范晨 何曉峰 張禮廉

摘 要 新型導(dǎo)航技術(shù)課程是面向高年級(jí)研究生開設(shè)的專業(yè)核心課程，具有前沿性強(qiáng)、多學(xué)科交叉、專業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。為了增強(qiáng)課堂教學(xué)互動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)知識(shí)講授與教學(xué)效果檢驗(yàn)閉環(huán)，采用案例教學(xué)與BOPPPS模型進(jìn)行結(jié)合的混合教學(xué)方式。以仿生智能導(dǎo)航教學(xué)章節(jié)為例，從導(dǎo)入、目標(biāo)、前測(cè)、參與式教學(xué)、后測(cè)和總結(jié)六個(gè)環(huán)節(jié)探討了混合教學(xué)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，以充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)其主動(dòng)參與課堂教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)效果的有效閉環(huán)，為新型導(dǎo)航技術(shù)課程的教學(xué)方法創(chuàng)新運(yùn)用提供了一種有益實(shí)踐。

關(guān)鍵詞 案例教學(xué) BOPPPS模型 教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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

根據(jù)教育目標(biāo)分類與認(rèn)知理論，[1]學(xué)習(xí)認(rèn)知目標(biāo)可劃分為知曉（Knowledge）、理解（Comprehension）、運(yùn)用（Application）、分析（Analysis）、綜合（Synthesis）、評(píng)估/創(chuàng)新（Evaluation/Create）六個(gè)層次，各層次的目標(biāo)難易程度依次遞增，從對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的知曉，到合理運(yùn)用知識(shí)對(duì)具體內(nèi)容評(píng)估，對(duì)教學(xué)方式方法提出了更高的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是智能科學(xué)的迅速發(fā)展，使得專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容不僅局限于經(jīng)典理論知識(shí)的講解，同時(shí)也將最新技術(shù)前沿融入專業(yè)教學(xué)，為學(xué)生知識(shí)創(chuàng)新與能力培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。與此同時(shí)，傳統(tǒng)教學(xué)方式側(cè)重于對(duì)知識(shí)的講解，要求學(xué)生知曉與理解課程內(nèi)容，結(jié)合教育目標(biāo)分類與認(rèn)知理論，需要加強(qiáng)在知識(shí)的運(yùn)用、分析、綜合與評(píng)估方面的設(shè)計(jì)。從基本方法入手，改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)模型，拓展新的教學(xué)手段，使學(xué)生不局限于掌握現(xiàn)有知識(shí)，更重要的是學(xué)會(huì)知識(shí)創(chuàng)新與創(chuàng)造，從而將現(xiàn)有教學(xué)目標(biāo)推向綜合與評(píng)估的更高認(rèn)知層面。本文以筆者講授的“新型導(dǎo)航技術(shù)”為例，淺析如何綜合利用案例教學(xué)與BOPPPS模型進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計(jì)。

1 概述

新型導(dǎo)航技術(shù)是國(guó)防科技大學(xué)面向高年級(jí)研究生開設(shè)的專業(yè)核心課程之一，特點(diǎn)是前沿性強(qiáng)、多學(xué)科交叉、專業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)，要求學(xué)生能夠通過(guò)掌握新型導(dǎo)航技術(shù)的基本原理與實(shí)現(xiàn)方法，知曉開展前沿導(dǎo)航技術(shù)研究的途徑，并能夠進(jìn)行實(shí)踐、分析與討論，達(dá)到學(xué)以致用、融會(huì)貫通的教學(xué)目的。本門課程內(nèi)容涉及導(dǎo)航學(xué)、仿生學(xué)、智能科學(xué)以及計(jì)算科學(xué)等多個(gè)學(xué)科，而采用傳統(tǒng)教學(xué)模式開展授課時(shí)，教學(xué)效果難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，主要體現(xiàn)在兩方面：一是課堂教學(xué)的互動(dòng)性不強(qiáng)，由于新型導(dǎo)航技術(shù)的一些知識(shí)點(diǎn)較為抽象，傳統(tǒng)教學(xué)模式側(cè)重于理論講授的單向輸出，缺乏一定的課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，學(xué)生課堂參與度不高，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣與思考主動(dòng)性難以被充分調(diào)動(dòng);二是知識(shí)講授與教學(xué)效果檢驗(yàn)不閉環(huán)，本門課程內(nèi)容主要為導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的前沿，具有較強(qiáng)應(yīng)用需求牽引性，要求學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)的專業(yè)知識(shí)實(shí)現(xiàn)融會(huì)貫通，并且能夠具備解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力，但傳統(tǒng)教學(xué)對(duì)知識(shí)講授與教學(xué)效果檢驗(yàn)缺少必要的閉環(huán)評(píng)估環(huán)節(jié)，難以把握學(xué)生對(duì)重點(diǎn)知識(shí)內(nèi)容的掌握效果。

案例式教學(xué)是一種強(qiáng)調(diào)互動(dòng)性和應(yīng)用性的新型教學(xué)方式，[2]由哈佛大學(xué)的情景案例教學(xué)課演變總結(jié)而來(lái)，通常將理論教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用案例相結(jié)合，能夠提高學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)興趣以及知識(shí)理解能力。案例教學(xué)要求教師根據(jù)具體授課內(nèi)容，課前準(zhǔn)備特定的教學(xué)案例，課中將案例貫穿教學(xué)實(shí)踐，通過(guò)案例抽象出授課知識(shí)點(diǎn)，來(lái)達(dá)到啟示理論和啟迪思維的目的。[3]與傳統(tǒng)的教學(xué)手段相比，案例教學(xué)的最大特點(diǎn)是形象化，能夠?qū)⒔虒W(xué)內(nèi)容與具體案例融合，加上直觀、形象、生動(dòng)的形式，給學(xué)生身臨其境之感，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生去主動(dòng)學(xué)習(xí)和思考，達(dá)到理論與實(shí)踐的雙核驅(qū)動(dòng)教學(xué)。BOPPPS教學(xué)模型構(gòu)建了一種規(guī)范化可操作性的教學(xué)設(shè)計(jì)框架，強(qiáng)調(diào)課堂互動(dòng)與課堂效果檢驗(yàn)反饋，在全球多所大學(xué)與培訓(xùn)機(jī)構(gòu)應(yīng)用，被充分驗(yàn)證，結(jié)果表明能夠有效地改善教學(xué)課堂效果。[4]

考慮新型導(dǎo)航技術(shù)的課程特點(diǎn)，筆者認(rèn)為，遵循學(xué)習(xí)認(rèn)知發(fā)展層次，從教學(xué)方法入手，將BOPPPS教學(xué)模型與案例式教學(xué)相結(jié)合，以加強(qiáng)課堂互動(dòng)和教學(xué)閉環(huán)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，其中關(guān)鍵是如何基于BOPPPS模型的標(biāo)準(zhǔn)化模塊，實(shí)現(xiàn)典型教學(xué)案例的設(shè)計(jì)。仿生智能導(dǎo)航作為新型導(dǎo)航技術(shù)的一種，也是當(dāng)前導(dǎo)航技術(shù)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)將選取此節(jié)來(lái)探究案例教學(xué)與BOPPPS模型在課程案例教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

2 基于BOPPPS模型的案例教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

本節(jié)授課內(nèi)容仿生智能導(dǎo)航技術(shù)中的仿生偏振光導(dǎo)航，將以撒哈拉沙漠螞蟻覓食返巢揭秘為案例進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)深入分析沙蟻覓食后沿直線返巢現(xiàn)象背后所涉及的導(dǎo)航秘密，完成大氣偏振信息測(cè)量方法和大氣偏振光導(dǎo)航原理與方法的教學(xué)任務(wù)。

以BOPPP模型為“案”，以撒哈拉沙漠螞蟻覓食返巢揭秘為“例”，梳理教學(xué)內(nèi)容，對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行模塊化分解。BOPPPS模型主要由六個(gè)模塊組成，分別是導(dǎo)入（Bridge in）、目標(biāo)（Objective）、前測(cè)（Pre-Assessment）、參與式教學(xué)（Participatory Learning）、后測(cè)（Post-Assessment）、總結(jié)（Summary），每個(gè)模塊具有明確的教學(xué)目標(biāo)，相互承接，構(gòu)成完備統(tǒng)一的教學(xué)過(guò)程，所設(shè)計(jì)的課程教學(xué)基本框架如圖1所示。

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.2.1 導(dǎo)入環(huán)節(jié)

從學(xué)生日常生活中使用智能手機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航為切入點(diǎn)，對(duì)比動(dòng)物主要依靠自然界的信息進(jìn)行導(dǎo)航的方式，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)思考動(dòng)物如何進(jìn)行導(dǎo)航，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生聚焦到沙漠螞蟻（以下簡(jiǎn)稱沙蟻）的導(dǎo)航，設(shè)置提問(wèn)沙漠環(huán)境惡劣下有哪些可用的導(dǎo)航信息源，以激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。

2.2.2 目標(biāo)

結(jié)合圖例，描述沙蟻覓食返巢的過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生的直觀感受。采用啟發(fā)授課的方式，引導(dǎo)學(xué)生從信息獲取與利用的角度，分析沙蟻利用天空偏振信息進(jìn)行導(dǎo)航的可行性，以揭示沙漠螞蟻導(dǎo)航之謎的方式，引出授課目標(biāo)，即掌握大氣偏振光測(cè)量原理，與大氣偏振定向原理（見表1）。

2.2.3 前測(cè)

使用雨課堂進(jìn)行課堂互動(dòng)提問(wèn)。設(shè)置天空為什么藍(lán)色的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生回顧相關(guān)的物理基礎(chǔ)知識(shí)，思考產(chǎn)生的原因，并根據(jù)雨課堂統(tǒng)計(jì)情況及時(shí)掌握學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備情況，從而確定授課進(jìn)度。

2.2.4 參與式教學(xué)

本環(huán)節(jié)是設(shè)計(jì)核心，采用問(wèn)題引導(dǎo)、分組討論與總結(jié)講授的方式交叉進(jìn)行。圍繞授課目標(biāo)，分為三個(gè)部分：首先，展示太陽(yáng)光經(jīng)大氣產(chǎn)生偏振的過(guò)程，啟發(fā)學(xué)生一起總結(jié)天空偏振信息的分布特點(diǎn)，再次營(yíng)造主動(dòng)學(xué)習(xí)氛圍;然后，引導(dǎo)學(xué)生思考沙蟻利用復(fù)眼偏振神經(jīng)元處理信息的過(guò)程，建立偏振測(cè)量方程，并推導(dǎo)偏振信息的解算過(guò)程，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的掌握;最后，采用分組討論的形式，從實(shí)際導(dǎo)航偏振圖出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生觀察思考偏振圖的變化規(guī)律，討論沙蟻進(jìn)行偏振光導(dǎo)航的可能實(shí)施方案，總結(jié)講授偏振光定向的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。

2.2.5 后測(cè)與總結(jié)

通過(guò)提問(wèn)啟發(fā)，引導(dǎo)并評(píng)估學(xué)生對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。啟發(fā)提問(wèn)利用月亮偏振光導(dǎo)航的可行性，回顧關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，評(píng)估學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度。結(jié)合搭建的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生在知識(shí)應(yīng)用中進(jìn)行探索與實(shí)踐。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著教學(xué)改革的不斷深入，先進(jìn)的教學(xué)模型與方法不斷引入課程教學(xué)設(shè)計(jì)。BOPPPS模型與案例式教學(xué)在課堂中應(yīng)用比較廣泛，但將兩者有機(jī)的結(jié)合，應(yīng)用于專業(yè)課程教學(xué)設(shè)計(jì)的文章較少。本文結(jié)合課程教學(xué)實(shí)踐，以沙漠螞蟻覓食返巢揭秘為教學(xué)案例，詳細(xì)介紹了利用BOPPPS模型進(jìn)行課堂教學(xué)案例設(shè)計(jì)的基本過(guò)程。從教學(xué)效果來(lái)看，BOPPPS教學(xué)模型與教學(xué)案例相結(jié)合的方式，能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了課堂互動(dòng)性，并通過(guò)課上評(píng)估與課下實(shí)踐，使得教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)效果能夠形成有效的閉環(huán)。

本文系2020年湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目（依托智能導(dǎo)航競(jìng)賽促進(jìn)導(dǎo)航工程專業(yè)強(qiáng)軍新工科建設(shè)）和教育部新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目（軍事智能領(lǐng)域新工科人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐）的階段性成果之一

參考文獻(xiàn)

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