基于概念圖和BOPPPS模型的教學(xué)研究與實(shí)踐

摘要：為了更有效地組織教學(xué)過程、提高教學(xué)效果，文章研究教學(xué)問題的內(nèi)涵特點(diǎn)，構(gòu)建設(shè)計(jì)教學(xué)問題的原則和策略，并給出利用BOPPPS模型在算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中應(yīng)用實(shí)踐的案例

關(guān)鍵詞：教學(xué)設(shè)計(jì)；概念圖；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；算法；BOPPPS模型

引 言

美國(guó)著名認(rèn)知教育心理學(xué)家布魯納認(rèn)為，學(xué)習(xí)的目的在于以發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的方式，使學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。他關(guān)于教學(xué)口的的理論被稱為認(rèn)知一發(fā)現(xiàn)說，或認(rèn)知一結(jié)構(gòu)淪。為了達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，長(zhǎng)期以來，教學(xué)設(shè)計(jì)成為教育技術(shù)的核心組成部分，也是教育技術(shù)研究的重點(diǎn)。文獻(xiàn)從綜述的角度，詳細(xì)闡述了關(guān)于教學(xué)設(shè)計(jì)的各種定義、發(fā)展階段、教學(xué)設(shè)計(jì)的模式以及發(fā)展趨勢(shì)。文獻(xiàn)從以問題為導(dǎo)向的科學(xué)哲學(xué)方法淪為出發(fā)點(diǎn)，借助系統(tǒng)科學(xué)方法，嘗試給出教學(xué)設(shè)計(jì)理論方法的增長(zhǎng)模式、教學(xué)設(shè)汁的二維模型。

教學(xué)設(shè)計(jì)關(guān)注的要素包括教學(xué)策略、教學(xué)模式力‘法和教學(xué)手段等，這些屬于設(shè)計(jì)教學(xué)的形式化要素。在長(zhǎng)期的教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，如果僅僅停留在形式層面關(guān)注教學(xué)設(shè)計(jì)，往往不能產(chǎn)生預(yù)期的教學(xué)效益。究其原因，主要是忽視了非常重要的教學(xué)問題設(shè)計(jì)。

1 教學(xué)問題概念

教學(xué)設(shè)計(jì)（instructional design）也叫教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)教學(xué)對(duì)象和教學(xué)目標(biāo)，確定合適的教學(xué)起點(diǎn)與終點(diǎn)，有序、優(yōu)化地安排教學(xué)諸要素，形成教學(xué)方案的過程。它是一門運(yùn)用系統(tǒng)方法科學(xué)解決教學(xué)問題的學(xué)科，以教學(xué)效果最優(yōu)化為目的，以解決教學(xué)問題為宗旨。

教學(xué)目標(biāo)本質(zhì)上就是需要解決的教學(xué)問題這些問題如何提取，人們?nèi)绾握J(rèn)識(shí)“問題”？近代的哲學(xué)家們對(duì)“問題”的認(rèn)識(shí)過程進(jìn)行了深入的研究，建構(gòu)了“問題學(xué)”理論，其中最有影響和指導(dǎo)意義的是杜威和波普爾兩位哲學(xué)家的觀點(diǎn)。

20世紀(jì)初，美國(guó)著名的實(shí)用主義學(xué)派哲學(xué)家杜威提出以“情境邏輯”為基礎(chǔ)的問題理論。他認(rèn)為，人的認(rèn)識(shí)活動(dòng)實(shí)際上是從他們面臨的境況（問題、疑惑等）開始的，研究日的是獲得擺脫困境（解決問題）的一個(gè)“解答式”，使人能從不合人意的境況向符合人意的境況轉(zhuǎn)變。

波普爾的觀點(diǎn)則強(qiáng)調(diào)“科學(xué)始于問題”，提出了從問題到問題的科學(xué)知識(shí)增長(zhǎng)模式：

Pl-TT1一EE1一P2一TT2一EE2一P3 ……其中Pl表示起始問題，TT1表示為解決Pl而提出的可行的理論方法，EE1表示解決TTI中的錯(cuò)誤；隨著Pl的解決，可能又會(huì)產(chǎn)生新問題P2，于是又產(chǎn)生了解決P2問題的新方法……科學(xué)知識(shí)的增長(zhǎng)過程就是不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程。

受杜威和波普爾的問題理論啟發(fā)，林定夷認(rèn)為“問題”即某個(gè)給定的智能活動(dòng)過程的當(dāng)前狀態(tài)與智能主體所要求的目標(biāo)狀態(tài)之間的差距。因此，教學(xué)設(shè)計(jì)的過程就是不斷從一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)遷移的過程，而遷移的內(nèi)在動(dòng)機(jī)就是達(dá)成課程的教學(xué)目標(biāo)。

2 教學(xué)問題的價(jià)值和設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)問題的價(jià)值

問題在教學(xué)中具有重要意義，它不僅代表教學(xué)目標(biāo)，呈現(xiàn)知識(shí)產(chǎn)生背后的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，也是承載能力生成訓(xùn)練、思維訓(xùn)練的主體。

美國(guó)教育心理學(xué)家加涅認(rèn)為，學(xué)習(xí)是個(gè)體的一整套內(nèi)部加工過程，在這個(gè)過程中，個(gè)體把環(huán)境中的刺激轉(zhuǎn)化為能進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)間記憶狀態(tài)的信息。任何一個(gè)學(xué)習(xí)過程都是有層次性的，應(yīng)分為動(dòng)機(jī)、領(lǐng)會(huì)、獲得、保持、回憶、概括、操作和反饋8個(gè)階段。動(dòng)機(jī)階段要引發(fā)學(xué)生對(duì)達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)的心理預(yù)期，構(gòu)建一定的學(xué)習(xí)情景成為學(xué)習(xí)行為的誘因，而這個(gè)階段就是靠問題構(gòu)建的。同樣，布盧姆教育目標(biāo)分類法從認(rèn)知領(lǐng)域?qū)⒔逃繕?biāo)劃為6類不同的等級(jí)，訓(xùn)練學(xué)生的認(rèn)知能力，也必然離不開問題。

問題是如此重要，但是我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)際教學(xué)過程中，并非人人都能有意識(shí)地尋找其中的問題，清楚地提煉問題之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。外在的授課表現(xiàn)就是教師就事論事，教材寫到哪里，課就講到哪里，把知識(shí)簡(jiǎn)單地堆砌在一起，教學(xué)手段雖然現(xiàn)代化，但是學(xué)生卻聽得云里霧里。

有意識(shí)地提煉問題，有目標(biāo)地確定問題的認(rèn)知水平，系統(tǒng)地建立問題之間的內(nèi)在聯(lián)系，成為上好一堂課、完成好教學(xué)設(shè)計(jì)的重要前提。

2.2 教學(xué)問題設(shè)計(jì)的原則

2.2.1 分解學(xué)習(xí)目標(biāo)，分層提出問題

布盧姆教育目標(biāo)分類法從認(rèn)知領(lǐng)域?qū)⒔逃繕?biāo)劃分為“知道、理解、應(yīng)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)”6個(gè)層次，以體現(xiàn)人們不同的認(rèn)知水平。同時(shí)還為每一類層級(jí)的認(rèn)知目標(biāo)設(shè)定了相應(yīng)的行為動(dòng)詞。布魯姆教學(xué)目標(biāo)分類方法對(duì)設(shè)計(jì)教學(xué)問題是一個(gè)很好的啟發(fā)。

“知道、理解、應(yīng)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)”這6個(gè)認(rèn)知層次是一個(gè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的認(rèn)知過程。知道層次的問題是對(duì)知識(shí)的回憶和確認(rèn)；理解層次的問題是專注對(duì)基本概念和原理的認(rèn)識(shí)程度；應(yīng)用層次的問題側(cè)重運(yùn)用基本概念、基本原理和基本方法；分析層次的問題重在考察能夠利用所學(xué)的知識(shí)分析、檢查問題的本質(zhì)和求解方法；綜合層次問題關(guān)注綜合運(yùn)用各種相關(guān)知識(shí)系統(tǒng)地分析解決問題；評(píng)價(jià)性問題則要理性、深刻地對(duì)問題的本質(zhì)特征給出客觀的判斷。位于前3位認(rèn)知層次上的問題也稱為初級(jí)層次的認(rèn)知問題，后3位稱為高級(jí)認(rèn)知問題。初級(jí)層次的問題一般具有直接、明確、無歧義的答案，而高級(jí)層次的問題答案可能不唯一。因此，在設(shè)計(jì)問題時(shí)，要關(guān)注問題的層次。特別是從學(xué)生能力培養(yǎng)的角度來看，要精心設(shè)計(jì)具有高級(jí)認(rèn)知水平的問題，提高學(xué)生的思辨能力，將布魯納的“認(rèn)知一結(jié)構(gòu)論”落到實(shí)處，使學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

2.2.2構(gòu)建“好”的問題

所謂“好”，一是指能夠準(zhǔn)確用布盧姆教育目標(biāo)分類法定位問題，二是設(shè)計(jì)的問題與教學(xué)對(duì)象相匹配，三是設(shè)計(jì)的問題與實(shí)際問題的真實(shí)程度相近，且利于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。教師應(yīng)通過問題揭示理論概念的形成過程，引導(dǎo)學(xué)生探究知識(shí)的內(nèi)涵與規(guī)律，激發(fā)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際應(yīng)用問題的興趣，提升信心。

思維的培養(yǎng)其實(shí)也蘊(yùn)涵在問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等具體工作過程中。在算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，我們深深體會(huì)到采用問題驅(qū)動(dòng)的方式，可以把“轉(zhuǎn)化、分治、遞歸、規(guī)約”等思維培養(yǎng)扎根在學(xué)生心中，在不知不覺中形成良好的思維品質(zhì)。

如何設(shè)計(jì)好的問題，我們認(rèn)為要遵循“設(shè)疑激趣，環(huán)環(huán)相扣”的基本原則。在一環(huán)套一環(huán)問題鏈的引導(dǎo)下，使學(xué)生明白相關(guān)知識(shí)的由來，理解新知識(shí)存在的價(jià)值，學(xué)會(huì)求解問題的思路和方法，體會(huì)科學(xué)思維的內(nèi)涵，建立正確的認(rèn)識(shí)觀。設(shè)計(jì)“好”問題需要從以下幾個(gè)方面考慮。

（1）目的性：?jiǎn)栴}要緊貼教學(xué)目標(biāo)，緊貼實(shí)際，緊貼需求，并體現(xiàn)布魯姆原則中的認(rèn)識(shí)水平。

（2）適度性：?jiǎn)栴}的難易度要與學(xué)生的實(shí)際狀況相呼應(yīng)，與教學(xué)的展開過程相匹配，適應(yīng)學(xué)生的發(fā)展水平。

（3）開放性：?jiǎn)栴}富有層次，探究空間大，挑戰(zhàn)與思辨共存，有助于創(chuàng)新思維培養(yǎng)。

（4）體驗(yàn)性：?jiǎn)栴}能夠帶給學(xué)生探究和發(fā)現(xiàn)的體驗(yàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)和探究意識(shí)。

2.3 教學(xué)問題設(shè)計(jì)的策略

就像寫作文先列出寫作提綱，然后才開始潤(rùn)筆寫作一樣，當(dāng)講授一個(gè)內(nèi)容的時(shí)候，我們也應(yīng)該仔細(xì)想清楚怎么開場(chǎng)、怎么展開、知識(shí)點(diǎn)之間的銜接關(guān)系等問題之后，才收集素材、制作PPT等。

美同康奈爾大學(xué)的Joseph Novak和D.BobGowin首次提出了概念圖（concept map）。概念圖是一種知識(shí)以及知識(shí)之間的關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)圖形化表征，也是思維可視化的表征。一幅概念圖一般由結(jié)點(diǎn)、鏈接和文字標(biāo)注組成。結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)概念，一般用幾何圖形、圖案、文字等方式表示；鏈接表示不同結(jié)點(diǎn)之間的有意義的關(guān)系，通常用不同形式的連線（箭頭、帶文字的箭頭等）表示，它描述了構(gòu)圖者對(duì)概念的理解程度；文字標(biāo)注可以是不同結(jié)點(diǎn)上的概念關(guān)系，也可以足對(duì)結(jié)點(diǎn)上慨念的詳細(xì)闡述，還可以是對(duì)整幅圖的說明。

我們認(rèn)為概念圖是一個(gè)可以幫助教師從教學(xué)內(nèi)容中梳理問題的非常好的輔助工具，也是評(píng)估學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、概念與概念間關(guān)系的理解程度的好幫手。利用概念圖設(shè)計(jì)問題的基本思路如下。

（1）構(gòu)建概念圖。首先一一列出基本概念（結(jié)點(diǎn)），然后按照內(nèi)在邏輯關(guān)系建立概念之間的邏輯關(guān)系（鏈接）標(biāo)注必要的文字注解。

（2）篩選基本概念的已知或未知屬性。梳理哪些是學(xué)生已經(jīng)具備的基本學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，哪些是需要講解的重點(diǎn)。

（3）提煉概念之間演進(jìn)關(guān)系變化的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，形成牽引學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)問題。

3 應(yīng)用案例

在算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，我們應(yīng)用概念圖輔助構(gòu)建教學(xué)問題，起到了非常好的教學(xué)效果。同時(shí)，我們引入北美的BOPPPS模型來組織實(shí)施教學(xué)，在反復(fù)迭代應(yīng)用BOPPPS模型完成一個(gè)個(gè)問題求解的過程中，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)的全面培養(yǎng)。

3.1 概念圖示例

圖l是關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的研究?jī)?nèi)容的概念圖，這張圖清楚地表達(dá)了“什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，研究對(duì)象是什么，都有哪些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系是什么，算法的作用是什么，如何描述算法，為什么要評(píng)價(jià)算法，如何評(píng)價(jià)算法”等一系列問題。通過這張圖，教師可以隨時(shí)準(zhǔn)確定位知識(shí)點(diǎn)的位置，學(xué)生可以形成清晰的知識(shí)脈絡(luò)關(guān)系。

3.2 BOPPPS模型

有了問題，如何突出問題，并有效地組織實(shí)施，也是非常重要的。筆者曾經(jīng)接受了BOPPPS模型教學(xué)的師資培訓(xùn)，嘗試把概念圖與BOPPPS模型相結(jié)合，展開具體教學(xué)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用該模型教師會(huì)更清楚教學(xué)目的，更強(qiáng)調(diào)目標(biāo)達(dá)成的有效性，更自信得到好的教學(xué)效果。限于篇幅，本節(jié)簡(jiǎn)要說明應(yīng)用BOPPPS模型與問題求解的對(duì)接方式。

BOPPPS教學(xué)模型是教師進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的一種模式，起源于北美地區(qū)。BOPPPS模型將課程教學(xué)過程分為6個(gè)階段，依次為B（ bridge-in）引入、O（learning objective）學(xué)習(xí)目標(biāo)、P（pre-test）課前摸底、P（participatorylearning）參與式學(xué)習(xí)、P（post-assessment）課內(nèi)評(píng)估、S（summary）總結(jié)。表1列出了各個(gè)階段的含義，與SW教學(xué)要素（即Why、Who、What、How和Whether or not）的關(guān)系，以及與波普爾的“問題學(xué)”理論的映射關(guān)系。

BOPPPS教學(xué)模型也被稱作有效教學(xué)模型。有效的內(nèi)涵涉及效果、效率和效益3個(gè)方面：有效果是指教學(xué)的結(jié)果與預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)相吻合；有效率是指學(xué)生得到的收獲與教師的教學(xué)投入成正比；有效益是指教學(xué)目標(biāo)和特定的社會(huì)或個(gè)人教育期望相吻合。

BOPPPS模型一方面從教學(xué)組織實(shí)施層面，給出了遵循“教學(xué)目標(biāo)一教學(xué)行為一學(xué)習(xí)活動(dòng)一教學(xué)評(píng)估一教學(xué)目標(biāo)”的教學(xué)循環(huán)過程，使教師能夠有效地組織課程教學(xué)，獲取反饋信息；另一方面，從培養(yǎng)計(jì)算思維的角度來看，該模型還可以幫助學(xué)生思考如何分析問題、如何探尋學(xué)習(xí)難點(diǎn)、如何反思學(xué)習(xí)的盲點(diǎn)等問題，是培養(yǎng)計(jì)算思維的非常好的工具。

需要說明的是，BOPPPS模型的6個(gè)階段次序不是一成不變的，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，在迭代使用的時(shí)候，也可以省略pre-test和post-assessment環(huán)節(jié)。

3.3 概念圖與BOPPPS模型的結(jié)合案例

圖2是關(guān)于鏈表內(nèi)容的概念圖。實(shí)線橢圓結(jié)點(diǎn)是各種鏈表結(jié)構(gòu)名稱，帶灰色陰影的結(jié)點(diǎn)表示鏈表的某種特征屬性，虛線橢圓結(jié)點(diǎn)表示實(shí)際的應(yīng)用問題。結(jié)點(diǎn)之間的連線有3種，帶文字標(biāo)注的鏈接說明產(chǎn)生特征屬性的原因，粗實(shí)線表示組合特征屬性后得到的鏈表結(jié)構(gòu)，虛線表示該結(jié)構(gòu)可以解決的問題。這張圖清楚地表達(dá)了為什么需要附加鏈表的特征屬性，復(fù)雜鏈表是如何生成的，與其他鏈表之間的關(guān)系和區(qū)別，為什么用這些結(jié)構(gòu)求解相應(yīng)的實(shí)際問題，他們之間的差異是什么等。

表2給出了以求解約瑟夫問題為牽引，利用BOPPPS模型組織教學(xué)過程的示例j

4 結(jié)語

實(shí)踐表明，在教學(xué)過程中綜合運(yùn)用概念圖和BOPPPS教學(xué)模型進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，教師能夠清晰地構(gòu)建知識(shí)之問的內(nèi)在聯(lián)系，從認(rèn)知層面提煉問題，確定教學(xué)的層次和目標(biāo)，并易于滲透學(xué)科思想方法的培養(yǎng)，提高教學(xué)效果。學(xué)生在參與式教學(xué)過程中，逐漸內(nèi)化計(jì)算思維，完成從知識(shí)堆砌型向能力智慧型人員的轉(zhuǎn)變。