BOPPPS教学模型下研究生教学案例设计与实践

［摘 要］ 信息时代利用科学的方法分析解决问题在研究生数据思维能力培养中尤为重要。以研究生课程“Python在数据管理中的应用”教学实践为例，提出基于BOPPPS教学模型下构建教学应用案例的做法。实践证明，教学案例设计中注重挖掘社会发展各领域热点问题，引导学生参与式学习能够为学生理解理论知识奠定基础，构建理论学习与实践项目相结合的桥梁，有效激发学生科研能力和创新能力，为国家数字化社会发展提供人才支持。

［关键词］ BOPPPS；Python；数据管理；教学案例

［基金项目］ 2022年度河北省教育厅专业学位教学案例库项目“Python在管理研究中的应用案例库”（KCJSZ2022036）；2020年度国家自然科学基金“基于LHAASO-KM2A实验研究30TeV以上超新星遗迹能谱特征”（11905043）

［作者简介］ 刘 烨（1987—），女，河北石家庄人，博士，河北经贸大学管理科学与工程学院讲师，主要从事数据管理研究；尹依梦（2001—），女，河北邢台人，河北经贸大学管理科学与工程学院2022级管理科学与工程专业硕士研究生，研究方向为数据挖掘与知识管理；李 焱（1971—），女，江苏徐州人，硕士，河北经贸大学管理科学与工程学院副教授（通信作者），主要从事信息管理研究。

［中图分类号］ G643.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）32-0133-05 ［收稿日期］ 2023-02-28

随着大数据、人工智能、区块链等新一代信息技术的蓬勃发展和深度应用，人类社会发展全面进入数字时代［1］。“十四五”规划对数字化发展作出了全面部署，明确提出要适应数字技术全面融入社会交往和日常生活新趋势，构筑全民畅享的数字生活。数据成为和资本、劳动力和技术相提并论的驱动社会发展的关键生产要素［2］。2022年10月，党的二十大报告中指出，加快建设数字中国，加快发展数字经济。因此培养适应数字化社会发展的复合型人才，是助力数字经济发展的重要保障。数据思维能力的培养是数字化社会发展的必备的品格和关键的能力。Python语言凭借其简洁的语法，易于学习，广泛应用于科学计算和统计、大数据分析与挖掘、Web和Internet开发等研究领域。在“Python在数据管理中的应用”课堂教学中，主要基于BOPPPS教学模型，针对社会发展各领域特定场景问题目标，设计教学案例，将大数据采集、处理、分析、挖掘、应用等理论知识与实践项目结合，培养学生大数据思维，提高学生适应数字化社会发展的技术能力。

一、案例教学目标

案例教学（case method）起源于哈佛大学的情景案例教学课。20世纪80年代，案例教学引入我国［3］，是一种开放式、互动式的教学模式。在课堂教学中正确理解案例教学的含义有助于学生理解枯燥的理论知识。因此，在案例教学设计中，首先要明确教学目标，然后基于教学理论知识，合理设计教学过程，促使学生融入问题情境，主动参与课堂讨论，实现将枯燥的理论知识应用于实践学习中，提升学生对理论知识的理解，拓宽学生视野，达到启迪思维的目的［4-5］。“Python在数据管理中的应用”课程案例教学目标如下。

（一）知识目标

教学案例应该能够全面反映教学内容，主要涉及Python科学计算库、TensorFlow、支持向量机、决策树、神经网络等理论知识。案例情境的建立应该聚焦社会热点、科技发展前沿，案例内容的设计需要能够调动学生主动学习的积极性，让学生能够结合案例内容将学习过的理论知识串联在一起，实现知识的理解。

（二）能力目标

教学案例要易于被学生理解，设置的问题要有目的性、层次性。在教学案例使用过程中要充分考虑个体差异性，注重引导每位学生积极思考，融入案例讨论，实现综合掌握运用理论知识的目标，适应数字化社会的发展。

（三）素质目标

教学案例融入国家安全、科学家精神、创新精神、工匠精神、团队精神等思政元素，培养学生大数据思维、科学素养、创新思维和社会责任感。

二、基于BOPPPS模型的案例教学设计

BOPPPS教学模型最早由加拿大教师技能培训工作坊（ISW）提出［6］，是构建以学生为中心的新型教学模型。BOPPPS代表在教学模型中的六个教学环节，即课程导入、学习目标、预评估、参与式学习、后评价和总结［7-8］。BOPPPS教学理念为“学生为主，教师为导”，注重学生参与式学习［9-10］，“Python在数据管理中的应用”课程教学各环节及实施策略如表1所示。

基于BOPPPS教学模型，首先可以借助网络教学平台（如雨课堂、学习通、智慧树等）将热门话题或者图片、视频导入教学内容，建立时事热点案例库。课前在线发布学习任务，学生在网络教学平台观看、学习、发帖讨论，建立相关知识的初步认识；其次，根据学生对导入教学内容的讨论结果，教师总结学生学习情况，进行教学内容预评估，聚焦本节课程知识目标、素质目标和技能目标，制定教学任务，即“学生学什么、教师如何教、教学过程如何提升”。然后，教学案例的设计着眼于激发学生学习兴趣，引导学生积极参与的目标，注重实例情境的创立，并通过提出问题、案例讨论和实训实践三个环节，实现学生理解知识、拓展知识、应用知识和强化知识的学习目标，从而培养学生大数据思维。“Python在数据管理中的应用”课程教学设计理念如图1所示。最后充分利用网络教学平台，以小组学习的形式利用思维导图制作软件整理学习要点，各小组可以相互借鉴学习，巩固课上学习内容。教师在教学平台布置课后练习题，或以小组为单位进行科学数据分析过程展示，评估课堂教学效果，掌握学生学习情况为后续教学活动奠定基础。

三、案例教学实践

“Python在数据管理中的应用”主要面向研究生群体，课程学时目前设置为17学时，教学内容主要分为智慧医疗、社交网络、城市管理、科学数据管理四个教学单元，如图2所示。教学案例情境设计以这四个领域中的数据管理案例为导向，结合Python科学计算库（Pandas、NumPy、matplotlib、jieba、word2vec等）、经典算法（K近邻、朴素贝叶斯、决策树等）及前沿技术（神经网络、卷积神经网络等）［11-12］，构建教学案例库，将理论知识应用于医疗健康疾病预测、微博话题数据分析、豆瓣评论数据分析、环境数据监测分析和科学实验数据分类，引导学生积极思考，提高学生处理问题、分析问题的专业技能，激发学生科研能力和创新能力。此外，在教学案例中加入思想政治教育引导，将国家安全、团队协作、创新精神、工匠精神、科学家精神融入案例教学，于润物无声中将德育教育与专业教育融合，培养具备社会责任感、适应数字化时代要求的复合型人才。本文选择两个典型教学案例，介绍案例教学的过程。

（一）科学数据管理

科学数据管理是培养学生数据思维，开展科学数据分析的重要内容。在教学中，科学数据管理这一教学单元主要围绕如何应用科学方法对科学实验数据进行分类管理，其教学目标是使学生能够利用Python语言分析、处理科学数据，为后期开展科研工作奠定基础，激发学生科学创新精神。教学过程如下：课前，导入中央电视台对中国大科学装置高海拔宇宙线观测站LHAASO实验相关报道视频，在学生感受到科研人员奋斗创新、不畏艰苦奋战在高海拔地区探索宇宙起源的同时，引导学生思考如何对大量的科学实验数据进行科学管理与存储分析；课中，学生首先利用random库中随机函数对高能物理领域探测器数据进行模拟，使学生掌握蒙特卡洛方法，然后学生根据产生的模拟数据进行分类，在数据分类中搭建决策树、支持向量机、随机森林、神经网络算法模型，最后根据数据分类精准度调整算法中的参数值，分析讨论四种算法的结果；课后，学生根据课上对科学实验数据分类实例的学习过程，整理解决问题的思路，提炼数据分类问题中的方法。在这个教学案例中，理论知识覆盖Python语言中库函数、机器学习算法理解与建立，学生在实践中运用理论知识深入理解机器算法在数据分类中的应用，并就此专题举一反三，培养学生勤于思考、善于动脑的学习习惯和科学的科研思路。

（二）社交网络数据分析

在大数据时代，社交网络数据分析是挖掘潜在商机、预测群体行为、舆情分析等领域中重要的研究课题。在教学中，社交网络数据分析这一教学单元主要围绕如何利用海量社交网络数据进行数据挖掘，提取有价值的信息。其教学目标是培养学生理解、掌握文本数据分析的基本流程，能够利用Python语言自主收集数据并进行数据分析。教学过程如下：课前，导入国家信息安全相关视频，在学生感受到信息技术带给人们生活便利的同时，引导学生注重信息安全，思考如何采集互联网数据，如何对这些数据进行正确的利用，提取有价值的信息；课中，学生分组合作，首先在豆瓣网选择一部评分较高的电影，利用网络爬虫技术采集电影评论数据，其次对这些数据进行清洗去除停顿次、空格等，然后绘制高频词汇词云图，词云图的背景可以自主选择，最后利用word2vec构建特征词库，进行情感分析，分析观众对电影的关注情况；课后，学生还可以拓展思路，利用深度学习理论知识预测某类题材电影票房等。在这个教学案例中，理论知识覆盖Python科学计算库、Python网络爬虫技术、文本数据处理，学生在实践中运用理论知识深刻掌握网络数据采集、数据预处理、情感分析与词云图可视化的技术，同时注重引导学生合理利用网络爬虫技术，重视数据安全、国家安全。

四、信息时代教学案例设计启示

（一）立足社会发展前沿，培养适应数字化发展人才

在信息时代，数据分析与管理成为社会各研究领域必不可少的一部分。研究生教育是教育强国建设的引擎，教学案例设计需要围绕数字化社会发展方向选取典型数据分析案例，一方面可以将枯燥的理论知识与社会发展紧密连接，拓宽学生视野，帮助学生适应数字化社会发展，为后期开展科研工作奠定基础；另一方面可以加入德育教育，将中国精神融入专业学习，这样有助于培养具备家国情怀的社会主义接班人。

（二）合理安排案例教学内容，引导学生积极参与案例讨论

在BOPPPS教学模型下，课堂教学以学生为中心，教师按照学生认知规律凝练知识点，精选社会发展领域典型实践案例，构建理论知识与实践桥梁。在教学过程中要注意合理安排教学内容，引导学生在规定时间内进行案例讨论。在课堂小结时要以精练、重点突出的语言对案例进行总结和归纳，提升学生认识问题角度的能力。

（三）强化教学效果评价，提升教学质量

在BOPPPS教学模型下，对于教师而言，可以根据学生预习情况制定教学目标，借助网络教学平台将课上讨论、课下练习有机结合，可以掌握学生学习情况，适时调整教学计划；对于学生而言，预习与练习的过程可以培养学生善于发现问题、自主找寻答案的学习习惯，提升学生解决问题、分析问题、处理问题的能力。

结语

基于BOPPPS教学模型建立教学案例，有助于加深学生对知识的理解，强化学生对知识的运用，提升学生在实践中解决实际问题的数据思维能力。在研究生教育中教学案例的设计要注重德育教育，融入思政元素，实现在潜移默化中将显性教育与隐性教育相融合，培养学生社会责任感。此外，本文针对“Python在数据管理中的应用”建立的教学案例也可以应用在其他计算机课程教学中，如“数据分析”“数据可视化”“自然语言处理”等，为国家数字化社会发展提供人才支持。

参考文献

［1］包蕾萍.数字社会建设：挑战、机遇与理论创新［EB/OL］.（2021-12-27）［2022-05-13］.https：//theory.gmw.cn/2021-12/27/content_35408976.htm.

［2］熊璋，高玲，张旭路.加强复合人才培养，助力数字经济健康发展［EB/OL］.（2022-06-02）［2022-10-18］.https：//theory.gmw.cn/2022-06/02/content_35784988.htm.

［3］杨光富，张宏菊.案例教学：从哈佛走向世界：案例教学发展历史研究［J］.外国中小学教育，2008（6）：1-5.

［4］孙俊三，王兵.案例教学：一种有价值追求的自由教育［J］.中国教育学刊，2015（9）：77-82.

［5］韩颖，张飞燕，段振伟.翻转课堂—角色互换—启发式案例教学研究［J］.黑龙江教育（高教研究与评估），2018（1）：32-34.

［6］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.