BOPPPS模式辅助计算机专业课程弹性可视化思维教学研究

摘要：计算机专业课程中，学生在理解抽象概念和解决问题时，普遍缺乏可视化思维能力。该研究通过引入BOPPPS模式，结合弹性教学方法和可视化思维工具，有效提升了学生的可视化思维水平和学习成效。研究以平行班教学实践案例为研究对象，采用问卷法、访谈法和准实验研究法，对实验班和对照班的教学过程中的问卷、访谈和测试成绩等数据进行处理和分析。结果表明，实验班学生的可视化思维水平和学习成效优于对照班学生，说明在BOPPPS教学模式中引入弹性可视化思维方法是有效可行的，能较好地提升学生课堂参与度和满意度，显著提高了学生学习的积极性和专业素养。

关键词：弹性可视化思维方法；BOPPPS模式应用；计算机专业课程教学

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）24-0145-04

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

1 弹性教学和可视化思维的研究现状

弹性教学，也称为灵活性教学，强调以学习者发展为核心，旨在为其提供灵活、多元、可选择的定制课程。这种课程设计从多个维度（如学习时间、学习地点、教学内容、教学方法、教学资源以及技术应用等）为学习者提供学习的可选性和多样性[1]。

可视化思维自1967年哈佛大学首次提出战略研究以来，已经成为全球范围内流行的思维工具。许多精英教育家和企业管理者积极研究和运用可视化思维。例如，思维导图（Mind Maps）、概念图、六项思考帽、思维地图（Thinking Maps）、因果图（鱼骨图）等可视化思维工具被广泛应用。可视化思维工具的出现，为思维呈现提供了多元化、可视化的形式。感知心理学、双重编码理论、空间认知和数据可视化等领域的学者研究表明，图像和视觉表达是人们思维和理解的重要工具。可视化思维能够帮助人们更有效地组织、处理和记忆信息，提高理解和决策的能力。

2 BOPPPS模式下计算机专业课程弹性可视化思维的教学融合

弹性教学以满足学生个体差异化需求为核心，通过灵活调整教学内容、过程、环境和产品来提高学习效果。弹性教学结合可视化思维，可以实施以下5种策略：差异化教学、个性化学习路径、自主学习、合作学习和技术整合。

差异化教学根据学生学习风格、兴趣和能力水平，提供不同的学习资源和活动。例如，为视觉学习者提供图表和视频，为听觉学习者提供讲座和讨论。个性化学习路径允许学生根据学习节奏和兴趣，选择不同的学习任务和项目。例如，学生可以选择探究感兴趣的代数应用领域，并制作相应的项目。自主学习鼓励学生自我评估、反思，设定学习目标并监控学习进度。教师提供工具和策略，例如学习日志和自我评估表。合作学习通过小组合作任务，促进学生间的互助和学习。小组成员可以分工合作，根据个人优势共同完成任务，例如共同创建一个抽象概念的思维导图。技术整合利用教育技术工具来支持学习和教学，例如使用在线协作工具、教育游戏、模拟软件等。

可视化思维教学是一种有效的教学方法，它利用视觉元素帮助学生理解和组织信息。这种方法通常涉及使用图表、图形、图像等视觉工具，促进深层次的认知处理，增强记忆和理解。教师可以使用各种多模态可视化工具，将抽象概念具体化呈现，帮助学生理解和记忆。可视化思维教学能够帮助学生更深刻、持久地理解和记忆学习材料，使课堂教学更加多样化，符合高级学习模式，提升学生解决复杂问题的能力[2]。

3 BOPPPS模型的改进教学单元案例设计

BOPPPS模型是加拿大英属哥伦比亚大学（UBC）的Douglas Kerr于1978年提出的教学设计框架，包含6个步骤：导入、目标、预评估、参与式学习、后评估和总结[3]。BOPPPS模型因其简洁明了、易于操作，在加拿大乃至全球许多国家的教师技能培训中得到了广泛关注，尤其被应用于核心教师教学设计和一线教学培训。BOPPPS教学模式强调学生在学习过程中的主体地位，对教学设计具有指导意义[4]。以下以计算机专业数据结构课程的“基础数据结构的可视化学习”教学单元为例，探讨弹性教学和可视化思维融合的应用。

BOPPPS模型结合弹性教学和可视化思维，能够帮助教师设计结构化、互动性强的课程教学单元，并有效评价教学效果，不断调整和改进教学策略，以增强学生的学习体验和效果。教师在课前进行学情分析、学法分析、教材分析、教法分析、教学资源准备、教学设计和教具准备，构建单元教学流程框架。课中，教师在教、学、评、测、练5个环节逐步实施弹性教学，引入可视化思维方式，引导学生从头脑风暴到总结归纳，并利用可视化教学工具开展教学活动。可视化教学工具具有即时性反馈功能，可以实现数据收集、整理和分析，教师可以根据不同任务进行调整和穿插。如果课堂时间不足，可以将数据分析放在课后进行。利用投票、讨论、小组PK等方式反馈教学效果，帮助教师迅速掌握学生的学习成果，及时发现问题。课后，教师可以收集、整理、分析和总结学习过程数据，用于教学改进[5]。

4 实验流程和结果分析

在一个学期的教学实践过程中，通过对数据结构的课程成绩分析、调研表和学生访谈结果等进行综合分析，验证BOPPPS弹性可视化教学模式的有效性，了解学生的学习成效。

教学评价的设计应贯穿于教学过程的始终。教师根据课程的教学实际和特点，灵活地运用形成性评价、总结性评价、组内评价以及学生自评等多元评价方式，主要考核学生线上学习的参与情况、课堂表现、实践练习和任务结果等各方面，从而切实提升学生的综合素质能力。

实验过程中，形成性评价包括教学平台的考核以及学生课堂表现（如学习的参与度、积极性和合作创新意识等），总结性评价以百分制的计分方式，其中形成性评价占比70%，期末考核占比30%。形成性评价包括：多媒体可视化学习资源占比15%，课前测试占比5%，课前限时签到占比10%，答疑讨论占比15%，课堂表现占比35%，课后作业占比20%。

教师通过教学平台及时给予学生相应的分数并提供反馈意见，从而帮助学生更好地弹性调节学习过程，有效提升学生学习的自主性和参与性[6]。

在经过一学期的教学实践后，从数据结构课程学习成绩的总结性评价中可以反映出部分实验成效。实验数据显示，使用BOPPPS模型弹性可视化教学的实验班学生在课程总结性评价中的平均成绩约为87.1，对照班约为81.8，对比提高了约6.5%。

为进一步了解该模式对学生学习能力方面的影响以及是否达到了学生三维培养目标，在课程结束后对两个班级的学生进行了学习能力问卷调查。并对收集的数据进行分析，比较实验班和对照班学生在BOPPPS弹性可视化教学模式下其对于可视化工具、学习方法和创新创业等方面的认知和兴趣程度是否产生差异。问卷从操作能力、自主学习能力、合作探究能力、问题解决能力和创新能力5个维度设置了16道单选题，涵盖了学习态度、实践习惯、可视化工具擅长程度、学习方法偏好、困难问题处理能力、对AI创新和创业项目的兴趣等方面。问卷的选项设计采用李克特五点量表[7]，从1到5分别表示非常不同意、不同意、一般、同意、非常同意，每项对应分值为1到5分。问卷设计完成后，通过问卷星平台对实验班的48名同学和对照班的47名同学分别进行了调查，共回收95份问卷，有效问卷95份。

通过问卷星的信度分析计算，问卷的Cronbach's Alpha系数为0.987，大于常规标准0.7，表明学生在回答问题时具有高度一致性，确保了研究结果的准确性和可靠性。

超过69%的受访学生表示同意或非常同意会反复练习不熟悉的工具，表现出对技能提升的积极态度。超过72%的受访学生表示同意或非常同意会在遇到实践错误时请教老师或同学，展现了乐于学习和求教的态度。仅有25%的受访学生表示非常同意擅长多种可视化工具，还有一定比例的受访学生认为自己在这方面需要提升。超过66%的受访学生表示同意或非常同意在学习中喜欢主动使用可视化学习工具或资源，显示出他们对多样化学习方式的接受度。

有近70%的受访学生表示会在课前做好预习工作，这有助于提高学习效果和课堂参与度。超过66%的受访学生表示会积极参与线上或线下的讨论，分享交流学习经验，这有助于促进学习氛围。超过67%的受访学生表示会积极分享学习方法和思路，展现出乐于交流和分享的态度。超过60%的受访学生表示有线上项目协作经验或独立的代码仓库，这有助于培养团队合作能力和实践能力。

超过71%的受访学生表示能利用线上平台独立解决学习困难，表现出自主学习和问题解决能力。大部分受访学生表示掌握多种解惑答疑途径，有助于及时解决学习中的疑惑。超过63%的受访学生表示具有困难问题可行性分析能力，这对于解决复杂问题具有重要意义。大部分受访学生表示对AI创新具有一定兴趣，这符合当前科技发展的趋势。超过61%的受访学生表示在软件设计中具有创意想法，这有助于促进创新和提高设计水平。

根据统计结果分析，大部分受访学生在学习态度、实践习惯和学习能力方面表现较为积极，但也存在部分受访学生在某些方面表现较为中立或消极。

5 讨论与展望

实践表明，可视化思维工具结合弹性教学理论有效地提高了学生的学习成绩和参与度。通过使用这些工具，学生能够以更加深刻和持久的方式理解代数概念，尤其是对于视觉学习者来说更为有效。此外，弹性教学的应用确保了教学活动能够适应不同学生的学习需求和风格，从而提高了教学的整体效果。

针对学习习惯较差的受访学生，可以加强学习方法和实践指导，提倡定期反思和复习；鼓励受访学生多参与线上或线下讨论，促进学习经验的分享和交流；针对AI创新和创新创业领域兴趣较低的受访学生，可以开展相关主题的讲座或活动，激发其兴趣。综上所述，本次问卷调研结果为相关领域的教学和培训提供了一定参考价值，也为后续针对学习者个性化需求的教学改进提供了一定指导。

跨学科的合作有助于更全面地了解弹性教学和可视化思维教学的影响，并为这些方法的改进提供多角度的视野。可以建立教育学、心理学、数据科学和计算机科学等领域之间的合作网络，以促进知识和方法论的交流。教师在实施弹性教学和可视化思维教学中的角色至关重要，未来的专业发展项目将需要更加注重提升教师的技术能力和教学策略，设计和实施针对性的培训项目，帮助教师掌握最新的教育技术和教学方法，以及如何有效地评估和支持每个学生的学习。为了验证和改进教学方法，5a07d896cf0028df5d99abbf3861acea未来的研究将更加依赖于数据驱动的决策和实证研究。进行长期和大规模的实验研究，以评估弹性教学和可视化思维教学的效果，特别是在不同的文化和教育背景下。学生的声音和反馈将在教学方法的发展中扮演更加重要的角色。定期收集和分析学生的反馈，以便更好地了解他们的需求和偏好，并将这些信息用于指导教学实践的改进。

教育政策和资金的支持也是推动教学方法创新和研究的关键因素。教育政策制定者应该提供明确的指导和足够的资源，以促进弹性教学和可视化思维教学的实施和研究。随着全球教育的发展，弹性教学和可视化思维教学需要考虑到可持续性和普及性，确保所有学生都能获得高质量的教育。开发适应不同教育环境的教学模式和资源，特别是在资源有限的地区，以及提高这些方法的普及率和可访问性。通过持续的研究和创新，弹性教学和可视化思维教学有潜力为学生提供更加丰富和有效的学习体验。未来的工作应该集中在克服现有挑战，优化教学实践，并确保教育技术的发展能够惠及每一个学生。

参考文献：

[1] 尤殿龙，申利民，欧新菊.弹性学习的内涵、框架和应用研究[J].电化教育研究，2010，31（10）：32-36.

[2] 张文慧.基于认知弹性理论的教学设计[D].上海：上海师范大学，2019：22-23.

[3] 邹海佳.基于BOPPPS教学模式的高中信息技术教学设计与实践研究[D].牡丹江：牡丹江师范学院，2023：2-3.

[4] 李爽，付丽.国内高校BOPPPS教学模式发展研究综述[J].林区教学，2020（2）：19-22.

[5] 隋昊.面向计算思维的初中Python BOPPPS教学模式应用研究[D].济南：山东师范大学，2023：39-40.

[6] 张敏.基于BOPPPS的后疫情时代高校弹性教学模式研究[D].大连：辽宁师范大学，2022.

[7] 王姝霖.面向计算思维培养的开源硬件编程课程教学支架设计研究[D].长春：东北师范大学，2021：29-30.

【通联编辑：谢媛媛】