基于BOPPPS的線上線下混合教學模式在數據可視化課程中的應用研究

王雪穎 李張美智

關鍵詞：BOPPPS；混合教學模式；數據可視化詞

0 引言

隨著大數據、云計算和人工智能等行業的高速發展，各類信息系統的數據量呈指數級增大，提升對數據的處理和分析能力已經成為當前信息技術發展的核心課題。數據可視化從狹義上來看指的是數據用圖表方式呈現，從廣義上講也可以將一些非數字的信息用統計圖表方式呈現[1]。在大數據時代背景下，美國的《2016-2045新興科技趨勢報告》將可視化視為數據分析關鍵技術之一，而國內的CCF大數據白皮書也把可視化列為大數據十大關鍵技術之一[2]。在此背景下，國內外高校紛紛開設了數據可視化相關課程，全面考查和培養學生對數據的分析、歸納和整理能力。

為了適應現代教育的需求，旨在探討如何將基于BOPPPS教學模式和線上線下混合式教學應用于數據可視化課程中。文章將介紹該教學模式的優勢，以及如何將其與數據可視化課程相結合，從而提升教學質量和學生的學習效果。重點關注線上、線下教學設計以及教學評估與反饋，以及為實現這一目標提供具體的實踐建議。

1 課程現狀

數據可視化課程主要教學目標是讓學生對大量復雜數據以簡單明了、直觀形象的方式進行分析和呈現，降低數據所有者對其的理解成本。該課程融合數據采集、數據分析、編程語言等多個領域的教學內容，實踐性偏強，對學生的邏輯分析能力、代碼開發能力以及應用轉化能力都提出了較高要求。通過本課程的學習，學生能夠逐步掌握使用Python編寫數據爬蟲、采用Numpy進行科學計算、基于Pandas對數據進行統計分析和預處理以及通過Matplotlib和Pyecharts 等可視化繪圖組件對最終形成的數據成果進行聚合展示。當前教學過程中存在以下問題：

1）課程專業綜合性高，單一線下課程難以包含數據可視化的全部技術棧。數據可視化融合多個相關專業課程知識，要求學生扎實掌握基礎知識。大數據專業尚在建設和探索發展過程中，傳統線下教學模式單一，注重理論而缺失項目實踐，難以培養可視化課程人才。

2）學生欠缺自主學習能力。當今數據可視化課程，不僅對學生編程實踐能力有一定要求，同時對學生數據采集、分析和歸納，可視化圖表的靈活運用等能力都有不小的挑戰，傳統線下的授課方法通常以教師為主導，缺少良性互動和對教學過程期間的總結和評估，學生由于缺乏學習熱情，通常處于被動學習狀態。

綜上所述，優化數據可視化課程十分重要，一是可以避免落后的課程和技術影響院校的教學水平和學生的整體素質；二是可以推動可視化課程的標準化，獲得在該課程上標準制定的主動權。因此提出基于BOPPPS的線上線下混合教學模式優化數據可視化教學，充分調動學生的積極性，全面考查學生能力。

2 教學模式簡介

2.1 BOPPPS 教學模式

BOPPPS 模型由加拿大教師技能培訓體系ISW （Instrctional Skills Workshop）創建，是一種被廣泛使用、經驗證有效的教學模式[3]，該模式經過實踐驗證，得到了國內外教學機構的認可，是目前諸多名校中較為推崇的教學過程模型之一。

BOPPPS模型提出了參與式學習的概念，強調在教學任務中，把教師為中心的思路向學生為中心轉化，讓學生充分發揮主觀能動性。BOPPPS 將教學任務分為6個階段：Bridge in（導言）、Objective（教學目標）、Pre-assessment（前測）、Participatory Learning（參與式學習）、Post-assessment（ 后測）、Summary （總結）[4-5]。

導言階段是課程的開場部分，在此階段教師會回顧上一節課程的內容，或者通過一個實際案例來吸引學生的課堂注意力，引發學生的好奇心和學習的興趣，讓學生充分思考并了解課程主題。教學目標階段教師會明確告訴學生本節課的學習目標，這些目標具有明確且可度量的標準，方便教師和學生在整個教學過程中更加準確地評估自身教學和學習效果。前測可以使教師通過課堂提問、測驗和討論等方式，準確掌握學生的學習情況，從而能夠進行針對性的教學。參與式學習鼓勵學生積極參與到教學活動中，與教師共同構建知識體系。教師可以采用組織小組討論、設計團隊合作項目等方式，讓學生轉變為教學主體，顯著增加教師與學生以及學生與學生之間的互動研討頻率。后測主要任務為評估學生的學習成果，判斷學生是否達到了預定學習目標，這是檢驗教學效果的關鍵階段，為教師提供了數據反饋，以便在之后的教學任務中進行調整和改進?？偨Y階段中，有效地總結課堂內容有利于學生理清完整學習路徑，形成思維導圖，教師可以通過簡短的課堂講解，復習主要的知識點。

BOPPPS 模型通過以上6個階段，讓每個階段各司其職，形成了一個互補且連貫的教學過程。此模型支持教師在課堂教學中實現明確的教學目標，同時強調以學生為主體，積極參與各個階段的學習和總結任務，促進了教師和學生的交流，提高了教學效果和學習體驗。

2.2 線上線下混合教學模式

混合教學模式，即將線上與線下教學相結合，作為一種創新的教育方式，正在逐漸受到教育領域的廣泛關注。與傳統的面對面教學和純線上教學相比，這種混合模式增強了學生學習的靈活性，提供了多樣化的交流和討論工具，并增進了學生與教師以及同伴之間的互動性。這種模式有助于培養學生的實踐技能和問題解決能力，尤其在許多與計算機相關的課程中顯示出更大的優勢和發展潛力。

混合教學模式的成功之處在于其將線上線下的教學方式有機結合。在線上，學生可以通過視頻教學、網絡討論等方式，在靈活的時間和地點獲取知識，提高了學習的便利性和自主性。在線下，面對面交流和討論，以及實踐操作的機會，可以增進學生對知識的理解和應用，提高他們的實踐和社交相關技能。

特別是在數據可視化這類需要既理解理論又需要實踐操作的課程中，混合教學模式的優勢更為突出。在線上，學生可以通過觀看教學視頻或案例展示，了解數據可視化的理論知識和操作步驟；在線下，教師可以在實驗課指導學生進行實際的數據分析和可視化操作，解答他們在實踐中遇到的問題。

3 基于BOPPPS 模型的線上線下混合教學模式設計

3.1 教學目標

隨著教學過程中逐漸加入各類信息化應用，在線課堂已成為教學內容傳播和延伸的重要載體之一。隨著在線課堂上線大量優質的教學資源和實踐項目，極大地豐富可視化教學內容，實現了課程的語音、圖文、視頻多元化呈現，采用實際項目方式生動形象地演示了抽象的可視化知識點，使學生在實踐中潛移默化地理解和掌握復雜知識點。同時線上資源也打破了時間和空間限制，學生可以根據自身情況，在任意時間地點學習，實現分層教學和個性化教學。

教師為學生提供在線數據可視化學習的資源，如在線教程、博客、論壇等。學生可以在課程結束后，利用這些資源繼續深入學習數據可視化相關的知識。當把教學資源上云后，可以在保證線上教學的同時，收集到大量學習數據，如學生的在線學習行為、學習成績、互動參與度等，這些數據是深化教學改革、優化教學資源和流程的重要依據，教師可以實時跟蹤學生的學習情況，根據學生遇到的不同問題，調整教學策略。

3.2 教學設計

混合式教學模式關鍵在于課程設計，基于BOPPPS的線上線下混合教學設計框架如圖1所示。課程選取數據可視化詞云圖章節，以“超星學習通”為混合教學平臺，在課堂中應用BOPPPS 6個教學環節。教學中各個階段的任務清晰明確，線上線下相互配合，共同推動知識的傳遞、固化和擴展。

1）課前

在課前學習階段，線上學習具有明顯優勢，特別是使用在線教育平臺時。課前教師利用教學平臺建立班級和對應課程，學生加入班級，教師發布公告，根據學情提前在線上發布學習資料，如PPT、操作視頻等；學生可以通過在線教育平臺，利用學習資料進行高效的預習，這種方式相較于傳統預習方式，學生可以隨時隨地進行預習，這為學生提供了極大的便利性，使得學習不再受限于特定的時間和地點。利用空閑或碎片化的時間進行課程預習。這種高度的靈活性使得學生能夠更容易地適應自身的學習節奏和生活安排。

2）課中

①導言。導言是教學活動的開始，教師提前發布教學任務以及預期效果，引導學生進入學習狀態，從而激發學生學習興趣。本次課程采用案例引導的方式，例如：教師通過在線平臺發布詞云圖應用案例布置自主學習任務。提出相應問題“詞云圖可以運用到哪些場景？它的作用是什么？”“做一個詞云圖前你認為有哪些準備工作？”等問題，激發學生興趣和求知欲，引入本節課的教學目標。

②目標。制定教學目標可以明確學生的學習方向，為整個學習周期奠定基礎，也是教師對學生學習效果的重要評判指標。

在詞云圖可視化課程中，知識目標為了解詞云圖的基本構成，掌握制作中文詞云圖的前期數據處理工作，如分詞、去停用詞、統計詞頻、計算權重等；能力目標為學生能根據特定的數據和需求場景使用Py?echarts包繪制詞云圖，從而掌握從繁雜數據中提取關鍵信息的能力；素養目標為培養學生自主學習、有效分析數據，團隊合作能力。

③前測。對學生課前的預習情況做摸底測試，全面掌握學情，了解學生對本節課知識點的掌握情況，便于有效地組織教學，同時為后續教學安排提供基本的數據指導。

通過在線平臺發布詞云圖課程學習視頻，要求學生自學詞云圖案例內容。然后發布課前任務，要求學生描述制作詞云圖的基本流程，嘗試使用工具對數據進行簡單處理并設計制作，而本次前測主要考查知識點是學生是否了解詞云圖作用和制作詞云圖的基本工作。

④參與式學習。該階段教學主體由教師轉變為學生，教師通過案例教學法以及討論法等與學生積極互動，讓學生自己參與到整個教學流程中，充分調動學生積極性，有效培育學生的創新思維實踐和團隊合作能力，使學生可以從多角度適應多樣化的學習目標。

教師先講解文本處理的方法和詞云圖制作流程以及最終效果圖的特點，再引導學生使用Pyecharts幫助手冊去具體實現一個簡單的圖示效果，使理論知識形象化具體化。

教師分發幾組簡單數據，如《歷年城市可持續發展與水污染防治決策》《2010—2020年中國電影影評》等，利用Python詞云生成技術提取數據并生成詞云圖，根據詞云圖提供的關鍵詞信息，從中發現并提取文本中的關鍵信息并進行分享，讓學生從解決實際問題的角度帶到分組討論中，最大限度避免學習詞云圖知識點而不知道怎么使用的問題。

⑤后測。后測主要對學生的學習效果進行評估，充分了解學生是否完成了預期的教學目標，與課前學習目標互相呼應，形成互補。教學結束后，教師在線教學平臺發布課后任務，要求學生根據文本實現數據預處理、詞語圖繪制、詞云圖優化等工作，從圖中提取有效的關鍵信息，編碼并實現。學生根據學習內容及時完成，教師評估學生學習效果，并對測試后的結果進行點評。

⑥總結。教師回顧課堂內容，根據學生后測成果及教學中發現的問題進行總結和提出相應改進措施，幫助學生理清知識重難點，加深記憶。鼓勵學生進行小組討論，共同總結他們在課程中學到的知識和技能，從而幫助學生理解和消化相關知識。

3）課后課后是一個非常重要的學習階段，學生可以合理安排空閑時間登錄在線學習平臺，通過教師發布的實踐作業、教學PPT、優質教程視頻等豐富內容進行高效復習，針對學習中存在的問題可以通過平臺問答板塊、私信板塊等方式與教師和其他學生進行溝通交流。該階段可以幫助教師評估自身教學質量，也可以幫助學生鞏固學習成果，深化理解和提高技能。

綜上所述，BOPPPS強調6個環節的完整性和靈活性，所有環節相輔相成，整體提高學生在可視化課程中的綜合能力，并且6個環節可以根據教學時間、學生平均學習能力等方面的差異進行靈活調整。

4 教學實施效果

教學采用基于BOPPPS的線上線下混合教學模式已經在2023年數據可視化課程中開展。通過對比開展前后學生提交的大作業完成情況，發現開展混合教學模式后，大部分學生采用的技術棧和展示效果相比開展前更加豐富，從傳統的靜態網頁模式，轉變為了更加成熟的前后端分離模式，最終開發成果質量大幅度提升。經學生反饋，技術棧的增多，會促進組內分工變得更加合理和明確，有效避免了學生在團隊協作中“人多事少”的情況。

同時，利用在線平臺對學生進行了教學效果問卷調查，結果顯示89.7%的學生對教學效果感到滿意，并認為引入混合教學模式避免了“重理論、輕實踐”問題，激發了學習興趣，提高了參與感；82.3%的學生認為該模式可以提高自學能力，線上可視化教學資源不再局限于大綱，對各類可視化技術以及其交叉學科都能夠進行有效學習。此外，教師也引導學生充分發揮課程的作用，以實際項目為基準，鼓勵優秀學生參加各類可視化相關競賽，實現“以賽促學，賽教合一”的教學模式，充分調動學生的主動性和積極性。

與傳統教學模式相比，該教學模式有效實現了線下理論學習與線上實踐練習相結合、學生為主體授學和教師為主導教學相結合、團隊合作能力提升和個人技能水平提升相結合，既注重理論教學的深度與實踐練習的廣度，又強調學生主體性與教師引導性的相互作用，同時兼顧團隊能力和個人能力的提升，形成了一個全面、均衡的教學結構。

5 結語

線上線下混合式教學能夠充分利用網絡資源，打破傳統教學區域和時間的限制，整合和共享優質的教育資源，讓更多的學生受益。文章以數據可視化課程為例，設計了一種基于BOPPPS的線上線下混合教學模式。實踐證明，該教學模式以多樣的教學方式為手段，豐富的教學內容為基底，從根本上提高教學質量，增加教師與學生間的互動，讓學生掌握在實際中分析問題，解決問題的能力，具有很高的應用推廣價值。