BOPPPS模型在計算思維培養中的應用與反思

王鳳芹+杜晶+邢翠芳

（海軍航空工程學院 基礎部，山東 煙臺 264001）

摘 要：針對計算思維能力培養的問題，提出借助BOPPPS模型的課堂設計方法，闡述構成BOPPPS模型6個環節的名稱（what）、目的（why）、實施階段（when）和實施方法（how），以飛行學員層次的“馮諾依曼體系結構”為例，說明BOPPPS模型在計算思維培養中的應用方法，并對應用效果和注意事項進行反思和總結。

關鍵詞：計算思維；BOPPPS模型；計算機課程；教學方法；教學模式

0 引 言

隨著信息技術的飛速發展，信息化戰爭已是現代戰爭的主要作戰形式。為了打贏信息化戰爭，我國正如火如荼地進行國防改革，具有中國特色的聯合作戰指揮體系逐步形成。2016年3月23日，習主席在視察國防大學時強調：要堅持把培養聯合作戰指揮人才突出出來。計算思維能力則是這類人才應具備的重要能力。

計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計及人類行為理解等涵蓋計算機科學廣度的一系列思維活動[1]。這個概念是由美國卡內基·梅隆大學計算機系教授周以真提出的，她指出計算思維是每個人的基本技能，如同所有人都具備“讀、寫、算”能力一樣[1]。這一思想一經提出，受到了廣大高校教師和科技工作者的贊同和支持。李國杰院士任組長的中國科學院信息領域戰略研究組撰寫的《中國至2050年信息科技發展路線圖》中對“計算思維”給予了足夠的重視，提出了計算思維的培育是解決其他信息科技難題的基礎[2-3]。為貫徹實戰化教學理念，如何在計算機基礎課程中，將計算思維能力的培養落地，成為計算機基礎課程教員亟待解決的問題。

1 BOPPPS模型在計算思維培養中的應用

要培養學員的計算思維，就要求學員在不斷的思考中提高自己，而BOPPPS模型恰恰要求學生進行全方位參與式學習，在參與中思考、參與中學習。筆者以飛行學員層次的“馮諾依曼體系結構”為例說明BOPPPS模型的應用方法。“馮諾依曼體系結構”是大學計算機基礎課程中非常重要的知識點，飛行學員在學習該知識點時，感覺理論枯燥、思想抽象，不便于理解和記憶。如何讓學生更直觀形象地認識馮諾依曼體系結構，可應用BOPPPS模型進行設計，見圖1。

1.1 引入（Bridge-in）

在課程開始階段，教師通過播放我國一級飛行員李中華在一次飛行中挽救飛機的案例引起飛行學員的注意，激發學習興趣，使其懂得作為一名飛行員，應該對飛機的計算機系統有所熟悉和理解；接著提出問題——機載計算機與個人電腦有哪些共同點，引發學員的思考。

學員對計算機系統的認識體現了計算思維的能力，同時，通過引導學員對各種計算機進行比較，啟發學員思考到底什么樣的系統是計算機系統，歸納出計算機系統的特征，使計算思維得到提升。

1.2 目標（Objective）

在課程設計和課堂設計階段，“馮諾依曼體系結構”學習目標包括3個方面。

（1）知識目標：描述馮諾依曼體系結構的5大部件組成；畫出存儲程序自動控制思想的工作原理圖；闡述計算機采用二進制的原因。

（2）能力目標：培養學員的計算機系統觀和計算思維能力，使學員對計算機軟硬件系統及應用有更深入的理解。

（3）情感目標：培養學員自主學習、合作探究、語言表達和歸納總結能力。

其他5個環節都圍繞這3個目標進行設計。知識目標中不僅有記憶層次，還有通過比較、分析、歸納總結得出已有結論，這正是計算思維能力所要求的。

1.3 前測/預評估（Pre-test/assessment）

在前一次課教師先布置作業——個人電腦、ipad和智能手機分別由哪些部分組成，從學員熟悉的計算機入手，直觀形象地認識“看得見，摸得著”的計算機系統。

學員通過比較幾種常見的計算機系統，提升其對計算機系統總體特征的認識，從而理解馮諾依曼體系結構的特點，而不是單純靠死記硬背的方式去學習。

1.4 參與式學習（Participatory-learning）

教師將學員分組，每組5～6人，根據每個人的課前作業——個人電腦、iPad和智能手機的組成部分，討論三者的共同點，引導學員分析出“三者都是由5部分組成”，再討論三者工作過程的共同點，最后讓學員分析得出“機載計算機的組成與工作過程”。在這個過程中，教師引導學員討論，由各小組分別闡述討論結果，各小組互評，給出得分，充分調動學員的學習積極性，讓每個人都盡可能活躍地參與到課堂學習中來。

通過對比3種計算機上應用程序的工作過程，學員對計算機的計算過程有更清晰直觀的認識。這一參與式學習過程是提高學員計算思維能力、合作探究、語言表達和歸納總結能力的關鍵過程。

1.5 后測/后評估（Post-test/assessment）

在學員分析討論結束后，教師向學員提問，通過前面幾個問題的討論結果，闡述個人電腦、iPad、智能手機、機載計算機的共同點。

1.6 總結（Summary）

教員總結這些計算機系統的共同點，將其歸結為“一種組成、一個思想和一種表示”：“一種組成”是指計算機硬件系統是由5部分組成；“一個思想”是指計算機系統的工作過程遵循“存儲程序自動控制”的思想；“一種表示”是指程序和數據都由二進制表示。這3個方面就是著名的“馮諾依曼體系結構”的核心思想。最后教員給學員留下課下思考題：該體系結構是否存在缺陷？

課下學員對“馮諾依曼體系結構的缺陷”的思考，使其在理解本堂課內容的基礎上，進一步升華，進一步提高計算思維能力。

2 BOPPPS模型的應用效果反思

將BOPPPS模型應用在計算機課程教學中，其應用效果包括以下3個方面。

（1）學員喜歡這樣的課堂。學員反饋“感覺我在學而不是我在聽”“通過自己的分析得出結論，容易理解容易記憶”“很喜歡、很享受這樣活躍的課堂”等。

（2）學員通過前測題目、參與式討論、發言、評價和后測題目，計算思維能力、合作探究、語言表達和歸納總結能力得到提升。

（3）教員通過前測和后測，可以及時掌握學員的學習情況，及時調整教學方法和教學進度，對能力較弱的學員及時做好課后輔導。

應用BOPPPS的注意事項包括以下3個方面。

（1）目標先行，其他5個環節圍繞目標展開。一個好的課堂設計，首先要從學員的角度出發，確定一個可度量的學習目標，然后指引其他5個環節的設計。

（2）教員要精心設計參與式學習的過程，具體內容包括學員行為預測、時間靈活設定、引導學員討論交流、盡可能調動學員參與的積極性、定期收集學員的反饋。

（3）加強學員總結沉淀過程。有些學員沉浸在發散式的討論交流中，難免會偏離課程目標，最后的總結很關鍵，能幫助學員抓住整堂課的靈魂。

基金項目：教育部高教司課程改革項目（2-1-ZXM-05）。

第一作者簡介：王鳳芹，女，講師，研究方向為大數據技術及應用，nudtwangfengqin@163.com。

參考文獻：

[1]Jeannette M W. Computational Thinking[J]. Communications of the ACM， 2006， 49（3）： 33-35.

[2]李鋒， 王吉慶. 計算思維： 信息技術課程的一種內在價值[J]. 中國電化教育， 2013（8）： 19-23.

[3]牟琴. 基于計算思維的探究教學模式研究[J]. 中國遠程教育， 2010（11）： 40-45.

[4]陳衛衛， 李清， 李志剛. 基于概念圖和BOPPPS模型的教學實踐與研究[J].計算機教育， 2015（6）： 61-65.

[5]羅宇， 付紹靜， 李暾. 從BOPPPS教學模型看課堂教學改革[J]. 計算機教育， 2015（6）： 16-18.

[6]喬淑云. 程序設計類課程教學改革與計算思維之培養[J]. 計算機教育， 2012（19）： 17-19.

[7]陳躍新， 李暾， 賈麗麗. 大學計算機基礎[M]. 北京： 科學出版社， 2012.

（編輯：孫怡銘）