BOPPPS模型在计算思维培养中的应用与反思

2017-05-12王凤芹杜晶邢翠芳

计算机教育 2017年4期

王凤芹+杜晶+邢翠芳

（海军航空工程学院基础部，山东烟台 264001）

摘要：针对计算思维能力培养的问题，提出借助BOPPPS模型的课堂设计方法，阐述构成BOPPPS模型6个环节的名称（what）、目的（why）、实施阶段（when）和实施方法（how），以飞行学员层次的“冯诺依曼体系结构”为例，说明BOPPPS模型在计算思维培养中的应用方法，并对应用效果和注意事项进行反思和总结。

关键词：计算思维；BOPPPS模型；计算机课程；教学方法；教学模式

0 引言

随着信息技术的飞速发展，信息化战争已是现代战争的主要作战形式。为了打赢信息化战争，我国正如火如荼地进行国防改革，具有中国特色的联合作战指挥体系逐步形成。2016年3月23日，习主席在视察国防大学时强调：要坚持把培养联合作战指挥人才突出出来。计算思维能力则是这类人才应具备的重要能力。

计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计及人类行为理解等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动[1]。这个概念是由美国卡内基·梅隆大学计算机系教授周以真提出的，她指出计算思维是每个人的基本技能，如同所有人都具备“读、写、算”能力一样[1]。这一思想一经提出，受到了广大高校教师和科技工作者的赞同和支持。李国杰院士任组长的中国科学院信息领域战略研究组撰写的《中国至2050年信息科技发展路线图》中对“计算思维”给予了足够的重视，提出了计算思维的培育是解决其他信息科技难题的基础[2-3]。为贯彻实战化教学理念，如何在计算机基础课程中，将计算思维能力的培养落地，成为计算机基础课程教员亟待解决的问题。

1 BOPPPS模型在计算思维培养中的应用

要培养学员的计算思维，就要求学员在不断的思考中提高自己，而BOPPPS模型恰恰要求学生进行全方位参与式学习，在参与中思考、参与中学习。笔者以飞行学员层次的“冯诺依曼体系结构”为例说明BOPPPS模型的应用方法。“冯诺依曼体系结构”是大学计算机基础课程中非常重要的知识点，飞行学员在学习该知识点时，感觉理论枯燥、思想抽象，不便于理解和记忆。如何让学生更直观形象地认识冯诺依曼体系结构，可应用BOPPPS模型进行设计，见图1。

1.1 引入（Bridge-in）

在课程开始阶段，教师通过播放我国一级飞行员李中华在一次飞行中挽救飞机的案例引起飞行学员的注意，激发学习兴趣，使其懂得作为一名飞行员，应该对飞机的计算机系统有所熟悉和理解；接着提出问题——机载计算机与个人电脑有哪些共同点，引发学员的思考。

学员对计算机系统的认识体现了计算思维的能力，同时，通过引导学员对各种计算机进行比较，启发学员思考到底什么样的系统是计算机系统，归纳出计算机系统的特征，使计算思维得到提升。

1.2 目标（Objective）

在课程设计和课堂设计阶段，“冯诺依曼体系结构”学习目标包括3个方面。

（1）知识目标：描述冯诺依曼体系结构的5大部件组成；画出存储程序自动控制思想的工作原理图；阐述计算机采用二进制的原因。

（2）能力目标：培养学员的计算机系统观和计算思维能力，使学员对计算机软硬件系统及应用有更深入的理解。

（3）情感目标：培养學员自主学习、合作探究、语言表达和归纳总结能力。

其他5个环节都围绕这3个目标进行设计。知识目标中不仅有记忆层次，还有通过比较、分析、归纳总结得出已有结论，这正是计算思维能力所要求的。

1.3 前测/预评估（Pre-test/assessment）

在前一次课教师先布置作业——个人电脑、ipad和智能手机分别由哪些部分组成，从学员熟悉的计算机入手，直观形象地认识“看得见，摸得着”的计算机系统。

学员通过比较几种常见的计算机系统，提升其对计算机系统总体特征的认识，从而理解冯诺依曼体系结构的特点，而不是单纯靠死记硬背的方式去学习。

1.4 参与式学习（Participatory-learning）

教师将学员分组，每组5～6人，根据每个人的课前作业——个人电脑、iPad和智能手机的组成部分，讨论三者的共同点，引导学员分析出“三者都是由5部分组成”，再讨论三者工作过程的共同点，最后让学员分析得出“机载计算机的组成与工作过程”。在这个过程中，教师引导学员讨论，由各小组分别阐述讨论结果，各小组互评，给出得分，充分调动学员的学习积极性，让每个人都尽可能活跃地参与到课堂学习中来。

通过对比3种计算机上应用程序的工作过程，学员对计算机的计算过程有更清晰直观的认识。这一参与式学习过程是提高学员计算思维能力、合作探究、语言表达和归纳总结能力的关键过程。

1.5 后测/后评估（Post-test/assessment）

在学员分析讨论结束后，教师向学员提问，通过前面几个问题的讨论结果，阐述个人电脑、iPad、智能手机、机载计算机的共同点。

1.6 总结（Summary）

教员总结这些计算机系统的共同点，将其归结为“一种组成、一个思想和一种表示”：“一种组成”是指计算机硬件系统是由5部分组成；“一个思想”是指计算机系统的工作过程遵循“存储程序自动控制”的思想；“一种表示”是指程序和数据都由二进制表示。这3个方面就是著名的“冯诺依曼体系结构”的核心思想。最后教员给学员留下课下思考题：该体系结构是否存在缺陷？

课下学员对“冯诺依曼体系结构的缺陷”的思考，使其在理解本堂课内容的基础上，进一步升华，进一步提高计算思维能力。

2 BOPPPS模型的应用效果反思

将BOPPPS模型应用在计算机课程教学中，其应用效果包括以下3个方面。

（1）学员喜欢这样的课堂。学员反馈“感觉我在学而不是我在听”“通过自己的分析得出结论，容易理解容易记忆”“很喜欢、很享受这样活跃的课堂”等。

（2）学员通过前测题目、参与式讨论、发言、评价和后测题目，计算思维能力、合作探究、语言表达和归纳总结能力得到提升。

（3）教员通过前测和后测，可以及时掌握学员的学习情况，及时调整教学方法和教学进度，对能力较弱的学员及时做好课后辅导。

应用BOPPPS的注意事项包括以下3个方面。

（1）目标先行，其他5个环节围绕目标展开。一个好的课堂设计，首先要从学员的角度出发，确定一个可度量的学习目标，然后指引其他5个环节的设计。

（2）教员要精心设计参与式学习的过程，具体内容包括学员行为预测、时间灵活设定、引导学员讨论交流、尽可能调动学员参与的积极性、定期收集学员的反馈。

（3）加强学员总结沉淀过程。有些学员沉浸在发散式的讨论交流中，难免会偏离课程目标，最后的总结很关键，能帮助学员抓住整堂课的灵魂。

基金项目：教育部高教司课程改革项目（2-1-ZXM-05）。

第一作者简介：王凤芹，女，讲师，研究方向为大数据技术及应用，nudtwangfengqin@163.com。