[出处] 教育教学论坛_2022年第14期

张思乾 冷祥光 唐涛 赵凌君

[关键词] BOPPPS模型;翻转课堂;遥感课程

[基金项目] 2020年度国防科技大学“面向研究生创新能力培养的‘翻转式’在线教学模式实践与探索”（yjsy2020035）;2019年度国防科技大学“高分遥感时代学科竞赛强化研究生科研创新能力的实践与探索”（yjsy2019017）;2019年度国防科技大学“基于‘高分’系列卫星遥感数据的航天遥感任职专业课程探究教学改革与实践”（U2019103）

[作者简介] 张思乾（1987—），女，安徽合肥人，工学博士，国防科技大学电子科学学院副教授，主要从事遥感基础理论教学、合成孔径雷达信号和图像处理研究。

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）14-0093-04 [收稿日期] 2021-07-31

一、研究背景

近年来，我国高等学校在研究生培养过程中过分重视学术型、理论型人才培养，导致学生的创新能力和实践能力不足。遥感课程是实践性较强的一门课程，其理论知识具有更新快、专业性强、综合能力要求高等特点[1]。国内高校以武汉大学、清华大学、解放军信息工程大学为代表，开设的遥感系列课程门类齐全、专业性强，但是纵观国内知名高校的遥感课程体系、配套教材、教学方法等仍存在着以下问题。

一是以教为主的单一教学模式。课堂以理论知识点讲解或定理推导为主，通过PPT演示配合板书讲授，教师主动讲授、学生被动汲取，教学模式较为单一，导致学生学习积极性差、课堂活跃度低。“满堂灌”的传统教学方式必然导致学生参与度降低，课堂缺乏互动交流，学生多依赖于考前复习而不是课堂主动思考。这种以教为主的教学模式下，学生多以完成学业和通过考试为目的，学习过程不求甚解，导致对知识点的掌握也是一知半解，难以培养学生的创新能力，达不到理想的教学效果。

二是理论和实践教学环节脱节。遥感系列课程中虽开设了理论课配套的实验课程，但所占课程比例太少，实践效果无法保证，对研究生创新思维、创新意识的引导和培养也重视不足。此外，实验课程与理论课程的内容连贯性不够，甚至有理论和实践教学内容脱节的现象。教师对理论课程的改进和提升关注度高，教学内容紧密贴合先进遥感技术与应用方向，更新迭代周期短;而实践内容往往使用多年前的数据，缺乏实时动态更新。这必然导致学生学到的知识和能力与实际岗位需求差距较大。

BOPPPS教学模型强调学生在教与学过程中的自主学习，强调学生的参与感，翻转课堂的教学理念是注重以学生为主的教学模式[2]。针对上述问题，本文将两者相结合的教学模式引入遥感课程的教学中，有助于调动学生的学习积极性，促进理论学习与动手实践能力同步提升。

二、BOPPPS模型与翻转课堂结合的适应性

翻转课堂是改变“教”与“学”模式，实现了从时间和空间上对传统课堂老师的知识传授和学生的知识内化的完全颠覆[2]。通过微视频等资源载体引导学生自学完成知识传授，而课堂上则以学生为主完成对知识的理解、内化和升华。这种教学模式是对专业知识深入理解、系统整理和实践运用的过程，是培养创新性高素质人才的有效途径之一。

BOPPPS模型包括导入（Bridge-in）、学习目标（Objective）、前测（Pre-assessment）、参与式学习（Participatory Learning）、后测（Post-assessment）和总结（Summary）六个教学行为组成[3]。在教学实施过程中，BOPPPS模型可以贯穿于课程的前、中、后三个阶段，也可以仅应用于课堂阶段的环节。该模型一方面使得教师能够围绕课程学习目标，有效组织课程教学，并获取学习效果的反馈;另一方面更注重学生的参与式学习，培养其“发现问题—总结问题—解决问题”的创新能力。BOPPPS模型的核心在于以学生为中心，关注学生的发展需求，强调学生参与式学习，通过前测和后测及时收集反馈信息，这与翻转课堂的基本理念是一致的[2]。因此，灵活运用BOPPPS教学模型可以为翻转课堂教学设计和实施提供一个操作性强、适应性好的流程和框架，提高翻转课堂的教学效果，确保学生在课程学习中的参与度和主动性，如图1所示。

三、基于BOPPPS模型的翻转课堂教学设计

基于BOPPPS模型开展翻转课堂教学时，采用“个性化课程内容”+“参与式课堂学习”+“精细化实践指导”的培养思路，借鉴前期研究成果和实践经验，针对遥感课程翻转课堂中的课外阶段和课堂阶段进行设计，优化遥感课程组织和教学内容设计，提高学生的创新思维、动手实践能力和协作精神。以BOPPPS模型的基本要素为设计框架，结合遥感课程的特点，设计翻转教学模型如图2所示。

（一）课外阶段

1.目标设定环节。为学生建立本节课学习的目标，明确学习重点和难点，使其有针对性地开展自主学习。学生的个人能力和先修基础不同，导致能达到的学习目标也不同，因此要综合考虑设定多层次、难度递增的学习目标。

2.自主学习任务布置。利用课程资源的整合，实现信息化教学前移，是构建“翻转式”教学的重要环节。课前自学任务发布并不是简单将传统课堂课件发布到网上或发给学习，而是需要精心设计具有关联性、情境性的学习任务、课件、微课视频等发布给学生，引导学生学习，触发学生思考，积极主动开展学习活动。

自主學习任务应包括学习目标、学习指南、学习任务和测试与困难建议等一系列内容。学习任务的设置需要紧密贴合本专业课程体系，应包含基础性学习任务和拓展性学习任务两类。以目标检测为例分解自主学习任务，如表1所示。

基础性学习任务重点针对课程基础理论和基本技能的培养，主要针对无基础或基础较差的学生，有效避免因资源过多而无法完成基本课程学习任务的问题。围绕目标检测知识点，基础性学习任务应包括目标检测基本概念、二元假设检验以及以恒虚警（CFAR）检测器为核心的常见目标检测算法等。主要目的是让无相关基础的学生通过自主学习后，达到掌握目标检测的基本原理和经典方法的学习目标。

拓展性学习任务应结合遥感技术的前沿知识和遥感应用最新动态，拓展课程知识点，培养学生的创新思维和工程思维，便于基础较好或学有余力的学生知识边界拓展与知识迁移能力的提高。针对部分学生已经学习或接触过目标检测相关理论，例如本科毕设完成过相关课题的学生，在基础性学习任务的基础上提高知识的难度和应用面，设置拓展性学习任务，包括基于视觉显著性的检测方法、基于超像素的检测方法和结合人工智能的检测方法。通过拓展性学习任务，不仅可为有基础的学生进一步拓展课前自主学习内容，还可以为无基础学生在完成课程学习后，进一步提升和拓展知识提供方向和帮助。

3.前测环节。教师在发布自主学习任务的同时，也布置课前测试题来检验学生的自学效果。通过测试或作业等方式，了解学生的知识基础，掌握对学生的知识难点，进一步形成定量的分析结论，为课堂教学内容的设计提供支持。

（二）课堂阶段

1.参与式学习环节。参与式学习环节是BOPPPS教学模型中的重要环节，强调学习者的主动参与角色。结合翻转课堂的参与式学习环节应包括答疑解惑和实践研讨。首先，利用思维导图构建整个章节的知识体系，针对自主学习暴露出的共性问题针对性的讲解和答疑。其次，结合实践性教学和研究型教学方法开展教学设计。

实践型教学是通过理论与实践相结合的教学方法来培养具备专业基础知识与实践技能的应用型人才，需要在对理论知识的理解和内化基础上，能够针对具体情形，合理运用所学知识解决具体问题[4]。在“翻转式”遥感课程实践教学中，以今年“河南特大暴雨灾害监测”研究为例（如图3所示），围绕遥感影像预处理（包括几何校正、影像镶嵌和裁剪等）、遥感信息提取（包括水体提取、变化检测等）等知识点，教师提供遥感影像数据、设计分组实验、个别指导、成果展示和实验报告撰写等流程，由学生设计并实现具体算法，锻炼其独立思考问题、在具体实践中发现问题、并有效地寻找途径解决问题的能力。

研究型教学包括“研究性学习”和“探究性学习”两种教学方法[5]，围绕学生科学思维能力的培养，以实践型课题为中心，以解决实际问题为目的[5]。“翻转式”研究型教学，结合生活中的实时问题、热点问题等，挖掘遥感技术与应用的场景，针对科研应用中某一具体问题，引入最新的研究实例。比如2021年发表在Remote Sensing期刊上的论文“Validation and Comparison of Physical Models for Soil Salinity Mapping over an Arid Landscape Using Spectral Reflectance Measurements and Landsat-OLI Data”，该论文中针对当前热点问题之一——土壤盐渍化问题，利用遥感卫星进行土壤含盐量分布监测。我们将该研究实例与具体知识点“典型地物光谱特性”相融合，充分调动学生学习兴趣和探索积极性。教师在此过程中扮演引导者的角色，对小组讨论的内容和方向进行正确的引导，构建高效的“翻转式”教学课堂。

2.后测和总结环节。通过课堂学习后，设置思考题或测试题，了解本次课的教学目标是否达到，并反馈学习效果。最后，通过过程性评价和总结性评价，确保不同层次的学生能够完成相应的目标和任务，以提高翻转课堂的教学效果。

结语

本文以培养研究生创新能力为基本思路，基于BOPPPS教学模型，借助翻转教学模式，层层递进、逐步深入地展开研究和探索，阐述了遥感课程翻转教学实施方案。该教学实施方案强化了学生的参与式学习，目前已取得了较好的课程教学效果，对课堂教学具有一定的借鉴意义。