基于BOPPPS模型的人工智能专业课程思政教学新方式.pdf

第 9 期2023 年 9 月 10 日计 算 机 教 育Computer Education中图分类号：G64264基于 BOPPPS 模型的人工智能专业课程思政教学新方式聂秀山1，袁 艺2，杨朝晖1，袭肖明1（1.山东建筑大学 计算机科学与技术学院，山东 济南 250101；2.山东财经大学 计算机科学与技术学院，山东 济南 250014）摘 要：为更好地实现人工智能专业的课程知识目标与思政目标，在新兴热门专业中更好地落实“立德树人”根本任务，针对具体的知识单元教学，提出基于 BOPPPS 模型的课程思政新方式，以计算机图形学课程为例，从引入、学习目标、预测、参与式学习、课后测试、小结 6 个环节的合理划分及主要任务确定、各环节教学实施方式的确定、各环节中相关思政元素的确定和自然融入等方面，介绍课程思政教学实践过程。关键词：BOPPPS 模型；思政；人工智能；环节；参与式文章编号：1672-5913(2023)09-0064-04基金项目：山东省本科教学改革研究项目“工程教育认证视域下课程质量生态圈建设研究”（M2022101）。作者简介：聂秀山，男，教授，研究方向为人工智能技术，；袁艺（通信作者），女，讲师，研究方向为计算机网络与人工智能研究，rachel_。0引 言BOPPPS 教学模型是一种以“课程分解”为基本特征、以“学生全方位参与、及时获取学生反馈”为核心的教学模式1，其名称来源于将教学过程划分为引入（Bridge-in）、学习目标（Objective）、预测或课前摸底（Pre-assessment）、参与式学习（Participatory Learning）、课后测试（Post-assessment）及 小 结（Summary）环 节2，这 6 个具有承上启下关系的环节对应于教学全过程的 3 个阶段：课前（前 3 环节）激发兴趣并培养创造性思维；课中（第 4 环节）沉浸体验并实时交互反馈；课后（5、6 环节）总结拓展并及时复习巩固3。可见，BOPPPS 模型具有全面性、综合性的特征，着重强调学生全方位参与式学习与教师的高质量引导启发，强调调动学生的学习主动性，让学生积极思考、分析并解决问题，同时注重培养应用与创新能力4，以有效实现课程教学目标。目前 BOPPPS 模型已被应用到很多专业课程的教学之中，如美术教育理论课程5、护理实习生临床教学6、大学英语7、免疫学检验线上课程8等。为落实立德树人根本任务、培养全面发展的高素质人才，目前高校各专业都在大力推进课程思政建设9。课程思政是一种综合性教育理念，致力于将各类专业课程与思政教育元素同向同行、深度融合、形成协同效应10。课程思政理念在各具体专业中的落实是目前的研究热点，尤其是如何实现思政元素与专业知识的自然结合，达到“润物细无声”的思政教育效果，实现专业教育与思政教育的共赢。为此，出现了融合BOPPPS 模型与课程思政建设的新兴领域，面向化学11、心肺复苏12等课程开展了先挖掘蕴藏的思政元素，后按 BOPPPS 模型进行课程设计的具体研究。根据已有的理论研究成果与应用研究效果可见，将 BOPPPS 模型与课程思政进行有机深入的融合是值得大力拓展的研究方向。人工智能专业是以培养掌握人工智能理论与工程技术的专门人才为目标的新兴专业，主要学习机器学习的理论和方法、深度学习框架、工具与实践平台、自然语言处理技术、语音处理与识别技术、视觉智能处理技术、国际人工智能专业领域最前沿的理论方法，培养人工智能所需的专课程思政第 9 期65业技能和素养，训练发现与解决人工智能相关科研与实际工程问题的专业敏感性、专业思维和专业方法13。在产业飞速发展的带动下，目前人工智能专业提升人才培养质量的需求日益迫切。同时作为新专业，开展有效课程思政的方式方法还有待不断深化研究14。1基于BOPPPS模型的课程思政新方式基于 BOPPPS 模型的课程思政新方式是将知识体系划分为诸多知识单元，然后面向各知识单元进行教学，要点如下。（1）依据知识单元的具体情况来合理设置BOPPPS 模型各环节（引入、学习目标、预测、参与式学习、课后测试、小结），并明确各环节的主要任务。（2）确定各环节的具体实施方式以支持任务的完成。（3）对课程的思政目标进行分解，确定在本单元可引入的思政元素，进而明确在各环节具体引入的思政元素及其引入方式。在引入方式上，突出强调以“自然而然地融入”为基本原则，务必避免生硬的嵌入和孔洞的说教。2基于BOPPPS模型的课程思政教学实践作为人工智能专业课程体系中的一门课程，计算机图形学（Computer Graphics，简称 CG）是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学，主要研究内容是如何在计算机中表示图形，进而利用计算机进行图形计算、处理和显示的相关原理与算法。本课程知识体系的核心目标在于创建有效的视觉交流，可分解为 3 个基本任务：表示、绘制、交互：“表示”是如何将主、客观世界放到计算机中去，包括二维、三维对象的表示与建模，对应于“数据层”；“绘制”是指如何将计算机中的对象用一种直观形象的图形图像方式表现出来，包括二维、三维对象的绘制，对应于“视图层”；“交互”是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现“表示”与“绘制”的技术，对应于“控制层”。更具体来说，主要研究对象是点、线、面、体、场的数学构造方法与图形显示，及其随时间变化的情况。在“立德树人”要求和工程教育认证的理念引领下，课程的思政目标确定为学生能“润物无声”地吸收党史知识，增强爱党爱国热情；能强化道路自信，制度自信理念；能自然地受到优秀传统文化的熏陶，强化“文化自信”；能增强哲学思辨能力，强化辩证思维；能树立崇高的职业理想，强化职业道德信念。以本课程的第一个知识单元“引言”为例，BOPPPS 模型各环节的主要任务、实施方式及相应的思政元素见表 1。2.1引入围绕“图形”主题展示若干图片进行课程引入，着重选取两类图片。（1）党史中重大事件的历史图片：如有关五四爱国运动、中共一大、五卅运动、南昌起表 1 BOPPPS 模型各环节的主要任务、实施方式及思政元素环节主要任务实施方式思政元素引入实现教学主题和内容的导入，激发学习兴趣和好奇心展示党史中重大事件的历史图片党史教育；爱国教育展示四大名著、唐诗宋词等相关的图片优秀传统文化；文化自信学习 目标传递学习目标、方法、要求及重难点展示教学大纲中的相关内容；给出聚焦于本知识点的任务清单预测了解学生对本次教学知识点的现有掌握情况通过互动交流、提问、问卷、小测验、投票等方式了解学生对计算机图形学的了解情况参与式学习采用多样的参与式教学策略调动学生积极参与课堂学习适当采用设问句的形式组织教学语言，启发学生思考；设置多阶段任务来提升参与性，逐步展示计算机图形学的研究对象和主要研究手段；组织进行分组讨论与汇报等党史教育；爱国教育；优秀传统文化；文化自信；辩证思维课后 测试检验教学目标达成情况，掌握学习实况通过微信等新媒体方式进行线上测试道路自信；制度自信小结总结教学过程，进行教学反思提供本次教学内容的要点清单；提供课后资源；布置课后作业（思考型）等职业理想；职业道德202366计 算 机 教 育Computer Education义、八七会议、秋收起义、井冈山会师、古田会议、红军长征、遵义会议、飞夺泸定桥、卢沟桥事变、百团大战、日本投降、重庆谈判、三大战役、开国大典、焦裕禄精神、两弹一星等事件的图片。这类历史图片完全符合本知识单元的教学主题，同时自带党史元素，能通过自然地视觉感官刺激和无形熏陶来落实党史教育和爱国主义教育。（2）四大名著、唐诗宋词等相关的图片：中华优秀传统文化是民族瑰宝，也是落实“文化自信”的重要抓手。为此可随机选取相关的一些图片来进行展示，图片的选取重点是大家耳熟能详的主题，如四大名著（红楼梦 三国演义 西游记 水浒传）的人物形象（影视作品剧照、艺术创作形象、漫画形象等均可）、广为人知的诗词图片（以艺术字体展示唐诗宋词佳作的精加工图片）等，实现传统文化元素的自然融入，在围绕教学主题的前提下激发学生的文化认同感和自豪感，传递“文化自信”理念。为了达到更好的知识点引入效果，应充分利用网络资源来获取相关图片，为此应在平时进行相应的图片积累工作（尤其是留心收集关于党史的有一定历史价值的图片），形成专题图片库，以便于课堂教学的选用与展示。2.2学习目标展示课程教学大纲中的相关内容，并给出聚焦于本知识单元的任务清单。（1）知识目标：掌握计算机图形学及其相关概念，了解计算机图形学的发展历程。（2）能力目标：锻炼对复杂实际问题进行分析、归纳、梳理的能力，强化逻辑思维能力。（3）思政目标：强化党史教育，激发爱党爱国热情；强化文化自信、道路自信、制度自信；强化职业理想与职业道德教育；强化辩证思维。2.3预测或课前摸底由于计算机图形存在的普遍性，学生都对其有所接触，也都有一定的直观认识，故更有必要通过互动交流、提问等方式来了解学生对于计算机图形的认知情况。如在课件上提出两个问题：“什么是计算机图形学？”“计算机图形学研究的对象是什么？”，请 12 个学生现场尝试回答，其余学生可通过雨课堂等线上互动教学工具来参与。线上互动教学工具具有限时搜集答案功能，并可提供初步的分析结果，可有力地帮助教师达到课前摸底的目的。例如，在本校采用雨课堂工具的实际实施中，设定 2 分钟时限搜集到了 48 份回答，实现了快速反馈，摸底结果表明：62.5%的学生对计算机图形学的含义有较为准确的认识、4%的学生认识上存在明显不足；66.7%的学生能基本说清楚计算机图形学的研究对象、剩余 33.3%的学生属于“基本清楚”。2.4参与式学习参与式学习是主体和核心环节，具体实施要点如下。（1）对应于测试问题来展开内容介绍。如对应于“什么是计算机图形学？”，给出相关的中文定义和 IEEE 定义，呼应前期的测试，让学生进行自我对照和验证，实现内心深度参与，从而加深学习效果。同时，发挥多媒体课件优势，继续同步展示若干党史图片和优秀传统文化图片，在达到图文并茂、看图说话效果的同时，也再次传递党史教育、爱国主义教育、文化自信等思政主题。（2）在介绍计算机图形学与传统理论的关系时设置一个小任务来更好地驱动学生深度参与和思考：让学生快速搜索 34 个与图形学相关的传统理论，并思考其与现代计算机图形学之间的关系。在本校的实施中，被学生搜索到的传统图形学理论包括解析画法几何、画法微分几何、多维画法几何、非欧画法几何等，并结合搜索结果与个人思考在自我认知结构中建立了这些传统理论与现代理论之间的初步关系。（3）在介绍“图形”的概念（从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和形）时，可引导学生进行思考，同时在大屏幕上醒目地展示 Richard Hamming 在 1962 年的经典论断：“计算的目的是洞察事物的本质，而不是获得数字”，提出计算机图形学在帮助人脑从图形图像的角度理解事物本质的重要作用，从而传递“抓住事物主要矛盾”的辩证思维理念。此外，在介绍图形的两类表示方法（点阵法、参数法）时，以小组讨论的形式组织和引导学生进行二者的比较与思考，逐步发掘出了二者的核心关联：图形既可用几何方式（划分为点）描述，也可用代数方式（用含信息的参数）描述，教师进而自然地向学生传递“事物都具有两面课程思政第 9 期67性”的辩证思维理念。（4）在介绍计算机图形学主要的发展历程时，可引导学生按照时间轴进行观察并联系前后事件进行思考，教师进而向学生传递“事物都在发展变化”以及“螺旋式发展”的辩证思维理念。（5）在介绍计算机图形学的主要应用时，将其作为一个开放性概念，组织学生进行分组讨论，以小组为单位给出一个应用领域或对象的清单，然后进行小组之间的展示与互动交流活动，可有效地扩展学生的理解广度。2.5课后测试基于当代学生的学习与交流习惯，优先采用微信、微博等移动互联媒体方式进行测试。测试题目可分为两类：客观类题目：考查学生对客观知识的掌握情况，如“计算机图形处理系统的构造是什么？”；主观类题目：考查学生的学习能力，同时可融入思政元素，如“请自己查找资料整理出我国在计算机图形学领域的发展大事记和主要成就。”在山东建筑大学的实施情况表明，这种课后测试展示锻炼了学生的资料收集、快速学习与消化能力，同时从学生提交的作业中还能看出他们在此过程中了解了我国在这一高科技领域的快速发展实况，进而切实强化了道路自信与制度自信理念。2.6小结（1）以清单的形式进行知识点总结。（2）提供一些电子化的课后学习资源，如网络多媒体资源、相关网址和微信公众号等。（3）布置课后完成的思考型作业，同时融入职业理想和道德教育元素：如要求学生写出课后感想（不少于 300 字），要点一是自己从事人工智能专业的理想或具体到本门课程的学习目标；要点二是对人工智能领域的道德或伦理风险思考，进而描述自身理解的从业人员应具备的职业道德。3结 语面向人工智能专业的基于 BOPPPS 模型的课程思政新方式立足于课程的知识体系目标和思政目标，以具体的知识单元为实施对象，包括三大步骤：将知识单元合理划分为引入、学习目标、预测、参与式学习、课后测试、小结 6 环节并明确各环节的主要任务；确定各环节的教学实施方式；在各环节中确定并自然融入相关思政元素。新方式的实施基础是教师的高质量引导，实施关键是学生参与、师生有效互动。分析与实例表明：新方式能发挥 BOPPPS 模型的先天优势和应用潜力，具有良好的可行性，实现了教学全要素的合理划分与有效监控，同时“如盐化汤”地融入了多方面的思政元素，在提高课堂教学形象性、丰富性的同时促进了知识传授，有望切实提高人工智能专业骨干课程的教学效果、提升“立德树人”水平。参考文献：1 刘理静,黄勇攀,隆献,等.BOPPPS模型下基于OBE理念的混合式教学模式在医养结合临床医学专业课程教学中的探索J.医学理论与实践,2023,36(3):527-530.2 谢春晓,孙丽媛,崔丽艳,等.BOPPPS教学模型对我国医学生学习效果影响的Meta分析J.卫生职业教育,2023,41(3):117-121.3 吕俊,喻萍.基于BOPPPS模型的普通高校军事课教学设计研究J.高教学刊,2023,9(3):86-89.4 任晶晶,杨立波,张小勇.“新工科”背景下基于“翻转课堂+BOPPPS模型”的教学探索：以“数字通信原理”课程为例J.工业和信息化教育,2023(1):28-31.5 马琛.基于BOPPPS模型的美术教育理论课程教学模式探究J.美术教育研究,2022(9):128-131.6 邱玲,刘春香,罗苑.基于BOPPPS模型的内部双元制教学在泌尿外科临床护理教学中的应用J.广州医科大学学报,2022,50(3):129-132,144.7 赵瑞雪.基于BOPPPS模型与雨课堂平台的大学英语混合式教学模式构建与应用J.黑龙江生态工程职业学院学报,2022,35(4):153-156.8 王婷.疫情背景下基于BOPPPS模型联合对分课堂的教学模式在免疫学检验线上课程中的应用J.中国中医药现代远程教育,2022,20(15):25-27.9 张瑞杰,魏福山,郭渊博,等.人工智能与算法课程思政设计与实践J.计算机教育,2023(6):64-66,71.10 王广健,周永红,李龙凤,等.“无机化学”课程思政教学设计与分析：以绪论教学为例J.黑龙江工程学院学报,2023,37(1):69-75.11 卢宏霞,文剑,刘世巍.基于课程思政背景下BOPPPS模型在原电池教学中的应用J.广州化工,2022,50(10):205-207.12 刘银玥,刘泽,全宏姣,等.融合BOPPPS模型和课程思政因素的心肺复苏教学探究J.卫生职业教育,2022,40(14):97-100.13 喻梅,李雪威,赵满坤,等.学科交叉背景下研究生人工智能公共课程体系建设探索J.计算机教育,2023(1):120-125.14 冯欣,张杰,石美凤,等.人工智能专业的课程思政建设J.计算机教育,2022(11):43-46.（实习编辑：欧 阳）