BOPPPS模型在數據結構課程教學中的應用與實踐

楊麗+于為+李曉紅

[摘 要]數據結構是計算機科學與技術專業的基礎課，概念較多且算法復雜抽象，學生學習難度大，加之移動互聯時代各種信息爆炸、手機控現象的出現，使原有的教學方法難以調動學生的學習積極性，導致數據結構的課堂效果并不理想。針對這些情況，教師可以將BOPPPS模型應用于數據結構課程教學中，以提高學生學習的積極性，從而提升數據結構的教學效果。

[關鍵詞]數據結構；BOPPPS模型；手機控

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）04-0015-03

2015年10月，教育部文件（教發[2015]7號）對“引導部分地方普通本科高校向應用型轉變”提出指導意見。文件精神指出，培養應用型人才，提高教學質量，是每個應用型本科學校迫切需要解決的問題。然而，目前多數地方本科高校計算機科學與技術專業的教學內容滯后，與信息技術的發展要求不相適應，教學中注重理論知識的講解、缺少與實際生活應用相聯系的典型案例分析，不能滿足培養應用型人才的要求，教學模型也有待改進。安順學院也不例外。因此，在強化“應用型本科人才培養”理念下，在借鑒和學習國內外經驗的基礎上，筆者將北美高校教師技能培訓過程中推崇的BOPPPS模型應用到數據結構課程教學中，進行數據結構課程教學模型改革以適應應用型人才培養的要求。

一、數據結構課程教學現狀

首先，數據結構是計算機科學與技術專業的基礎課，概念較多且算法復雜抽象，學生學習難度大、教學過程中存在重理論輕實踐應用的觀念、學生缺乏學習主動性、動手能力差。[1]從本校幾屆學生的教學經歷可看出，學生學習這門課時，大部分學生顯得比較吃力，主要原因是學生對其前驅課程知識掌握不夠扎實，例如學生不熟悉計算機內存模型，在學習各種數據結構的鏈式存儲時，就會比較吃力。有的學生在上機課時不知道練什么，甚至有的學生在上機時把算法直接運行，其主要原因是學生對結構體、指針、函數、算法、程序等知識掌握不夠，把算法直接當作程序。其次，移動互聯時代各種信息爆炸，“手機控”、“低頭族”成為高校的普遍現象，而且在課堂上表現尤為突出，學生在課堂上關注手機中的各類信息勝過關注教師講課。據調查資料統計[2]，八成多大學生上課玩手機。在被訪問的大學生中，有82.5%的學生承認每天上課都在玩手機，沒有聽老師講課；其中，40%的學生上課經常玩手機，而40%的學生每節課都玩手機。因而，教師上課不得不和手機“搶”學生。要改變數據結構課程的教學現狀，首先，學生必須掌握好一門描述數據結構的計算機語言；其次，上課教師要把學生“搶”到課堂中來。如何把學生搶到課堂中來，根據《欲望之源》一書中心理學家的結論——人對自己參與選擇過的東西有某種偏愛，本文將BOPPPS模型應用到數據結構課程教學中，讓所有學生參與到課堂教學中來，以提高學生學習的積極性，從而提升數據結構的教學效果。

二、BOPPPS教學模型簡介

BOPPPS最初于1976年由溫哥華大學的道格拉斯·克爾（Douglas Kerr）團隊創建，其突出特點是強調教學反思和加強互動，是北美高校教師技能培訓過程中推崇的一個教學模型。BOPPPS 模型將每一個教學內容劃分為 6 個部分[3]：引入、目標、前測、參與式學習、后測、小結，各部分之間遵循起承轉合的脈絡。

三、BOPPPS模型在數據結構中的應用

本文以圖結構的無向圖著色為例，闡述BOPPPS模型在課堂教學中的運用。

（一）引入

引入部分即通過設置與教學內容相關的情境、懸念等，以吸引學生的注意力，激發學生的興趣，從而引入教學內容。因此，本人設計了“智慧的教務管理員”一例[4]，提出了“安排考試問題”，用具有實際應用背景的問題，激發學生的學習興趣，引入教學內容。

智慧的教務管理員：專業選修課是高校教學計劃的重要組成部分，在人才培養中有著深化專業理論知識，擴展專業視野，進一步培養學生創新性及實踐能力的功能。因此，高校的每個專業每學期都會安排選修課供學生選修，學生可以根據自己的特長選擇課程，在期末考核時，教務管理員就得根據學生選課的情況，在較短的時間段內安排完所有選修課程的考核。例如：計算機科學與技術專業某學期開設了6門選修課程：信息論與編碼（a）、信息與網絡安全（b）、算法分析與設計（c）、數據建模與統計分析（d）、高級數據庫技術（e）、移動應用開發（f），假設學生選課情況有以下幾種：ad、ab、ae、bc、be、ef、dc、df、cf、eb。

現要求安排一個考試日程，安排者A提出方案：用6個時間段安排考試，每個時間段安排一門。安排者B：用5個時間段安排考試，a，c在一個時間段考，b在一個時間段考，d在一個時間段考，f在一個時間段考，e在一個時間段考。安排者C：用4個時間段安排考試，a，c在一個時間段考，b，d在一個時間段考，f在一個時間段考，e在一個時間段考。除以上方案之外，還有沒有其他方案，哪個方案最好？假設你是教務管理員，如何解決這個問題？

（二）目標

目標即是課堂教學目標，要讓學生明確知道本堂課要達到的教學目標及學習這些知識的用處；教學目標是學生學習的目標，是教師開展教學的依據，也是學生學習效果及教師教學效果評價的依據。設計學習目標時必須考慮在什么條件下，學什么內容，達到什么樣的水平（包括知識技能、過程與方法、情感態度三維目標），設計的學習目標必須便于課堂教學效果的評價。教學案例的學習目標如下： 1.學生能夠準確地描述什么是“無向圖的著色”； 2.在實際生活中，能夠知道用“無向圖的著色”可以解決哪些類型的問題及如何對這些問題進行建模分析； 3.在實踐中，能夠使用Welch Powell算法或回溯法求解“圖的著色”問題。通過這三個學習目標，學生在學習時就可以確定學習重點，即什么是“圖的著色”，“圖的著色”有什么用，如何求得“圖的著色”，怎么實現“圖的著色”。

為了能在較少的時間段內安排完考試，首先要選擇一個合適的數據結構來表示它。下圖1表示該問題的數據結構模型，圖中頂點代表選修課程。

因為同一個學生所選的課程不能在同一時間段考試，故在每個學生所選的課程之間進行連線，即該學生所選課程之間兩兩有邊相連。因此，選修課程考試的時間安排問題就可以抽象為“無向圖著色”問題，即用盡可能少的顏色去給圖中每個頂點著色，使得任意兩個有邊連接的相鄰頂點著上不同的顏色。每一種顏色表示一個考試時間，著上同一種顏色的頂點是可以安排在同一時間內考試的。由此可得：

方案一：在圖中，a和c著顏色1，b、f著顏色2，d、e著顏色3，故安排3場考試即可。第一場是信息論與編碼、高級數據庫技術，第二場是信息與網絡安全、數據建模與統計分析，第三場是移動應用開發、算法分析與設計。

方案二：在圖中，b、d著顏色1，c、e著顏色2，a、f著顏色3，故安排三場考試。第一場是信息與網絡安全、移動應用開發，第二場是高級數據庫技術、算法分析與設計，第三場是信息論與編碼、數據建模與統計分析。

（三）前測

本人采用以下幾個問題進行課前摸底，主要以提問的方式進行，通過提問，可以了解學生學習的情緒、心態和知識技能的具體程度，以調整自己的教學，做到有的放矢、因材施教。

問題 1： 圖結構的特點是什么（圖形描述，學生歸納，獲取反饋信息）？ 設計目的：掌握學生對圖結構基本概念的掌握情況。問題2： 圖的分類有哪些（列舉生活中的實例）？頂點和邊的關系？樹和圖的關系？設計目的：掌握學生用無向圖、有向圖抽象生活實例的情況、鞏固無向邊（有向邊）與頂點的關系、復習最小生成樹的概念及求圖的最小生成樹的普里姆（Prim）算法和克魯斯卡爾（Kruskal）算法。問題3： 圖有哪些存儲方法、特點、適用的場合？設計目的：對圖存儲方法等進行摸底。通過這些問題，教師既能了解到學生對前驅知識的掌握情況，又能及時調整教學目標。

（四）參與式學習

參與式學習指學生自主地加入到課堂教學過程中，改變以往的被動式學習方式，體現“以學生為中心”的教育理念。本教學案例在實施中采用分組式討論、問題驅動式教學法，小組中每個學生都有相應的分工，擔任不同的角色，需要完成不同的任務，因此，能把學生“搶”到課堂中來。例如，在講完“無向圖的著色”概念后，啟發學生進行思考：“對于一個無向圖著色的應用，生活中有哪些實例”；接著，啟發學生討論“如何對無向圖進行著色”；在講授Welch Powell著色法算法時，通過“先著色哪個結點？”“如何判斷兩個頂點是否連通？”“算法正確嗎？”“還有其他算法嗎？”“算法的適用場合是什么？”等一系列問題，引導學生進行討論、思考、探索。通過分組討論、問題驅動，激發學生進行自主思考，小組討論，不斷深入學習，完整地掌握“圖的著色”的相關知識。最后還能很好地激發學生的學習積極性及團隊協助精神。

（五）后測

后測指在學生學習后，對教學效果進行評價，以了解學生的學習成效及是否達成教學目標，為后續的教學做鋪墊。與學習目標相呼應，設計針對不同目標的測試題目，從無向圖的基本概念、Welch Powel算法原理及應用、算法設計方法等方面檢查學習效果，評價是否實現教學三維目標。在本例中，表現為呼應引入階段的例子，求解“智慧的教務管理員”問題測試算法原理及生活中的應用實例，設計“Welch Powell算法、回溯法、貪心算法”相關問題，分析算法本質，剖析蘊含的算法設計思想。通過對這些內容的評價，使整堂課教學前后呼應，強化了課堂教學的整體性。

（六）小結

小結階段起承先啟后作用，教師要幫助學生總結課堂內容、整合學習要點、引出下次課內容。在此階段，教師應簡要回顧并總結本次課堂的教學內容，重點強調解決教學目標中難點和重點的思維方法，進一步拓展“圖的著色”的歷史由來知識，提升學生的人文素養；還可以向學生講授“圖的著色”在生活中的應用實例，如排課時間表、交通管理系統、存儲問題、會場安排問題等，以達到培養應用型人才培養的要求。

四、結語

實踐表明，在教學過程中運用BOPPPS教學模型，要始終注重“教”與“學”雙向互動，體現課堂教學中教師的“主導”作用，讓學生充分發揮學習過程中的“主體”地位；通過教師引導學生主動參與、主動學習，激發學生積極探究、不斷完善自我，讓學生從被動學習變為主動學習，從“要我學”變為“我要學”，從而達到提高教學效果、培養應用型人才的目的。當然，教學過程中還存在部分學生參與度不高的現象，會影響課堂教學內容量的開展，這就要求學生必須加大課外學習量。總之，運用BOPPPS教學模型，培養學生主動學習的品格和能力，比生硬地灌輸知識要好得多。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 張浴華.基于應用型人才培養目標的數據結構教學研究[J].科技視界，2015（2）：51-52.

[2] 搜狐教育.六成大學生10分鐘看一次手機 課堂玩手機成國際難題[EB/OL].http：//learning.sohu.com/20140427/n398869637.shtml.2014-04.

[3] 袁思，劉鵬.基于BOPPPS模式的計算機網絡原理教學改革[J].計算機教育，2015（6）：26-29.

[4] 陳衛衛，鮑愛華，李清，等. 基于BOPPPS模型和問題驅動教學法培養計算思維的教學設計[J].工業和信息化教育，2014（6）：8-11.

[責任編輯：劉鳳華]