BOPPPS教學模型在“算法分析與設計”課程改革中的應用

阮勇輝　朱友康　吳天乙　韓偉

摘 要 分析“算法分析與設計”課程現狀，針對傳統教學方法存在的問題引入BOPPPS教學模型，進行課程改革。討論了BOPPPS六大環節在“算法分析與設計”課程中的應用，并舉例說明了各環節的實施方法。最后提出了對課程評價體系的改革措施，使得新的教學方法和相應的評價體系能夠更好地反映真實的教學效果。

關鍵詞 BOPPPS 算法分析與設計 教學改革

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2020.05.060

Abstract This paper analyzes the current situation of Algorithm Analysis and Design， introduces the teaching model of BOPPPS to solve the problems existing in traditional teaching methods， and carries out course reform. This paper discusses the application of six links of BOPPPS in the course of Algorithm Analysis and Design， and illustrates the implementation methods of each link with examples. Finally， the paper puts forward the reform measures of the curriculum evaluation system， so that the new teaching methods and the corresponding evaluation system can better reflect the real teaching effect.

Keywords BOPPPS; Algorithm Analysis and Design; teaching reform

1 概述

近年來，計算機專業的人才需求量快速增加。計算機專業畢業生的素質之一，是具備良好的算法基礎，既有扎實的理論功底，又能在實際工作中進行應用。通過“算法分析與設計”課程的學習，學生可以掌握一般算法的概念和分析、設計方法，提升理論素養和應用水平，同時也為學生在計算機領域的進一步深造打下良好的基礎。

在“算法分析與設計”課程的實際教學過程中，教師和學生往往會遇到許多問題。首先，教學目標不夠明確，教師往往只是簡單的規定學生需要理解和掌握哪些知識點，而學生則不了解所學的知識點有什么作用，這樣很難引起學生的興趣。

其次，算法知識保羅萬象，從計算機到數學、通信等領域均有涉及，知識體系龐大。在傳統的教學方法中，教師為了保證知識的系統性，需要講解大量內容，但忽略了學生對知識的接受情況。通過灌輸為主要手段的教學方法往往導致課程講完時，學生已經忘記大部分的內容。

最后，課程本身較為抽象，難度較大，對課上學到的知識進行實際應用更是難上加難。如果教師不加強課堂的互動性，學生就很難有效的參與到教學過程中，很容易分神，降低學習效果。而傳統的教學方法中，這一點恰恰是容易被忽視的。

針對上述問題，本文探討“算法分析與設計”課程的教學改革方法，使用BOPPPS教學模型來解決教學目標不明確，學情得不到重視，課堂參與度低等問題。

2 BOPPPS教學模型簡介

BOPPPS教學模型根據教育學人的認知理論提出的一種教學過程設計，[1]近年來受到國內各大高校的關注，[2-4]該模型將教學過程分為六個部分。

導入（Bridge-in）：利用提問、案例分析、短視頻等方法引起學生的興趣，使學生進入學習狀態。

目標（Objective）：讓學生明確可量化、可檢驗的學習目標。

前測（Preassessment）：教師通過小測試了解學生對于課程內容的相關基礎知識的掌握情況。

參與式學習（Participatory learning）：學生充分參與的教學過程。

后測（Postassessment）：教師通過小測試了解課程是否達到了預期的目標。

總結（Summary）：總結課程的知識點，幫助學生強化學習目標。

BOPPPS教學模型非常契合“以學生為中心”的教學理念，強調學生參與到教學過程中，教師則需要及時了解學情，并根據學情調整教學計劃。通過仔細設計六個教學環節的內容，教師可以充分調動學生的積極性，活躍課堂氣氛，并且使學生牢固的掌握所學的知識點。

3 課程教學方法改革

通過引入BOPPPS教學模型進行課程改革，改進傳統教學方法在課程中的諸多問題，分析了BOPPPS教學模型六大環節在“算法分析與設計”課程中的具體實施方法。

3.1 導入環節

導入部分通常時間較短（3至5分鐘），應該充分借鑒微課教學法、案例教學法等方法，使得學生的興趣被快速的調動起來。

微課教學法是利用微視頻的形式講授知識的一種教學方法，其核心在于短小、精煉的微視頻。在BOPPPS的導入部分，教師可以通過微視頻讓學生快速了解各類算法在實際應用中的成果。例如，在介紹算法的概念之前，可以先播放《AI算法助力疾控診療》短視頻，向學生展示算法如何在醫療領域帶來幫助，讓學生明白算法學習并不是空中樓閣，而是與日常工作生活息息相關。

在短視頻素材的選取方面，教師應該以時事要聞為主，特別是學生更加關注的新聞，讓學生覺得課程內容與日常生活有聯系，用得上。

案例教學法是一種以案例為基礎的教學方法，教師選取與課程內容相關的實際案例作為導入，讓學生在充分思考的基礎上，能夠主動參與到后續環節，而不是一味的被動接受。

例如，在講解線性規劃模型時，可以通過銀行理財的案例作為課程導入。理財是日常生活中經常發生的事，不同的方式帶來不同的收益，在理財時達到收益最大化是所有人的共識。在講解該案例時，學生會覺得理財知識非常有用，但又無從下手，從而產生好奇心，于是主動參與到后續的教學環節中。

課程導入環節是BOPPPS模型中非常重要的一環，在“算法分析與設計”課程中，由于算法本身較為抽象，學生很難快速進入學習角色中，因此導入環節的設計尤為重要。好的導入能夠讓學生自然的進入學習狀態，跟隨教師參與到后續教學環節中。導入的方法不限于上述的討論，教師應該不斷的探索如何設計一個好的導入環節。

3.2 目標環節

目標環節的提出是為了讓學生明確課程目標，準確的說應該是學生通過一次課程的學習而取得的“收獲”。這一環節不同于傳統教學方法中的課程目標，要體現以學生為中心的教學理念，確立的目標應該是可測試的。

首先，在制定目標時，不要簡單的將知識點進行一一羅列，并要求學生理解或者掌握。要從學生的立場出發，結合學情，制定的目標既要有較為基礎、易于實現的部分，又要有具備難度，向學生提出挑戰的部分。例如，在講解算法的時間復雜度計算時，“能夠說出時間復雜度的定義”的目標僅要求學生聽懂定義并且復述，是一個基礎的目標，而“能夠列舉主定理的三種情況”的目標則要求學生在理解主定理證明過程的基礎上進行記憶，是一個更具挑戰的目標。

其次，所制定的目標一定是易于測試的，這不僅有利于教師檢查學生的學習情況，更有利于學生自我檢查。例如，在講解分治算法章節內容時，如果將目標之一定為“掌握分治算法”，那么教師如何測試學生是否真正掌握算法？“掌握”到底是指能夠用分治法解決理論習題，還是指能夠靈活運用分治法解決實際生產生活中的問題？如果教師無法明確教學目標的評測，那么學生只會更加迷茫，搞不清楚自己是否完成了學習任務，從而降低學習積極性。相反，如果學生能夠通過教師設計的測試或者自我測試的方式檢查自己的目標完成情況，這樣既能夠隨時自查學習不到位的地方，又能夠確定哪些部分自己已經學到位，對于學生自信心的確立和積極性的提升都有益處。

在“算法分析與設計”課程中，課程內容難度較大，學生容易在學習過程中喪失自信心，中途掉隊。因此，目標環節要求教師從學生角度出發，根據學情合理制定可測試的學習目標，幫助學生隨時自查學習進度，提高學生的積極性。

3.3 前測環節

前測環節幫助教師更好的了解學情，從而調整和優化教學過程的實施方案。在前測環節中，教師既可以測試學生是否具備相關的基礎知識和能力，又可以了解學生的預習情況。這些內容對于教師調整教學過程的有著重要的參考價值。

例如，在講解回溯法章節的內容時，由于回溯法的實現對編程水平要求較高，前測環節可以用一些編程題測試學生的編程能力。如果學生普遍編程能力較強，上課時可以直接采用程序代碼進行講解，課后作業可以要求學生獨立完成算法的編程實現。反之，如果學生普遍編程能力較弱，則上課時可以多花時間為學生講解程序實現中的細節問題，布置作業時可以要求學生閱讀程序代碼而不是獨立編程實現。

教師應重視前測環節收集的信息，這些信息不僅可以使教師靈活調整當堂課程的內容，也可以作為課程長期規劃的依據。

3.4 參與式學習環節

參與式學習環節的重點是令學生主動參與到教學環節，而不是以教師講授，學生被動接受的方式開展。

在“算法分析與設計”課程中，要充分利用這一環節，結合講授法、討論法、演示法等教學方法，讓學生在參與過程中獲得自信心和成就感，從而避免因為課程內容抽象和難度較高使學生在學習過程中產生迷茫、挫敗，甚至抵觸的情緒。

在參與式學習環節中，不可全程采取講授法進行教學，這樣就退回了傳統教學法，將產生種種問題。但是，在基礎知識教學環節，例如分治法、動態規劃、回溯法等各種算法的概念和基本思想，講授法仍不失為一種可選的教學方法。

討論法是參與式學習環節更為理想的實施手段。由于算法學習過程中伴隨著大量的練習，而大多數算法習題有著不止一種解決方案。隨著學習的不斷深入，不同的人面對同一個問題可能會想出不同的解法。這時組織小組討論，組間競賽等，既能讓學生在交流中相互學習，又能夠引起學生的好勝心，進而激發學生的積極性，使得學生自愿的參與到教學環節中。在適當的討論交流后，再由教師進行點評和分析，加深學生的印象。

演示法在“算法分析與設計”課程中也是重要的教學方法之一，這里主要是指編程過程的演示。在課程教學過程中，大部分算法的實現代碼較為復雜，且要求較高的編程技巧，所以教師在實現部分的講解時，將關鍵代碼直接進行編程演示，并細致剖析講解，讓學生能夠真正學會動手實現算法，也是提高學生參與程序的有效方法。

參與式學習環節中用到的教學方法不限于以上討論的幾種，由于算法的發展日新月異，像大數據算法和人工智能算法如今每天都在更新，教師也應該與時俱進，講解新算法時考慮新思路和新手段。

3.5 后測環節

后測環節臨近BOPPPS教學過程的尾聲，幫助教師了解學生經過一堂課的學習后取得成果。和前測環節一樣，后測環節占據的時間通常也較短，測試內容應該重點突出，考察學生是否通過學習獲取了最基本、最重要的知識和能力，而不是將課上涉及的所有知識點、討論內容和講解的習題——進行測試。

在設計后測環節時，教師應該注意測試內容與目標環節和/或前測環節的對應。例如，目標環節規定學習目標之一是“學生能夠列舉貪心法應用的兩個前提條件”，則后測環節中可以提問“貪心法的應用有哪些注意事項”，幫助學生梳理是否完成了學習目標。