基于“SPOC+BOPPPS”模型的混合式教學設計與實踐

摘 要：為解決傳統教學中教學內容瑣碎不系統、教學理念刻板守舊和教學課程考核評價體系單一等問題，以物聯網工程專業樹莓派接口及項目開發課程教學為例，基于“大云上”SPOC平臺，引入BOPPPS教學模型，構建線上線下混合式教學模式，對教學目標、教學內容、教學過程進行改革與實踐。結果表明，將SPOC在線教學環境和BOPPPS教學模型相融合，可以有效地調動學生的積極性和主觀能動性，提升學習效果。

關鍵詞：物聯網工程；樹莓派接口及項目開發；混合式教學；SPOC；BOPPPS；教學改革

中圖分類號：TP311；G642 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）09-0-03

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.09.038

0 引 言

互聯網時代給傳統的教育體制帶來了新的挑戰。國內高校對慕課、翻轉課堂、SPOC（小規模限制性在線課程）、混合式教學等領域展開了相關研究[1-3]。其中混合式教學是在傳統課堂教學基礎上融合在線學習的一種教學模式，充分利用線上學習資源調動學生學習的自主性，提供靈活、個性化和互動性強的學習體驗。旨在充分發揮教師在教學過程中的引導、啟發和監督等主導作用，同時也重視學生在學習過程中的積極性、主動性和創造性，以達到提升教學效果的目的。

樹莓派接口及項目開發課程作為國家級一流本科專業物聯網工程的專業核心課，以樹莓派開發板為硬件載體，旨在設計和開發出有趣和實用的物聯網設備。本校針對該課程于2020年組建混合式教學團隊，借助中國大學慕課異步SPOC平臺，錄制相關教學視頻107個，總計時長近600 min，內容涵蓋課程全部知識體系，為線上線下混合式教學提供了充足的線上資源；2021年將課程全部資源部署至學校“秾大云上”線上慕課平臺，繼續完善線上資源庫，更新豐富課程教學內容，積極探索線上線下混合式教學模式，目前已運行4輪。

在樹莓派課程線上線下混合式教學中，為解決傳統教學中教學內容瑣碎不系統、教學理念刻板守舊和教學課程考核評價體系單一等問題，教學團隊基于現有的“秾大云上”SPOC混合式教學環境，引入 BOPPPS 教學模式優化教學設計、加強課堂互動，進而提高課堂教學效果和趣味性。

1 教學設計理念

1.1 SPOC教學

SPOC教學（Small Private Online Course，小規模限制性在線課程），是一種將課堂教學與在線學習相結合的教學組織形式[4-5]。相比于傳統的大規模在線課程（MOOC），SPOC教學更注重定制化和個性化的學習體驗。

在SPOC教學中，教師能夠根據學生的需求和興趣，靈活設計教學內容和學習支持。通過在線平臺，學生可以在自己選擇的時間和地點進行學習，獲得靈活性和方便性的學習體驗。同時，SPOC教學注重互動和個性化指導，教師與學生之間可以進行實時的交流和反饋。SPOC教學的小規模特點使得教師能夠更好地關注每個學生的學習進展，并提供有針對性的支持和輔導。通過這種個性化的學習支持，學生可以更好地理解和掌握學習內容，提高學習效果。

1.2 BOPPPS教學

BOPPPS教學模型以建構主義和交際法作為理論依據，在教學實施過程中將教師從“傳統知識傳遞者”轉變為“引導者”，將學生從“被動接收者”轉變為“認知主體”，提倡“參與、協作式教學”，注重“師生互動、生生互動”，充分調動學生學習的主觀能動性，是一種強調學生參與和反饋的閉環教學過程模式[6]。BOPPPS教學模型將課堂教學分為導入（Bridge）、學習目標（Objectives）、前測（Pre-assessment）、參與式學習（Participatory Learning）、后測（Post-assessment）和總結（Summary）6個環節[7-8]。通過設置以上6個教學環節來優化課程結構，引導學生積極參與學習，輔助教師把握課堂節奏，及時獲得學生反饋信息，調整后續教學環節，從而提升學生學習興趣，增進師生互動的教學效果。

BOPPPS教學模型為教學活動的開展提供了較為完整科學的理論指導，而SPOC則提供了靈活和個性化的學習環境。因此，將BOPPPS和SPOC教學模式相融合，可以充分發揮它們各自的優勢，形成更為完善的線上線下教學活動設計框架，保證教學活動之間有效地銜接，加深學習者對知識的理解[9-10]。因此，基于BOPPPS模式進行SPOC環境下的混合式教學活動設計，具有一定的系統科學性和可操作性，為開展線上線下混合式教學設計的改革提供了切實可行的辦法。

2 基于“SPOC+BOPPPS”的課程混合式教學設計與實踐

2.1 教學設計整體思路

為激發學生自主學習探究的能力，樹莓派接口及項目開發課程以一流課程“兩性一度”為標準，在“成果導向、學生為中心、持續改進”的教育教學理念指導下，依據物聯網工程專業人才培養方案和畢業要求指標點，從知識應用能力、分析能力、設計能力、實驗實踐能力4個方面明確課程目標和制定教學大綱，并引入BOPPPS教學模式進行課程教學設計，整體教學模型設計如圖1所示。

整體教學設計思路為：采用BOPPPS教學模式實現“課前自主學習-課堂探究學習-課后實踐應用”3個環節的線上線下混合式教學。課前自主學習階段，采用線上形式開展。教師基于“秾大云上”信息化平臺發布課前預習任務和相關學習資料，學生利用碎片化時間觀看視頻并完成相應的線上測試，鞏固基礎知識，為課堂學習做準備。課堂探究學習階段，利用“翻轉課堂”進行線下教學。教師運用“現場展示法、小組討論法”為主體的教學方法，通過現場展示，引導學生思考、重視體驗、強化表達；通過小組討論，增強學生團隊合作意識，促進所學知識內化，提高學生積極主動性。課后實踐應用階段，采用“項目驅動法”進行實驗教學。學生通過線上平臺反饋學習情況，教師線下通過項目開發實驗引導學生發現問題、分析問題和解決問題，增強學生動手實踐能力，達到學以致用的目的。

2.2 基于“SPOC+BOPPPS”的教學應用實踐

課程團隊在教學內容設計中提出“1+3+8”思路，即遵循1個通用嵌入式開發框架，選擇樹莓派作為開發板；教學內容覆蓋軟件開發、硬件設計以及樹莓派特有的網絡編程

3個模塊，符合從軟件編程到硬件連接，再組合、遞進的物聯網項目整體設計開發模式；設計出8個專題，分8章進行學習。“1+3+8”課程思路如圖2所示。

下面選取課程教學內容中的“樹莓派與外設”知識點，以知識點第一講作為課堂教學設計示例，闡述基于“SPOC+BOPPPS”教學模式的教學設計實施過程。

（1）學情分析

本課程授課對象是物聯網工程專業的2020級學生，現階段大部分學生的接受能力和實踐能力較強，思維比較活躍，學習積極性較高，對實物開發板的應用很感興趣。經過前期相關專業課程學習和本課程前面內容的學習，學生已有一定的電路系統分析、程序設計與調試和傳感器技術等相關理論知識的儲備，為本課程的學習奠定了知識基礎。

（2）教學實施過程

①導入（Bridge-in）：教師在線上平臺發布課前思考題“數碼管在日常生活中隨處可見，搜集你所知道的數碼管應用案例，考慮如何將這些數碼管連接到樹莓派上”。學生搜集相關資料，試著將數碼管連接到樹莓派上，在此過程中通過線上平臺相互討論與分享，更全面地了解課堂上將要講授的內容。

②學習目標（Objectives）：教師要求學生在“秾大云上”完成視頻內容的學習，例如生活中常用的傳感器及其引腳和工作原理，樹莓派讀取傳感器數據的方法，以及輸出設備（四位數碼管、LED燈）的連接和控制等，并針對本次課程確立明確的學習目標。

③前測（Pre-assessment）：課前學生在“秾大云上”教學平臺觀看相關視頻等各類學習資源，并結合課前預習知識完成發布的前測練習，檢驗其預習情況并鞏固所學的知識點。

④參與式學習（Participatory Learning）：課堂參與式教學主要分為“知識回顧”“教學引導”“課堂展示”“小組討論”四部分。在“知識回顧P1”環節，教師回顧知識點“樹莓派GPIO的操作”，并提問“現在需要利用樹莓派上GPIO引腳控制LED的亮滅，那么所連接的LED引腳是作為輸入模式還是輸出模式，如何編寫代碼實現”。教師通過“提問點評-現場演示”，檢驗學生的學習效果，加深學生對先前知識的理解，提升他們的學習興趣。在“教學引導P2”環節，針對課前任務中關于數碼管應用的思考題，教師與學生共同探究“如何判斷數碼管是共陽極還是共陰極”，強調知識點，提升理性分析問題的能力。在“課堂展示P3”環節，課前由學生自主選擇發布的展示專題，完成課堂展示。比如：主題為樹莓派上玩三字經游戲，由學生主導演示，通過該主題引導學生體會《三字經》文化遺產的內涵，體會中國文化的魅力，同時加強生生互動，抓住學生的興趣點，開闊學生的知識視野。在“小組討論P4”環節，教師發布討論主題“你能想象和總結出哪些樹莓派結合外設的應用場景？請簡單描述這些場景中樹莓派和外設的作用”。給定時間讓學生進行分組討論，由小組推選一位組代表，匯報討論結果，在討論過程中加強“師生互動、生生互動”，培養學生的團隊協作意識和解決問題的能力。

⑤后測（Post-assessment）：本課程通過“項目驅動”實踐環節展開后測，考查學生對整節課的學習目標的完成度。本次實驗利用樹莓派驅動數碼管顯示環境溫度，學生以分組形式完成，在實驗過程中將所學知識學以致用，深化對理論知識的理解和掌握。

⑥總結（Summary）：分為課堂總結和課后總結兩部分。課堂總結主要是教師對本節課的教學內容進行梳理總結，理清各知識點的關聯，引導學生回顧知識和收獲，對課前預習及時、線上測驗準確率高、課堂表現活躍、課后實驗完成度高的學生予以表揚，并提醒學生按時完成平臺上實驗項目的提交。課后總結是教師通過分析總結學生線上學習數據和線下表現情況，對教學各環節進行反饋、完善，形成教學設計閉環。

3 教學評價與分析

3.1 課程考核方式

課程采用過程性考核評價方式，分為線上和線下兩大部分。如圖3所示，線上考核占40%，包含理論學習、單元測驗、線上實驗。線下考核占60%，包含課堂討論、項目開發。每位學生需要完成單元測驗8次，參與課堂討論1次，完成實驗項目8個，項目開發8個。其中單元測驗內容由平臺自動判分，線上實驗由學生互評，課堂討論和項目開發由教師進行判分。

3.2 教學效果評價及成效

在2020級物聯網工程專業的教學中引入BOPPPS教學模型后，學生對課程的接受度和滿意度明顯提高，評教分數均在90分以上。從評教結果來看，大部分學生滿意度較高，認為課程內容設計合理、教學方法行之有效、課程教學效果顯著。評教結果見表1所列。

自開展基于BOPPPS教學模型的混合式教學方式以來，學生學習興趣高漲，開放實驗室常出現周末也搶座的現象；學生合作意識增強，組隊參加各類競賽的人數持續攀高；學生的實踐能力有所提升，積極參加大學生創新項目、全國機器人大賽等，收獲頗豐。

4 結 語

為適應“新工科”對人才綜合性和創新性的培養需求，教學團隊將基于 “SPOC+BOPPPS”模型的混合式教學模式應用于樹莓派接口及項目開發課程中，引入BOPPPS六步教學法，依托“秾大云上”SPOC平臺，采用線上自主學習與線下輔導相結合的模式，線上學生借助豐富的線上資源開展自主學習，線下實踐環節以項目為任務驅動，課堂中將展示、討論相結合，實現“項目+展示”雙驅動。教學閉環串聯課前、課中、課后3個環節，實現學生深度參與的課堂翻轉互動。將單元測驗、展示與討論、實驗操作、項目開發內容相組合，完成覆蓋教學全流程的過程性考核，強調學生課堂參與度，營造集體學習、成果共享氛圍，真正做到以學生為中心，激發學生學習興趣，有效提升課堂教學水平。

參考文獻

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32（5）：650-661.

收稿日期：2023-09-15 修回日期：2023-10-13

基金項目：2024年新疆農業大學教育教學改革研究項目：《樹莓派接口及項目開發》課程教學案例集資源建設與應用研究（2024PTJG037）；2020年新農科改革與實踐項目：西部多民族地區“新農科-智慧農業”復合型人才培養改革與實踐（2020044）；2022年新疆農業大學教育教學綜合改革與實踐項目：物聯網工程國家一流本科專業核心課程體系改革研究（2022JXGG06）；2023年第二批國家級一流本科課程-線上線下混合式一流課程——“樹莓派接口及項目開發”

作者簡介：文 歡（1991—），女，碩士，講師，研究方向為物聯網技術。

孟小艷（1978—），女，博士，副教授，研究方向為人工智能。

馮向萍（1975—），女，碩士，副教授，研究方向為計算機軟件與應用。

王 磊（1985—），男，在讀博士研究生，講師，研究方向為物聯網技術。

柯春艷（1985—），女，在讀博士研究生，講師，研究方向為物聯網技術。