BOPPPS模型下“计算机系统基础”课程翻转课堂教学设计

0 引言
翻转课堂是一种新颖而有效的教学方法，重新建构了学习流程[1]。

课前，由教师提供多种形式的教学资源及在线辅导，学生自主完成浅层的知识接收；课中，教师对学生的问题进行针对性的指导，组织互动交流进行深入探求，帮助学生完成知识的吸收内化，从而达到深度学习（Deep Learning）的目标[2]。

这种教学模式为教学工作开辟了新的思路，同时也带来了新的挑战。

怎样从以教师“教”为主的传统模式转变为以学生“学”为主的翻转模式呢？近年来在北美众多院校兴起的BOPPPS模型为教师进行翻转课堂教学设计提供了有效的框架。

本文基于BOPPPS模型框架，以“计算机系统基础”课程为例进行了翻转课堂的教学设计。

实践结果表明，这种翻转课堂教学模式能使教师更了解学情，及时反馈，及时调整，使教师更关注学生对知识的理解和内化，从而实现课堂效率最大化。

1 BOPPPS模型简介
BOPPPS模型将整个教学过程划分为6个阶段：导入（Bridge in）、教学目标（Learning O b j e c t i v e）、前测（P r e-t e s t）、参与式学习（Participatory Learning）、后测（Post-assessment）和总结（Summary）。

表1所示明确了各个阶段的主要任务[3,4]。

BOPPPS模型下
“计算机系统基础”课程翻转课堂教学设计
陈 丹
（南京航空航天大学计算机科学与技术学院，江苏 南京 211106）
【摘要】翻转课堂的实施有助于学生深度学习目标的达成。

近年兴起的BOPPPS模型为翻转课堂的实施提供了基本框架。

本文以“计算机系统基础”课程为例给出了BOPPPS模型下的翻转课堂教学设计，力求以学生为主体，教
师为主导，结合实例，激发学生自主思考，培养学习兴趣，变讲授为研讨，最终实现教学相长。

【关键词】BOPPPS模型；翻转课堂；教学设计
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-5065（2018）09-0033-05
收稿日期：2018-5-20
作者简介：陈丹（1976—），女，陕西西安人，博士，副教
授，研究方向为多媒体数据安全技术。

基金项目：2018年教育部人文社会科学专项任务研究项目
（工程科技人才培养研究）“基于教师跨界发展的工科优势
高校卓越师资队伍建设研究”（项目编号：18JDGC022）；
2017年国家级“新工科”研究与实践项目“面向‘新工
科’的教师跨界发展与评价激励机制研究”（项目编号：
暂无）； 2017年国家级“新工科”研究与实践项目“面向
‘新工科’的计算机基础类慕课课程及虚拟仿真平台建设与
应用”（项目编号：暂无）。

33
表1 BOPPPS
模型各阶段主要任务
BOPPPS模型强调以学生为中心，提出在尊重学情的前提下，让学生全方位地参与学习，并及时获取反馈信息，形成持续改进的教学循环。

不论传统课堂，还是翻转课堂都可以在该模型的指导下设计教学活动。

结合翻转课堂的教学思想，BOPPPS模型下的教学活动可分为课前、课中和课后3个阶段。

（1）课前阶段，教师要有充分的教学准备，能够对学生实施有效的导学。

这种导学作为学生进行深度学习的前提，首要任务是明确教学目标。

目标的制定一方面要遵循课程对培养目标的支撑；另一方面要了解学生的实际水平，以符合最近发展区的原则进行设计。

目标明确之后，教师应首先考虑设计一个有效的知识导入方法，以确保学生和学习内容之间建立某种形式的关联，这种关联可以增加学生在课前学习中的投入度、关注度。

导入方法的设计形式可以多种多样，可以设置与教学内容相关的情境，也可以从学生已有经验中寻找某些关联，或者提出某个问题来激发学生的兴趣[3]。

然后，教师要制定符合学生能力水平的课前学习任务，同时提供相应的辅导，包括提供讲解知识点的微视频、完善的学习材料和课前学习单等[4]，并记录学生学习过程中的问题和疑惑，及时给予反馈和指导。

BOPPPS模型和传统模型最大的不同在于，它强调在参与式学习开始之前要对学生的课前学习效果进行测试和评估。

这一测试对翻转课堂的教学设计尤为重要，不仅能敦促学生从被动式学习逐渐转为主动式学习，更重要的是帮助教师充分掌握学情，及时调整教学内容和进度，更科学、合理地安排教学活动，真正做到“以学生为本”。

（2）课中环节，教师应根据教学目标、课前收集到的学生问题及测试结果进行课堂教学设计。

这里的学习形式是一种教师指导下的参与式学习，采用分组研讨的形式，可以各小组分配不同的任务，也可以对同一问题进行深入探讨。

首先引导学生在组内进行合作探究、梳理和总结，然后请学生将组内的收获以某种形式展示出来，并将各自遇到的问题及解决办法或思路和其他组进行交流，分享收获。

小组汇报交流后，教师应集中各个小组的疑难问题，围绕教学目标进行总结，帮助学生进一步巩固知识，对课程内容形成整体性的认识和理解。

整个过程中，教师应把握方向，关注各小组的学习动态，对可能出现的各种问题，提供针对性、个性化的指导，师生之间应保持积极有效的互动。

（3）课后阶段，教师可根据具体情况安排后测的时机，可以在课后，也可以在课中的教学活动之后进行。

通过后测，教师可了解学生在课堂学习后的实际情况，通过提问、测验、竞赛等多种形式来检验学生的学习效果。

测试的内容应体现出学生对教学目标的掌握情况，同时考虑学生在学习后如何运用知识解决实际问题的情况。

此外，教师还可以提供更为丰富的学习资源供学生进一步延伸学习。

综上所述，BOPPPS模型的核心是在充分了解学情的基础上，以学生为中心，强调学生全方位地参与学习，这与翻转课堂的理念是一致的。

通过BOPPPS 模型提供的基本框架，可以帮助教师重新审视教学内容的分配，确定将哪些内容从课堂迁移到课前；帮助教师及时对自己的角色做出改变，并且更为合理地把握教学环节，设计有意义的参与式教学活动；帮助教师以更为恰当的方式评价学生的学习效果，使翻转课堂的实施和
34
开展更为科学和深入。

2 基于BOPPPS模型的教学设计
“计算机系统基础”课程是计算机类专业中一门非常重要的专业基础课。

该课程以“高级语言程序（C语言为例）→汇编语言程序→机器指令→CPU控制执行”为主线组织教学内容，使学生深刻理解一个程序从编程设计、翻译转换、链接加载到最终在CPU上运行的整个过程，建立“从程序员视角理解计算机系统结构和硬件设计，从系统结构和硬件设计者的视角理解程序执行”的软硬件密切结合的计算机系统设计思想，从而全面地建立计算机系统的整体概念。

该课程的第三章是“程序的转换与机器级表示”，主要介绍C语言程序与IA-32机器级指令之间的对应关系，内容包括：程序转换概述、IA-32指令系统、C语言中控制语句和过程调用等机器级实现、复杂数据类型（数组、结构等）的机器级实现等。

其中，过程调用实现机制因为所涉及的内容较多，过程复杂，成为本章的教学重点和难点。

传统的教学思路是先总体地介绍过程调用的实现步骤，然后逐个讨论寄存器使用约定，栈帧变化及汇编指令实现等内容，接着比较传值和传地址两种调用方式，最后分析递归函数调用的实现过程。

整个教学过程倾向于对知识点先陈述，再举例说明，最后总结，但是教学中并没有引发学生的思考，教学效果欠佳，学生往往搞不清为什么要采用这样的机制，也记不清实现细节，所以在应用时会出现种种错误和困难。

为此，必须调整教学思路，从学生的视角出发重新设计教学过程。

首先，明确这部分的教学目标为“理解通过栈来实现过程调用的思想，能够在高级语言过程调用语句和底层汇编指令之间建立关联，为后续掌握逆向工程方法分析系统功能及漏洞打下基础”。

因为最终目标是指向学生“掌握逆向工程方法分析系统功能及漏洞”这一能力，所以学生必须深入理解用栈实现过程调用的思想内涵，教学应始终围绕这一主题展开设计。

在实际教学中，组织设计了BOPPPS模型下的翻转课堂，如图1所示。

（1）导入。

在上一节课结束时，引出本节课要讨论的主题——过程调用实现机制，同时将其和“栈”这一概念相关联，并请学生完成课前预习。

在课前的导入环节，教师首先从学生所熟知的“栈”的概念入手，回顾“数据结构”课上学过的栈的构成、特点及应用。

然后讲述最早提出栈实际上是为了解决过程调用实现的故事，引发学生兴趣，再提出问题：“为什么用栈可以实现过程调用机制？”要求学生带着问题预习微视频及相关的学习资料，并完成课前测试。

录制的微视频从软硬件之间的关系入手，先分析高级语言程序过程调用实现的需求和栈的特点，在它们之间建立关联，初步回答导入阶段提
出的问题。

再从设计者的角度，引出用栈来设计
过程调用实现机制时要考虑的4大关键问题，并结
合实例逐个讨论解决方案，重点强调用栈实现带
导入参与式学习
学习目标
及课前摸底测试课后检验总结
图1 BOPPPS模型下的翻转课堂教学设计框图
35
来的4个妙处，引导学生深入理解用栈来实现过程调用的各个细节。

最后，水到渠成地呈现出完整的过程调用实现方案。

（2）学习目标。

理解IA-32系统的过程调用的实现机制，包括执行控制、栈帧变化、参数传递、寄存器约定等；能够在高级语言过程调用语句和底层汇编指令之间建立关联，为后续掌握逆向工程方法分析软件功能及漏洞打下基础。

（3）课前摸底测试。

在课前预习课件中呈现。

课件的制作借助了“雨课堂”教学工具，其中包括学习目标、内容梗概、微视频链接和测试题（见表2）。

测试题有客观题和主观题两种，客观题考查浅层的小知识点，比较简单，用来检验学生是否进行了预习；主观题是与知识点理解相关的问题，用来了解学生对概念的掌握情况。

“雨课堂”是学堂在线与清华大学在线教育办公室共同研发的一款智慧教学工具。

其将复杂的信息技术手段融入PowerPoint和微信中，在课外预习、复习与课堂教学间建立沟通桥梁，让课堂互动永不下线。

使用“雨课堂”，教师可以将包含视频链接、习题和语音的课前预习或课后复习课件推送到学生手机上（见图2
），实现师生间即时沟通；课堂上可以实时答题、弹幕投稿，为师生间的互动提供了新颖的解决方案，是实现翻转课堂必不可少的工具。

图2 预习课件中的测试题截图
（4）参与式学习。

将课前测试中呈现出来的问题、学生容易混淆或不易理解的概念，拿到课堂上进行讨论。

讨论形式有两种：一种是以小组竞赛的形式，利用“雨课堂”教学工具，教师提问，学生实时作答，可以发弹幕，也可以口头回答；另一种是分组讨论，讨论结束后各组进行汇报交流。

讨论题目如表3所示。

（5）课后检验。

仍然通过“雨课堂”智慧教学工具将课后测试题嵌入在课后复习课件中，推送给学生。

教师可以设置试题时效，以便从学生答题结果中及时获取教学效果评估依据，在下次课上有针对性地进行讲解和点评。

表2
“过程调用实现机制”课前学习设计表
36
表3
参与式学习活动设计表
（6）总结。

这部分学习内容结束时，教师总结“为什么用栈可以实现过程调用机制？”问题的答案及实现机制的若干要点，同时再次强调“底层的实现一定是根据上层软件的需求而来的”这一贯穿课程始终的基本原则。

之后引入下一个学习主题：传值调用和传地址调用实现过程比较。

课下教师对教学全程进行反思，持续改进。

以上就是BOPPPS模型指导下的教学全过程，因为这部分内容较多，而且要求学生对知识掌握得比较深入，所以不一定在一次课内完成。

在课堂上讨论关键问题之后，还应结合实例做过程调用分析的强化训练，使学生将知识融会贯通，不仅理解，还要学会应用知识解决实际问题。

3 结语
BOPPPS模型始终以学生为中心，关注学生的发展需求，强调学生全方位地参与学习，并及时获取反馈信息。

通过BOPPPS模型提供的基本
框架，可以重新审视教学内容的分配，更为合理
地把握教学环节，也能以更为恰当的方式评价
学生的学习效果。

本次教学设计根据BOPPPS模型，紧扣教学目标，实现了可操作的翻转课堂教
学模式，关注学生学习全程，实现了及时反馈、
及时调整的良性教学循环。

【参考文献】
[1] 李洪修，李哨兵．深度学习下翻转课堂的实施路径
设计[J]．中国电化教育，2017（7）：67-72．
[2] 张金磊．“翻转课堂”教学模式的关键因素探析
[J]．中国远程教育，2013（10）：59-62．
[3] 陈卫卫，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）：8-9．
[4] 张所娟，廖湘琳，余晓晗，等．BOPPPS模型框架下
的翻转课堂教学设计[J]．计算机教育，2017（1）：
18-22．
37。