面向工程教育的Web課程群實驗體系構建與實踐

夏 瑜

(常熟理工學院 計算機科學與工程學院，江蘇 常熟 215500)

·實習與實訓·

面向工程教育的Web課程群實驗體系構建與實踐

夏 瑜

(常熟理工學院 計算機科學與工程學院，江蘇 常熟 215500)

針對當前Web課程群實踐教學環節中普遍存在的問題，提出了一種新的面向工程教育的立體化實驗體系，旨在全面深化實驗教學改革。利用線上平臺和綜合項目，打破課程單獨設置實驗的限制，優化整合實驗資源，有利于實施貼近實際工程實踐的項目驅動式教學。引入CDIO理念，貫通“1個目標、2個層面、3個年級、4個過程、5個能力”的教育主線索，培養學生專業實踐能力、創新意識和工程素養。實踐證明,此實驗體系取得了良好的教學效果，為工程教育提供了有力的支撐。

工程教育； Web課程群； 實驗體系； CDIO工程教育模式

0 引 言

近年來，應用型人才培養模式[1-3]已經成為高等教育體系中倍受關注和重點發展的熱點課題，也是各地方本科院校實施戰略轉移以尋求發展的必要途徑。實驗體系建設是課程教學體系中的重要環節[4-5]，不僅對鞏固理論基礎知識、提升課程內容感性認識具有非常重要的作用，而且也是強化學生創新工程能力的重要載體。Web課程群是數字媒體專業中的一個重要分支，也是側重培養學生操作能力的應用型課程群，構建注重創新能力培養的開放性實驗體系，是具有非常重要的理論價值和實踐意義[6-8]。本文試圖引入CDIO理念,構建面向工程教育的Web課程群實驗體系。

1 實驗現狀與存在問題分析

在數字媒體人才培養方案中，Web課程群涉及多門課程，其主干課程為：Web前端技術、UI界面設計和Web服務器技術[9-11]，隨著教學改革的深入和工程教育的推廣，發現這個課程群的實驗教學體系中存在一些問題，具體表現為：

(1) 教學方式陳舊。大多數實驗課程仍舊采用傳統的教學方式，以驗證型實驗為主，教學模式單一，教師按照理論教學內容布置實驗課題，學生機械地按照規定的操作步驟完成實驗，這種依葫蘆畫瓢的形式往往忽視了學生創新思維的訓練，一定程度上扼殺了學生的開拓創新精神。在實驗教學中，以教師為中心，忽視了學生主體地位，將會嚴重阻礙學生分析問題和解決問題的能力培養。

(2) 課程間缺乏系統性。3門課程的實驗一般是割裂的，各做各的，沒有充分考慮到課程間的應用聯系性，設置實驗內容碎片化，缺乏現實應用的整體性和系統性，無形中使學生喪失了真實的項目應用環境，與工程教育目標相悖。

(3) 工程素養培養不足。在學生層面，以單獨完成實驗為主，在學習上溝通和交流不足，缺乏團隊意識培養；教師在備課和授課上也是孤軍奮戰，相互之間沒有借鑒和互動交流。這些都不符合工程教育的培養要求，直接影響了人才培養質量。

(4) 實驗評價效果不合理。傳統的實驗評價方式中主要按學生實驗結果和實驗報告來確定成績，這不利于綜合測評學生的真實能力。當成績評定完成后，也就意味著實驗教學的結束，對實驗中的存在問題缺乏反思，對實驗中的收獲成功缺乏分享，對存在問題和設計不足依然沒有改進，這必將影響學生對知識的深層理解，使學生接受知識的渠道和“做中學、學中做”的理念受到束縛與限制。

針對上述問題，結合工程教育先進理念[12-13]，分析教育對象現狀和情況，就Web課程群實驗體系的構建目標、內容、方式及內涵建設提出了若干想法和措施，促進實踐教育改革，深化專業建設內涵。

2 實驗體系構建與實施

構建的Web課程群新實驗體系從培養目標出發，以學生為中心，能力培養為導向，重視課程之間的聯系，打破課程間的單維關系，將課內教學指標點串成線，鋪成面，并利用當前移動與網絡技術構建開放式立體型實驗教學模式，系統地指導學生掌握課程的基礎理論，同時將課程知識點全方位地滲透到工程項目中，引導學生通過“做中學、學中做”方式潛移默化地掌握新知識和新技能。

在實踐過程中融入CDIO工程教育模式理念[14-16]，貫通“1個目標、2個層面、3個年級、4個過程、5個能力”立體化實踐教學體系，激發學生學習興趣，協同各方面因素，從而促進學生知識、能力及素質全面協調發展。如圖1所示為Web課程群實驗體系模型圖，其所蘊含的教學內涵主要表現在以下幾方面：

(1) “1個目標”是本源。根據數字媒體專業培養方案，Web課程群主要培養學生掌握交互式網絡多媒體開發的基本理論，具備面向網絡和移動的交互媒體開發技能，富有團隊合作意識、開拓創新精神及科學人文素養。這是人才培養的出發點，實驗體系的實施必須為其服務。

(2) “2個層面、3個年級、4個過程”是主干。“2個層面”為教學實施方式：線上實驗平臺和課堂實踐教學。其中，線上實驗平臺主要以3門課程的驗證性實驗為主，教師通過發布實驗教學視頻或課件，引導學生登錄平臺自學知識，并完成驗證性實驗。當學習和練習中發生問題時，學生可以通過平臺與教師互動交流，解決實驗中的疑問，從而掌握基礎理論知識及基本實驗技能。驗證性實驗主要是以課程理論知識點為基礎內容所設定的，是面向學生開設的開放性實驗平臺，將課堂內容拓展到課堂外，把學習的自主權交給學生，由教師引導學生充分利用課余時間，發揮學習主動性，實現學習的時間和空間上的開放性。3門課程在線上平臺的實驗模塊的組織結構見表1，既可作為學生學習新知識的資源中心，也可作為高年級學生復習已學知識的材料集合。線上實驗平臺不僅為學生搭建了任何時刻、任何地點都可以進行學習與訓練的空中課程，也同時為教師實現翻轉課堂的新興教學改革提供了現實基礎，是實現良性工程教育的重要組成部分。

圖1 Web課程群實驗體系

表1 線上實驗平臺實驗模塊

“3個年級”為實驗體系的主體對像，即3個不同年級的學生，理論基礎部分各自授課，實驗教學上協同實施。根據數字媒體專業人才培養方案，設想Web前端技術安排在第3學期，即大二；UI界面設計安排在第5學期，即大三；Web服務器技術安排在第7學期，即大四。這樣的安排主要是為了使大二、大三、大四3個年級同一時間開課，學生在分別學習各自專業理論知識后，組成團隊，共同以當前所學理論知識融入到相同的工程項目中進行實踐，以不同年級學生所組成的團隊形式完成項目實驗，其優勢主要體現在：①專業與行業的協同。課程群的綜合實驗體系同時融合了3門課程的專業技能知識，形成具有鍛煉學生綜合設計和創意創新的工程實訓項目，其實質與現實行業中的工程項目相類似，多課程滲透，知識點全面覆蓋課程群。②學生與學生的協同。3個不同年級的學生同步進入項目，團隊背景形似現實企業中的新老結合情境，可實施傳幫帶方式，高年級學生帶領低年級學生，不僅可以起到示范作用，而且包含了知識的第2層傳遞。學生在逐年任務的更換中，將積累更多的知識與經驗，可以充分利用學生團隊之間經驗分享，使學生在實驗中少走歪路，提高學習效率，獲取知識的渠道更多，面更寬，方法更靈活。③教師與學生的協同。教師在實驗體系中主要任務是幫助學生指明方向、理清思路和發現問題，角色更像項目的引導組織者，不同特長的教師在項目中可以有的放矢地指導所擅長的內容，從而提高實驗的教學質量。學生在教師的指導下，查閱資料、分析問題，討論問題及解決問題，有助于更好地培養學生獨立工作能力和創新能力。

課堂實踐教學是基于CDIO理念的綜合設計創新教育項目訓練，主要引進企業實際工程項目或科研項目作為實訓教學載體，讓學生置身于項目研發環境中，由構思實訓框架、設計實訓方案、實施實訓項目及驗收實訓成果四個過程組成，以全面提升學生專業能力為著眼點，以培養學生工程崗位素養為主線索，倡導“做中學、學中做”人才培養方式來完成復雜工程項目。“4個過程”的具體實施措施為：①構思。教師首先給出工程項目的設計背景、完成目標、總體方案、理論知識及關鍵技術，然后對學生進行分組，每個團隊分別由二年級、三年級、四年級相同比例學生所組成，分別負責前端、UI界面和后臺的設計工作。這個階段中要求學生了解整個系統的構架、項目的需求及設計的目標，從而使學生明確任務，啟發思維，逐步深入項目。②設計。學生各分組進行項目設計創意討論，3個不同年級的學生共同研討，根據自已所負責的方向提出觀點和思路，高年級學生分享在上1年負責項目工作中的經驗，與低年級學生的想法深入討論，并結合本身設計任務，充分考慮前端、UI界面和后臺的相融性和系統地位，共同選擇并完成項目的最優設計方案。教師在這個階段起到咨詢師的作用，回答學生設計中碰到的困難和設計方向的引導。這個階段全面提高學生分析問題、解決問題的能力，并逐漸培養學生團隊協作和開拓創新精神。③實施。該階段主要是學生根據設計方案通過設計軟件和編程工具實現系統各模塊，充分發揮分工合作，相互幫助，相互商量的團隊精神。教師在整個過程中既是答疑師，也是項目總策劃，根據學生完成情況，把實施過程分成不同子階段，每個子階段由做、議和悟三方面組成：“做”是啟發學生有計劃地制作項目；“議”是深入各個團隊討論完成方法和實現效果；“悟”是教師提出有效性的建議，讓學生領悟其中原理和技術，少走歪路，以最優化方式完成系統實現。這個階段是團隊合作的重要部分，是實現“學中做、做中學”的關鍵階段，培養學生各方面的綜合能力和工程素養。④運行。學生在完成項目設計后，演示設計作品，分享心得體會；教師總結整個項目設計過程中的普遍性存在的問題，分析原因，指導改進方法，其中多鼓勵學生，讓學生擁有成就感，充分調動學生主動學習的積極性。學生根據分析繼續改進項目，完善設計，體會成功，讓工程項目完整設計過程全面融入學生思維，領會其中內涵與精神。

(3) “5個能力”是內涵。Web課程群實驗體系通過線上開放式教學平臺在時間和空間上可以讓學生自由學習理論知識，并通過驗證性實驗得到充分的感性認識，以此建立教師與學生間的雙向交流互動通道，使學生逐步夯實專業理論基礎，為后續綜合團隊創新項目訓練打好基礎。在創新綜合實訓項目中強調“做中學”和“基于項目導向”的教育方式，努力創設教育過程和企業工程應用情況相結合，CDIO理念貫穿于項目實訓全部過程，圍繞“基礎理論能力→專業技術能力→綜合設計能力→職業素養能力→創新工程能力”的主線索上循序漸進地全面提升學生工程實踐能力。只有著力以學生為中心，能力為本位繼續完善實驗體系建設和改革，才能全面推進教學內涵的提升。

3 結 論

基于Web課程群立體式開放實驗體系打破原有課程間的獨立關系，以行業、企業和社會產業發展為標準，創造性地把多元教學理論滲透到實驗教學中，營造項目設計情境，讓學生自主學習，全面發揮教師的指導作用，通過探索與實踐，取得了一定的成效，主要表現在以下幾方面：

(1) 開放式優質學習資源共享。線上實驗平臺建設給學生提供了內容豐富的、有針對性的、形成體系的驗證性實驗資源，方便學生自主學習和在線交流。

(2) 創競意識和成績逐步提升。學生創新創意設計能力明顯增強，近年來，學生作品提交至國家、省及市各級競賽逐年上升，屢次在全國計算機設計大賽、高校信息技術創新與實踐活動及省市設計競賽上獲獎，2014～2016年期間有20余項獲獎。學生主持省級大學生創新計劃項目的人數增加，目前有2個團隊承擔省級重點創新計劃項目，還有若干省、校級一般項目由學生主持。隨著動手能力的提高，學生學習興趣和參與項目的自信心明顯增強，有多位學生參與教師承擔的省市縱向及企業橫向科研項目，如：智慧社區信息服務平臺等。

(3) 畢業設計和就業選擇優化。學生理論知識和動手能力得到提高后，該方向的學生畢業設計成績喜人，設計作品專業，多位學生畢業設計成績為優秀，并獲得了評審老師的好評。學生在畢業后，多人進入企業進行Web開發與設計，UI界面設計工作，并成為企業骨干，專業技能與綜合職業素養深受用人單位歡迎。

(4) 師生理念取得升華。“1個目標、2個層面、3個年級、4個過程、5個能力”的一體化人才培養結構，調動了學生的學習積極性，提高了學生的工程化動手能力，培養了學生創新意識和團隊協作精神。同時，通過引入創新綜合項目也可以更好地發揮教師特長，有效改善教師的專業視野，增進教學團隊的交流與協作，為教師的實驗教學中注入可持續發展的新思路和新方法。

以上充分說明該實驗體系理念先進、可操作性強、實施效果良好。后續將進一步探索微課設計與制作技術，完善線上實驗教學平臺，更好地為學生服務；積極引進企業最新真實項目，讓學生能體會到當前行業內從工程項目設計到實際應用的流程及工作情境；并且進一步引導專業教師進入一線企業研修或參加應用型人才培養研討，增強工程教育理念和創新實訓理論的更新，為全面提高工程教育質量而努力。

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·名人名言·

在科學上,每一條道路都應該走一走,發現一條走不通的路,就是對科學的一大貢獻。……那種證明“此路不通”的吃力不討好的工作，就讓我來做吧！

——愛因斯坦

ConstructionandApplicationofWebCourseGroupExperimentalSystemBasedonEngineeringEducation

XIAYu

(School of Computer Science and Engineering, Changshu Institute of Technology,Changshu 215500, Jiangsu, China)

Aiming at the common problems of experimental teaching in Web course group, a new three-dimensional experimental system based on engineering education is proposed in the paper in order to deepen the reform of experimental teaching.The limits of sole course experiments are broken and practice resources are integrated and optimized by online platform and comprehensive project.It is conducive to implement the project-driven teaching mode closed to true engineering practice.The proposed system introduces CDIO idea, and takes “one target, two levels, three grades, four progresses, five abilities”as main body to cultivate students’ practical ability, innovation consciousness and engineering quality.Practice has proved that the experimental system has achieved good teaching results and provides effective protection for engineering education.

engineering education; Web course group; experimental system; CDIO project education mode

G 642.0

A

1006-7167(2017)10-0231-04

2016-11-03

國家自然科學基金項目(41501461)；江蘇省自然科學基金項目資助(BK20140419)；江蘇省高校自然科學研究項目資助(14KJB520001);面向工程教育的本科計算機類專業課程改革項目(MXF2016-1-17)；教育部產學合作協同育人項目(201602016003,201602038002)

夏 瑜(1979-)，男，江蘇常熟人，博士，副教授，CCF會員，常熟理工學院數字媒體系主任，主要研究領域為計算機視覺、目標跟蹤和數字圖像處理，Tel.：13814981568，E-mail: cslgxiayu@163.com