CDIO教學(xué)模式融入《探究科學(xué)》校本課程初探

藍(lán)秋梅 楊翠云

摘?要：《探究科學(xué)》校本課程是探究科學(xué)和校本課程結(jié)合的產(chǎn)物。以自編項(xiàng)目作為教學(xué)資源的《探究科學(xué)》校本課程在資源的選擇及教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上存在諸多困難。文章在教學(xué)設(shè)計(jì)中引入CDIO教育教學(xué)模式，以《紅藍(lán)3D眼鏡》教學(xué)案例的改進(jìn)為例，分析了基于CDIO教育教學(xué)模式設(shè)計(jì)的探究案例在滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展、自由發(fā)揮個(gè)體特長(zhǎng)及小組合作上給予學(xué)生更廣闊的空間。同時(shí)，在CDIO教學(xué)模式的助力下，探究科學(xué)教師能夠更好地完成教學(xué)設(shè)計(jì)，使課堂內(nèi)容和課堂形式的多樣化得到有效提升，為解決《探究科學(xué)》校本課程中教師的教和學(xué)生的學(xué)提出科學(xué)有效的建議。

關(guān)鍵詞：CDIO教學(xué)模式;探究科學(xué);校本課程

校本課程的發(fā)展對(duì)教師提出了新的挑戰(zhàn)，教師必須完成由“會(huì)教”已有教材到“會(huì)編”新教材的轉(zhuǎn)變，課程教學(xué)設(shè)計(jì)是轉(zhuǎn)變的落腳點(diǎn)。文章為優(yōu)化《探究科學(xué)》校本課程教學(xué)設(shè)計(jì)，融入CDIO教育教學(xué)模式。通過分析探究式教學(xué)和CDIO教育教學(xué)模式的共性及融入點(diǎn)，以《紅藍(lán)3D眼鏡》教學(xué)設(shè)計(jì)為例，對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。CDIO教育教學(xué)模式的融入，使教師的設(shè)計(jì)更具豐富的理論基礎(chǔ)，對(duì)教師的教和學(xué)生的學(xué)都起到良好的促進(jìn)作用。

一、CDIO教育教學(xué)模式簡(jiǎn)介

CDIO（Conceive Design Implement Operate）是以構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Imple-ment）及運(yùn)作（Operate）全過程為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)、實(shí)踐的方式進(jìn)行工程學(xué)習(xí)，注重培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識(shí)、學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)交流能力及工程系統(tǒng)能力的一種先進(jìn)的工程教育模式[1]。基于CDIO主動(dòng)式任務(wù)教學(xué)法，可以有效促進(jìn)實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為學(xué)生今后走向工作崗位奠定基礎(chǔ)[2]。CDIO的教學(xué)模式即體現(xiàn)了“做中學(xué)”，又體現(xiàn)了“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”的原則，學(xué)生在該模式教學(xué)中能主動(dòng)參與理論與實(shí)踐的學(xué)習(xí)，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)目的。本文將基于CDI0工程教學(xué)模式對(duì)《紅藍(lán)3D眼鏡》項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的修改，并就修改的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行一定的實(shí)際分析。

二、《探究科學(xué)》校本課程簡(jiǎn)介

眾多國(guó)外的學(xué)者專家都對(duì)校本課程發(fā)有著不同的解釋，這正說明校本課程開發(fā)的復(fù)雜性。不同的學(xué)者從不同的立場(chǎng)對(duì)校本課程做出了不同的界定，見解雖然獨(dú)到，但都有著各自的局限性[3]。國(guó)內(nèi)對(duì)于校本課程的分類大致可以分成兩類：一種是對(duì)已有課程進(jìn)行整編，使課程更利于學(xué)生個(gè)性化的發(fā)展。相對(duì)而言，這類校本課程是在原有課程中進(jìn)行整改教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)行為。由教師根據(jù)學(xué)生發(fā)展及個(gè)性特點(diǎn)，選出課程中有利于學(xué)生學(xué)和教師教的內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的整合。另一種是運(yùn)用獨(dú)特教育資源辦學(xué)。在國(guó)家課程計(jì)劃留給學(xué)校的空間內(nèi)，有效利用各種教育資源，對(duì)校本課程進(jìn)行自主開發(fā)。本文所研究的《探究科學(xué)》校本課程中涉及的教學(xué)資源屬于自主研發(fā)項(xiàng)目。相關(guān)項(xiàng)目的研發(fā)離不開廣西師范大學(xué)羅星凱教授帶領(lǐng)的“興華團(tuán)隊(duì)”。本科和研究生階段，筆者均參與了由該團(tuán)隊(duì)發(fā)起的興華創(chuàng)新實(shí)踐師資班培訓(xùn)，培訓(xùn)圍繞新課程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)理念和相關(guān)課程項(xiàng)目的開發(fā)等內(nèi)容。培訓(xùn)結(jié)束后與合作學(xué)校進(jìn)行雙選，筆者有幸以志愿者身份分別參與三所學(xué)校新課程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程和《探究科學(xué)》校本課程的教學(xué)。在廣西梧州第二中學(xué)擔(dān)任高一年級(jí)新課程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教師，在廣西師范大學(xué)附屬外國(guó)語學(xué)校擔(dān)任初二年級(jí)探究科學(xué)教師，在北京市十一學(xué)校擔(dān)任初一、初二年級(jí)探究科學(xué)教師，任教時(shí)間均為一個(gè)學(xué)期。實(shí)踐中親歷課程項(xiàng)目的開發(fā)及匯編，深知自主研發(fā)課程中對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行合理設(shè)計(jì)的重要性以及在教學(xué)設(shè)計(jì)中遇到的諸多困難。研發(fā)的課題需要經(jīng)歷課題的選擇，對(duì)所探究問題的挖掘，將挖掘課題分層遞進(jìn)融入課堂探究各個(gè)環(huán)節(jié)，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)探究的情景，能讓學(xué)生“玩中學(xué)，學(xué)中玩”的同時(shí)，活用學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生探究精神，及創(chuàng)新能力的目的。

CDIO教育教學(xué)模式及文中所述的《探究科學(xué)》校本課程均體現(xiàn)了“做中學(xué)”的教學(xué)特征，另外，兩者基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式也不謀而合，這使在《探究科學(xué)》校本課程教學(xué)設(shè)計(jì)中引入CDIO教育教學(xué)模式水到渠成。

三、基于CDIO教學(xué)模式改進(jìn)的教學(xué)設(shè)計(jì)案例

該設(shè)計(jì)以探究科學(xué)課程中的其中一個(gè)項(xiàng)目《紅藍(lán)3D眼鏡》為例，為了更好地引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，在教學(xué)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)引入了CDIO教學(xué)模式中構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作的思維。在設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)，在CDIO教學(xué)模式指導(dǎo)下，教學(xué)設(shè)計(jì)思路更加順暢清晰，學(xué)生在學(xué)習(xí)中的參與面更廣，更能體現(xiàn)學(xué)生探究學(xué)習(xí)的個(gè)性化特點(diǎn)。

紅藍(lán)3D眼鏡案例來源于一堂小學(xué)科學(xué)課，小學(xué)課堂上，老師播放紅藍(lán)電影，從感受3D效果出發(fā)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，用講述的方式直接告訴學(xué)生怎么制作眼鏡可以達(dá)到觀影效果。課堂比較注重動(dòng)手制作，不涉及原理的探究和小組合作分享各環(huán)節(jié)。

基于CDIO教學(xué)模式的指導(dǎo)，為了引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，筆者在教學(xué)設(shè)計(jì)中，做了以下改動(dòng)：

（1）融入構(gòu)思環(huán)節(jié)，學(xué)生能更好得完成鏡框的個(gè)性化設(shè)計(jì)。

（2）加入設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮學(xué)生的個(gè)性化特點(diǎn)。

（3）突出實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)，探究原理環(huán)節(jié)，重在學(xué)生討論和合作，增加課堂探究深度，達(dá)到實(shí)現(xiàn)真正理解的目的。

下面以紅藍(lán)3D眼鏡教學(xué)設(shè)計(jì)為例：

（一）項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容分析

（1）教學(xué)內(nèi)容：3D電影是學(xué)生日常生活中的娛樂項(xiàng)目之一，該項(xiàng)目來源于生活，以此為題容易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）項(xiàng)目涉及學(xué)科知識(shí)分析：初二年級(jí)的學(xué)生在學(xué)習(xí)光學(xué)時(shí)已經(jīng)學(xué)習(xí)過，人們看到透明物體的顏色由透過透明物體的色光決定。紅藍(lán)3D眼鏡的原理為，影視畫面由兩個(gè)視覺差的畫面組成，兩幅圖的RGB都作了特別處理，其中一幅用紅色保存圖片信息，另一幅用藍(lán)色保存圖像信息。戴上紅藍(lán)3D眼鏡后，紅色鏡片對(duì)應(yīng)的眼睛只能看到用紅色保存信息的圖片，藍(lán)色眼鏡對(duì)應(yīng)的眼睛只能看到用藍(lán)色保存信息的圖片。兩邊眼睛看到的畫面有一定的視覺差，從而呈現(xiàn)立體效果。故學(xué)生在物理課中的光學(xué)知識(shí)為該項(xiàng)目的原理探究積累一定的基礎(chǔ)。該案例在教學(xué)實(shí)施中具備設(shè)計(jì)、制作和原理探究的性質(zhì)，CDIO教學(xué)模式中的構(gòu)思設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)能夠得以體現(xiàn)。

（3）項(xiàng)目設(shè)計(jì)特點(diǎn)及意圖：探究式教學(xué)包括創(chuàng)設(shè)情境、啟發(fā)思考、自主（或小組探究）、協(xié)作交流、總結(jié)提高五個(gè)環(huán)節(jié)。CDIO教學(xué)模式則包含構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作環(huán)節(jié)。基于兩種教學(xué)模式，本教學(xué)設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)：①創(chuàng)設(shè)情境，從紅藍(lán)3D電影出發(fā)，提出紅藍(lán)3D電影的呈現(xiàn)原理是什么，使學(xué)生體會(huì)該項(xiàng)目于現(xiàn)實(shí)生活的緊密聯(lián)系。②通過課堂體驗(yàn)活動(dòng)，啟發(fā)學(xué)生能夠看到3D效果與紅藍(lán)3D眼鏡、特制圖片兩者皆有關(guān)系，加強(qiáng)學(xué)生觀察及分析問題的能力。③根據(jù)自身喜好構(gòu)思并設(shè)計(jì)一款特別的紅藍(lán)3D眼鏡，提升學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。④協(xié)作交流，制成實(shí)現(xiàn)觀影效果的成品。用制作好的眼鏡觀看紅藍(lán)圖片，若無法呈現(xiàn)3D效果，與小組成員交流原因，并進(jìn)一步改進(jìn)眼鏡的制作，最終能夠?qū)崿F(xiàn)觀看效果，提高團(tuán)隊(duì)合作能力。⑤小組合作，探究紅藍(lán)3D眼鏡呈現(xiàn)立體效果的原理。⑥對(duì)所學(xué)知識(shí)拓展提升，實(shí)現(xiàn)紅藍(lán)3D圖片的制作，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的學(xué)以致用，升華探究效果。

（二）學(xué)生分析

1.學(xué)生已有生活經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)該內(nèi)容的經(jīng)驗(yàn)

該項(xiàng)目的教學(xué)對(duì)象為初二年級(jí)學(xué)生，學(xué)生光學(xué)學(xué)習(xí)中已經(jīng)儲(chǔ)備了3D眼鏡呈現(xiàn)3D效果的相關(guān)知識(shí)。學(xué)生已經(jīng)有過探究課堂的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，對(duì)課堂各個(gè)環(huán)節(jié)的大致流程較為熟悉。以往的學(xué)習(xí)，已經(jīng)形成固定的小組，小組成員之間在小組分工合作上有一定的默契。初二的學(xué)生正是個(gè)性凸顯的年紀(jì)，這讓設(shè)計(jì)成品更具多樣化和個(gè)性化。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)該內(nèi)容可能的困難

學(xué)生以往的學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)圖片或影視畫面呈現(xiàn)立體效果的原因缺少認(rèn)識(shí)，在理解紅藍(lán)圖片的形成過程需要對(duì)圖片的RGB進(jìn)行調(diào)整存在一定困難。

（三）學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）通過該項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，了解紅藍(lán)3D眼鏡的工作原理。

（2）通過眼鏡的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的構(gòu)思設(shè)計(jì)能力。

（3）在小組討論過程中，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神。

（4）探究過程中，提高學(xué)生解決問題的能力，同時(shí)提升學(xué)生的探究欲望。

（四）教學(xué)過程

1.準(zhǔn)備工作

卡紙、尺子、美工刀、剪刀、雙面膠、透明膠、紅藍(lán)雙透膜。

2.教學(xué)流程

（1）創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。放映紅藍(lán)3D電影影片，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提出問題：你是否了解過紅藍(lán)3D眼鏡的構(gòu)造和原理？

（2）啟發(fā)思考，明確紅藍(lán)3D眼鏡之所以能看到3D效果與眼鏡、圖片兩者皆有關(guān)系。讓兩個(gè)學(xué)生戴上老師課前制作好的紅藍(lán)3D眼鏡，觀看PPT上投影出來的紅藍(lán)效果圖。由觀看的學(xué)生將觀看效果分享給全班同學(xué);引導(dǎo)全班思考：為什么戴上紅藍(lán)3D眼鏡的同學(xué)能看到3D效果，其他不戴眼鏡的同學(xué)看不到效果？該環(huán)節(jié)的目的是通過引導(dǎo)，讓學(xué)生能從控制變量的角度分析出能看到3D效果與眼鏡有關(guān)。

接著設(shè)置對(duì)比試驗(yàn)，用多媒體呈現(xiàn)一張未經(jīng)處理的圖片，戴紅藍(lán)3D眼鏡的學(xué)生繼續(xù)觀察圖片，把觀看效果跟全班分享。該環(huán)節(jié)的目的是通過對(duì)比試驗(yàn)，讓學(xué)生明確能看到3D效果，呈現(xiàn)的圖片必須進(jìn)行特殊處理。

（3）根據(jù)個(gè)人喜好構(gòu)思，設(shè)計(jì)并制作個(gè)性化眼鏡。該環(huán)節(jié)有兩方面目的：通過自身構(gòu)思及設(shè)計(jì)，發(fā)揮學(xué)生自身個(gè)性特點(diǎn)，完成眼鏡框架的設(shè)計(jì)。二是根據(jù)3D眼鏡的原理，初步完成鏡片的安放。鏡片安放會(huì)出現(xiàn)兩種結(jié)果，左紅右藍(lán)或者左藍(lán)右紅。其中左紅右藍(lán)能夠看到更明顯的3D效果，另一種情況幾乎看不到3D效果。

（4）體驗(yàn)中討論交流，明確眼鏡構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)眼鏡正確運(yùn)行效果。學(xué)生完成眼鏡的制作后，讓學(xué)生小組內(nèi)交流，就鏡框設(shè)計(jì)特點(diǎn)、鏡片位置等做相關(guān)交流。提升學(xué)生的交流溝通能力，釋放每個(gè)學(xué)生的個(gè)性。接著讓每個(gè)學(xué)生用自己制止的眼睛觀看3D影視。觀看過程中會(huì)出現(xiàn)兩種不同的結(jié)果，部分學(xué)生能順利看到3D效果，另外一部分學(xué)生無法看出效果。由此提問，引導(dǎo)學(xué)生觀察并思考導(dǎo)致兩種結(jié)果的原因是什么。讓學(xué)生總結(jié)出眼鏡鏡片必須左紅右藍(lán)才能看到效果后，繼續(xù)改進(jìn)眼鏡構(gòu)造。提出關(guān)鍵性問題：為什么眼鏡鏡片必須左紅右藍(lán)，我們看到的3D效果和眼鏡鏡片及處理過的紅藍(lán)圖片究竟有什么關(guān)系？

（5）探究鏡片位置及紅藍(lán)圖片與呈現(xiàn)3D效果的原因。首先，明確人體感官能感知立體效果的原因。用游戲的方式讓學(xué)生初步理解人眼自帶3D功能。在學(xué)生對(duì)人眼看到立體物體是因?yàn)橐暰嗖钣幸欢ㄕJ(rèn)識(shí)后，再通過極端法用PPT給學(xué)生直接的視覺沖突，總結(jié)人能看到立體效果的根本原因是左右眼看到物體的不同部位，兩個(gè)眼睛看到的畫面經(jīng)大腦合成，得到立體的效果。

接著，探究紅藍(lán)3D眼鏡能呈現(xiàn)3D效果的原因。學(xué)生通過討論，運(yùn)用所學(xué)光學(xué)知識(shí)，總結(jié)歸納原因：紅色鏡片只能看到處理后的紅色畫面輪廓，藍(lán)色鏡片只能看到處理后的藍(lán)色畫面輪廓。紅藍(lán)兩幅圖片存在一定的視覺差，左右眼看到的有差異的圖像經(jīng)大腦合成后形成3D效果。

（6）探究鏡片必須左紅右藍(lán)的原因。呈現(xiàn)多組圖片，引導(dǎo)學(xué)生觀察紅藍(lán)圖片的共性：左紅右藍(lán)。用多媒體呈現(xiàn)紅藍(lán)電影拍攝和放映的過程圖，加深學(xué)生對(duì)原理的理解。

（7）最后，給學(xué)生小組談?wù)撜碚?jié)課流程，讓小組代表簡(jiǎn)述紅藍(lán)3D眼鏡能看到紅藍(lán)圖片呈現(xiàn)立體效果的原理。

四、結(jié)語

《探究科學(xué)》校本課程存在教學(xué)資源的缺乏以及教師對(duì)本課程認(rèn)識(shí)具有局限性的問題，相關(guān)項(xiàng)目的教學(xué)設(shè)計(jì)及課堂實(shí)施還存在較大阻礙。本文從探究教學(xué)和CDIO兩種教學(xué)模式的結(jié)合出發(fā)，嘗試對(duì)《紅藍(lán)3D眼鏡》教學(xué)項(xiàng)目的教學(xué)設(shè)計(jì)做了改動(dòng)。融入CDIO教學(xué)模式的思想后，整堂課的教學(xué)內(nèi)容更加豐富，學(xué)生個(gè)性化。本文通過文獻(xiàn)研究等嘗試將CDIO教學(xué)模式融入教學(xué)設(shè)計(jì)，得出以下幾個(gè)結(jié)論：（1）在CDIO教學(xué)模式，探究科學(xué)課程教學(xué)設(shè)計(jì)更能體現(xiàn)學(xué)生個(gè)性化特點(diǎn)，課程形式多樣化得到提升。（2）CDIO教學(xué)模式能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生在學(xué)中做，做中學(xué)，達(dá)到理論與實(shí)際相結(jié)合的目的。

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項(xiàng)目：廣西高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目《基于CDIO模式的電子信息類專業(yè)電子技術(shù)課程改革研究與實(shí)踐》（項(xiàng)目編號(hào)：2013JGB308）;JG201907校級(jí)“課程思政”教育教學(xué)改革示范課程-電磁學(xué)

作者簡(jiǎn)介：藍(lán)秋梅（1989—?），女，壯族，廣西忻城縣人，碩士，助教，研究方向：教學(xué)法。

*通訊作者：楊翠云（1972—?），女，瑤族，廣西桂林人，碩士，副教授，研究方向：教學(xué)法。