基于BOPPPS的面向对象程序设计课程线上线下混合教学

段喜龙 邬志红

摘  要：经多年教学经验积累，在工程教育改革的背景下，依据软件工程专业培养目标，结合面向对象程序设计课程特点，分析南昌航空大学该课程存在的问题，开展基于BOPPPS的线上线下混合教学研究，以类间关系设计的关联与聚合为例，详细论述应用BOPPPS进行课程教学设计的全过程。教学以学生为中心，以学习成果为目标，激发学生的学习积极性，培养学生的自主学习能力、创新能力和新时代工匠精神，该教学方法不仅有利于培养软件工程需要的应用型工程技术人才，还可以推广至相关专业的程序设计类课程。

关键词：BOPPPS；混合教学；工程教育；面向对象程序设计；学生为中心

中图分类号：G642.1      文献标志码：A          文章编号：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

軟件工程学科本质上具有很强的工程性要求，以解决实际工程中的复杂问题作为重要目标，面向对象程序设计是软件工程专业重要的学科基础课和必修课，在整个教学体系中占据非常重要的地位。近年来，随着工程教育专业认证在我国的不断普及，传统面向知识点的教学方式已经不能满足要求，必须引入先进的教学模式和教学方法，从而适应软件产业快速发展对新型人才的需求。

一  南昌航空大学面向对象程序设计线上线下混合课程介绍

回顾南昌航空大学（以下简称“我校”）面向对象程序设计课程建设发展历程分为三个阶段：第一阶段，面向对象程序设计语言阶段（2007年以前）。以面向对象语言为主，重点为面向对象编程语法的应用。第二阶段，面向对象程序技术应用阶段（2008—2014年）。重点为面向对象程序设计，主要培养学生利用面向对象技术的应用。第三阶段，重塑教学理念阶段（2015—2023年）。重点培养学生的计算思维、创新意识及解决复杂软件工程问题的能力，当前我校的面向对象程序设计课程教学过程中仍存在以下问题。

（一）  教学方法和教学模式待改进

面向对象程序设计课程主要以教师为主体的讲授方式，教师讲授面向对象程序设计的思想和方法，要求学生掌握面向对象的核心概念和面向对象的实现机制及核心语法，并在此基础上熟练运用面向对象程序设计的方法分析和求解实际复杂工程问题。在这种模式下，学生被动学习现象较普遍，缺乏独立思考能力，学习主观能动性缺失严重，当作业或实验提高难度或复杂度时，个别学生选择“知难而退”，甚至放弃。

（二）  学生的自主学习能力待提升

自主学习能力提升是培育三全人才的关键，亟待解决学习源动力不足。我校软件工程专业面向对象程序设计课程开设于一年级第二学期，学生仅具C语言程序设计基础，其软件思维和逻辑思维尚处于形成初期，程序设计能力有待提高。当学生跟不上课程进度时，部分同学也会在互联网查找观看相关学习视频，但缺乏及时有效的交流和沟通，最终出现“眼高手低”现象，无法达成课程目标。学生停留在语法、验证性实践层面，学后无法学以致用，很难用所学去解决实际复杂软件工程问题，创新就更无从谈起。

（三）  学生的创新能力待挖掘

开课伊始，教师明确课程研究对象和内容、学习目的、如何进行本课程的学习，但是很多学生更关注如何考试，是否能顺利通过考试。在教学过程中，问怎么做的人多，问为什么的人少。通过对平时作业的解题思路可知，同学们局限于老师指明的思路，很少去尝试新的方法和方案。在这种教学氛围中，学生缺少创新思维和创新精神，创造力有待挖掘。

因此，当前作为教师必须思考的问题就是如何激发学生的学习兴趣，都说兴趣是最好的老师，这样才能激发他们的学习热情，变被动学习为主动学习，变学习枯燥为学习快乐。如何整合现有的教学资源，合理利用课前、课中、课后的时间，以期达到更好的学习效果。基于BOPPPS的面向对象程序设计课程线上线下混合教学，兼顾教学的每个环节，从根本上解决课堂上“师讲生听”的沉闷氛围，对教学质量的提升有很好的促进作用。

二  基于BOPPPS的线上线下混合教学简介

网络化、信息化已然成为高等教育教学改革发展的趋势，不是多元条件与资源的简单组合。基于BOPPPS的面向对象程序设计课程线上线下混合教学，结合工程教育专业认证相关要求，有效地利用以BOPPPS教学模式和SPOC课程模式为主的线上线下混合教学。

（一）  BOPPPS

BOPPPS教学模式是一种被广泛使用、经验证有效的教学模式[1]，是加拿大广泛推行的教师技能培训体系ISW（Instructional Skills Workshop）的理论基础[2]，强调以学生为中心的教学理念，符合OBE的理念。把课堂教学过程进行模块化分解：Bridge in（导入环节）、Objective（目标环节）、Pre-test（前测环节）、Participatory Learning（参与式学习环节）、Post-assessment（后测环节）和Summary（总结环节）。

BOPPPS教学模式的核心——注重师生互动，强调教学反馈。实施重点关注如何通过采用形式多样的教学手段来实现师生全方位参与式的互动教学，从而确保既定课程教学目标的有效实现。解蕾[3]以财政与税收课程为对象，探索了利用 BOPPPS 教学模式有机融合课程教学的时空、平台及资源的教学改革实践。课程组教师也在网络安全课程中对此教学模式进行了病毒实验的探索应用且取得较好效果[4]，张亚周等[5]对基于BOPPPS模型的数字电路教学进行了设计和研究以提高学员的学习兴趣。樊继东[6]探讨了如何在OBE模式下结合BOPPPS模式培养满足车辆工程需要的应用型工程技术人才。

（二）  线上线下混合教学——SPOC

SPOC这个概念是由福克斯教授最早使用的，是英文Small Private Online Course的简称，按照字面意义理解为“小规模限制性在线课程”[7]。这里的小规模是相对MOOC中的Massive和Open而言的。“Private”是指对学生设置限制性准入条件，满足相应条件的学生才能修SPOC课程。很多学者不断尝试用引入SPOC的方式进行课程教学模式的探索和实践[8-10]。本文的面向对象程序设计课程的线上部分通过SPOC平台引入到课程教学资源中，在课前、课后学生可以根据教师要求或者自身需要进行自主学习安排，完成相关的测试等。

三  应用BOPPPS进行课程教学设计

相对传统课堂教学，BOPPPS教学模式符合OBE理念，着重强调教学效果、效率、效益，突出了学生的参与式学习的重要性。BOPPPS教学模式贯穿于线上线下整个教学环节之中，下面以面向对象程序设计课程中类间关系设计的关联与聚合为例，详细阐述如何结合BOPPPS教学模式进行教学设计的全过程，最终达到教学预期的效果，提高教学效果与教学投入的比值，满足学生对教学的需求，进而提升学生学习的自我效能感。 （一）  教学前期分析

展开教学之前，首先必须明确本门课程需要达成的教学目标，学生通过学习能够运用面向对象程序设计方法，针对复杂软件工程问题的模块完成面向对象的表达与高质量编程，并能通过文献检索结合面向对象分析技术，对负责工程问题进行模块方案设计、比较、分析。领会软件技术对促进我国经济社会发展的重要意义，增强软件质量意识，锻炼诚实守信、坚韧不拔的品格和精益创新的新时代工匠精神。本次课的教学重点在于关联关系与聚合关系的适用场景及其优缺点，难点在于如何从面向对象设计映射到面向对象编程实现。

（二）  教学过程组织

第一阶段：导入。

课程设置导入环节，先引出本机可得教学内容，一方面可以引起学生的关注度，另一方面让学生在不知不觉中融入到学习内容中去。

本次课采用案例导入的方式，在SPOC中发布国内外知名品牌汽车雨刮系统的视频案例，包括特斯拉理念的雨刮系统。平时生活中经常用到，但是很多同学并不了解这个系统，通过观看視频，为学生展示雨刮系统的基本结构，其由雨刮片、雨刮臂、雨刮连杆、雨刮电机、开关和喷水电机组成；视频讲解该系统的控制方法，并展示目前主流雨刮系统的运行效果，包括被动感应式雨刮，主动场景识别式雨刮。引出相应的问题：雨刮系统软件部分应如何设计？这个有现实需求的设计任务能很好地激发学生的兴趣和求知欲。

第二阶段：目标。

明确的学习目标能给学生指明学习方向，也是教师对学生学习效果的评价指标，根据OBE的理念学习目标具体分为知识目标、能力目标及素养目标。

本次课的学习目标包括：知识目标——学生会判断类间关系的类别，能够根据需求场景，分析其特点并选择合适的关系；能力目标——学生能够应用类间关系进行合理的类设计，从而解决实际案例中的复杂的软件工程问题；素养目标——培养学生在类设计时应持有的精益求精的新时代软件工匠精神。

第三阶段：前测阶段。

前测的目的是教师更好地了解学生对相关知识的认知程度，根据前测的结果教师要适当调整讲解的方法、进度、深度。

本次课是通过中国大学慕课平台上的慕课发布了学习视频，要求学生课前自学类间关系部分章节内容，然后采用PTA的OJ平台发布了一个课前任务，要求学生根据普通雨刮系统的实际需求分别尝试采用面向过程及面向对象的方法完成雨刮系统的模拟程序。

OJ平台发布的是普通风挡玻璃雨刮系统：雨刮的摆动速度由控制杆、刻度盘两种元件决定，其中控制杆有停止、间歇、低速及高速四个档位，刻度盘有1、2、3三种刻度，雨刮的速度见表1。

尝试使用面向对象技术对上述问题进行类设计。本次课前测主要考查两个知识点：一是学生是否熟练类的设计，二是学生是否准确完成类间关系设计。

第四阶段：参与式学习。

线下课堂教学给学生参与式学习提供了很好的沟通、交流，学生是课堂的主体，教师是组织者、引导者、帮助者，这一步的重点是如何让学生这一主体更多地参与到学习过程中，可以采用分组讨论、头脑风暴、世界咖啡馆等调用学生参与度的教学方法，目标是调动学习积极性，积极鼓励学生参与。

本次课前教师要去查看比较同学们提交的模拟程序，根据学生在PTA的OJ平台上的测试结果组织课堂，采用讨论式教学方法，让学生参与三种雨刮方案（图1—图3）的深入剖析，让同学们对现有方案提出可能存在的问题，并引导学生提出各种不同的解决方案以尝试解决问题，针对不同的解决方案，分别引导出面向对象设计的可复用性、可扩展性及可维护性等特性，从而引申讲解面向对象设计原则相关内容，在前三个方案基础上引导学生给出其他设计方案。关注几个问题：①单一职责模式在案例中的应用；②实体类与业务类的区别；③关联与聚合的区别；④类图到代码映射的思路。

第五阶段：后测阶段。

后测阶段主要是评估学生的学习效果，与课前制定的学习目标要相呼应，了解本次课是否达到了预期的教学目标。

针对课堂教学确定的设计方案，要求学生立刻重新采用面向对象设计方法对雨刮系统进行重构，确定第四种方案，如图4所示，特别强调要求本次设计要满足可复用性、可维护性等要求，编码实现并通过PTA平台上的评测。

第六阶段：总结阶段。

课程最后，总结本次课堂内容，根据学生后测的结果对学生源码存在的问题进行统计分析，从而总结本次课在组织和实施过程中存在的问题，分门别类进行总结并制定出相应改进措施。另外引出下节课的新的内容：①关联的耦合性，引导出下次课的依赖部分内容；②聚合在可复用性方面与泛化的区别，引导出下次课的泛化部分内容。

为了进一步提高学生的参与度，激发学习兴趣，留给学生一个扩展的思考题：在方案四的基础上，如何做到面向对象设计的可扩展性，例如控制杆的档位增加或者刻度盘的刻度增加，如何在保证“开-闭”原则的基础上进一步重构、优化设计。

四  基于BOPPPS教学实施教学效果

BOPPPS模式与线上线下混合式教学模式已经在2019级软件工程专业学生中实施，课程建立了“课程自评找弱点、学生问卷找短板、同行评价找差距”“三位一体”的面向产出评价机制，实现对课程教学的持续改进。

实施结果表明运用参与式学习方式，使学生学习积极性明显提高，在提升学生程序设计能力的同时，还从根本上解决了学生课前准备不充分、线下讨论不活跃的问题，对教学质量的提升有很好的促进作用。同时，还培养了学生软件开发与设计实践能力及创新精神与创新能力。线上线下混合式教学模式可以兼顾提升学生自主学习能力、互动交流能力、合作学习能力等，同时还可以促使学生在潜移默化中具备一定的专业素养和人文素养。

五  结束语

本次研究实施对象为软件工程专业学生的面向对象程序设计课程，通过对课程内容的重构及课堂教学内容的重新组织编排，采用“以学生为中心”的教学理念，通过BOPPPS+线上线下混合式课程教学改革，使得学生在学习程序设计类课程的过程中能够在建立自信心的基础上，通过作业的逐次迭代，提高编程能力，逐渐获得解决实际复杂软件工程问题的能力。此教学方法可以进一步推广至相关专业其他程序设计类课程。对于促进软件工程专业程序设计类课程教学模式的改革与创新具有重要的意义与作用。

参考文献：

[1] 杜湘瑜，李德鑫，陈长林.基于BOPPPS模型的模拟电子技术基础线上线下混合教学研究与实践[J].高教学刊，2020（13）：8-12.

[2] 曹丹平，印兴耀.加拿大BOPPPS教学模式及其对高等教育改革的启示[J].实验室研究与探索，2016，35（2）：196-200，249.

[3] 解蕾.BOPPPS视角下混合式课堂教学模式实践研究——以“财政与税收”课程教学为例[J].陕西教育（高教），2022（2）：37-38.

[4] 彭晓红，邬志红.基于BOPPPS模型的“网络安全”课程中反计算机病毒技术的教学设计[J].电脑知识与技术，2019，15（21）：49-50.

[5] 张亚周，钟兆根，孙雪丽.基于BOPPPS模型的数字电路教学研究[J].大学教育，2021（6）：112-114.

[6] 樊继东.OBE模式下BOPPPS模组在工程类课程教学中的应用——以汽车电子与控制教学实践为例[J].大学教育，2020（2）：90-94.

[7] FILIUS R M，DE K A M，UIJL S G， et al. Strengthening dialogic peer feedback aiming for deep learning in SPOCs[J].Computers & Education，2018（125）：86-100.

[8] 苗宇，蒋大明，刘泽.基于BOPPPS的“自动控制原理”SPOC教学[J].电气电子教学学报，2021，43（1）：47-50，76.

[9] 章艳，陈希有，鲁娜，等.电工技术SPOC教学模式的探索与实践[J].电气电子教学学报，2019，41（6）：8-10，40.

[10] 刘晓芳，吴建强，韩基业，等.“电工学”SPOC混合教学模式下课堂教学设计[J].电气电子教学学报，2019，41（1）：95-98，106.

基金项目：2021年全国高等院校计算机基礎教育研究会计算机基础教育教学研究项目“基于OBE的面向能力培养的‘面向对象程序设计课程改革研究”（2021-AFCEC-325）；2023年教育部产学合作协同育人项目“基于学习工场的软件工程专业程序设计类课程产教融合教学模式研究”（220702377203849）；2020年江西省线上线下混合式一流课程“面向对象程序设计”（赣教高字[2020]27号）；2020年江西省重点研发计划“基于深度神经网络的森林烟火自动检测与智能分析系统”（20203BBGL73222）;2021年南昌航空大学教改课题“基于线上线下融合BOPPPS模式的‘面向对象程序设计课程改革与实践”（JY21102）；2021年南昌航空大学第二批“课程思政”示范课程建设“面向对象程序设计”（sz2142）;2021年南昌航空大学第二批“课程思政”示范课程建设“数据结构”（sz2155）

第一作者简介：段喜龙（1978-），男，汉族，黑龙江哈尔滨人，硕士，讲师。研究方向为信息系统和软件测试技术。

*通信作者：邬志红（1977-），女，汉族，黑龙江绥化人，硕士，讲师。研究方向为算法与网络安全。