基于BOPPPS模型的循环结构教学设计_陈功锁.pdf

第 31 卷 第 4 期 2023 年 8 月Vol.31 No.4Aug.2023电脑与信息技术Computer and Information Technology文章编号：1005-1228（2023）04-0067-04收稿日期：2022-08-13基金项目：四川省 2021-2023 年高等教育人才培养质量和教学改革项目（项目编号：JG2021-1428）；四川旅游学院 2021 年度校级高等教育人才培养质量和教学改革重点项目（项目编号：川旅院202218 号）；四川旅游学院 2021 年校级虚拟仿真实验教学一流课程（项目编号：川旅院2020285 号）；四川旅游学院 2021 年校级教学团队（项目编号：川旅院202219 号）作者简介：陈功锁（1988-），男，安徽桐城人，讲师，博士研究生，主要研究方向为深度学习、OBE 高等教育；冉晓娟（1982-），女,重庆酉阳人，副教授，博士研究生，主要研究方向为深度学习、数字图像处理、高等教育教学；周相兵（1980-），男，四川仪陇人，教授，博士，主要研究方向为面向旅游云计算的研究工作、高等教育管理。随着大数据、人工智能、5G等新技术的不断发展，对程序设计的应用能力要求不断提高，而循环结构作为程序设计三大结构中的最关键结构，对程序设计的能力培养起到决定性作用，因此其教学面临着更加严峻的挑战。多年来，教学研究者们一直致力于程序设计语言的循环结构教学改革，从特定程序设计语言的教学设计、教学方法等方面进行了多项改革尝试。例如，针对Visual Basic1-3、Visual FoxPro4、Python5、C6-11程序设计语言而进行的循环结构教学设计，其中 C 语言的教学设计明显多于其他编程语言，这与 C 语言的流行度十分相关，然而，多数教学设计缺乏问题意识和针对性，对提升循环结构学习效果十分有限。为此，建构主义12、案例教学13-16、两条线法17、标数字法18等教学方法和四要素19等学习方法逐步被引入循环结构教学。然而，在这些方法中，除建构主义外，其他教学方法的理论依据不够坚实，且多数为实践教学经验的总结，缺乏有效的教学理论指导，故教学改基于 BOPPPS 模型的循环结构教学设计陈功锁，冉晓娟，周相兵（四川旅游学院 信息与工程学院，四川 成都610100）摘要：循环结构是程序设计的关键结构之一，针对循环结构教学设计缺乏理论指导、教学案例多杂不精以及学生应用能力不足等问题，提出一种基于 BOPPPS 的循环结构教学设计。教学设计紧密围绕 1 到 100 求和问题展开，导入环节引入 1 到 100 求和，从知识、能力和素质制定教学目标，前测环节考查变量定义、加法运算符和分步累加方法，精心设计 6 个关键步骤进行参与式教学，后测由学生自主学习完成 while 和 dowhile 求和，最后进行循环结构教学总结。本文提出的教学设计以期为不同类型程序设计语言的循环结构教学设计提供借鉴和参考。关键词：循环结构；教学设计；BOPPPS中图分类号：G642文献标识码：ATeaching Design of Loop Structure Based on BOPPPS Model CHEN Gong-suo,RAN Xiao-juan,ZHOU Xiang-bing（School of Information and Engineering,Sichuan Tourism University,Chengdu 610100,China）Abstract：Loop structure is the key structure of program design.Aiming at the problems of lacking theoretical guidance,complicated teaching cases and insufficient application ability of loop structure teaching design,a teaching design of loop structure based on BOPPPS is proposed.The teaching design is closely around the 1-100 summation problem,and the introduction part introduces 1-100 summation.The teaching objectives are formulated from knowledge,ability and quality.The pre-test part examines the definition of variables,the addition operator and the step-by-step accumulation method,and carefully designs six key steps for participatory teaching.The post-test is completed by students autonomous learning while and do.while summation.Finally,the cycle structure teaching is summarized.The teaching design proposed in this paper provides reference for the teaching case design of loop structure in different types of programming languages.Key words:loop structure;teaching design;BOPPPSDOI:10.19414/ki.1005-1228.2023.04.006电脑与信息技术 2023 年 8 月68革应用范围受到极大限制。针对循环结构教学研究者们进行了大量的教学设计和教学方法的探讨，取得了良好的教学效果，学生能够较好的掌握循环结构的基础知识，然而循环结构的应用能力依然较为薄弱，究其原因，主要在于循环结构教学中一些关键性、基础性问题仍然没有得到有效解决，例如程序语言有了顺序和分支结构为什么还要提出循环结构。图 1基于 BOPPPS 模型的循环结构教学设计本文提出了一种基于 BOPPPS 模型的循环结构教学设计。具体而言，以 1 到 100 求和问题作为导入；接着从知识、能力和素质三方面介绍本次课的教学目标；前测阶段主要测试学生关于变量定义、加法运算符以及累加方法的掌握情况，为后续做准备；参与式学习中设计了 6 个关键步骤引导学生由浅入深并应用多种方法编程实现 1 到 100 求和；后测阶段学生通过自学 while 和 dowhile 编程实现 1 到 100 求和；最终分别从循环结构三要素、循环结构三种形式及循环结构应用要点三方面对本次课进行总结。本文的主要贡献是：（1）应用 BOPPPS 模型进行程序设计语言循环结构教学设计，取得了良好的教学效果，尤其是学生的循环结构应用能力得到极大的增强，可为 Python/GO/Rust/C 等所有编程语言的循环结构教学设计提供借鉴和参考；（2）解决循环结构教学的基础性问题即有了顺序结构和分支结构，为什么还需要循环结构。从变量定义、加法运算符及累加三个基本知识点出发，由浅入深、循序渐进的引导学生编程实现 1 到 100 求和，让学生深刻体会没有循环结构所带来的影响，从而重视循环结构的学习并做到灵活应用；（3）本文提出的一种 1 到 100 求和的方法可应用在其他问题的求解；本文剩下的章节安排是：第 2 章介绍 BOPPPS 模型的概念及内涵，随后在第 3 章应用 BOPPPS 模型进行循环结构的教学设计，有关教学设计的效果会在第4 章给出，最后对本文的工作进行总结。1BOPPPS 模型内涵BOPPPS 是由加拿大教学技能工作坊提出的一种参与式有效教学模型，以设计思想清晰、实践性和操作性强著称，近年来在国内教学实践领域引起了广泛关注。BOPPPS模型由导入（Bridge-in）、目标（Objective/Outcome）、前测（Pre-assessment）、参与式学习（Participatory Learning）、后 测（Post-assessment）和总结（Summary）六个部分组成，在信息类20、医学类21-23、实训课25等课程得到了非常广泛的应用，本文将基于 BOPPPS 模型进行循环结构教学设计，以提升教学效果。2基于 BOPPPS 模型的循环结构教学设计在了解 BOPPPS 模型的基本内涵后，本节介绍基于 BOPPPS 模型的循环结构教学设计，其整体框架设计如图 1 所示，下面将按照 BOPPS 模型的各个环节进行详细介绍。2.1B 导入采用耳熟能详的 1 到 100 求和作为问题导入，由于前面已经学习了变量定义和加法运算符等基础知识，引导大家尝试能否基于这些已经掌握的知识编程实现 1 到 100 求和。1 到 100 求和问题描述非常简单，即编程实现：问题发布出去即引导大家思考如何编程。2.2O 目标教学目标是一堂课的灵魂所在，所有的教学活动均需要围绕教学目标而开展。围绕知识、能力和素质三方面设计循环结构的教学目标。首先是知识层面，能够理解循环结构概念，把握循环结构三要素和执行流程，识别和理解循环循环结构框图及功能；其次是能力层面，能够运用循环结构解决简单数学等应用问题；最后是素质方面，培养发现问题、解决问题和自主学习的意识，增强应用数学和利用计算机解决实际应用问题的能力。第 31 卷 第 4 期69陈功锁等，基于 BOPPPS 模型的循环结构教学设计2.3P 前测有了教学目标后，接下来就需要通过开展一系列的教学活动，帮助学生达成这些教学目标。为了更好的开展后续的参与式学习，需要对本节课涉及到的一些基础知识进行测试，如果学生掌握较好，则继续后续活动，如果掌握不太理想，需要再做相关讲解。前测共包含三个关键知识点，分别是定义整型变量、运用加法运算符以及利用累加法实现求和。前测 1：定义整型变量；前测 2：加法运算符；前测 3：累加方法求和。2.4P 参与式学习在前测阶段了解学生掌握基础知识的情况后，下面将通过参与式学习的方式学习循环结构的来龙去脉，掌握循环结构三要素，达到灵活应用。2.4.1 由两个整数推广到一百个整数求和引导学生先编程实现 1+2，再推广到 1 到 100 求和。首先，定义两个变量 a1 和 a2 并通过加法运算符求和，伪码如下：算法 1：两个整数求和1:sum=02:a1=13:a2=24:sum=a1+a2接着，将这种思想推广到 100 个整数求和，即定义 a1,a2,.,a100 共 100 个变量分别保存 1 到 100 并通过加法运算符求和，伪码如下：算法 2：1 到 100 求和1:sum=02:a1=13:a2=24:5:a100=1006:sum=a1+a2+a100最后，通过提问的方式，讨论当前方法存在的问题。上述方法需要定义 a1,a2,.,a100 以及 sum 共 101个变量，显然变量定义过多，这些变量是否都是必要的呢？如果不是，那么如何减少变量定义的个数呢？变量相对于常量来说，其本质在于“变”，所谓“变”是指程序在运行的过程中会多次修改变量的值。然而，通过观察发现，除了 sum 的值发生变化，其他的变量均未发生变化，表明这些变量是冗余的。2.4.2 由一次性加调整为多次累加引导学生编程实现将一次性加调整为多次累加。由于算法 2 是一次性将 a1,a100 加到 sum 变量，可以通过分步将 a1,a100 多次加到 sum 变量，即定义a1=1，将 a1 加到 sum，定义 a2=2，将 a2 加到 sum，以此类推，直到a100=100,将a100加到sum，伪码如下：算法 3：累加法实现 1 到 100 求和1:sum=02:a1=13:sum=sum+a14:a2=25:sum=sum+a26:7:a100=1008:sum=sum+a100 算法 3 实现了由一次性加调整为多次累加。2.4.3 引导学生发现并优化重复模式引导学生仔细观察算法 3，发现并优化这种重复模式。通过观察，不难发现如下重复规律：ai=isum=sum+ai（i=1,2,.,100）这样的两行代码一直重复了 100 次，通过仔细分析发现，变量 ai 在程序运行过程中一直未发生改变，因此，上述模式可以进一步简化为一行代码，即：sum=sum+i（i=1,2,.,100）没有了变量 ai 使得重复模式变得更加清晰。当编程进行到此刻，发现所学的知识已经无法解决，需要学习新的知识。2.4.4 讲解 for 循环结构基本语法讲解 for 循环结构基本语法并重点突出循环结构三要素。首先，for 语句的基本语法如下所示：1:循环变量初始化；2:for（条件判定语句）:3:循环体；4:循环变量自增；其中，循环变量初始化、条件判定语句和循环变量自增三部分称为循环三要素，是循环结构的重点；然后，介绍 for 循环的基本执行流程；最后，指出 for循环结构的核心是循环体会一直重复执行，直到条件判定语句不满足为止。因此，循环结构是解决重复模式的利器，应用循环结构可以有效解决前面 1 到 100 求和面临的重复问题。2.4.5 引入 for 循环结构消除重复模式电脑与信息技术 2023 年 8 月70在介绍 for 基本语法后，引入 for 消除重复模式。引导学生逐步确定循环变量和判定条件，并编程实现解决问题。循环变量 i 的取值从 1 到 100，条件判定为是否小于等于 100，即得到算法 4，如下所示：算法 4：for 循环实现 1 到 100 求和1:sum=02:for i=1 to 100:3:sum=sum+i重复执行 sum=sum+i 共计 100 次，而且每一次执行的时候，改变 i 的值，如第 1 次执行的时候，i=1,第 2 次执行的时候，i=2，以此类推。这样就实现了模式的重复。2.4.6 利用等差数列求和公式直接求解应用等差数列求和公式直接得到结果。介绍完for 循环结构编程实现 1 到 100 求和后，继续引导学生不要满足于现状，思考是否还有其他算法。其实，利用等差数列求和公式（如公式（1）所示）可以实现一步求解。2100)1001(10021+=+（1）此处，让学生充分感受到数学和程序设计的紧密联系，提醒学生高度重视数学等关联课程的学习。算法 5：等差数列求和公式实现 1 到 100 求和1:sum=（1+100）*100/22.5P 后测通过参与式学习，学生已经深入了解了程序设计语言为什么要提供循环结构，如果没有循环结构会给程序设计带来哪些困难。为了进一步巩固学习效果，同时也为了培养学生自主学习的能力，后测阶段安排了两个测试题目，学生自主学习 while 和 dowhile并分别实现 1 到 100 求和。2.6S 总结分别从循环结构三要素、循环结构三种形式和循环结构应用要点三方面进行总结。在完成前面所有环节的学习后进入到总结环节，总结是一节课的知识升华的地方。一道耳熟能详的 1 到 100 求和问题，本节课提出了 6 种方法进行求解，由浅入深、循序渐进，让学生深刻体会到循环结构的来龙去脉，以及循环结构给程序设计带来的便利。3基于 BOPPPS 模型的循环结构教学效果经过多个学期的 Python 程序设计语言的教学实践，本文提出的基于 BOPPPS 模型的循环结构教学设计在程序设计竞赛等方面取得了良好的教学效果，主要表现在：（1）学生对循环结构的内涵理解较为深刻，针对具体的问题，能够发现某种重复模式，并利用循环结构编程实现这种重复；（2）近 3 年蓝桥杯 Python 程序设计成绩优异，省部级及以上获奖 83 项；（3）由于循环结构编程基础较为扎实，大大降低了后续数据结构课程的实验难度。4结束语循环结构是程序设计的根基，是实现计算机各类算法的关键结构。针对循环结构应用能力薄弱问题，本文提出一种应用 BOPPPS 模型进行循环结构教学设计的方法，通过 BOPPPS 各个环节的设计，帮助学生理解循环结构的来龙去脉，从而达到灵活应用循环结构解决实际应用问题的目的。本文提出的 BOPPPS 教学设计的应用案例较为简单，后续可以结合智慧旅游领域的复杂工程问题进一步提炼循环结构应用案例。参考文献：1 吴晓青.“循环结构”教学设计以 Visual Basic 程序设计为例 J.科教导刊（中旬刊）,2014,（2）:128-129.2 黄丽.Vb 教学中 PBL 教学法实施案例“循环结构”专题教学设计 J.科技经济市场,2015,（12）:199.3 闫俊辉.浅析 VB 程序设计中的循环结构 J.现代计算机（专业版）,2019,（7）:97-100.4 朱文兵,郝仁杰.Visual FoxPro 程序设计中循环结构的分析 J.职业技术教育,2000,（28）:24-25.5 李杨婧.Python 语言中循环结构教学模式的探讨 J.福建电脑,2021,37（2）:164-165.6 高宏娟.浅谈 C 语言中“循环结构”的教学设计 J.福建电脑,2014,30（4）:61-64.7 陈晓红.C 语言循环结构教学设计 J.电脑知识与技术,2021,17（2）:104-105,108.8 韩阳.浅议 C 语言中循环结构程序教学的设计与实践 J.电脑知识与技术,2020,16（31）:177-178.9 马天.C 语言课程中循环结构授课设计 J.科技视界,2014,（25）:41,56.10 徐东,祁薇,刘海见.C 语言循环结构课程教学设计研究 J.软件导刊,2014,13（6）:154-156.11 李娟,张燕.C 语言循环结构教学的设计与实践 J.计算机教育,2018,（3）:89-91.12 崔玲,张荣茜,郑小静.基于建构主义的循环结构课堂教学设计 J.计算机教育,2019,（12）:（下转第 73 页）第 31 卷 第 4 期73韩笑雪等，基于维纳滤波的 OFDM 信号峰值处理方法 （1）滤波后的信号（2）维纳滤波后的信号通频带（3）维纳滤波后信号功率谱密度（PSD）图 2维纳滤波后的信号3结束语当 OFDM 所传输的 n 个子信道都以相同的相位求和时，信号峰值出现极大（n 倍均值功率），影响功率放大器的选择与信号传输质量。为尽可能降低类似高峰值情况的出现，需对 OFDM 的信号进行处理。将峰值情况视为噪声，本文提出使用维纳滤波器对数据进行处理，抑制峰值与异比特率的情况。通过对随机节选的 OFDM 4G 信号进行试验，本文所用维纳滤波器可以有效抑制带外辐射，在 PAPR 与 CM 等信号质量指标上也有明显的提高。参考文献：1 张毅,朱红亮,周娟.基于深度神经网络降低 OFDM 系统立方度量方法 J.计算机仿真,2021,38（05）:199-203.2 袁田,朱红亮,周娟,朱晓东.降低 OFDM 立方度量的最优限幅滤波算法及神经网络实现 J.计算机工程与科学,2020,42（08）:1359-1366.3 李夏昭,任清华,孟庆微.改进迭代限幅滤波 TDCS 峰均比抑制算法J.计算机应用研究,2019,36（12）:3827-3829.4 杨超,王勇,葛建华.联合迭代滤波与压扩参数优化的OFDM信号峰平比抑制J.通信学报,2015,36（04）:167-173.5 周杲,范平志,郝莉.基于 OFDM 的 DFT 加扰矢量码分多址接入技术J.西南交通大学学报,2017,52（01）:148-155.6 李扬,许魁,张冬梅,徐健卉,谢威,夏晓晨,李娜.基于深度学习的多模 OFDM 索引调制检测器 J/OL.信号处理:1-13.7 王晋晋,尚展垒,王康康.OFDM 系统中基于 SR 迭代和RSG-KG 的 PAPR 降低 J.国外电子测量技术,2022,41（06）:45-51.127-131.13 王亮.C 语言程序设计循环结构教学案例研究 J.科技视界,2018,（1）:60-61.14 夏芸.关于非计算机专业C 语言程序设计循环结构教学的探讨 J.电脑知识与技术,2012,8（26）:6323-6327.15 崔孝凤.用渗透式渐进案例解析 C 语言的循环结构 J.电脑知识与技术,2019,15（16）:140-141.16 夏芸,陈传明,俞庆英.非计算机专业C 语言程序设计循环结构教学用例探讨 J.电脑知识与技术,2016,12（35）:163-165.17 宋福英.程序设计中循环结构的教学方法优化研究 J.山东化工,2017,46（9）:141-143.18 冷飞,李海滨.程序设计课程中的循环结构教学方法创新J.石家庄职业技术学院学报,2016,28（6）:59-61.19 陈丽敏.C 语言程序设计循环结构之“四要素学习法”J.电脑知识与技术,2020,16（29）:121-123.20 刘进军,陈代春.基于 BOPPPS 模型的信息素养课程有效教学模式研究 J.图书馆学研究,2021,（8）:10-14.21 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