“案例教学+BOPPPS模型”在新型导航技术课程教学设计中的应用

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范晨 何晓峰 张礼廉

摘 要 新型导航技术课程是面向高年级研究生开设的专业核心课程,具有前沿性强、多学科交叉、專业实践性强的特点。为了增强课堂教学互动性,实现知识讲授与教学效果检验闭环,采用案例教学与BOPPPS模型进行结合的混合教学方式。以仿生智能导航教学章节为例,从导入、目标、前测、参与式教学、后测和总结六个环节探讨了混合教学设计的应用,以充分激发学生学习兴趣,引导其主动参与课堂教学,实现教学目标与教学效果的有效闭环,为新型导航技术课程的教学方法创新运用提供了一种有益实践。

关键词 案例教学 BOPPPS模型 教学方法

中图分类号:G424                                  文献标识码:A    DOI:10.16400/j.cnki.kjdk.2021.10.035

Abstract The new navigation technology course is a professional core course for senior graduate students. It has the characteristics of strong cutting-edge, interdisciplinary and strong professional practice. In order to enhance the interactive nature of classroom teaching and realize the closed loop of knowledge teaching and teaching effect inspection, a mixed teaching method combining case teaching and BOPPPS model is adopted. Taking the bionic intelligent navigation teaching chapter as an example, the application of mixed teaching design is discussed from six links of introduction, including bridge in, objective, pre-assessment, participatory learning, post-assessment, and summary. This method can fully stimulate students interest in learning and guide them to actively participate in classroom teaching and achieve teaching goals and teaching effects form an effective closed loop, and also provides a beneficial practice for the use of innovative teaching methods for new navigation technology courses.

Keywords case teaching; BOPPPS model; teaching method

根据教育目标分类与认知理论,[1]学习认知目标可划分为知晓(Knowledge)、理解(Comprehension)、运用(Application)、分析(Analysis)、综合(Synthesis)、评估/创新(Evaluation/Create)六个层次,各层次的目标难易程度依次递增,从对学习内容的知晓,到合理运用知识对具体内容评估,对教学方式方法提出了更高的要求。随着科学技术的不断发展,特别是智能科学的迅速发展,使得专业课程教学内容不仅局限于经典理论知识的讲解,同时也将最新技术前沿融入专业教学,为学生知识创新与能力培养奠定基础。与此同时,传统教学方式侧重于对知识的讲解,要求学生知晓与理解课程内容,结合教育目标分类与认知理论,需要加强在知识的运用、分析、综合与评估方面的设计。从基本方法入手,改进传统教学模型,拓展新的教学手段,使学生不局限于掌握现有知识,更重要的是学会知识创新与创造,从而将现有教学目标推向综合与评估的更高认知层面。本文以笔者讲授的“新型导航技术”为例,浅析如何综合利用案例教学与BOPPPS模型进行课程教学设计。

1 概述

新型导航技术是国防科技大学面向高年级研究生开设的专业核心课程之一,特点是前沿性强、多学科交叉、专业实践性强,要求学生能够通过掌握新型导航技术的基本原理与实现方法,知晓开展前沿导航技术研究的途径,并能够进行实践、分析与讨论,达到学以致用、融会贯通的教学目的。本门课程内容涉及导航学、仿生学、智能科学以及计算科学等多个学科,而采用传统教学模式开展授课时,教学效果难以达到预期目标,主要体现在两方面:一是课堂教学的互动性不强,由于新型导航技术的一些知识点较为抽象,传统教学模式侧重于理论讲授的单向输出,缺乏一定的课堂互动环节设计,学生课堂参与度不高,导致学习兴趣与思考主动性难以被充分调动;二是知识讲授与教学效果检验不闭环,本门课程内容主要为导航技术发展的前沿,具有较强应用需求牵引性,要求学生能够对所学的专业知识实现融会贯通,并且能够具备解决实际应用问题的能力,但传统教学对知识讲授与教学效果检验缺少必要的闭环评估环节,难以把握学生对重点知识内容的掌握效果。

案例式教学是一种强调互动性和应用性的新型教学方式,[2]由哈佛大学的情景案例教学课演变总结而来,通常将理论教学内容与实际应用案例相结合,能够提高学生的主动学习兴趣以及知识理解能力。案例教学要求教师根据具体授课内容,课前准备特定的教学案例,课中将案例贯穿教学实践,通过案例抽象出授课知识点,来达到启示理论和启迪思维的目的。[3]与传统的教学手段相比,案例教学的最大特点是形象化,能够将教学内容与具体案例融合,加上直观、形象、生动的形式,给学生身临其境之感,充分调动学生去主动学习和思考,达到理论与实践的双核驱动教学。BOPPPS教学模型构建了一种规范化可操作性的教学设计框架,强调课堂互动与课堂效果检验反馈,在全球多所大学与培训机构应用,被充分验证,结果表明能够有效地改善教学课堂效果。[4]

考虑新型导航技术的课程特点,笔者认为,遵循学习认知发展层次,从教學方法入手,将BOPPPS教学模型与案例式教学相结合,以加强课堂互动和教学闭环检验环节设计,其中关键是如何基于BOPPPS模型的标准化模块,实现典型教学案例的设计。仿生智能导航作为新型导航技术的一种,也是当前导航技术研究的前沿热点,结合教学实践经验将选取此节来探究案例教学与BOPPPS模型在课程案例教学设计中的应用。

2 基于BOPPPS模型的案例教学设计

2.1 设计思路

本节授课内容仿生智能导航技术中的仿生偏振光导航,将以撒哈拉沙漠蚂蚁觅食返巢揭秘为案例进行设计。通过深入分析沙蚁觅食后沿直线返巢现象背后所涉及的导航秘密,完成大气偏振信息测量方法和大气偏振光导航原理与方法的教学任务。

以BOPPP模型为“案”,以撒哈拉沙漠蚂蚁觅食返巢揭秘为“例”,梳理教学内容,对关键知识点进行模块化分解。BOPPPS模型主要由六个模块组成,分别是导入(Bridge in)、目标(Objective)、前测(Pre-Assessment)、参与式教学(Participatory Learning)、后测(Post-Assessment)、总结(Summary),每个模块具有明确的教学目标,相互承接,构成完备统一的教学过程,所设计的课程教学基本框架如图1所示。

2.2 教学设计

2.2.1 导入环节

从学生日常生活中使用智能手机进行导航为切入点,对比动物主要依靠自然界的信息进行导航的方式,鼓励学生主动思考动物如何进行导航,进而引导学生聚焦到沙漠蚂蚁(以下简称沙蚁)的导航,设置提问沙漠环境恶劣下有哪些可用的导航信息源,以激发学生主动学习的兴趣。

2.2.2 目标

结合图例,描述沙蚁觅食返巢的过程,增强学生的直观感受。采用启发授课的方式,引导学生从信息获取与利用的角度,分析沙蚁利用天空偏振信息进行导航的可行性,以揭示沙漠蚂蚁导航之谜的方式,引出授课目标,即掌握大气偏振光测量原理,与大气偏振定向原理(见表1)。

2.2.3 前测

使用雨课堂进行课堂互动提问。设置天空为什么蓝色的问题,引导学生回顾相关的物理基础知识,思考产生的原因,并根据雨课堂统计情况及时掌握学生的基础知识储备情况,从而确定授课进度。

2.2.4 参与式教学

本环节是设计核心,采用问题引导、分组讨论与总结讲授的方式交叉进行。围绕授课目标,分为三个部分:首先,展示太阳光经大气产生偏振的过程,启发学生一起总结天空偏振信息的分布特点,再次营造主动学习氛围;然后,引导学生思考沙蚁利用复眼偏振神经元处理信息的过程,建立偏振测量方程,并推导偏振信息的解算过程,强化学生对课程知识点的掌握;最后,采用分组讨论的形式,从实际导航偏振图出发,引导学生观察思考偏振图的变化规律,讨论沙蚁进行偏振光导航的可能实施方案,总结讲授偏振光定向的关键知识点。

2.2.5 后测与总结

通过提问启发,引导并评估学生对关键知识点的掌握程度。启发提问利用月亮偏振光导航的可行性,回顾关键知识点,评估学生对知识点的理解程度。结合搭建的机器人实验教学平台,安排相应的实验,鼓励学生在知识应用中进行探索与实践。

3 结束语

随着教学改革的不断深入,先进的教学模型与方法不断引入课程教学设计。BOPPPS模型与案例式教学在课堂中应用比较广泛,但将两者有机的结合,应用于专业课程教学设计的文章较少。本文结合课程教学实践,以沙漠蚂蚁觅食返巢揭秘为教学案例,详细介绍了利用BOPPPS模型进行课堂教学案例设计的基本过程。从教学效果来看,BOPPPS教学模型与教学案例相结合的方式,能够充分激发学生的学习兴趣,增强了课堂互动性,并通过课上评估与课下实践,使得教学目标与教学效果能够形成有效的闭环。

本文系2020年湖南省普通高等学校教学改革项目(依托智能导航竞赛促进导航工程专业强军新工科建设)和教育部新工科研究与实践项目(军事智能领域新工科人才培养的探索与实践)的阶段性成果之一

参考文献

[1] B.S.Bloom.Taxonomy of Educational Goals:
Cognitive Domain of Volume One [M].Shanghai:
East China Normal University Press,1986.

[2] 李同杰,宛传平,李忠芳,等.工程案例式教学法在基础力学教学中的应用[J].教育进展,2018,8(05):573-578.

[3] 郑淑芬.案例教学法的作用、实施环节及需要注意的问题[J].教育探索,2008.3(4):56-57.

[4] 穆华,李春.BOPPPS模型及其在研究型教学中的应用探索[J].陕西教育:高教版,2015(10):27-30.

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