王鳳芹+杜晶+邢翠芳

（海軍航空工程學(xué)院 基礎(chǔ)部，山東 煙臺(tái) 264001）

摘 要：針對(duì)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的問(wèn)題，提出借助BOPPPS模型的課堂設(shè)計(jì)方法，闡述構(gòu)成BOPPPS模型6個(gè)環(huán)節(jié)的名稱（what）、目的（why）、實(shí)施階段（when）和實(shí)施方法（how），以飛行學(xué)員層次的“馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)”為例，說(shuō)明BOPPPS模型在計(jì)算思維培養(yǎng)中的應(yīng)用方法，并對(duì)應(yīng)用效果和注意事項(xiàng)進(jìn)行反思和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；BOPPPS模型；計(jì)算機(jī)課程；教學(xué)方法；教學(xué)模式

0 引 言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息化戰(zhàn)爭(zhēng)已是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的主要作戰(zhàn)形式。為了打贏信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，我國(guó)正如火如荼地進(jìn)行國(guó)防改革，具有中國(guó)特色的聯(lián)合作戰(zhàn)指揮體系逐步形成。2016年3月23日，習(xí)主席在視察國(guó)防大學(xué)時(shí)強(qiáng)調(diào)：要堅(jiān)持把培養(yǎng)聯(lián)合作戰(zhàn)指揮人才突出出來(lái)。計(jì)算思維能力則是這類人才應(yīng)具備的重要能力。

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動(dòng)[1]。這個(gè)概念是由美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授周以真提出的，她指出計(jì)算思維是每個(gè)人的基本技能，如同所有人都具備“讀、寫(xiě)、算”能力一樣[1]。這一思想一經(jīng)提出，受到了廣大高校教師和科技工作者的贊同和支持。李國(guó)杰院士任組長(zhǎng)的中國(guó)科學(xué)院信息領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組撰寫(xiě)的《中國(guó)至2050年信息科技發(fā)展路線圖》中對(duì)“計(jì)算思維”給予了足夠的重視，提出了計(jì)算思維的培育是解決其他信息科技難題的基礎(chǔ)[2-3]。為貫徹實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)理念，如何在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，將計(jì)算思維能力的培養(yǎng)落地，成為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教員亟待解決的問(wèn)題。

1 BOPPPS模型在計(jì)算思維培養(yǎng)中的應(yīng)用

要培養(yǎng)學(xué)員的計(jì)算思維，就要求學(xué)員在不斷的思考中提高自己，而B(niǎo)OPPPS模型恰恰要求學(xué)生進(jìn)行全方位參與式學(xué)習(xí)，在參與中思考、參與中學(xué)習(xí)。筆者以飛行學(xué)員層次的“馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)”為例說(shuō)明BOPPPS模型的應(yīng)用方法。“馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)”是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中非常重要的知識(shí)點(diǎn)，飛行學(xué)員在學(xué)習(xí)該知識(shí)點(diǎn)時(shí)，感覺(jué)理論枯燥、思想抽象，不便于理解和記憶。如何讓學(xué)生更直觀形象地認(rèn)識(shí)馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用BOPPPS模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖1。

1.1 引入（Bridge-in）

在課程開(kāi)始階段，教師通過(guò)播放我國(guó)一級(jí)飛行員李中華在一次飛行中挽救飛機(jī)的案例引起飛行學(xué)員的注意，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使其懂得作為一名飛行員，應(yīng)該對(duì)飛機(jī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有所熟悉和理解；接著提出問(wèn)題——機(jī)載計(jì)算機(jī)與個(gè)人電腦有哪些共同點(diǎn)，引發(fā)學(xué)員的思考。

學(xué)員對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)體現(xiàn)了計(jì)算思維的能力，同時(shí)，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)員對(duì)各種計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較，啟發(fā)學(xué)員思考到底什么樣的系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，歸納出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特征，使計(jì)算思維得到提升。

1.2 目標(biāo)（Objective）

在課程設(shè)計(jì)和課堂設(shè)計(jì)階段，“馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)”學(xué)習(xí)目標(biāo)包括3個(gè)方面。

（1）知識(shí)目標(biāo)：描述馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的5大部件組成；畫(huà)出存儲(chǔ)程序自動(dòng)控制思想的工作原理圖；闡述計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制的原因。

（2）能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)員的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)觀和計(jì)算思維能力，使學(xué)員對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)及應(yīng)用有更深入的理解。

（3）情感目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)員自主學(xué)習(xí)、合作探究、語(yǔ)言表達(dá)和歸納總結(jié)能力。

其他5個(gè)環(huán)節(jié)都圍繞這3個(gè)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。知識(shí)目標(biāo)中不僅有記憶層次，還有通過(guò)比較、分析、歸納總結(jié)得出已有結(jié)論，這正是計(jì)算思維能力所要求的。

1.3 前測(cè)/預(yù)評(píng)估（Pre-test/assessment）

在前一次課教師先布置作業(yè)——個(gè)人電腦、ipad和智能手機(jī)分別由哪些部分組成，從學(xué)員熟悉的計(jì)算機(jī)入手，直觀形象地認(rèn)識(shí)“看得見(jiàn)，摸得著”的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

學(xué)員通過(guò)比較幾種常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，提升其對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總體特征的認(rèn)識(shí)，從而理解馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，而不是單純靠死記硬背的方式去學(xué)習(xí)。

1.4 參與式學(xué)習(xí)（Participatory-learning）

教師將學(xué)員分組，每組5～6人，根據(jù)每個(gè)人的課前作業(yè)——個(gè)人電腦、iPad和智能手機(jī)的組成部分，討論三者的共同點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)員分析出“三者都是由5部分組成”，再討論三者工作過(guò)程的共同點(diǎn)，最后讓學(xué)員分析得出“機(jī)載計(jì)算機(jī)的組成與工作過(guò)程”。在這個(gè)過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)員討論，由各小組分別闡述討論結(jié)果，各小組互評(píng)，給出得分，充分調(diào)動(dòng)學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，讓每個(gè)人都盡可能活躍地參與到課堂學(xué)習(xí)中來(lái)。

通過(guò)對(duì)比3種計(jì)算機(jī)上應(yīng)用程序的工作過(guò)程，學(xué)員對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算過(guò)程有更清晰直觀的認(rèn)識(shí)。這一參與式學(xué)習(xí)過(guò)程是提高學(xué)員計(jì)算思維能力、合作探究、語(yǔ)言表達(dá)和歸納總結(jié)能力的關(guān)鍵過(guò)程。

1.5 后測(cè)/后評(píng)估（Post-test/assessment）

在學(xué)員分析討論結(jié)束后，教師向?qū)W員提問(wèn)，通過(guò)前面幾個(gè)問(wèn)題的討論結(jié)果，闡述個(gè)人電腦、iPad、智能手機(jī)、機(jī)載計(jì)算機(jī)的共同點(diǎn)。

1.6 總結(jié)（Summary）

教員總結(jié)這些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的共同點(diǎn)，將其歸結(jié)為“一種組成、一個(gè)思想和一種表示”：“一種組成”是指計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是由5部分組成；“一個(gè)思想”是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作過(guò)程遵循“存儲(chǔ)程序自動(dòng)控制”的思想；“一種表示”是指程序和數(shù)據(jù)都由二進(jìn)制表示。這3個(gè)方面就是著名的“馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)”的核心思想。最后教員給學(xué)員留下課下思考題：該體系結(jié)構(gòu)是否存在缺陷？

課下學(xué)員對(duì)“馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的缺陷”的思考，使其在理解本堂課內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步升華，進(jìn)一步提高計(jì)算思維能力。

2 BOPPPS模型的應(yīng)用效果反思

將BOPPPS模型應(yīng)用在計(jì)算機(jī)課程教學(xué)中，其應(yīng)用效果包括以下3個(gè)方面。

（1）學(xué)員喜歡這樣的課堂。學(xué)員反饋“感覺(jué)我在學(xué)而不是我在聽(tīng)”“通過(guò)自己的分析得出結(jié)論，容易理解容易記憶”“很喜歡、很享受這樣活躍的課堂”等。

（2）學(xué)員通過(guò)前測(cè)題目、參與式討論、發(fā)言、評(píng)價(jià)和后測(cè)題目，計(jì)算思維能力、合作探究、語(yǔ)言表達(dá)和歸納總結(jié)能力得到提升。

（3）教員通過(guò)前測(cè)和后測(cè)，可以及時(shí)掌握學(xué)員的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法和教學(xué)進(jìn)度，對(duì)能力較弱的學(xué)員及時(shí)做好課后輔導(dǎo)。

應(yīng)用BOPPPS的注意事項(xiàng)包括以下3個(gè)方面。

（1）目標(biāo)先行，其他5個(gè)環(huán)節(jié)圍繞目標(biāo)展開(kāi)。一個(gè)好的課堂設(shè)計(jì)，首先要從學(xué)員的角度出發(fā)，確定一個(gè)可度量的學(xué)習(xí)目標(biāo)，然后指引其他5個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。

（2）教員要精心設(shè)計(jì)參與式學(xué)習(xí)的過(guò)程，具體內(nèi)容包括學(xué)員行為預(yù)測(cè)、時(shí)間靈活設(shè)定、引導(dǎo)學(xué)員討論交流、盡可能調(diào)動(dòng)學(xué)員參與的積極性、定期收集學(xué)員的反饋。

（3）加強(qiáng)學(xué)員總結(jié)沉淀過(guò)程。有些學(xué)員沉浸在發(fā)散式的討論交流中，難免會(huì)偏離課程目標(biāo)，最后的總結(jié)很關(guān)鍵，能幫助學(xué)員抓住整堂課的靈魂。

基金項(xiàng)目：教育部高教司課程改革項(xiàng)目（2-1-ZXM-05）。

第一作者簡(jiǎn)介：王鳳芹，女，講師，研究方向?yàn)榇髷?shù)據(jù)技術(shù)及應(yīng)用，nudtwangfengqin@163.com。

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（編輯：孫怡銘）