BOPPPS模型在数据结构课程教学中的应用与实践
杨丽+于为+李晓红
[摘 要]数据结构是计算机科学与技术专业的基础课，概念较多且算法复杂抽象，学生学习难度大，加之移动互联时代各种信息爆炸、手机控现象的出现，使原有的教学方法难以调动学生的学习积极性，导致数据结构的课堂效果并不理想。针对这些情况，教师可以将BOPPPS模型应用于数据结构课程教学中，以提高学生学习的积极性，从而提升数据结构的教学效果。
[关键词]数据结构；BOPPPS模型；手机控
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）04-0015-03
2015年10月，教育部文件（教发[2015]7号）对“引导部分地方普通本科高校向應用型转变”提出指导意见。文件精神指出，培养应用型人才，提高教学质量，是每个应用型本科学校迫切需要解决的问题。然而，目前多数地方本科高校计算机科学与技术专业的教学内容滞后，与信息技术的发展要求不相适应，教学中注重理论知识的讲解、缺少与实际生活应用相联系的典型案例分析，不能满足培养应用型人才的要求，教学模型也有待改进。安顺学院也不例外。因此，在强化“应用型本科人才培养”理念下，在借鉴和学习国内外经验的基础上，笔者将北美高校教师技能培训过程中推崇的BOPPPS模型应用到数据结构课程教学中，进行数据结构课程教学模型改革以适应应用型人才培养的要求。
一、数据结构课程教学现状
首先，数据结构是计算机科学与技术专业的基础课，概念较多且算法复杂抽象，学生学习难度大、教学过程中存在重理论轻实践应用的观念、学生缺乏学习主动性、动手能力差。[1]从本校几届学生的教学经历可看出，学生学习这门课时，大部分学生显得比较吃力，主要原因是学生对其前驱课程知识掌握不够扎实，例如学生不熟悉计算机内存模型，在学习各种数据结构的链式存储时，就会比较吃力。有的学生在上机课时不知道练什么，甚至有的学生在上机时把算法直接运行，其主要原因是学生对结构体、指针、函数、算法、程序等知识掌握不够，把算法直接当作程序。其次，移动互联时代各种信息爆炸，“手机控”、“低头族”成为高校的普遍现象，而且在课堂上表现尤为突出，学生在课堂上关注手机中的各类信息胜过关注教师讲课。据调查资料统计[2]，八成多大学生上课玩手机。在被访问的大学生中，有82.5%的学生承认每天上课都在玩手机，没有听老师讲课；其中，40%的学生上课经常玩手机，而40%的学生每节课都玩手机。因而，教师上课不得不和手机“抢”学生。要改变数据结构课程的教学现状，首先，学生必须掌握好一门描述数据结构的计算机语言；其次，上课教师要把学生“抢”到课堂中来。如何把学生抢到课堂中来，根据《欲望之源》一书中心理学家的结论——人对自己参与选择过的东西有某种偏爱，本文将BOPPPS模型应用到数据结构课程教学中，让所有学生参与到课堂教学中来，以提高学生学习的积极性，从而提升数据结构的教学效果。
二、BOPPPS教学模型简介
BOPPPS最初于1976年由温哥华大学的道格拉斯·克尔（Douglas Kerr）团队创建，其突出特点是强调教学反思和加强互动，是北美高校教师技能培训过程中推崇的一个教学模型。BOPPPS 模型将每一个教学内容划分为 6 个部分[3]：引入、目标、前测、参与式学习、后测、小结，各部分之间遵循起承转合的脉络。
三、BOPPPS模型在数据结构中的应用
本文以图结构的无向图着色为例，阐述BOPPPS模型在课堂教学中的运用。
（一）引入
引入部分即通过设置与教学内容相关的情境、悬念等，以吸引学生的注意力，激发学生的兴趣，从而引入教学内容。因此，本人设计了“智慧的教务管理员”一例[4]，提出了“安排考试问题”，用具有实际应用背景的问题，激发学生的学习兴趣，引入教学内容。
智慧的教务管理员：专业选修课是高校教学计划的重要组成部分，在人才培养中有着深化专业理论知识，扩展专业视野，进一步培养学生创新性及实践能力的功能。因此，高校的每个专业每学期都会安排选修课供学生选修，学生可以根据自己的特长选择课程，在期末考核时，教务管理员就得根据学生选课的情况，在较短的时间段内安排完所有选修课程的考核。例如：计算机科学与技术专业某学期开设了6门选修课程：信息论与编码（a）、信息与网络安全（b）、算法分析与设计（c）、数据建模与统计分析（d）、高级数据库技术（e）、移动应用开发（f），假设学生选课情况有以下几种：ad、ab、ae、bc、be、ef、dc、df、cf、eb。
现要求安排一个考试日程，安排者A提出方案：用6个时间段安排考试，每个时间段安排一门。安排者B：用5个时间段安排考试，a，c在一个时间段考，b在一个时间段考，d在一个时间段考，f在一个时间段考，e在一个时间段考。安排者C：用4个时间段安排考试，a，c在一个时间段考，b，d在一个时间段考，f在一个时间段考，e在一个时间段考。除以上方案之外，还有没有其他方案，哪个方案最好？假设你是教务管理员，如何解决这个问题？
（二）目标
目标即是课堂教学目标，要让学生明确知道本堂课要达到的教学目标及学习这些知识的用处；教学目标是学生学习的目标，是教师开展教学的依据，也是学生学习效果及教师教学效果评价的依据。设计学习目标时必须考虑在什么条件下，学什么内容，达到什么样的水平（包括知识技能、过程与方法、情感态度三维目标），设计的学习目标必须便于课堂教学效果的评价。教学案例的学习目标如下： 1.学生能够准确地描述什么是“无向图的着色”； 2.在实际生活中，能够知道用“无向图的着色”可以解决哪些类型的问题及如何对这些问题进行建模分析； 3.在实践中，能够使用Welch Powell算法或回溯法求解“图的着色”问题。通过这三个学习目标，学生在学习时就可以确定学习重点，即什么是“图的着色”，“图的着色”有什么用，如何求得“图的着色”，怎么实现“图的着色”。
为了能在较少的时间段内安排完考试，首先要选择一个合适的数据结构来表示它。下图1表示该问题的数据结构模型，图中顶点代表选修课程。
因为同一个学生所选的课程不能在同一时间段考试，故在每个学生所选的课程之间进行连线，即该学生所选课程之间两两有边相连。因此，选修课程考试的时间安排问题就可以抽象为“无向图着色”问题，即用尽可能少的颜色去给图中每个顶点着色，使得任意两个有边连接的相邻顶点着上不同的颜色。每一种颜色表示一个考试时间，着上同一种颜色的顶点是可以安排在同一时间内考试的。由此可得：
方案一：在图中，a和c着颜色1，b、f着颜色2，d、e着颜色3，故安排3场考试即可。第一场是信息论与编码、高级数据库技术，第二场是信息与网络安全、数据建模与统计分析，第三场是移动应用开发、算法分析与设计。
方案二：在图中，b、d着颜色1，c、e着颜色2，a、f着颜色3，故安排三场考试。第一场是信息与网络安全、移动应用开发，第二场是高级数据库技术、算法分析与设计，第三场是信息论与编码、数据建模与统计分析。
（三）前测
本人采用以下几个问题进行课前摸底，主要以提问的方式进行，通过提问，可以了解学生学习的情绪、心态和知识技能的具体程度，以调整自己的教学，做到有的放矢、因材施教。
问题 1： 图结构的特点是什么（图形描述，学生归纳，获取反馈信息）？ 设计目的：掌握学生对图结构基本概念的掌握情况。问题2： 图的分类有哪些（列举生活中的实例）？顶点和边的关系？树和图的关系？设计目的：掌握学生用无向图、有向图抽象生活实例的情况、巩固无向边（有向边）与顶点的关系、复习最小生成树的概念及求图的最小生成树的普里姆（Prim）算法和克鲁斯卡尔（Kruskal）算法。问题3： 图有哪些存储方法、特点、适用的场合？设计目的：对图存储方法等进行摸底。通过这些问题，教师既能了解到学生对前驱知识的掌握情况，又能及时调整教学目标。
（四）参与式学习
参与式学习指学生自主地加入到课堂教学过程中，改变以往的被动式学习方式，体现“以学生为中心”的教育理念。本教学案例在实施中采用分组式讨论、问题驱动式教学法，小组中每个学生都有相应的分工，担任不同的角色，需要完成不同的任务，因此，能把学生“抢”到课堂中来。例如，在讲完“无向图的着色”概念后，启发学生进行思考：“对于一个无向图着色的应用，生活中有哪些实例”；接着，启发学生讨论“如何对无向图进行着色”；在讲授Welch Powell着色法算法时，通过“先着色哪个结点？”“如何判断两个顶点是否连通？”“算法正确吗？”“还有其他算法吗？”“算法的适用场合是什么？”等一系列问题，引导学生进行讨论、思考、探索。通过分组讨论、问题驱动，激发学生进行自主思考，小组讨论，不断深入学习，完整地掌握“图的着色”的相关知识。最后还能很好地激发学生的学习积极性及团队协助精神。
（五）后测
后测指在学生学习后，对教学效果进行评价，以了解学生的学习成效及是否达成教学目标，为后续的教学做铺垫。与学习目标相呼应，设计针对不同目标的测试题目，从无向图的基本概念、Welch Powel算法原理及应用、算法设计方法等方面检查学习效果，评价是否实现教学三维目标。在本例中，表现为呼应引入阶段的例子，求解“智慧的教务管理员”问题测试算法原理及生活中的应用实例，设计“Welch Powell算法、回溯法、贪心算法”相关问题，分析算法本质，剖析蕴含的算法设计思想。通过对这些内容的评价，使整堂课教学前后呼应，强化了课堂教学的整体性。
（六）小结
小结阶段起承先启后作用，教师要帮助学生总结课堂内容、整合学习要点、引出下次课内容。在此阶段，教师应简要回顾并总结本次课堂的教学内容，重点强调解决教学目标中难点和重点的思维方法，进一步拓展“图的着色”的历史由来知识，提升学生的人文素养；还可以向学生讲授“图的着色”在生活中的应用实例，如排课时间表、交通管理系统、存储问题、会场安排问题等，以达到培养应用型人才培养的要求。
四、结语
实践表明，在教学过程中运用BOPPPS教学模型，要始终注重“教”与“学”双向互动，体现课堂教学中教师的“主导”作用，让学生充分发挥学习过程中的“主体”地位；通过教师引导学生主动参与、主动学习，激发学生积极探究、不断完善自我，让学生从被动学习变为主动学习，从“要我学”变为“我要学”，从而达到提高教学效果、培养应用型人才的目的。当然，教学过程中还存在部分学生参与度不高的现象，会影响课堂教学内容量的开展，这就要求学生必须加大课外学习量。总之，运用BOPPPS教学模型，培养学生主动学习的品格和能力，比生硬地灌输知识要好得多。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 张浴华.基于应用型人才培养目标的数据结构教学研究[J].科技视界，2015（2）：51-52.
[2] 搜狐教育.六成大学生10分钟看一次手机 课堂玩手机成国际难题[EB/OL].http：//learning.sohu.com/20140427/n398869637.shtml.2014-04.
[3] 袁思，刘鹏.基于BOPPPS模式的计算机网络原理教学改革[J].计算机教育，2015（6）：26-29.
[4] 陳卫卫，鲍爱华，李清，等. 基于BOPPPS模型和问题驱动教学法培养计算思维的教学设计[J].工业和信息化教育，2014（6）：8-11.
[责任编辑：刘凤华]
[摘 要]数据结构是计算机科学与技术专业的基础课，概念较多且算法复杂抽象，学生学习难度大，加之移动互联时代各种信息爆炸、手机控现象的出现，使原有的教学方法难以调动学生的学习积极性，导致数据结构的课堂效果并不理想。针对这些情况，教师可以将BOPPPS模型应用于数据结构课程教学中，以提高学生学习的积极性，从而提升数据结构的教学效果。
[关键词]数据结构；BOPPPS模型；手机控
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）04-0015-03
2015年10月，教育部文件（教发[2015]7号）对“引导部分地方普通本科高校向應用型转变”提出指导意见。文件精神指出，培养应用型人才，提高教学质量，是每个应用型本科学校迫切需要解决的问题。然而，目前多数地方本科高校计算机科学与技术专业的教学内容滞后，与信息技术的发展要求不相适应，教学中注重理论知识的讲解、缺少与实际生活应用相联系的典型案例分析，不能满足培养应用型人才的要求，教学模型也有待改进。安顺学院也不例外。因此，在强化“应用型本科人才培养”理念下，在借鉴和学习国内外经验的基础上，笔者将北美高校教师技能培训过程中推崇的BOPPPS模型应用到数据结构课程教学中，进行数据结构课程教学模型改革以适应应用型人才培养的要求。
一、数据结构课程教学现状
首先，数据结构是计算机科学与技术专业的基础课，概念较多且算法复杂抽象，学生学习难度大、教学过程中存在重理论轻实践应用的观念、学生缺乏学习主动性、动手能力差。[1]从本校几届学生的教学经历可看出，学生学习这门课时，大部分学生显得比较吃力，主要原因是学生对其前驱课程知识掌握不够扎实，例如学生不熟悉计算机内存模型，在学习各种数据结构的链式存储时，就会比较吃力。有的学生在上机课时不知道练什么，甚至有的学生在上机时把算法直接运行，其主要原因是学生对结构体、指针、函数、算法、程序等知识掌握不够，把算法直接当作程序。其次，移动互联时代各种信息爆炸，“手机控”、“低头族”成为高校的普遍现象，而且在课堂上表现尤为突出，学生在课堂上关注手机中的各类信息胜过关注教师讲课。据调查资料统计[2]，八成多大学生上课玩手机。在被访问的大学生中，有82.5%的学生承认每天上课都在玩手机，没有听老师讲课；其中，40%的学生上课经常玩手机，而40%的学生每节课都玩手机。因而，教师上课不得不和手机“抢”学生。要改变数据结构课程的教学现状，首先，学生必须掌握好一门描述数据结构的计算机语言；其次，上课教师要把学生“抢”到课堂中来。如何把学生抢到课堂中来，根据《欲望之源》一书中心理学家的结论——人对自己参与选择过的东西有某种偏爱，本文将BOPPPS模型应用到数据结构课程教学中，让所有学生参与到课堂教学中来，以提高学生学习的积极性，从而提升数据结构的教学效果。
二、BOPPPS教学模型简介
BOPPPS最初于1976年由温哥华大学的道格拉斯·克尔（Douglas Kerr）团队创建，其突出特点是强调教学反思和加强互动，是北美高校教师技能培训过程中推崇的一个教学模型。BOPPPS 模型将每一个教学内容划分为 6 个部分[3]：引入、目标、前测、参与式学习、后测、小结，各部分之间遵循起承转合的脉络。
三、BOPPPS模型在数据结构中的应用
本文以图结构的无向图着色为例，阐述BOPPPS模型在课堂教学中的运用。
（一）引入
引入部分即通过设置与教学内容相关的情境、悬念等，以吸引学生的注意力，激发学生的兴趣，从而引入教学内容。因此，本人设计了“智慧的教务管理员”一例[4]，提出了“安排考试问题”，用具有实际应用背景的问题，激发学生的学习兴趣，引入教学内容。
智慧的教务管理员：专业选修课是高校教学计划的重要组成部分，在人才培养中有着深化专业理论知识，扩展专业视野，进一步培养学生创新性及实践能力的功能。因此，高校的每个专业每学期都会安排选修课供学生选修，学生可以根据自己的特长选择课程，在期末考核时，教务管理员就得根据学生选课的情况，在较短的时间段内安排完所有选修课程的考核。例如：计算机科学与技术专业某学期开设了6门选修课程：信息论与编码（a）、信息与网络安全（b）、算法分析与设计（c）、数据建模与统计分析（d）、高级数据库技术（e）、移动应用开发（f），假设学生选课情况有以下几种：ad、ab、ae、bc、be、ef、dc、df、cf、eb。
现要求安排一个考试日程，安排者A提出方案：用6个时间段安排考试，每个时间段安排一门。安排者B：用5个时间段安排考试，a，c在一个时间段考，b在一个时间段考，d在一个时间段考，f在一个时间段考，e在一个时间段考。安排者C：用4个时间段安排考试，a，c在一个时间段考，b，d在一个时间段考，f在一个时间段考，e在一个时间段考。除以上方案之外，还有没有其他方案，哪个方案最好？假设你是教务管理员，如何解决这个问题？
（二）目标
目标即是课堂教学目标，要让学生明确知道本堂课要达到的教学目标及学习这些知识的用处；教学目标是学生学习的目标，是教师开展教学的依据，也是学生学习效果及教师教学效果评价的依据。设计学习目标时必须考虑在什么条件下，学什么内容，达到什么样的水平（包括知识技能、过程与方法、情感态度三维目标），设计的学习目标必须便于课堂教学效果的评价。教学案例的学习目标如下： 1.学生能够准确地描述什么是“无向图的着色”； 2.在实际生活中，能够知道用“无向图的着色”可以解决哪些类型的问题及如何对这些问题进行建模分析； 3.在实践中，能够使用Welch Powell算法或回溯法求解“图的着色”问题。通过这三个学习目标，学生在学习时就可以确定学习重点，即什么是“图的着色”，“图的着色”有什么用，如何求得“图的着色”，怎么实现“图的着色”。
为了能在较少的时间段内安排完考试，首先要选择一个合适的数据结构来表示它。下图1表示该问题的数据结构模型，图中顶点代表选修课程。
因为同一个学生所选的课程不能在同一时间段考试，故在每个学生所选的课程之间进行连线，即该学生所选课程之间两两有边相连。因此，选修课程考试的时间安排问题就可以抽象为“无向图着色”问题，即用尽可能少的颜色去给图中每个顶点着色，使得任意两个有边连接的相邻顶点着上不同的颜色。每一种颜色表示一个考试时间，着上同一种颜色的顶点是可以安排在同一时间内考试的。由此可得：
方案一：在图中，a和c着颜色1，b、f着颜色2，d、e着颜色3，故安排3场考试即可。第一场是信息论与编码、高级数据库技术，第二场是信息与网络安全、数据建模与统计分析，第三场是移动应用开发、算法分析与设计。
方案二：在图中，b、d着颜色1，c、e着颜色2，a、f着颜色3，故安排三场考试。第一场是信息与网络安全、移动应用开发，第二场是高级数据库技术、算法分析与设计，第三场是信息论与编码、数据建模与统计分析。
（三）前测
本人采用以下几个问题进行课前摸底，主要以提问的方式进行，通过提问，可以了解学生学习的情绪、心态和知识技能的具体程度，以调整自己的教学，做到有的放矢、因材施教。
问题 1： 图结构的特点是什么（图形描述，学生归纳，获取反馈信息）？ 设计目的：掌握学生对图结构基本概念的掌握情况。问题2： 图的分类有哪些（列举生活中的实例）？顶点和边的关系？树和图的关系？设计目的：掌握学生用无向图、有向图抽象生活实例的情况、巩固无向边（有向边）与顶点的关系、复习最小生成树的概念及求图的最小生成树的普里姆（Prim）算法和克鲁斯卡尔（Kruskal）算法。问题3： 图有哪些存储方法、特点、适用的场合？设计目的：对图存储方法等进行摸底。通过这些问题，教师既能了解到学生对前驱知识的掌握情况，又能及时调整教学目标。
（四）参与式学习
参与式学习指学生自主地加入到课堂教学过程中，改变以往的被动式学习方式，体现“以学生为中心”的教育理念。本教学案例在实施中采用分组式讨论、问题驱动式教学法，小组中每个学生都有相应的分工，担任不同的角色，需要完成不同的任务，因此，能把学生“抢”到课堂中来。例如，在讲完“无向图的着色”概念后，启发学生进行思考：“对于一个无向图着色的应用，生活中有哪些实例”；接着，启发学生讨论“如何对无向图进行着色”；在讲授Welch Powell着色法算法时，通过“先着色哪个结点？”“如何判断两个顶点是否连通？”“算法正确吗？”“还有其他算法吗？”“算法的适用场合是什么？”等一系列问题，引导学生进行讨论、思考、探索。通过分组讨论、问题驱动，激发学生进行自主思考，小组讨论，不断深入学习，完整地掌握“图的着色”的相关知识。最后还能很好地激发学生的学习积极性及团队协助精神。
（五）后测
后测指在学生学习后，对教学效果进行评价，以了解学生的学习成效及是否达成教学目标，为后续的教学做铺垫。与学习目标相呼应，设计针对不同目标的测试题目，从无向图的基本概念、Welch Powel算法原理及应用、算法设计方法等方面检查学习效果，评价是否实现教学三维目标。在本例中，表现为呼应引入阶段的例子，求解“智慧的教务管理员”问题测试算法原理及生活中的应用实例，设计“Welch Powell算法、回溯法、贪心算法”相关问题，分析算法本质，剖析蕴含的算法设计思想。通过对这些内容的评价，使整堂课教学前后呼应，强化了课堂教学的整体性。
（六）小结
小结阶段起承先启后作用，教师要帮助学生总结课堂内容、整合学习要点、引出下次课内容。在此阶段，教师应简要回顾并总结本次课堂的教学内容，重点强调解决教学目标中难点和重点的思维方法，进一步拓展“图的着色”的历史由来知识，提升学生的人文素养；还可以向学生讲授“图的着色”在生活中的应用实例，如排课时间表、交通管理系统、存储问题、会场安排问题等，以达到培养应用型人才培养的要求。
四、结语
实践表明，在教学过程中运用BOPPPS教学模型，要始终注重“教”与“学”双向互动，体现课堂教学中教师的“主导”作用，让学生充分发挥学习过程中的“主体”地位；通过教师引导学生主动参与、主动学习，激发学生积极探究、不断完善自我，让学生从被动学习变为主动学习，从“要我学”变为“我要学”，从而达到提高教学效果、培养应用型人才的目的。当然，教学过程中还存在部分学生参与度不高的现象，会影响课堂教学内容量的开展，这就要求学生必须加大课外学习量。总之，运用BOPPPS教学模型，培养学生主动学习的品格和能力，比生硬地灌输知识要好得多。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 张浴华.基于应用型人才培养目标的数据结构教学研究[J].科技视界，2015（2）：51-52.
[2] 搜狐教育.六成大学生10分钟看一次手机 课堂玩手机成国际难题[EB/OL].http：//learning.sohu.com/20140427/n398869637.shtml.2014-04.
[3] 袁思，刘鹏.基于BOPPPS模式的计算机网络原理教学改革[J].计算机教育，2015（6）：26-29.
[4] 陳卫卫，鲍爱华，李清，等. 基于BOPPPS模型和问题驱动教学法培养计算思维的教学设计[J].工业和信息化教育，2014（6）：8-11.
[责任编辑：刘凤华]
