基于BOPPPS模型的遙感課程翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式探究

張思乾 冷祥光 唐濤 趙凌君

[摘 要] 通過(guò)提出在遙感課程中引入BOPPPS教學(xué)模型與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式。通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂模式改進(jìn)遙感課程教學(xué)模式單一、理論與實(shí)踐脫節(jié)等問(wèn)題，采用“個(gè)性化課程內(nèi)容”+“參與式課堂學(xué)習(xí)”+“精細(xì)化實(shí)踐指導(dǎo)”的培養(yǎng)思路，探索了新的師生“教”和“學(xué)”的模式。同時(shí)，運(yùn)用BOPPPS模型為翻轉(zhuǎn)課堂提供可行的教學(xué)流程、設(shè)計(jì)有效的教學(xué)方案，提高學(xué)生的課程參與度和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高教學(xué)效果，為培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才打下基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞] BOPPPS模型;翻轉(zhuǎn)課堂;遙感課程

[基金項(xiàng)目] 2020年度國(guó)防科技大學(xué)“面向研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的‘翻轉(zhuǎn)式’在線教學(xué)模式實(shí)踐與探索”（yjsy2020035）;2019年度國(guó)防科技大學(xué)“高分遙感時(shí)代學(xué)科競(jìng)賽強(qiáng)化研究生科研創(chuàng)新能力的實(shí)踐與探索”（yjsy2019017）;2019年度國(guó)防科技大學(xué)“基于‘高分’系列衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的航天遙感任職專業(yè)課程探究教學(xué)改革與實(shí)踐”（U2019103）

[作者簡(jiǎn)介] 張思乾（1987—），女，安徽合肥人，工學(xué)博士，國(guó)防科技大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院副教授，主要從事遙感基礎(chǔ)理論教學(xué)、合成孔徑雷達(dá)信號(hào)和圖像處理研究。

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）14-0093-04 [收稿日期] 2021-07-31

一、研究背景

近年來(lái)，我國(guó)高等學(xué)校在研究生培養(yǎng)過(guò)程中過(guò)分重視學(xué)術(shù)型、理論型人才培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力不足。遙感課程是實(shí)踐性較強(qiáng)的一門課程，其理論知識(shí)具有更新快、專業(yè)性強(qiáng)、綜合能力要求高等特點(diǎn)[1]。國(guó)內(nèi)高校以武漢大學(xué)、清華大學(xué)、解放軍信息工程大學(xué)為代表，開(kāi)設(shè)的遙感系列課程門類齊全、專業(yè)性強(qiáng)，但是縱觀國(guó)內(nèi)知名高校的遙感課程體系、配套教材、教學(xué)方法等仍存在著以下問(wèn)題。

一是以教為主的單一教學(xué)模式。課堂以理論知識(shí)點(diǎn)講解或定理推導(dǎo)為主，通過(guò)PPT演示配合板書(shū)講授，教師主動(dòng)講授、學(xué)生被動(dòng)汲取，教學(xué)模式較為單一，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差、課堂活躍度低。“滿堂灌”的傳統(tǒng)教學(xué)方式必然導(dǎo)致學(xué)生參與度降低，課堂缺乏互動(dòng)交流，學(xué)生多依賴于考前復(fù)習(xí)而不是課堂主動(dòng)思考。這種以教為主的教學(xué)模式下，學(xué)生多以完成學(xué)業(yè)和通過(guò)考試為目的，學(xué)習(xí)過(guò)程不求甚解，導(dǎo)致對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握也是一知半解，難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，達(dá)不到理想的教學(xué)效果。

二是理論和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)脫節(jié)。遙感系列課程中雖開(kāi)設(shè)了理論課配套的實(shí)驗(yàn)課程，但所占課程比例太少，實(shí)踐效果無(wú)法保證，對(duì)研究生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識(shí)的引導(dǎo)和培養(yǎng)也重視不足。此外，實(shí)驗(yàn)課程與理論課程的內(nèi)容連貫性不夠，甚至有理論和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容脫節(jié)的現(xiàn)象。教師對(duì)理論課程的改進(jìn)和提升關(guān)注度高，教學(xué)內(nèi)容緊密貼合先進(jìn)遙感技術(shù)與應(yīng)用方向，更新迭代周期短;而實(shí)踐內(nèi)容往往使用多年前的數(shù)據(jù)，缺乏實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新。這必然導(dǎo)致學(xué)生學(xué)到的知識(shí)和能力與實(shí)際崗位需求差距較大。

BOPPPS教學(xué)模型強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教與學(xué)過(guò)程中的自主學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與感，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念是注重以學(xué)生為主的教學(xué)模式[2]。針對(duì)上述問(wèn)題，本文將兩者相結(jié)合的教學(xué)模式引入遙感課程的教學(xué)中，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)理論學(xué)習(xí)與動(dòng)手實(shí)踐能力同步提升。

二、BOPPPS模型與翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合的適應(yīng)性

翻轉(zhuǎn)課堂是改變“教”與“學(xué)”模式，實(shí)現(xiàn)了從時(shí)間和空間上對(duì)傳統(tǒng)課堂老師的知識(shí)傳授和學(xué)生的知識(shí)內(nèi)化的完全顛覆[2]。通過(guò)微視頻等資源載體引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)完成知識(shí)傳授，而課堂上則以學(xué)生為主完成對(duì)知識(shí)的理解、內(nèi)化和升華。這種教學(xué)模式是對(duì)專業(yè)知識(shí)深入理解、系統(tǒng)整理和實(shí)踐運(yùn)用的過(guò)程，是培養(yǎng)創(chuàng)新性高素質(zhì)人才的有效途徑之一。

BOPPPS模型包括導(dǎo)入（Bridge-in）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（Objective）、前測(cè)（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）、后測(cè)（Post-assessment）和總結(jié)（Summary）六個(gè)教學(xué)行為組成[3]。在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，BOPPPS模型可以貫穿于課程的前、中、后三個(gè)階段，也可以僅應(yīng)用于課堂階段的環(huán)節(jié)。該模型一方面使得教師能夠圍繞課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，有效組織課程教學(xué)，并獲取學(xué)習(xí)效果的反饋;另一方面更注重學(xué)生的參與式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—總結(jié)問(wèn)題—解決問(wèn)題”的創(chuàng)新能力。BOPPPS模型的核心在于以學(xué)生為中心，關(guān)注學(xué)生的發(fā)展需求，強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與式學(xué)習(xí)，通過(guò)前測(cè)和后測(cè)及時(shí)收集反饋信息，這與翻轉(zhuǎn)課堂的基本理念是一致的[2]。因此，靈活運(yùn)用BOPPPS教學(xué)模型可以為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施提供一個(gè)操作性強(qiáng)、適應(yīng)性好的流程和框架，提高翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果，確保學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中的參與度和主動(dòng)性，如圖1所示。

三、基于BOPPPS模型的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

基于BOPPPS模型開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)時(shí)，采用“個(gè)性化課程內(nèi)容”+“參與式課堂學(xué)習(xí)”+“精細(xì)化實(shí)踐指導(dǎo)”的培養(yǎng)思路，借鑒前期研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)遙感課程翻轉(zhuǎn)課堂中的課外階段和課堂階段進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化遙感課程組織和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維、動(dòng)手實(shí)踐能力和協(xié)作精神。以BOPPPS模型的基本要素為設(shè)計(jì)框架，結(jié)合遙感課程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)教學(xué)模型如圖2所示。

（一）課外階段

1.目標(biāo)設(shè)定環(huán)節(jié)。為學(xué)生建立本節(jié)課學(xué)習(xí)的目標(biāo)，明確學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)，使其有針對(duì)性地開(kāi)展自主學(xué)習(xí)。學(xué)生的個(gè)人能力和先修基礎(chǔ)不同，導(dǎo)致能達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)也不同，因此要綜合考慮設(shè)定多層次、難度遞增的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.自主學(xué)習(xí)任務(wù)布置。利用課程資源的整合，實(shí)現(xiàn)信息化教學(xué)前移，是構(gòu)建“翻轉(zhuǎn)式”教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。課前自學(xué)任務(wù)發(fā)布并不是簡(jiǎn)單將傳統(tǒng)課堂課件發(fā)布到網(wǎng)上或發(fā)給學(xué)習(xí)，而是需要精心設(shè)計(jì)具有關(guān)聯(lián)性、情境性的學(xué)習(xí)任務(wù)、課件、微課視頻等發(fā)布給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，觸發(fā)學(xué)生思考，積極主動(dòng)開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)。

自主學(xué)習(xí)任務(wù)應(yīng)包括學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)指南、學(xué)習(xí)任務(wù)和測(cè)試與困難建議等一系列內(nèi)容。學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)置需要緊密貼合本專業(yè)課程體系，應(yīng)包含基礎(chǔ)性學(xué)習(xí)任務(wù)和拓展性學(xué)習(xí)任務(wù)兩類。以目標(biāo)檢測(cè)為例分解自主學(xué)習(xí)任務(wù)，如表1所示。

基礎(chǔ)性學(xué)習(xí)任務(wù)重點(diǎn)針對(duì)課程基礎(chǔ)理論和基本技能的培養(yǎng)，主要針對(duì)無(wú)基礎(chǔ)或基礎(chǔ)較差的學(xué)生，有效避免因資源過(guò)多而無(wú)法完成基本課程學(xué)習(xí)任務(wù)的問(wèn)題。圍繞目標(biāo)檢測(cè)知識(shí)點(diǎn)，基礎(chǔ)性學(xué)習(xí)任務(wù)應(yīng)包括目標(biāo)檢測(cè)基本概念、二元假設(shè)檢驗(yàn)以及以恒虛警（CFAR）檢測(cè)器為核心的常見(jiàn)目標(biāo)檢測(cè)算法等。主要目的是讓無(wú)相關(guān)基礎(chǔ)的學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)后，達(dá)到掌握目標(biāo)檢測(cè)的基本原理和經(jīng)典方法的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

拓展性學(xué)習(xí)任務(wù)應(yīng)結(jié)合遙感技術(shù)的前沿知識(shí)和遙感應(yīng)用最新動(dòng)態(tài)，拓展課程知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程思維，便于基礎(chǔ)較好或?qū)W有余力的學(xué)生知識(shí)邊界拓展與知識(shí)遷移能力的提高。針對(duì)部分學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)或接觸過(guò)目標(biāo)檢測(cè)相關(guān)理論，例如本科畢設(shè)完成過(guò)相關(guān)課題的學(xué)生，在基礎(chǔ)性學(xué)習(xí)任務(wù)的基礎(chǔ)上提高知識(shí)的難度和應(yīng)用面，設(shè)置拓展性學(xué)習(xí)任務(wù)，包括基于視覺(jué)顯著性的檢測(cè)方法、基于超像素的檢測(cè)方法和結(jié)合人工智能的檢測(cè)方法。通過(guò)拓展性學(xué)習(xí)任務(wù)，不僅可為有基礎(chǔ)的學(xué)生進(jìn)一步拓展課前自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，還可以為無(wú)基礎(chǔ)學(xué)生在完成課程學(xué)習(xí)后，進(jìn)一步提升和拓展知識(shí)提供方向和幫助。

3.前測(cè)環(huán)節(jié)。教師在發(fā)布自主學(xué)習(xí)任務(wù)的同時(shí)，也布置課前測(cè)試題來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生的自學(xué)效果。通過(guò)測(cè)試或作業(yè)等方式，了解學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，掌握對(duì)學(xué)生的知識(shí)難點(diǎn)，進(jìn)一步形成定量的分析結(jié)論，為課堂教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)提供支持。

（二）課堂階段

1.參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)是BOPPPS教學(xué)模型中的重要環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)參與角色。結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)應(yīng)包括答疑解惑和實(shí)踐研討。首先，利用思維導(dǎo)圖構(gòu)建整個(gè)章節(jié)的知識(shí)體系，針對(duì)自主學(xué)習(xí)暴露出的共性問(wèn)題針對(duì)性的講解和答疑。其次，結(jié)合實(shí)踐性教學(xué)和研究型教學(xué)方法開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)。

實(shí)踐型教學(xué)是通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法來(lái)培養(yǎng)具備專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)踐技能的應(yīng)用型人才，需要在對(duì)理論知識(shí)的理解和內(nèi)化基礎(chǔ)上，能夠針對(duì)具體情形，合理運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決具體問(wèn)題[4]。在“翻轉(zhuǎn)式”遙感課程實(shí)踐教學(xué)中，以今年“河南特大暴雨災(zāi)害監(jiān)測(cè)”研究為例（如圖3所示），圍繞遙感影像預(yù)處理（包括幾何校正、影像鑲嵌和裁剪等）、遙感信息提取（包括水體提取、變化檢測(cè)等）等知識(shí)點(diǎn)，教師提供遙感影像數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn)、個(gè)別指導(dǎo)、成果展示和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)等流程，由學(xué)生設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具體算法，鍛煉其獨(dú)立思考問(wèn)題、在具體實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、并有效地尋找途徑解決問(wèn)題的能力。

研究型教學(xué)包括“研究性學(xué)習(xí)”和“探究性學(xué)習(xí)”兩種教學(xué)方法[5]，圍繞學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)，以實(shí)踐型課題為中心，以解決實(shí)際問(wèn)題為目的[5]。“翻轉(zhuǎn)式”研究型教學(xué)，結(jié)合生活中的實(shí)時(shí)問(wèn)題、熱點(diǎn)問(wèn)題等，挖掘遙感技術(shù)與應(yīng)用的場(chǎng)景，針對(duì)科研應(yīng)用中某一具體問(wèn)題，引入最新的研究實(shí)例。比如2021年發(fā)表在Remote Sensing期刊上的論文“Validation and Comparison of Physical Models for Soil Salinity Mapping over an Arid Landscape Using Spectral Reflectance Measurements and Landsat-OLI Data”，該論文中針對(duì)當(dāng)前熱點(diǎn)問(wèn)題之一——土壤鹽漬化問(wèn)題，利用遙感衛(wèi)星進(jìn)行土壤含鹽量分布監(jiān)測(cè)。我們將該研究實(shí)例與具體知識(shí)點(diǎn)“典型地物光譜特性”相融合，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探索積極性。教師在此過(guò)程中扮演引導(dǎo)者的角色，對(duì)小組討論的內(nèi)容和方向進(jìn)行正確的引導(dǎo)，構(gòu)建高效的“翻轉(zhuǎn)式”教學(xué)課堂。

2.后測(cè)和總結(jié)環(huán)節(jié)。通過(guò)課堂學(xué)習(xí)后，設(shè)置思考題或測(cè)試題，了解本次課的教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)到，并反饋學(xué)習(xí)效果。最后，通過(guò)過(guò)程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)，確保不同層次的學(xué)生能夠完成相應(yīng)的目標(biāo)和任務(wù)，以提高翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果。

結(jié)語(yǔ)

本文以培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力為基本思路，基于BOPPPS教學(xué)模型，借助翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式，層層遞進(jìn)、逐步深入地展開(kāi)研究和探索，闡述了遙感課程翻轉(zhuǎn)教學(xué)實(shí)施方案。該教學(xué)實(shí)施方案強(qiáng)化了學(xué)生的參與式學(xué)習(xí)，目前已取得了較好的課程教學(xué)效果，對(duì)課堂教學(xué)具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]吳紅波，李小燕，張瑞君.基于雨課堂和BOPPPS模型的課堂教學(xué)改革：以遙感概論為例[J].高等理科教育，2021（3）：86-92.

[2]張所娟，廖湘琳，余曉晗，等.BOPPPS模型框架下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)教育，2017（1）：18-22.

[3]魏唯，白洪濤，劉威，等.BOPPPS模型與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的C語(yǔ)言課程教學(xué)模式探究[J].教育教學(xué)論壇，2018（10）：132-133.

[4]劉燦.實(shí)踐型教學(xué)下物流中心規(guī)劃與管理課程教學(xué)模式改革設(shè)計(jì)[J].教育教學(xué)論壇，2020（26）：180-181.

[5]章桂芳，楊小強(qiáng)，王正海.研究型教學(xué)在高年級(jí)遙感課程中的實(shí)踐探索[J].高等理科教育，2019（2）：108-113.

Exploration on Flipped Teaching Model for Remote Sensing Course Based on BOPPPS Model

ZHANG Si-qian， LENG Xiang-guang， TANG Tao， ZHAO Ling-jun

（College of Electronic Science， National University of Defense Technology， Changsha，?Hunan 410073， China）

Abstract： This paper puts forward a teaching model combining BOPPPS model with flipped classroom for Remote Sensing course. Flipped classroom model is adopted to solve the problems in Remote Sensing course， such as the single teaching model and the disconnection between theoretical learning and practice. Following the training thought of “personalized course content” + “participatory course study” and “careful practice guidance”， the new teaching and learning model is explored in this paper. Also， BOPPPS model is used to provide a viable teaching process and design an effective teaching schedule for flipped classroom. This teaching model can enhance the participation and learning initiative of the students and improve the teaching effective， which lays a foundation for cultivating innovative high-quality talents.

Key words： BOPPPS model; flipped classroom; Remote Sensing