BOPPPS模式輔助計算機專業(yè)課程彈性可視化思維教學(xué)研究

摘要：計算機專業(yè)課程中，學(xué)生在理解抽象概念和解決問題時，普遍缺乏可視化思維能力。該研究通過引入BOPPPS模式，結(jié)合彈性教學(xué)方法和可視化思維工具，有效提升了學(xué)生的可視化思維水平和學(xué)習(xí)成效。研究以平行班教學(xué)實踐案例為研究對象，采用問卷法、訪談法和準實驗研究法，對實驗班和對照班的教學(xué)過程中的問卷、訪談和測試成績等數(shù)據(jù)進行處理和分析。結(jié)果表明，實驗班學(xué)生的可視化思維水平和學(xué)習(xí)成效優(yōu)于對照班學(xué)生，說明在BOPPPS教學(xué)模式中引入彈性可視化思維方法是有效可行的，能較好地提升學(xué)生課堂參與度和滿意度，顯著提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和專業(yè)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：彈性可視化思維方法；BOPPPS模式應(yīng)用；計算機專業(yè)課程教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）24-0145-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）

1 彈性教學(xué)和可視化思維的研究現(xiàn)狀

彈性教學(xué)，也稱為靈活性教學(xué)，強調(diào)以學(xué)習(xí)者發(fā)展為核心，旨在為其提供靈活、多元、可選擇的定制課程。這種課程設(shè)計從多個維度（如學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)地點、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)資源以及技術(shù)應(yīng)用等）為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)的可選性和多樣性[1]。

可視化思維自1967年哈佛大學(xué)首次提出戰(zhàn)略研究以來，已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)流行的思維工具。許多精英教育家和企業(yè)管理者積極研究和運用可視化思維。例如，思維導(dǎo)圖（Mind Maps）、概念圖、六項思考帽、思維地圖（Thinking Maps）、因果圖（魚骨圖）等可視化思維工具被廣泛應(yīng)用。可視化思維工具的出現(xiàn)，為思維呈現(xiàn)提供了多元化、可視化的形式。感知心理學(xué)、雙重編碼理論、空間認知和數(shù)據(jù)可視化等領(lǐng)域的學(xué)者研究表明，圖像和視覺表達是人們思維和理解的重要工具?？梢暬季S能夠幫助人們更有效地組織、處理和記憶信息，提高理解和決策的能力。

2 BOPPPS模式下計算機專業(yè)課程彈性可視化思維的教學(xué)融合

彈性教學(xué)以滿足學(xué)生個體差異化需求為核心，通過靈活調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、過程、環(huán)境和產(chǎn)品來提高學(xué)習(xí)效果。彈性教學(xué)結(jié)合可視化思維，可以實施以下5種策略：差異化教學(xué)、個性化學(xué)習(xí)路徑、自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和技術(shù)整合。

差異化教學(xué)根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格、興趣和能力水平，提供不同的學(xué)習(xí)資源和活動。例如，為視覺學(xué)習(xí)者提供圖表和視頻，為聽覺學(xué)習(xí)者提供講座和討論。個性化學(xué)習(xí)路徑允許學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)節(jié)奏和興趣，選擇不同的學(xué)習(xí)任務(wù)和項目。例如，學(xué)生可以選擇探究感興趣的代數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，并制作相應(yīng)的項目。自主學(xué)習(xí)鼓勵學(xué)生自我評估、反思，設(shè)定學(xué)習(xí)目標并監(jiān)控學(xué)習(xí)進度。教師提供工具和策略，例如學(xué)習(xí)日志和自我評估表。合作學(xué)習(xí)通過小組合作任務(wù)，促進學(xué)生間的互助和學(xué)習(xí)。小組成員可以分工合作，根據(jù)個人優(yōu)勢共同完成任務(wù)，例如共同創(chuàng)建一個抽象概念的思維導(dǎo)圖。技術(shù)整合利用教育技術(shù)工具來支持學(xué)習(xí)和教學(xué)，例如使用在線協(xié)作工具、教育游戲、模擬軟件等。

可視化思維教學(xué)是一種有效的教學(xué)方法，它利用視覺元素幫助學(xué)生理解和組織信息。這種方法通常涉及使用圖表、圖形、圖像等視覺工具，促進深層次的認知處理，增強記憶和理解。教師可以使用各種多模態(tài)可視化工具，將抽象概念具體化呈現(xiàn)，幫助學(xué)生理解和記憶。可視化思維教學(xué)能夠幫助學(xué)生更深刻、持久地理解和記憶學(xué)習(xí)材料，使課堂教學(xué)更加多樣化，符合高級學(xué)習(xí)模式，提升學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力[2]。

3 BOPPPS模型的改進教學(xué)單元案例設(shè)計

BOPPPS模型是加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)（UBC）的Douglas Kerr于1978年提出的教學(xué)設(shè)計框架，包含6個步驟：導(dǎo)入、目標、預(yù)評估、參與式學(xué)習(xí)、后評估和總結(jié)[3]。BOPPPS模型因其簡潔明了、易于操作，在加拿大乃至全球許多國家的教師技能培訓(xùn)中得到了廣泛關(guān)注，尤其被應(yīng)用于核心教師教學(xué)設(shè)計和一線教學(xué)培訓(xùn)。BOPPPS教學(xué)模式強調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位，對教學(xué)設(shè)計具有指導(dǎo)意義[4]。以下以計算機專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可視化學(xué)習(xí)”教學(xué)單元為例，探討彈性教學(xué)和可視化思維融合的應(yīng)用。

BOPPPS模型結(jié)合彈性教學(xué)和可視化思維，能夠幫助教師設(shè)計結(jié)構(gòu)化、互動性強的課程教學(xué)單元，并有效評價教學(xué)效果，不斷調(diào)整和改進教學(xué)策略，以增強學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗和效果。教師在課前進行學(xué)情分析、學(xué)法分析、教材分析、教法分析、教學(xué)資源準備、教學(xué)設(shè)計和教具準備，構(gòu)建單元教學(xué)流程框架。課中，教師在教、學(xué)、評、測、練5個環(huán)節(jié)逐步實施彈性教學(xué)，引入可視化思維方式，引導(dǎo)學(xué)生從頭腦風(fēng)暴到總結(jié)歸納，并利用可視化教學(xué)工具開展教學(xué)活動?？梢暬虒W(xué)工具具有即時性反饋功能，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、整理和分析，教師可以根據(jù)不同任務(wù)進行調(diào)整和穿插。如果課堂時間不足，可以將數(shù)據(jù)分析放在課后進行。利用投票、討論、小組PK等方式反饋教學(xué)效果，幫助教師迅速掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，及時發(fā)現(xiàn)問題。課后，教師可以收集、整理、分析和總結(jié)學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)，用于教學(xué)改進[5]。

4 實驗流程和結(jié)果分析

在一個學(xué)期的教學(xué)實踐過程中，通過對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程成績分析、調(diào)研表和學(xué)生訪談結(jié)果等進行綜合分析，驗證BOPPPS彈性可視化教學(xué)模式的有效性，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。

教學(xué)評價的設(shè)計應(yīng)貫穿于教學(xué)過程的始終。教師根據(jù)課程的教學(xué)實際和特點，靈活地運用形成性評價、總結(jié)性評價、組內(nèi)評價以及學(xué)生自評等多元評價方式，主要考核學(xué)生線上學(xué)習(xí)的參與情況、課堂表現(xiàn)、實踐練習(xí)和任務(wù)結(jié)果等各方面，從而切實提升學(xué)生的綜合素質(zhì)能力。

實驗過程中，形成性評價包括教學(xué)平臺的考核以及學(xué)生課堂表現(xiàn)（如學(xué)習(xí)的參與度、積極性和合作創(chuàng)新意識等），總結(jié)性評價以百分制的計分方式，其中形成性評價占比70%，期末考核占比30%。形成性評價包括：多媒體可視化學(xué)習(xí)資源占比15%，課前測試占比5%，課前限時簽到占比10%，答疑討論占比15%，課堂表現(xiàn)占比35%，課后作業(yè)占比20%。

教師通過教學(xué)平臺及時給予學(xué)生相應(yīng)的分數(shù)并提供反饋意見，從而幫助學(xué)生更好地彈性調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程，有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和參與性[6]。

在經(jīng)過一學(xué)期的教學(xué)實踐后，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)成績的總結(jié)性評價中可以反映出部分實驗成效。實驗數(shù)據(jù)顯示，使用BOPPPS模型彈性可視化教學(xué)的實驗班學(xué)生在課程總結(jié)性評價中的平均成績約為87.1，對照班約為81.8，對比提高了約6.5%。

為進一步了解該模式對學(xué)生學(xué)習(xí)能力方面的影響以及是否達到了學(xué)生三維培養(yǎng)目標，在課程結(jié)束后對兩個班級的學(xué)生進行了學(xué)習(xí)能力問卷調(diào)查。并對收集的數(shù)據(jù)進行分析，比較實驗班和對照班學(xué)生在BOPPPS彈性可視化教學(xué)模式下其對于可視化工具、學(xué)習(xí)方法和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等方面的認知和興趣程度是否產(chǎn)生差異。問卷從操作能力、自主學(xué)習(xí)能力、合作探究能力、問題解決能力和創(chuàng)新能力5個維度設(shè)置了16道單選題，涵蓋了學(xué)習(xí)態(tài)度、實踐習(xí)慣、可視化工具擅長程度、學(xué)習(xí)方法偏好、困難問題處理能力、對AI創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)項目的興趣等方面。問卷的選項設(shè)計采用李克特五點量表[7]，從1到5分別表示非常不同意、不同意、一般、同意、非常同意，每項對應(yīng)分值為1到5分。問卷設(shè)計完成后，通過問卷星平臺對實驗班的48名同學(xué)和對照班的47名同學(xué)分別進行了調(diào)查，共回收95份問卷，有效問卷95份。

通過問卷星的信度分析計算，問卷的Cronbach's Alpha系數(shù)為0.987，大于常規(guī)標準0.7，表明學(xué)生在回答問題時具有高度一致性，確保了研究結(jié)果的準確性和可靠性。

超過69%的受訪學(xué)生表示同意或非常同意會反復(fù)練習(xí)不熟悉的工具，表現(xiàn)出對技能提升的積極態(tài)度。超過72%的受訪學(xué)生表示同意或非常同意會在遇到實踐錯誤時請教老師或同學(xué)，展現(xiàn)了樂于學(xué)習(xí)和求教的態(tài)度。僅有25%的受訪學(xué)生表示非常同意擅長多種可視化工具，還有一定比例的受訪學(xué)生認為自己在這方面需要提升。超過66%的受訪學(xué)生表示同意或非常同意在學(xué)習(xí)中喜歡主動使用可視化學(xué)習(xí)工具或資源，顯示出他們對多樣化學(xué)習(xí)方式的接受度。

有近70%的受訪學(xué)生表示會在課前做好預(yù)習(xí)工作，這有助于提高學(xué)習(xí)效果和課堂參與度。超過66%的受訪學(xué)生表示會積極參與線上或線下的討論，分享交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗，這有助于促進學(xué)習(xí)氛圍。超過67%的受訪學(xué)生表示會積極分享學(xué)習(xí)方法和思路，展現(xiàn)出樂于交流和分享的態(tài)度。超過60%的受訪學(xué)生表示有線上項目協(xié)作經(jīng)驗或獨立的代碼倉庫，這有助于培養(yǎng)團隊合作能力和實踐能力。

超過71%的受訪學(xué)生表示能利用線上平臺獨立解決學(xué)習(xí)困難，表現(xiàn)出自主學(xué)習(xí)和問題解決能力。大部分受訪學(xué)生表示掌握多種解惑答疑途徑，有助于及時解決學(xué)習(xí)中的疑惑。超過63%的受訪學(xué)生表示具有困難問題可行性分析能力，這對于解決復(fù)雜問題具有重要意義。大部分受訪學(xué)生表示對AI創(chuàng)新具有一定興趣，這符合當(dāng)前科技發(fā)展的趨勢。超過61%的受訪學(xué)生表示在軟件設(shè)計中具有創(chuàng)意想法，這有助于促進創(chuàng)新和提高設(shè)計水平。

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果分析，大部分受訪學(xué)生在學(xué)習(xí)態(tài)度、實踐習(xí)慣和學(xué)習(xí)能力方面表現(xiàn)較為積極，但也存在部分受訪學(xué)生在某些方面表現(xiàn)較為中立或消極。

5 討論與展望

實踐表明，可視化思維工具結(jié)合彈性教學(xué)理論有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和參與度。通過使用這些工具，學(xué)生能夠以更加深刻和持久的方式理解代數(shù)概念，尤其是對于視覺學(xué)習(xí)者來說更為有效。此外，彈性教學(xué)的應(yīng)用確保了教學(xué)活動能夠適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和風(fēng)格，從而提高了教學(xué)的整體效果。

針對學(xué)習(xí)習(xí)慣較差的受訪學(xué)生，可以加強學(xué)習(xí)方法和實踐指導(dǎo)，提倡定期反思和復(fù)習(xí)；鼓勵受訪學(xué)生多參與線上或線下討論，促進學(xué)習(xí)經(jīng)驗的分享和交流；針對AI創(chuàng)新和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)域興趣較低的受訪學(xué)生，可以開展相關(guān)主題的講座或活動，激發(fā)其興趣。綜上所述，本次問卷調(diào)研結(jié)果為相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)和培訓(xùn)提供了一定參考價值，也為后續(xù)針對學(xué)習(xí)者個性化需求的教學(xué)改進提供了一定指導(dǎo)。

跨學(xué)科的合作有助于更全面地了解彈性教學(xué)和可視化思維教學(xué)的影響，并為這些方法的改進提供多角度的視野。可以建立教育學(xué)、心理學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)和計算機科學(xué)等領(lǐng)域之間的合作網(wǎng)絡(luò)，以促進知識和方法論的交流。教師在實施彈性教學(xué)和可視化思維教學(xué)中的角色至關(guān)重要，未來的專業(yè)發(fā)展項目將需要更加注重提升教師的技術(shù)能力和教學(xué)策略，設(shè)計和實施針對性的培訓(xùn)項目，幫助教師掌握最新的教育技術(shù)和教學(xué)方法，以及如何有效地評估和支持每個學(xué)生的學(xué)習(xí)。為了驗證和改進教學(xué)方法，5a07d896cf0028df5d99abbf3861acea未來的研究將更加依賴于數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策和實證研究。進行長期和大規(guī)模的實驗研究，以評估彈性教學(xué)和可視化思維教學(xué)的效果，特別是在不同的文化和教育背景下。學(xué)生的聲音和反饋將在教學(xué)方法的發(fā)展中扮演更加重要的角色。定期收集和分析學(xué)生的反饋，以便更好地了解他們的需求和偏好，并將這些信息用于指導(dǎo)教學(xué)實踐的改進。

教育政策和資金的支持也是推動教學(xué)方法創(chuàng)新和研究的關(guān)鍵因素。教育政策制定者應(yīng)該提供明確的指導(dǎo)和足夠的資源，以促進彈性教學(xué)和可視化思維教學(xué)的實施和研究。隨著全球教育的發(fā)展，彈性教學(xué)和可視化思維教學(xué)需要考慮到可持續(xù)性和普及性，確保所有學(xué)生都能獲得高質(zhì)量的教育。開發(fā)適應(yīng)不同教育環(huán)境的教學(xué)模式和資源，特別是在資源有限的地區(qū)，以及提高這些方法的普及率和可訪問性。通過持續(xù)的研究和創(chuàng)新，彈性教學(xué)和可視化思維教學(xué)有潛力為學(xué)生提供更加豐富和有效的學(xué)習(xí)體驗。未來的工作應(yīng)該集中在克服現(xiàn)有挑戰(zhàn)，優(yōu)化教學(xué)實踐，并確保教育技術(shù)的發(fā)展能夠惠及每一個學(xué)生。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】