)計算庫、Python網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)、文本數(shù)據(jù)處理，學(xué)生在實(shí)踐中運(yùn)用理論知識深刻掌握網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、情感分析與詞云圖可視化的技術(shù)，同時注重引導(dǎo)學(xué)生合理利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)，重視數(shù)據(jù)安全、國家安全。

四、信息時代教學(xué)案例設(shè)計啟示

（一）立足社會發(fā)展前沿，培養(yǎng)適應(yīng)數(shù)字化發(fā)展人才

在信息時代，數(shù)據(jù)分析與管理成為社會各研究領(lǐng)域必不可少的一部分。研究生教育是教育強(qiáng)國建設(shè)的引擎，教學(xué)案例設(shè)計需要圍繞數(shù)字化社會發(fā)展方向選取典型數(shù)據(jù)分析案例，一方面可以將枯燥的理論知識與社會發(fā)展緊密連接，拓寬學(xué)生視野，幫助學(xué)生適應(yīng)數(shù)字化社會發(fā)展，為后期開展科研工作奠定基礎(chǔ)；另一方面可以加入德育教育，將中國精神融入專業(yè)學(xué)習(xí)，這樣有助于培養(yǎng)具備家國情懷的社會主義接班人。

（二）合理安排案例教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生積極參與案例討論

在BOPPPS教學(xué)模型下，課堂教學(xué)以學(xué)生為中心，教師按照學(xué)生認(rèn)知規(guī)律凝練知識點(diǎn)，精選社會發(fā)展領(lǐng)域典型實(shí)踐案例，構(gòu)建理論知識與實(shí)踐橋梁。在教學(xué)過程中要注意合理安排教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)行案例討論。在課堂小結(jié)時要以精練、重點(diǎn)突出的語言對案例進(jìn)行總結(jié)和歸納，提升學(xué)生認(rèn)識問題角度的能力。

（三）強(qiáng)化教學(xué)效果評價，提升教學(xué)質(zhì)量

在BOPPPS教學(xué)模型下，對于教師而言，可以根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)情況制定教學(xué)目標(biāo)，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺將課上討論、課下練習(xí)有機(jī)結(jié)合，可以掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，適時調(diào)整教學(xué)計劃；對于學(xué)生而言，預(yù)習(xí)與練習(xí)的過程可以培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、自主找尋答案的學(xué)習(xí)習(xí)慣，提升學(xué)生解決問題、分析問題、處理問題的能力。

結(jié)語

基于BOPPPS教學(xué)模型建立教學(xué)案例，有助于加深學(xué)生對知識的理解，強(qiáng)化學(xué)生對知識的運(yùn)用，提升學(xué)生在實(shí)踐中解決實(shí)際問題的數(shù)據(jù)思維能力。在研究生教育中教學(xué)案例的設(shè)計要注重德育教育，融入思政元素，實(shí)現(xiàn)在潛移默化中將顯性教育與隱性教育相融合，培養(yǎng)學(xué)生社會責(zé)任感。此外，本文針對“Python在數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用”建立的教學(xué)案例也可以應(yīng)用在其他計算機(jī)課程教學(xué)中，如“數(shù)據(jù)分析”“數(shù)據(jù)可視化”“自然語言處理”等，為國家數(shù)字化社會發(fā)展提供人才支持。

參考文獻(xiàn)

［1］包蕾萍.數(shù)字社會建設(shè)：挑戰(zhàn)、機(jī)遇與理論創(chuàng)新［EB/OL］.（2021-12-27）［2022-05-13］.https：//theory.gmw.cn/2021-12/27/content_35408976.htm.

［2］熊璋，高玲，張旭路.加強(qiáng)復(fù)合人才培養(yǎng)，助力數(shù)字經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展［EB/OL］.（2022-06-02）［2022-10-18］.https：//theory.gmw.cn/2022-06/02/content_35784988.htm.

［3］楊光富，張宏菊.案例教學(xué)：從哈佛走向世界：案例教學(xué)發(fā)展歷史研究［J］.外國中小學(xué)教育，2008（6）：1-5.

［4］孫俊三，王兵.案例教學(xué)：一種有價值追求的自由教育［J］.中國教育學(xué)刊，2015（9）：77-82.

［5］韓穎，張飛燕，段振偉.翻轉(zhuǎn)課堂—角色互換—啟發(fā)式案例教學(xué)研究［J］.黑龍江教育（高教研究與評估），2018（1）：32-34.

［6］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［J］.計算機(jī)教育，2017（1）：18-22.

［7］張巖.“互聯(lián)網(wǎng)+教育”理念及模式探析［J］.中國高教研究，2016（2）：70-73.

［8］許智宏，呂華，馬建紅，等.基于BOPPPS教學(xué)模型的程序設(shè)計課程線上教學(xué)實(shí)踐［J］.軟件導(dǎo)刊，2022，21（7）：157-160.

［9］張輝.BOPPPS模型在軟件測試技術(shù)課程中的教學(xué)設(shè)計與實(shí)踐［J］.計算機(jī)時代，2022（7）：133-135.

［10］王克麗，盧照.BOPPPS+課程思政教學(xué)模式在計算機(jī)導(dǎo)論課程中的應(yīng)用［J］.軟件導(dǎo)刊，2022，21（5）：216-220.

［11］王變琴，孫雪冬，陳薇薇，等.機(jī)器學(xué)習(xí)通識課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐探索［J］.計算機(jī)教育，2019（12）：85-88+107.

［12］嵩天，黃天羽.Python語言程序設(shè)計教學(xué)案例新思維［J］.計算機(jī)教育，2017（12）：11-14+19.

Design and Practice of Postgraduate Teaching Cases Base on BOPPPS Mode

LIU Ye， YIN Yi-meng， LI Yan

（School of Management Science and Engineering， Hebei University of Economics and Business， Shijiazhuang， Hebei 050061， China）

Abstract： In the information era， it is particularly important to use scientific methods to analyze and solve problems in the training of postgraduates data thinking ability. Taking the teaching practice of the postgraduate course Python in Data Management as an example， this paper proposes a teaching application case based on the BOPPPS teaching mode. It is proved that， these measures such as the teaching case design focusing on specific scenarios for social development in various fields， and building a participatory learning environment can lay a foundation for students to understand theoretical knowledge. It combines theoretical knowledge with practical projects to stimulate students scientific research ability and innovation ability. In addition， it provides talent support for the development of national digital society.

Key words： BOPPS; Python; data management; teaching cases