基于BOPPPS的线上线下混合教学模式在数据可视化课程中的应用研究

王雪颖 李张美智

关键词：BOPPPS；混合教学模式；数据可视化词

0 引言

随着大数据、云计算和人工智能等行业的高速发展，各类信息系统的数据量呈指数级增大，提升对数据的处理和分析能力已经成为当前信息技术发展的核心课题。数据可视化从狭义上来看指的是数据用图表方式呈现，从广义上讲也可以将一些非数字的信息用统计图表方式呈现[1]。在大数据时代背景下，美国的《2016-2045新兴科技趋势报告》将可视化视为数据分析关键技术之一，而国内的CCF大数据白皮书也把可视化列为大数据十大关键技术之一[2]。在此背景下，国内外高校纷纷开设了数据可视化相关课程，全面考查和培养学生对数据的分析、归纳和整理能力。

为了适应现代教育的需求，旨在探讨如何将基于BOPPPS教学模式和线上线下混合式教学应用于数据可视化课程中。文章将介绍该教学模式的优势，以及如何将其与数据可视化课程相结合，从而提升教学质量和学生的学习效果。重点关注线上、线下教学设计以及教学评估与反馈，以及为实现这一目标提供具体的实践建议。

1 课程现状

数据可视化课程主要教学目标是让学生对大量复杂数据以简单明了、直观形象的方式进行分析和呈现，降低数据所有者对其的理解成本。该课程融合数据采集、数据分析、编程语言等多个领域的教学内容，实践性偏强，对学生的逻辑分析能力、代码开发能力以及应用转化能力都提出了较高要求。通过本课程的学习，学生能够逐步掌握使用Python编写数据爬虫、采用Numpy进行科学计算、基于Pandas对数据进行统计分析和预处理以及通过Matplotlib和Pyecharts 等可视化绘图组件对最终形成的数据成果进行聚合展示。当前教学过程中存在以下问题：

1）课程专业综合性高，单一线下课程难以包含数据可视化的全部技术栈。数据可视化融合多个相关专业课程知识，要求学生扎实掌握基础知识。大数据专业尚在建设和探索发展过程中，传统线下教学模式单一，注重理论而缺失项目实践，难以培养可视化课程人才。

2）学生欠缺自主学习能力。当今数据可视化课程，不仅对学生编程实践能力有一定要求，同时对学生数据采集、分析和归纳，可视化图表的灵活运用等能力都有不小的挑战，传统线下的授课方法通常以教师为主导，缺少良性互动和对教学过程期间的总结和评估，学生由于缺乏学习热情，通常处于被动学习状态。

综上所述，优化数据可视化课程十分重要，一是可以避免落后的课程和技术影响院校的教学水平和学生的整体素质；二是可以推动可视化课程的标准化，获得在该课程上标准制定的主动权。因此提出基于BOPPPS的线上线下混合教学模式优化数据可视化教学，充分调动学生的积极性，全面考查学生能力。

2 教学模式简介

2.1 BOPPPS 教学模式

BOPPPS 模型由加拿大教师技能培训体系ISW （Instrctional Skills Workshop）创建，是一种被广泛使用、经验证有效的教学模式[3]，该模式经过实践验证，得到了国内外教学机构的认可，是目前诸多名校中较为推崇的教学过程模型之一。

BOPPPS模型提出了参与式学习的概念，强调在教学任务中，把教师为中心的思路向学生为中心转化，让学生充分发挥主观能动性。BOPPPS 将教学任务分为6个阶段：Bridge in（导言）、Objective（教学目标）、Pre-assessment（前测）、Participatory Learning（参与式学习）、Post-assessment（ 后测）、Summary （总结）[4-5]。

导言阶段是课程的开场部分，在此阶段教师会回顾上一节课程的内容，或者通过一个实际案例来吸引学生的课堂注意力，引发学生的好奇心和学习的兴趣，让学生充分思考并了解课程主题。教学目标阶段教师会明确告诉学生本节课的学习目标，这些目标具有明确且可度量的标准，方便教师和学生在整个教学过程中更加准确地评估自身教学和学习效果。前测可以使教师通过课堂提问、测验和讨论等方式，准确掌握学生的学习情况，从而能够进行针对性的教学。参与式学习鼓励学生积极参与到教学活动中，与教师共同构建知识体系。教师可以采用组织小组讨论、设计团队合作项目等方式，让学生转变为教学主体，显著增加教师与学生以及学生与学生之间的互动研讨频率。后测主要任务为评估学生的学习成果，判断学生是否达到了预定学习目标，这是检验教学效果的关键阶段，为教师提供了数据反馈，以便在之后的教学任务中进行调整和改进。总结阶段中，有效地总结课堂内容有利于学生理清完整学习路径，形成思维导图，教师可以通过简短的课堂讲解，复习主要的知识点。

BOPPPS 模型通过以上6个阶段，让每个阶段各司其职，形成了一个互补且连贯的教学过程。此模型支持教师在课堂教学中实现明确的教学目标，同时强调以学生为主体，积极参与各个阶段的学习和总结任务，促进了教师和学生的交流，提高了教学效果和学习体验。

2.2 线上线下混合教学模式

混合教学模式，即将线上与线下教学相结合，作为一种创新的教育方式，正在逐渐受到教育领域的广泛关注。与传统的面对面教学和纯线上教学相比，这种混合模式增强了学生学习的灵活性，提供了多样化的交流和讨论工具，并增进了学生与教师以及同伴之间的互动性。这种模式有助于培养学生的实践技能和问题解决能力，尤其在许多与计算机相关的课程中显示出更大的优势和发展潜力。

混合教学模式的成功之处在于其将线上线下的教学方式有机结合。在线上，学生可以通过视频教学、网络讨论等方式，在灵活的时间和地点获取知识，提高了学习的便利性和自主性。在线下，面对面交流和讨论，以及实践操作的机会，可以增进学生对知识的理解和应用，提高他们的实践和社交相关技能。

特别是在数据可视化这类需要既理解理论又需要实践操作的课程中，混合教学模式的优势更为突出。在线上，学生可以通过观看教学视频或案例展示，了解数据可视化的理论知识和操作步骤；在线下，教师可以在实验课指导学生进行实际的数据分析和可视化操作，解答他们在实践中遇到的问题。

3 基于BOPPPS 模型的线上线下混合教学模式设计

3.1 教学目标

随着教学过程中逐渐加入各类信息化应用，在线课堂已成为教学内容传播和延伸的重要载体之一。随着在线课堂上线大量优质的教学资源和实践项目，极大地丰富可视化教学内容，实现了课程的语音、图文、视频多元化呈现，采用实际项目方式生动形象地演示了抽象的可视化知识点，使学生在实践中潜移默化地理解和掌握复杂知识点。同时线上资源也打破了时间和空间限制，学生可以根据自身情况，在任意时间地点学习，实现分层教学和个性化教学。

教师为学生提供在线数据可视化学习的资源，如在线教程、博客、论坛等。学生可以在课程结束后，利用这些资源继续深入学习数据可视化相关的知识。当把教学资源上云后，可以在保证线上教学的同时，收集到大量学习数据，如学生的在线学习行为、学习成绩、互动参与度等，这些数据是深化教学改革、优化教学资源和流程的重要依据，教师可以实时跟踪学生的学习情况，根据学生遇到的不同问题，调整教学策略。

3.2 教学设计

混合式教学模式关键在于课程设计，基于BOPPPS的线上线下混合教学设计框架如图1所示。课程选取数据可视化词云图章节，以“超星学习通”为混合教学平台，在课堂中应用BOPPPS 6个教学环节。教学中各个阶段的任务清晰明确，线上线下相互配合，共同推动知识的传递、固化和扩展。

1）课前

在课前学习阶段，线上学习具有明显优势，特别是使用在线教育平台时。课前教师利用教学平台建立班级和对应课程，学生加入班级，教师发布公告，根据学情提前在线上发布学习资料，如PPT、操作视频等；学生可以通过在线教育平台，利用学习资料进行高效的预习，这种方式相较于传统预习方式，学生可以随时随地进行预习，这为学生提供了极大的便利性，使得学习不再受限于特定的时间和地点。利用空闲或碎片化的时间进行课程预习。这种高度的灵活性使得学生能够更容易地适应自身的学习节奏和生活安排。

2）课中

①导言。导言是教学活动的开始，教师提前发布教学任务以及预期效果，引导学生进入学习状态，从而激发学生学习兴趣。本次课程采用案例引导的方式，例如：教师通过在线平台发布词云图应用案例布置自主学习任务。提出相应问题“词云图可以运用到哪些场景？它的作用是什么？”“做一个词云图前你认为有哪些准备工作？”等问题，激发学生兴趣和求知欲，引入本节课的教学目标。

②目标。制定教学目标可以明确学生的学习方向，为整个学习周期奠定基础，也是教师对学生学习效果的重要评判指标。

在词云图可视化课程中，知识目标为了解词云图的基本构成，掌握制作中文词云图的前期数据处理工作，如分词、去停用词、统计词频、计算权重等；能力目标为学生能根据特定的数据和需求场景使用Py?echarts包绘制词云图，从而掌握从繁杂数据中提取关键信息的能力；素养目标为培养学生自主学习、有效分析数据，团队合作能力。

③前测。对学生课前的预习情况做摸底测试，全面掌握学情，了解学生对本节课知识点的掌握情况，便于有效地组织教学，同时为后续教学安排提供基本的数据指导。

通过在线平台发布词云图课程学习视频，要求学生自学词云图案例内容。然后发布课前任务，要求学生描述制作词云图的基本流程，尝试使用工具对数据进行简单处理并设计制作，而本次前测主要考查知识点是学生是否了解词云图作用和制作词云图的基本工作。

④参与式学习。该阶段教学主体由教师转变为学生，教师通过案例教学法以及讨论法等与学生积极互动，让学生自己参与到整个教学流程中，充分调动学生积极性，有效培育学生的创新思维实践和团队合作能力，使学生可以从多角度适应多样化的学习目标。

教师先讲解文本处理的方法和词云图制作流程以及最终效果图的特点，再引导学生使用Pyecharts帮助手册去具体实现一个简单的图示效果，使理论知识形象化具体化。

教师分发几组简单数据，如《历年城市可持续发展与水污染防治决策》《2010—2020年中国电影影评》等，利用Python词云生成技术提取数据并生成词云图，根据词云图提供的关键词信息，从中发现并提取文本中的关键信息并进行分享，让学生从解决实际问题的角度带到分组讨论中，最大限度避免学习词云图知识点而不知道怎么使用的问题。

⑤后测。后测主要对学生的学习效果进行评估，充分了解学生是否完成了预期的教学目标，与课前学习目标互相呼应，形成互补。教学结束后，教师在线教学平台发布课后任务，要求学生根据文本实现数据预处理、词语图绘制、词云图优化等工作，从图中提取有效的关键信息，编码并实现。学生根据学习内容及时完成，教师评估学生学习效果，并对测试后的结果进行点评。

⑥总结。教师回顾课堂内容，根据学生后测成果及教学中发现的问题进行总结和提出相应改进措施，帮助学生理清知识重难点，加深记忆。鼓励学生进行小组讨论，共同总结他们在课程中学到的知识和技能，从而帮助学生理解和消化相关知识。

3）课后课后是一个非常重要的学习阶段，学生可以合理安排空闲时间登录在线学习平台，通过教师发布的实践作业、教学PPT、优质教程视频等丰富内容进行高效复习，针对学习中存在的问题可以通过平台问答板块、私信板块等方式与教师和其他学生进行沟通交流。该阶段可以帮助教师评估自身教学质量，也可以帮助学生巩固学习成果，深化理解和提高技能。

综上所述，BOPPPS强调6个环节的完整性和灵活性，所有环节相辅相成，整体提高学生在可视化课程中的综合能力，并且6个环节可以根据教学时间、学生平均学习能力等方面的差异进行灵活调整。

4 教学实施效果

教学采用基于BOPPPS的线上线下混合教学模式已经在2023年数据可视化课程中开展。通过对比开展前后学生提交的大作业完成情况，发现开展混合教学模式后，大部分学生采用的技术栈和展示效果相比开展前更加丰富，从传统的静态网页模式，转变为了更加成熟的前后端分离模式，最终开发成果质量大幅度提升。经学生反馈，技术栈的增多，会促进组内分工变得更加合理和明确，有效避免了学生在团队协作中“人多事少”的情况。

同时，利用在线平台对学生进行了教学效果问卷调查，结果显示89.7%的学生对教学效果感到满意，并认为引入混合教学模式避免了“重理论、轻实践”问题，激发了学习兴趣，提高了参与感；82.3%的学生认为该模式可以提高自学能力，线上可视化教学资源不再局限于大纲，对各类可视化技术以及其交叉学科都能够进行有效学习。此外，教师也引导学生充分发挥课程的作用，以实际项目为基准，鼓励优秀学生参加各类可视化相关竞赛，实现“以赛促学，赛教合一”的教学模式，充分调动学生的主动性和积极性。

与传统教学模式相比，该教学模式有效实现了线下理论学习与线上实践练习相结合、学生为主体授学和教师为主导教学相结合、团队合作能力提升和个人技能水平提升相结合，既注重理论教学的深度与实践练习的广度，又强调学生主体性与教师引导性的相互作用，同时兼顾团队能力和个人能力的提升，形成了一个全面、均衡的教学结构。

5 结语

线上线下混合式教学能够充分利用网络资源，打破传统教学区域和时间的限制，整合和共享优质的教育资源，让更多的学生受益。文章以数据可视化课程为例，设计了一种基于BOPPPS的线上线下混合教学模式。实践证明，该教学模式以多样的教学方式为手段，丰富的教学内容为基底，从根本上提高教学质量，增加教师与学生间的互动，让学生掌握在实际中分析问题，解决问题的能力，具有很高的应用推广价值。