摘 要：為解決傳統(tǒng)教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容瑣碎不系統(tǒng)、教學(xué)理念刻板守舊和教學(xué)課程考核評價體系單一等問題，以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)樹莓派接口及項目開發(fā)課程教學(xué)為例，基于“大云上”SPOC平臺，引入BOPPPS教學(xué)模型，構(gòu)建線上線下混合式教學(xué)模式，對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程進行改革與實踐。結(jié)果表明，將SPOC在線教學(xué)環(huán)境和BOPPPS教學(xué)模型相融合，可以有效地調(diào)動學(xué)生的積極性和主觀能動性，提升學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；樹莓派接口及項目開發(fā)；混合式教學(xué)；SPOC；BOPPPS；教學(xué)改革

中圖分類號：TP311；G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）09-0-03

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.09.038

0 引 言

互聯(lián)網(wǎng)時代給傳統(tǒng)的教育體制帶來了新的挑戰(zhàn)。國內(nèi)高校對慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、SPOC（小規(guī)模限制性在線課程）、混合式教學(xué)等領(lǐng)域展開了相關(guān)研究[1-3]。其中混合式教學(xué)是在傳統(tǒng)課堂教學(xué)基礎(chǔ)上融合在線學(xué)習(xí)的一種教學(xué)模式，充分利用線上學(xué)習(xí)資源調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，提供靈活、個性化和互動性強的學(xué)習(xí)體驗。旨在充分發(fā)揮教師在教學(xué)過程中的引導(dǎo)、啟發(fā)和監(jiān)督等主導(dǎo)作用，同時也重視學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的積極性、主動性和創(chuàng)造性，以達到提升教學(xué)效果的目的。

樹莓派接口及項目開發(fā)課程作為國家級一流本科專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程的專業(yè)核心課，以樹莓派開發(fā)板為硬件載體，旨在設(shè)計和開發(fā)出有趣和實用的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。本校針對該課程于2020年組建混合式教學(xué)團隊，借助中國大學(xué)慕課異步SPOC平臺，錄制相關(guān)教學(xué)視頻107個，總計時長近600 min，內(nèi)容涵蓋課程全部知識體系，為線上線下混合式教學(xué)提供了充足的線上資源；2021年將課程全部資源部署至學(xué)?！岸尨笤粕稀本€上慕課平臺，繼續(xù)完善線上資源庫，更新豐富課程教學(xué)內(nèi)容，積極探索線上線下混合式教學(xué)模式，目前已運行4輪。

在樹莓派課程線上線下混合式教學(xué)中，為解決傳統(tǒng)教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容瑣碎不系統(tǒng)、教學(xué)理念刻板守舊和教學(xué)課程考核評價體系單一等問題，教學(xué)團隊基于現(xiàn)有的“秾大云上”SPOC混合式教學(xué)環(huán)境，引入 BOPPPS 教學(xué)模式優(yōu)化教學(xué)設(shè)計、加強課堂互動，進而提高課堂教學(xué)效果和趣味性。

1 教學(xué)設(shè)計理念

1.1 SPOC教學(xué)

SPOC教學(xué)（Small Private Online Course，小規(guī)模限制性在線課程），是一種將課堂教學(xué)與在線學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)組織形式[4-5]。相比于傳統(tǒng)的大規(guī)模在線課程（MOOC），SPOC教學(xué)更注重定制化和個性化的學(xué)習(xí)體驗。

在SPOC教學(xué)中，教師能夠根據(jù)學(xué)生的需求和興趣，靈活設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)支持。通過在線平臺，學(xué)生可以在自己選擇的時間和地點進行學(xué)習(xí)，獲得靈活性和方便性的學(xué)習(xí)體驗。同時，SPOC教學(xué)注重互動和個性化指導(dǎo)，教師與學(xué)生之間可以進行實時的交流和反饋。SPOC教學(xué)的小規(guī)模特點使得教師能夠更好地關(guān)注每個學(xué)生的學(xué)習(xí)進展，并提供有針對性的支持和輔導(dǎo)。通過這種個性化的學(xué)習(xí)支持，學(xué)生可以更好地理解和掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)效果。

1.2 BOPPPS教學(xué)

BOPPPS教學(xué)模型以建構(gòu)主義和交際法作為理論依據(jù)，在教學(xué)實施過程中將教師從“傳統(tǒng)知識傳遞者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙龑?dǎo)者”，將學(xué)生從“被動接收者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢J知主體”，提倡“參與、協(xié)作式教學(xué)”，注重“師生互動、生生互動”，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，是一種強調(diào)學(xué)生參與和反饋的閉環(huán)教學(xué)過程模式[6]。BOPPPS教學(xué)模型將課堂教學(xué)分為導(dǎo)入（Bridge）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（Objectives）、前測（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）、后測（Post-assessment）和總結(jié)（Summary）6個環(huán)節(jié)[7-8]。通過設(shè)置以上6個教學(xué)環(huán)節(jié)來優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)，輔助教師把握課堂節(jié)奏，及時獲得學(xué)生反饋信息，調(diào)整后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增進師生互動的教學(xué)效果。

BOPPPS教學(xué)模型為教學(xué)活動的開展提供了較為完整科學(xué)的理論指導(dǎo)，而SPOC則提供了靈活和個性化的學(xué)習(xí)環(huán)境。因此，將BOPPPS和SPOC教學(xué)模式相融合，可以充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢，形成更為完善的線上線下教學(xué)活動設(shè)計框架，保證教學(xué)活動之間有效地銜接，加深學(xué)習(xí)者對知識的理解[9-10]。因此，基于BOPPPS模式進行SPOC環(huán)境下的混合式教學(xué)活動設(shè)計，具有一定的系統(tǒng)科學(xué)性和可操作性，為開展線上線下混合式教學(xué)設(shè)計的改革提供了切實可行的辦法。

2 基于“SPOC+BOPPPS”的課程混合式教學(xué)設(shè)計與實踐

2.1 教學(xué)設(shè)計整體思路

為激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究的能力，樹莓派接口及項目開發(fā)課程以一流課程“兩性一度”為標(biāo)準(zhǔn)，在“成果導(dǎo)向、學(xué)生為中心、持續(xù)改進”的教育教學(xué)理念指導(dǎo)下，依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案和畢業(yè)要求指標(biāo)點，從知識應(yīng)用能力、分析能力、設(shè)計能力、實驗實踐能力4個方面明確課程目標(biāo)和制定教學(xué)大綱，并引入BOPPPS教學(xué)模式進行課程教學(xué)設(shè)計，整體教學(xué)模型設(shè)計如圖1所示。

整體教學(xué)設(shè)計思路為：采用BOPPPS教學(xué)模式實現(xiàn)“課前自主學(xué)習(xí)-課堂探究學(xué)習(xí)-課后實踐應(yīng)用”3個環(huán)節(jié)的線上線下混合式教學(xué)。課前自主學(xué)習(xí)階段，采用線上形式開展。教師基于“秾大云上”信息化平臺發(fā)布課前預(yù)習(xí)任務(wù)和相關(guān)學(xué)習(xí)資料，學(xué)生利用碎片化時間觀看視頻并完成相應(yīng)的線上測試，鞏固基礎(chǔ)知識，為課堂學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。課堂探究學(xué)習(xí)階段，利用“翻轉(zhuǎn)課堂”進行線下教學(xué)。教師運用“現(xiàn)場展示法、小組討論法”為主體的教學(xué)方法，通過現(xiàn)場展示，引導(dǎo)學(xué)生思考、重視體驗、強化表達；通過小組討論，增強學(xué)生團隊合作意識，促進所學(xué)知識內(nèi)化，提高學(xué)生積極主動性。課后實踐應(yīng)用階段，采用“項目驅(qū)動法”進行實驗教學(xué)。學(xué)生通過線上平臺反饋學(xué)習(xí)情況，教師線下通過項目開發(fā)實驗引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，增強學(xué)生動手實踐能力，達到學(xué)以致用的目的。

2.2 基于“SPOC+BOPPPS”的教學(xué)應(yīng)用實踐

課程團隊在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計中提出“1+3+8”思路，即遵循1個通用嵌入式開發(fā)框架，選擇樹莓派作為開發(fā)板；教學(xué)內(nèi)容覆蓋軟件開發(fā)、硬件設(shè)計以及樹莓派特有的網(wǎng)絡(luò)編程

3個模塊，符合從軟件編程到硬件連接，再組合、遞進的物聯(lián)網(wǎng)項目整體設(shè)計開發(fā)模式；設(shè)計出8個專題，分8章進行學(xué)習(xí)?！?+3+8”課程思路如圖2所示。

下面選取課程教學(xué)內(nèi)容中的“樹莓派與外設(shè)”知識點，以知識點第一講作為課堂教學(xué)設(shè)計示例，闡述基于“SPOC+BOPPPS”教學(xué)模式的教學(xué)設(shè)計實施過程。

（1）學(xué)情分析

本課程授課對象是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的2020級學(xué)生，現(xiàn)階段大部分學(xué)生的接受能力和實踐能力較強，思維比較活躍，學(xué)習(xí)積極性較高，對實物開發(fā)板的應(yīng)用很感興趣。經(jīng)過前期相關(guān)專業(yè)課程學(xué)習(xí)和本課程前面內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生已有一定的電路系統(tǒng)分析、程序設(shè)計與調(diào)試和傳感器技術(shù)等相關(guān)理論知識的儲備，為本課程的學(xué)習(xí)奠定了知識基礎(chǔ)。

（2）教學(xué)實施過程

①導(dǎo)入（Bridge-in）：教師在線上平臺發(fā)布課前思考題“數(shù)碼管在日常生活中隨處可見，搜集你所知道的數(shù)碼管應(yīng)用案例，考慮如何將這些數(shù)碼管連接到樹莓派上”。學(xué)生搜集相關(guān)資料，試著將數(shù)碼管連接到樹莓派上，在此過程中通過線上平臺相互討論與分享，更全面地了解課堂上將要講授的內(nèi)容。

②學(xué)習(xí)目標(biāo)（Objectives）：教師要求學(xué)生在“秾大云上”完成視頻內(nèi)容的學(xué)習(xí)，例如生活中常用的傳感器及其引腳和工作原理，樹莓派讀取傳感器數(shù)據(jù)的方法，以及輸出設(shè)備（四位數(shù)碼管、LED燈）的連接和控制等，并針對本次課程確立明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

③前測（Pre-assessment）：課前學(xué)生在“秾大云上”教學(xué)平臺觀看相關(guān)視頻等各類學(xué)習(xí)資源，并結(jié)合課前預(yù)習(xí)知識完成發(fā)布的前測練習(xí)，檢驗其預(yù)習(xí)情況并鞏固所學(xué)的知識點。

④參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）：課堂參與式教學(xué)主要分為“知識回顧”“教學(xué)引導(dǎo)”“課堂展示”“小組討論”四部分。在“知識回顧P1”環(huán)節(jié)，教師回顧知識點“樹莓派GPIO的操作”，并提問“現(xiàn)在需要利用樹莓派上GPIO引腳控制LED的亮滅，那么所連接的LED引腳是作為輸入模式還是輸出模式，如何編寫代碼實現(xiàn)”。教師通過“提問點評-現(xiàn)場演示”，檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，加深學(xué)生對先前知識的理解，提升他們的學(xué)習(xí)興趣。在“教學(xué)引導(dǎo)P2”環(huán)節(jié)，針對課前任務(wù)中關(guān)于數(shù)碼管應(yīng)用的思考題，教師與學(xué)生共同探究“如何判斷數(shù)碼管是共陽極還是共陰極”，強調(diào)知識點，提升理性分析問題的能力。在“課堂展示P3”環(huán)節(jié)，課前由學(xué)生自主選擇發(fā)布的展示專題，完成課堂展示。比如：主題為樹莓派上玩三字經(jīng)游戲，由學(xué)生主導(dǎo)演示，通過該主題引導(dǎo)學(xué)生體會《三字經(jīng)》文化遺產(chǎn)的內(nèi)涵，體會中國文化的魅力，同時加強生生互動，抓住學(xué)生的興趣點，開闊學(xué)生的知識視野。在“小組討論P4”環(huán)節(jié)，教師發(fā)布討論主題“你能想象和總結(jié)出哪些樹莓派結(jié)合外設(shè)的應(yīng)用場景？請簡單描述這些場景中樹莓派和外設(shè)的作用”。給定時間讓學(xué)生進行分組討論，由小組推選一位組代表，匯報討論結(jié)果，在討論過程中加強“師生互動、生生互動”，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作意識和解決問題的能力。

⑤后測（Post-assessment）：本課程通過“項目驅(qū)動”實踐環(huán)節(jié)展開后測，考查學(xué)生對整節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成度。本次實驗利用樹莓派驅(qū)動數(shù)碼管顯示環(huán)境溫度，學(xué)生以分組形式完成，在實驗過程中將所學(xué)知識學(xué)以致用，深化對理論知識的理解和掌握。

⑥總結(jié)（Summary）：分為課堂總結(jié)和課后總結(jié)兩部分。課堂總結(jié)主要是教師對本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容進行梳理總結(jié)，理清各知識點的關(guān)聯(lián)，引導(dǎo)學(xué)生回顧知識和收獲，對課前預(yù)習(xí)及時、線上測驗準(zhǔn)確率高、課堂表現(xiàn)活躍、課后實驗完成度高的學(xué)生予以表揚，并提醒學(xué)生按時完成平臺上實驗項目的提交。課后總結(jié)是教師通過分析總結(jié)學(xué)生線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和線下表現(xiàn)情況，對教學(xué)各環(huán)節(jié)進行反饋、完善，形成教學(xué)設(shè)計閉環(huán)。

3 教學(xué)評價與分析

3.1 課程考核方式

課程采用過程性考核評價方式，分為線上和線下兩大部分。如圖3所示，線上考核占40%，包含理論學(xué)習(xí)、單元測驗、線上實驗。線下考核占60%，包含課堂討論、項目開發(fā)。每位學(xué)生需要完成單元測驗8次，參與課堂討論1次，完成實驗項目8個，項目開發(fā)8個。其中單元測驗內(nèi)容由平臺自動判分，線上實驗由學(xué)生互評，課堂討論和項目開發(fā)由教師進行判分。

3.2 教學(xué)效果評價及成效

在2020級物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學(xué)中引入BOPPPS教學(xué)模型后，學(xué)生對課程的接受度和滿意度明顯提高，評教分數(shù)均在90分以上。從評教結(jié)果來看，大部分學(xué)生滿意度較高，認為課程內(nèi)容設(shè)計合理、教學(xué)方法行之有效、課程教學(xué)效果顯著。評教結(jié)果見表1所列。

自開展基于BOPPPS教學(xué)模型的混合式教學(xué)方式以來，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高漲，開放實驗室常出現(xiàn)周末也搶座的現(xiàn)象；學(xué)生合作意識增強，組隊參加各類競賽的人數(shù)持續(xù)攀高；學(xué)生的實踐能力有所提升，積極參加大學(xué)生創(chuàng)新項目、全國機器人大賽等，收獲頗豐。

4 結(jié) 語

為適應(yīng)“新工科”對人才綜合性和創(chuàng)新性的培養(yǎng)需求，教學(xué)團隊將基于 “SPOC+BOPPPS”模型的混合式教學(xué)模式應(yīng)用于樹莓派接口及項目開發(fā)課程中，引入BOPPPS六步教學(xué)法，依托“秾大云上”SPOC平臺，采用線上自主學(xué)習(xí)與線下輔導(dǎo)相結(jié)合的模式，線上學(xué)生借助豐富的線上資源開展自主學(xué)習(xí)，線下實踐環(huán)節(jié)以項目為任務(wù)驅(qū)動，課堂中將展示、討論相結(jié)合，實現(xiàn)“項目+展示”雙驅(qū)動。教學(xué)閉環(huán)串聯(lián)課前、課中、課后3個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)學(xué)生深度參與的課堂翻轉(zhuǎn)互動。將單元測驗、展示與討論、實驗操作、項目開發(fā)內(nèi)容相組合，完成覆蓋教學(xué)全流程的過程性考核，強調(diào)學(xué)生課堂參與度，營造集體學(xué)習(xí)、成果共享氛圍，真正做到以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有效提升課堂教學(xué)水平。

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收稿日期：2023-09-15 修回日期：2023-10-13

基金項目：2024年新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目：《樹莓派接口及項目開發(fā)》課程教學(xué)案例集資源建設(shè)與應(yīng)用研究（2024PTJG037）；2020年新農(nóng)科改革與實踐項目：西部多民族地區(qū)“新農(nóng)科-智慧農(nóng)業(yè)”復(fù)合型人才培養(yǎng)改革與實踐（2020044）；2022年新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)教育教學(xué)綜合改革與實踐項目：物聯(lián)網(wǎng)工程國家一流本科專業(yè)核心課程體系改革研究（2022JXGG06）；2023年第二批國家級一流本科課程-線上線下混合式一流課程——“樹莓派接口及項目開發(fā)”

作者簡介：文 歡（1991—），女，碩士，講師，研究方向為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

孟小艷（1978—），女，博士，副教授，研究方向為人工智能。

馮向萍（1975—），女，碩士，副教授，研究方向為計算機軟件與應(yīng)用。

王 磊（1985—），男，在讀博士研究生，講師，研究方向為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

柯春艷（1985—），女，在讀博士研究生，講師，研究方向為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。