工程認證環境下基于Boppps模型的數據挖掘課程教學設計

鄧 娜，王春枝，葉志偉，張明武

（湖北工業大學計算機學院，湖北武漢430068）

0 引言

自2016年6月我國正式成為《華盛頓協議》簽約國之后，國內高校順應形勢，積極參與到工程教育專業的認證工作中[1]。工程教育專業認證對我國高等教育帶來了機遇和挑戰，一方面，它能促使我們提高教學質量，讓畢業生取得國際認可的從業資格證；另一方面，高等教育工作者需要轉變思維，從教學輸出的角度逆向思考，重新審視教學輸入，包括教學目標、教學內容、教學方式等，勇于改革，以更好地培養出符合工程認證標準的畢業生。工程認證對學生的素養和能力提出了諸多要求，傳統的填鴨式教學方式顯然不利于這些素養和能力的培養。

1 Boppps模型

Boppps模型是由北美地區高校教學技能培訓機構InstructionalSkillsWorkshop（ISW）提出的一種有效的課程設計模式，旨在提高教師的授課技能[2]，近幾年傳入中國，被用在高等教育課堂上[3-5]，效果斐然。

Boppps將課堂切分為6個環節，分別代表著bridgein（引入）、learningobjective（教學目標）、pre-test（前測）、participatorylearning（參與式學習）、post-assessment（后測）和summary（總結）。①引入環節通常從吸引學生注意力的有趣的或令人困惑的故事、案例、問題入手，將本次課堂的討論對象引導出來；②教學目標環節明確告知學生本次課堂應該達到的教學目標有哪些，包括應該了解、熟悉和掌握的理論知識，以及應該具備的實踐能力等；③前測環節通過小測試、提問、調查問卷等形式，摸底學生對本次教學內容的了解程度或是對之前知識點的掌握程度，有助于教師據此對教學內容有的放矢，及時調整；④參與式學習環節一改傳統的以教師為主體的教學模式，倡導以學生為主體，利用小組討論、角色扮演等多種形式，使學生積極主動地獲取知識；⑤后測環節與前測環節相對應，在學習環節之后，通過小作業、小演示等形式，來檢驗學生對這次課堂的掌握程度；⑥在課堂最后的總結環節，教師對本次課堂進行總結和反思，對知識點再一次地歸納和總結，也對學習過程中出現的問題進行強調和重申。

2 工程認證畢業要求

“工程教育認證標準”對本科生提出了12條畢業要求[1]，見表1。畢業要求從12個方面明確了工程類專業的本科生在畢業時應該具備的素養和能力。同時，也要求高等教育工作者轉變思維方向，從輸出到輸入，對教學方式和教學模式進行革新，以期更好地培養出符合工程認證標準的學生。

表1 “工程教育認證標準”中12條畢業要求

3 教學現狀

數據挖掘課程是我校軟件工程專業面向大四學生開設的一門專業選修課，主要講授如何從海量的數據中挖掘出有意義的模式和信息，為生產生活提供決策支持。課程與目前所處大數據時代完全契合，內容新穎、理論豐富、操作性強、前沿、可深度研究，因此選課人數較多，通常選課率在95%以上。

由于排課時間節點、課時、課程性質等因素的限制，數據挖掘課程目前的教學存在以下問題：①這門課程需要數據結構、數據庫原理等先導課程的鋪墊，因此排課時間放在大四的上學期，在這個時間節點，學生可能因為考研、找工作等原因而不重視課程；②這門課程共32學時，包括22學時理論教學和10學時實踐教學，把這門課程所有的相關知識壓縮在22個學時里面進行填鴨式講授，效果不好；③這門課程的性質是專業選修課，前沿性強，學生可以在研究生階段將數據挖掘作為研究方向，也可以在畢業后從事數據挖掘方面的工作，教師有責任和義務在這門課程中開拓學生視野，提高學生實踐操作能力，為學生的終身學習打下基礎。

4 Boppps模型與傳統課堂的區別

Boppps模型和傳統課堂存在以下區別：

（1）在Boppps模型中，6個環節有明顯的分界線，每一個環節都不可或缺；而在傳統課堂中，大多僅保留了引入、學習2個環節，其他的4個環節通常根據課堂的節奏靈活取舍。

（2）在傳統課堂中，學習部分多采用教師講學生聽的形式，以教師為主體，忽視學生的參與；而在Boppps模型中，學習部分是學生的參與式學習，以學生為主體。

（3）在Boppps模型中，引入、前測、后測3部分的內容也需要精心設計，它們對吸引學生注意力、摸底學習基礎和檢驗學習效果至關重要。

5 Boppps模型與工程認證的關聯關系

工程認證強調學生解決復雜工程問題的能力，包括運用工程知識分析問題、解決問題、團隊合作、溝通、終身學習等。在傳統課堂上，學生很難獲取到這些能力。在Boppps模型中，前測部分可以測試學生對基礎工程知識的掌握程度；參與式學習將學習的主動權交給學生，學生需要去查找資料，分析、解決問題，與同伴合作，并將解決方案表達、演示出來；后測部分在課下給學生布置自主思考或探索的作業，促使他們養成終身學習的好習慣。在這個過程中，工程認證中要求的這些能力都得到了很好的培養和鍛煉。

6 教學設計

以數據挖掘課程關聯規則挖掘這一章節為例，按照Boppps模型，來設計一次課堂教學活動的流程，見表2。

軟件工程的一些專業基礎課程，例如數據庫原理、數據結構等，介紹本專業其他后續課程所需要的基礎理論，而數據挖掘作為一門專業選修課程，更傾向于是一種工具課程，對生活生產中的數據進行分析和挖掘。因此，我們有很多貼近生活的豐富多彩的案例可以作為引子在引入環節來吸引學生的注意力，例如表2中的沃爾瑪超市購物籃例子，啤酒和尿布兩個風馬牛不相及的物品為什么會在購物籃中經常同時出現？這種共現關系是怎么發現的？有什么作用？學生便迫不及待地想在后續的課程中找到相關答案。

在教學目標環節，教師明確用兩個標準對學生提出要求，一個是“了解”，一個是“掌握”，學生在課后可以通過教學目標進行自查，檢查自己是否達到學習的目標；教師也可以在后測環節來判斷這堂課是否達到應有的教學效果。在關聯規則定義中，涉及支持度和置信度這兩個評價指標，它們分別用古典概率和條件概率進行定義和表示，教師為了了解學生對概率論的掌握程度，以及便于調整后面的教學內容，可以在前測環節通過提問的形式進行摸底。如果回答情況良好，教師可以省去講解，否則，教師還需幫助學生復習條件概率。參與式學習是非常重要的一個環節，占用的時間也較長；但是與傳統的課堂不一樣，在這個環節，學生起主導作用，教師扮演引導和協調的角色，維護課堂的秩序，把控課堂教學活動的進度。為了調動學生學習的積極性，教師給學生布置任務，讓他們采用小組討論的形式，在課堂中協作完成任務并進行講解和演示。

在本例中，任務是總結概念的定義、關聯規則挖掘應用的場景以及Apriori算法的步驟。小組選派代表可以采取輪流制，讓每一位學生得到鍛煉。在后測環節，為了進一步鞏固學生所學，檢查這次課堂是否達到最初的教學目標，并及時發現教學中潛在的問題，跟教學目標直接相對應的，用一個全新的購物籃例子來檢驗學生是否能夠融會貫通，手動推演出Apriori算法的過程。最后的總結環節，教師對后測環節中暴露出來的問題進行點評，對課堂進行總結，對容易出錯和忽視的地方再一次強調。在這個環節，教師反思了整個教學過程，學生也反思了自己的知識盲區。這6個環節起承轉合，環環相扣。學生的主觀能動性調動起來了，不再依賴老師，運用基礎知識、分析問題、解決問題、研究、團隊合作、溝通與交流、終身學習等能力和素養也得到了提高。

表2 基于Boppps模型的數據挖掘課程教學設計

7 結語

申請工程專業教育認證是反思傳統教學過程的良好機會。在剖析了目前數據挖掘課程教學中的問題之后，發現Boppps模型與工程認證畢業要求中的關聯關系，基于Boppps模型對數據挖掘課程中的某個章節進行教學活動的再設計，以獲得更好的教學效果，為教學改革和申請工程專業認證做準備。

[1]鄧娜,陳旭,王春枝.針對工程教育認證的軟件工程課程教學思考與探索[J].計算機教育,2017(7):41-43.

[2]穆華,李春.BOPPPS模型及其在研究型教學中的應用探究[J].陜西教育(高教),2015(10):27-30.

[3]張所娟,廖湘琳,余曉晗,等.BOPPPS模型框架下的翻轉課堂教學設計[J].計算機教育,2017(1):18-22.

[4]殷旭輝.BOPPPS在思政課教學中的應用與反思:以“原理”課的一個知識點為例[J].黑龍江教育(高教研究與評估版),2015(9):7-8.

[5]楊麗,于為,李曉紅.BOPPPS模型在數據結構課程教學中的應用與實踐[J].大學教育,2017(4):15-17.