BOPPPS教学模型在“算法分析与设计”课程改革中的应用

阮勇辉　朱友康　吴天乙　韩伟

摘 要 分析“算法分析与设计”课程现状，针对传统教学方法存在的问题引入BOPPPS教学模型，进行课程改革。讨论了BOPPPS六大环节在“算法分析与设计”课程中的应用，并举例说明了各环节的实施方法。最后提出了对课程评价体系的改革措施，使得新的教学方法和相应的评价体系能够更好地反映真实的教学效果。

关键词 BOPPPS 算法分析与设计 教学改革

中图分类号：G424                                   文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2020.05.060

Abstract This paper analyzes the current situation of Algorithm Analysis and Design， introduces the teaching model of BOPPPS to solve the problems existing in traditional teaching methods， and carries out course reform. This paper discusses the application of six links of BOPPPS in the course of Algorithm Analysis and Design， and illustrates the implementation methods of each link with examples. Finally， the paper puts forward the reform measures of the curriculum evaluation system， so that the new teaching methods and the corresponding evaluation system can better reflect the real teaching effect.

Keywords BOPPPS; Algorithm Analysis and Design; teaching reform

1 概述

近年來，计算机专业的人才需求量快速增加。计算机专业毕业生的素质之一，是具备良好的算法基础，既有扎实的理论功底，又能在实际工作中进行应用。通过“算法分析与设计”课程的学习，学生可以掌握一般算法的概念和分析、设计方法，提升理论素养和应用水平，同时也为学生在计算机领域的进一步深造打下良好的基础。

在“算法分析与设计”课程的实际教学过程中，教师和学生往往会遇到许多问题。首先，教学目标不够明确，教师往往只是简单的规定学生需要理解和掌握哪些知识点，而学生则不了解所学的知识点有什么作用，这样很难引起学生的兴趣。

其次，算法知识保罗万象，从计算机到数学、通信等领域均有涉及，知识体系庞大。在传统的教学方法中，教师为了保证知识的系统性，需要讲解大量内容，但忽略了学生对知识的接受情况。通过灌输为主要手段的教学方法往往导致课程讲完时，学生已经忘记大部分的内容。

最后，课程本身较为抽象，难度较大，对课上学到的知识进行实际应用更是难上加难。如果教师不加强课堂的互动性，学生就很难有效的参与到教学过程中，很容易分神，降低学习效果。而传统的教学方法中，这一点恰恰是容易被忽视的。

针对上述问题，本文探讨“算法分析与设计”课程的教学改革方法，使用BOPPPS教学模型来解决教学目标不明确，学情得不到重视，课堂参与度低等问题。

2 BOPPPS教学模型简介

BOPPPS教学模型根据教育学人的认知理论提出的一种教学过程设计，[1]近年来受到国内各大高校的关注，[2-4]该模型将教学过程分为六个部分。

导入（Bridge-in）：利用提问、案例分析、短视频等方法引起学生的兴趣，使学生进入学习状态。

目标（Objective）：让学生明确可量化、可检验的学习目标。

前测（Preassessment）：教师通过小测试了解学生对于课程内容的相关基础知识的掌握情况。

参与式学习（Participatory learning）：学生充分参与的教学过程。

后测（Postassessment）：教师通过小测试了解课程是否达到了预期的目标。

总结（Summary）：总结课程的知识点，帮助学生强化学习目标。

BOPPPS教学模型非常契合“以学生为中心”的教学理念，强调学生参与到教学过程中，教师则需要及时了解学情，并根据学情调整教学计划。通过仔细设计六个教学环节的内容，教师可以充分调动学生的积极性，活跃课堂气氛，并且使学生牢固的掌握所学的知识点。

3 课程教学方法改革

通过引入BOPPPS教学模型进行课程改革，改进传统教学方法在课程中的诸多问题，分析了BOPPPS教学模型六大环节在“算法分析与设计”课程中的具体实施方法。

3.1 导入环节

导入部分通常时间较短（3至5分钟），应该充分借鉴微课教学法、案例教学法等方法，使得学生的兴趣被快速的调动起来。

微课教学法是利用微视频的形式讲授知识的一种教学方法，其核心在于短小、精炼的微视频。在BOPPPS的导入部分，教师可以通过微视频让学生快速了解各类算法在实际应用中的成果。例如，在介绍算法的概念之前，可以先播放《AI算法助力疾控诊疗》短视频，向学生展示算法如何在医疗领域带来帮助，让学生明白算法学习并不是空中楼阁，而是与日常工作生活息息相关。

在短视频素材的选取方面，教师应该以时事要闻为主，特别是学生更加关注的新闻，让学生觉得课程内容与日常生活有联系，用得上。

案例教学法是一种以案例为基础的教学方法，教师选取与课程内容相关的实际案例作为导入，让学生在充分思考的基础上，能够主动参与到后续环节，而不是一味的被动接受。

例如，在讲解线性规划模型时，可以通过银行理财的案例作为课程导入。理财是日常生活中经常发生的事，不同的方式带来不同的收益，在理财时达到收益最大化是所有人的共识。在讲解该案例时，学生会觉得理财知识非常有用，但又无从下手，从而产生好奇心，于是主动参与到后续的教学环节中。

课程导入环节是BOPPPS模型中非常重要的一环，在“算法分析与设计”课程中，由于算法本身较为抽象，学生很难快速进入学习角色中，因此导入环节的设计尤为重要。好的导入能够让学生自然的进入学习状态，跟随教师参与到后续教学环节中。导入的方法不限于上述的讨论，教师应该不断的探索如何设计一个好的导入环节。

3.2 目标环节

目标环节的提出是为了让学生明确课程目标，准确的说应该是学生通过一次课程的学习而取得的“收获”。这一环节不同于传统教学方法中的课程目标，要体现以学生为中心的教学理念，确立的目标应该是可测试的。

首先，在制定目标时，不要简单的将知识点进行一一罗列，并要求学生理解或者掌握。要从学生的立场出发，结合学情，制定的目标既要有较为基础、易于实现的部分，又要有具备难度，向学生提出挑战的部分。例如，在讲解算法的时间复杂度计算时，“能够说出时间复杂度的定义”的目标仅要求学生听懂定义并且复述，是一个基础的目标，而“能够列举主定理的三种情况”的目标则要求学生在理解主定理证明过程的基础上进行记忆，是一个更具挑战的目标。

其次，所制定的目标一定是易于测试的，这不仅有利于教师检查学生的学习情况，更有利于学生自我检查。例如，在讲解分治算法章节内容时，如果将目标之一定为“掌握分治算法”，那么教师如何测试学生是否真正掌握算法？“掌握”到底是指能够用分治法解决理论习题，还是指能够灵活运用分治法解决实际生产生活中的问题？如果教师无法明确教学目标的评测，那么学生只会更加迷茫，搞不清楚自己是否完成了学习任务，从而降低学习积极性。相反，如果学生能够通过教师设计的测试或者自我测试的方式检查自己的目标完成情况，这样既能够随时自查学习不到位的地方，又能够确定哪些部分自己已经学到位，对于学生自信心的确立和积极性的提升都有益处。

在“算法分析与设计”课程中，課程内容难度较大，学生容易在学习过程中丧失自信心，中途掉队。因此，目标环节要求教师从学生角度出发，根据学情合理制定可测试的学习目标，帮助学生随时自查学习进度，提高学生的积极性。

3.3 前测环节

前测环节帮助教师更好的了解学情，从而调整和优化教学过程的实施方案。在前测环节中，教师既可以测试学生是否具备相关的基础知识和能力，又可以了解学生的预习情况。这些内容对于教师调整教学过程的有着重要的参考价值。

例如，在讲解回溯法章节的内容时，由于回溯法的实现对编程水平要求较高，前测环节可以用一些编程题测试学生的编程能力。如果学生普遍编程能力较强，上课时可以直接采用程序代码进行讲解，课后作业可以要求学生独立完成算法的编程实现。反之，如果学生普遍编程能力较弱，则上课时可以多花时间为学生讲解程序实现中的细节问题，布置作业时可以要求学生阅读程序代码而不是独立编程实现。

教师应重视前测环节收集的信息，这些信息不仅可以使教师灵活调整当堂课程的内容，也可以作为课程长期规划的依据。

3.4 参与式学习环节

参与式学习环节的重点是令学生主动参与到教学环节，而不是以教师讲授，学生被动接受的方式开展。

在“算法分析与设计”课程中，要充分利用这一环节，结合讲授法、讨论法、演示法等教学方法，让学生在参与过程中获得自信心和成就感，从而避免因为课程内容抽象和难度较高使学生在学习过程中产生迷茫、挫败，甚至抵触的情绪。

在参与式学习环节中，不可全程采取讲授法进行教学，这样就退回了传统教学法，将产生种种问题。但是，在基础知识教学环节，例如分治法、动态规划、回溯法等各种算法的概念和基本思想，讲授法仍不失为一种可选的教学方法。

讨论法是参与式学习环节更为理想的实施手段。由于算法学习过程中伴随着大量的练习，而大多数算法习题有着不止一种解决方案。随着学习的不断深入，不同的人面对同一个问题可能会想出不同的解法。这时组织小组讨论，组间竞赛等，既能让学生在交流中相互学习，又能够引起学生的好胜心，进而激发学生的积极性，使得学生自愿的参与到教学环节中。在适当的讨论交流后，再由教师进行点评和分析，加深学生的印象。

演示法在“算法分析与设计”课程中也是重要的教学方法之一，这里主要是指编程过程的演示。在课程教学过程中，大部分算法的实现代码较为复杂，且要求较高的编程技巧，所以教师在实现部分的讲解时，将关键代码直接进行编程演示，并细致剖析讲解，让学生能够真正学会动手实现算法，也是提高学生参与程序的有效方法。

参与式学习环节中用到的教学方法不限于以上讨论的几种，由于算法的发展日新月异，像大数据算法和人工智能算法如今每天都在更新，教师也应该与时俱进，讲解新算法时考虑新思路和新手段。

3.5 后测环节

后测环节临近BOPPPS教学过程的尾声，帮助教师了解学生经过一堂课的学习后取得成果。和前测环节一样，后测环节占据的时间通常也较短，测试内容应该重点突出，考察学生是否通过学习获取了最基本、最重要的知识和能力，而不是将课上涉及的所有知识点、讨论内容和讲解的习题——进行测试。

在设计后测环节时，教师应该注意测试内容与目标环节和/或前测环节的对应。例如，目标环节规定学习目标之一是“学生能够列举贪心法应用的两个前提条件”，则后测环节中可以提问“贪心法的应用有哪些注意事项”，帮助学生梳理是否完成了学习目标。