“案例教學+BOPPPS模型”在新型導航技術課程教學設計中的應用

范晨 何曉峰 張禮廉

摘 要 新型導航技術課程是面向高年級研究生開設的專業核心課程，具有前沿性強、多學科交叉、專業實踐性強的特點。為了增強課堂教學互動性，實現知識講授與教學效果檢驗閉環，采用案例教學與BOPPPS模型進行結合的混合教學方式。以仿生智能導航教學章節為例，從導入、目標、前測、參與式教學、后測和總結六個環節探討了混合教學設計的應用，以充分激發學生學習興趣，引導其主動參與課堂教學，實現教學目標與教學效果的有效閉環，為新型導航技術課程的教學方法創新運用提供了一種有益實踐。

關鍵詞 案例教學 BOPPPS模型 教學方法

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.10.035

Abstract The new navigation technology course is a professional core course for senior graduate students. It has the characteristics of strong cutting-edge， interdisciplinary and strong professional practice. In order to enhance the interactive nature of classroom teaching and realize the closed loop of knowledge teaching and teaching effect inspection， a mixed teaching method combining case teaching and BOPPPS model is adopted. Taking the bionic intelligent navigation teaching chapter as an example， the application of mixed teaching design is discussed from six links of introduction， including bridge in， objective， pre-assessment， participatory learning， post-assessment， and summary. This method can fully stimulate students interest in learning and guide them to actively participate in classroom teaching and achieve teaching goals and teaching effects form an effective closed loop， and also provides a beneficial practice for the use of innovative teaching methods for new navigation technology courses.

Keywords case teaching; BOPPPS model; teaching method

根據教育目標分類與認知理論，[1]學習認知目標可劃分為知曉（Knowledge）、理解（Comprehension）、運用（Application）、分析（Analysis）、綜合（Synthesis）、評估/創新（Evaluation/Create）六個層次，各層次的目標難易程度依次遞增，從對學習內容的知曉，到合理運用知識對具體內容評估，對教學方式方法提出了更高的要求。隨著科學技術的不斷發展，特別是智能科學的迅速發展，使得專業課程教學內容不僅局限于經典理論知識的講解，同時也將最新技術前沿融入專業教學，為學生知識創新與能力培養奠定基礎。與此同時，傳統教學方式側重于對知識的講解，要求學生知曉與理解課程內容，結合教育目標分類與認知理論，需要加強在知識的運用、分析、綜合與評估方面的設計。從基本方法入手，改進傳統教學模型，拓展新的教學手段，使學生不局限于掌握現有知識，更重要的是學會知識創新與創造，從而將現有教學目標推向綜合與評估的更高認知層面。本文以筆者講授的“新型導航技術”為例，淺析如何綜合利用案例教學與BOPPPS模型進行課程教學設計。

1 概述

新型導航技術是國防科技大學面向高年級研究生開設的專業核心課程之一，特點是前沿性強、多學科交叉、專業實踐性強，要求學生能夠通過掌握新型導航技術的基本原理與實現方法，知曉開展前沿導航技術研究的途徑，并能夠進行實踐、分析與討論，達到學以致用、融會貫通的教學目的。本門課程內容涉及導航學、仿生學、智能科學以及計算科學等多個學科，而采用傳統教學模式開展授課時，教學效果難以達到預期目標，主要體現在兩方面：一是課堂教學的互動性不強，由于新型導航技術的一些知識點較為抽象，傳統教學模式側重于理論講授的單向輸出，缺乏一定的課堂互動環節設計，學生課堂參與度不高，導致學習興趣與思考主動性難以被充分調動;二是知識講授與教學效果檢驗不閉環，本門課程內容主要為導航技術發展的前沿，具有較強應用需求牽引性，要求學生能夠對所學的專業知識實現融會貫通，并且能夠具備解決實際應用問題的能力，但傳統教學對知識講授與教學效果檢驗缺少必要的閉環評估環節，難以把握學生對重點知識內容的掌握效果。

案例式教學是一種強調互動性和應用性的新型教學方式，[2]由哈佛大學的情景案例教學課演變總結而來，通常將理論教學內容與實際應用案例相結合，能夠提高學生的主動學習興趣以及知識理解能力。案例教學要求教師根據具體授課內容，課前準備特定的教學案例，課中將案例貫穿教學實踐，通過案例抽象出授課知識點，來達到啟示理論和啟迪思維的目的。[3]與傳統的教學手段相比，案例教學的最大特點是形象化，能夠將教學內容與具體案例融合，加上直觀、形象、生動的形式，給學生身臨其境之感，充分調動學生去主動學習和思考，達到理論與實踐的雙核驅動教學。BOPPPS教學模型構建了一種規范化可操作性的教學設計框架，強調課堂互動與課堂效果檢驗反饋，在全球多所大學與培訓機構應用，被充分驗證，結果表明能夠有效地改善教學課堂效果。[4]

考慮新型導航技術的課程特點，筆者認為，遵循學習認知發展層次，從教學方法入手，將BOPPPS教學模型與案例式教學相結合，以加強課堂互動和教學閉環檢驗環節設計，其中關鍵是如何基于BOPPPS模型的標準化模塊，實現典型教學案例的設計。仿生智能導航作為新型導航技術的一種，也是當前導航技術研究的前沿熱點，結合教學實踐經驗將選取此節來探究案例教學與BOPPPS模型在課程案例教學設計中的應用。

2 基于BOPPPS模型的案例教學設計

2.1 設計思路

本節授課內容仿生智能導航技術中的仿生偏振光導航，將以撒哈拉沙漠螞蟻覓食返巢揭秘為案例進行設計。通過深入分析沙蟻覓食后沿直線返巢現象背后所涉及的導航秘密，完成大氣偏振信息測量方法和大氣偏振光導航原理與方法的教學任務。

以BOPPP模型為“案”，以撒哈拉沙漠螞蟻覓食返巢揭秘為“例”，梳理教學內容，對關鍵知識點進行模塊化分解。BOPPPS模型主要由六個模塊組成，分別是導入（Bridge in）、目標（Objective）、前測（Pre-Assessment）、參與式教學（Participatory Learning）、后測（Post-Assessment）、總結（Summary），每個模塊具有明確的教學目標，相互承接，構成完備統一的教學過程，所設計的課程教學基本框架如圖1所示。

2.2 教學設計

2.2.1 導入環節

從學生日常生活中使用智能手機進行導航為切入點，對比動物主要依靠自然界的信息進行導航的方式，鼓勵學生主動思考動物如何進行導航，進而引導學生聚焦到沙漠螞蟻（以下簡稱沙蟻）的導航，設置提問沙漠環境惡劣下有哪些可用的導航信息源，以激發學生主動學習的興趣。

2.2.2 目標

結合圖例，描述沙蟻覓食返巢的過程，增強學生的直觀感受。采用啟發授課的方式，引導學生從信息獲取與利用的角度，分析沙蟻利用天空偏振信息進行導航的可行性，以揭示沙漠螞蟻導航之謎的方式，引出授課目標，即掌握大氣偏振光測量原理，與大氣偏振定向原理（見表1）。

2.2.3 前測

使用雨課堂進行課堂互動提問。設置天空為什么藍色的問題，引導學生回顧相關的物理基礎知識，思考產生的原因，并根據雨課堂統計情況及時掌握學生的基礎知識儲備情況，從而確定授課進度。

2.2.4 參與式教學

本環節是設計核心，采用問題引導、分組討論與總結講授的方式交叉進行。圍繞授課目標，分為三個部分：首先，展示太陽光經大氣產生偏振的過程，啟發學生一起總結天空偏振信息的分布特點，再次營造主動學習氛圍;然后，引導學生思考沙蟻利用復眼偏振神經元處理信息的過程，建立偏振測量方程，并推導偏振信息的解算過程，強化學生對課程知識點的掌握;最后，采用分組討論的形式，從實際導航偏振圖出發，引導學生觀察思考偏振圖的變化規律，討論沙蟻進行偏振光導航的可能實施方案，總結講授偏振光定向的關鍵知識點。

2.2.5 后測與總結

通過提問啟發，引導并評估學生對關鍵知識點的掌握程度。啟發提問利用月亮偏振光導航的可行性，回顧關鍵知識點，評估學生對知識點的理解程度。結合搭建的機器人實驗教學平臺，安排相應的實驗，鼓勵學生在知識應用中進行探索與實踐。

3 結束語

隨著教學改革的不斷深入，先進的教學模型與方法不斷引入課程教學設計。BOPPPS模型與案例式教學在課堂中應用比較廣泛，但將兩者有機的結合，應用于專業課程教學設計的文章較少。本文結合課程教學實踐，以沙漠螞蟻覓食返巢揭秘為教學案例，詳細介紹了利用BOPPPS模型進行課堂教學案例設計的基本過程。從教學效果來看，BOPPPS教學模型與教學案例相結合的方式，能夠充分激發學生的學習興趣，增強了課堂互動性，并通過課上評估與課下實踐，使得教學目標與教學效果能夠形成有效的閉環。

本文系2020年湖南省普通高等學校教學改革項目（依托智能導航競賽促進導航工程專業強軍新工科建設）和教育部新工科研究與實踐項目（軍事智能領域新工科人才培養的探索與實踐）的階段性成果之一

參考文獻

[1] B.S.Bloom.Taxonomy of Educational Goals： Cognitive Domain of Volume One [M].Shanghai： East China Normal University Press，1986.

[2] 李同杰，宛傳平，李忠芳，等.工程案例式教學法在基礎力學教學中的應用[J].教育進展，2018，8（05）：573-578.

[3] 鄭淑芬.案例教學法的作用、實施環節及需要注意的問題[J].教育探索，2008.3（4）：56-57.

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