CDIO教學(xué)模式融入《探究科學(xué)》校本課程初探

藍秋梅 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)計上存在諸多困難。文章在教學(xué)設(shè)計中引入CDIO教育教學(xué)模式，以《紅藍3D眼鏡》教學(xué)案例的改進為例，分析了基于CDIO教育教學(xué)模式設(shè)計的探究案例在滿足學(xué)生個性化發(fā)展、自由發(fā)揮個體特長及小組合作上給予學(xué)生更廣闊的空間。同時，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，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)展對教師提出了新的挑戰(zhàn)，教師必須完成由“會教”已有教材到“會編”新教材的轉(zhuǎn)變，課程教學(xué)設(shè)計是轉(zhuǎn)變的落腳點。文章為優(yōu)化《探究科學(xué)》校本課程教學(xué)設(shè)計，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，以《紅藍3D眼鏡》教學(xué)設(shè)計為例，對教學(xué)設(shè)計進行優(yōu)化。CDIO教育教學(xué)模式的融入，使教師的設(shè)計更具豐富的理論基礎(chǔ)，對教師的教和學(xué)生的學(xué)都起到良好的促進作用。

一、CDIO教育教學(xué)模式簡介

CDIO（Conceive Design Implement Operate）是以構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Imple-ment）及運作（Operate）全過程為載體，讓學(xué)生以主動、實踐的方式進行工程學(xué)習(xí)，注重培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識、學(xué)習(xí)能力、團隊交流能力及工程系統(tǒng)能力的一種先進的工程教育模式[1]。基于CDIO主動式任務(wù)教學(xué)法，可以有效促進實踐能力與創(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)中能主動參與理論與實踐的學(xué)習(xí)，達到理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)目的。本文將基于CDI0工程教學(xué)模式對《紅藍3D眼鏡》項目進行教學(xué)設(shè)計的修改，并就修改的教學(xué)設(shè)計進行一定的實際分析。

二、《探究科學(xué)》校本課程簡介

眾多國外的學(xué)者專家都對校本課程發(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)者從不同的立場對校本課程做出了不同的界定，見解雖然獨到，但都有著各自的局限性[3]。國內(nèi)對于校本課程的分類大致可以分成兩類：一種是對已有課程進行整編，使課程更利于學(xué)生個性化的發(fā)展。相對而言，這類校本課程是在原有課程中進行整改教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)行為。由教師根據(jù)學(xué)生發(fā)展及個性特點，選出課程中有利于學(xué)生學(xué)和教師教的內(nèi)容進行進一步的整合。另一種是運用獨特教育資源辦學(xué)。在國家課程計劃留給學(xué)校的空間內(nèi)，有效利用各種教育資源，對校本課程進行自主開發(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)項目。相關(guān)項目的研發(fā)離不開廣西師范大學(xué)羅星凱教授帶領(lǐng)的“興華團隊”。本科和研究生階段，筆者均參與了由該團隊發(fā)起的興華創(chuàng)新實踐師資班培訓(xùn)，培訓(xùn)圍繞新課程創(chuàng)新實驗理念和相關(guān)課程項目的開發(fā)等內(nèi)容。培訓(xùn)結(jié)束后與合作學(xué)校進行雙選，筆者有幸以志愿者身份分別參與三所學(xué)校新課程創(chuàng)新實驗課程和《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)任高一年級新課程創(chuàng)新實驗教師，在廣西師范大學(xué)附屬外國語學(xué)校擔(dān)任初二年級探究科學(xué)教師，在北京市十一學(xué)校擔(dān)任初一、初二年級探究科學(xué)教師，任教時間均為一個學(xué)期。實踐中親歷課程項目的開發(fā)及匯編，深知自主研發(fā)課程中對教學(xué)資源進行合理設(shè)計的重要性以及在教學(xué)設(shè)計中遇到的諸多困難。研發(fā)的課題需要經(jīng)歷課題的選擇，對所探究問題的挖掘，將挖掘課題分層遞進融入課堂探究各個環(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，活用學(xué)科知識解決實際問題，達到培養(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)模式改進的教學(xué)設(shè)計案例

該設(shè)計以探究科學(xué)課程中的其中一個項目《紅藍3D眼鏡》為例，為了更好地引導(dǎo)和促進學(xué)生進行探究學(xué)習(xí)，在教學(xué)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)引入了CDIO教學(xué)模式中構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作的思維。在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)，在CDIO教學(xué)模式指導(dǎo)下，教學(xué)設(shè)計思路更加順暢清晰，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)的個性化特點。

紅藍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到觀影效果。課堂比較注重動手制作，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)和促進學(xué)生進行探究學(xué)習(xí)，筆者在教學(xué)設(shè)計中，做了以下改動：

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

（2）加入設(shè)計環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮學(xué)生的個性化特點。

（3）突出實現(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，達到實現(xiàn)真正理解的目的。

下面以紅藍3D眼鏡教學(xué)設(shè)計為例：

（一）項目教學(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目之一，該項目來源于生活，以此為題容易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）項目涉及學(xué)科知識分析：初二年級的學(xué)生在學(xué)習(xí)光學(xué)時已經(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3D眼鏡的原理為，影視畫面由兩個視覺差的畫面組成，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，另一幅用藍色保存圖像信息。戴上紅藍3D眼鏡后，紅色鏡片對應(yīng)的眼睛只能看到用紅色保存信息的圖片，藍色眼鏡對應(yīng)的眼睛只能看到用藍色保存信息的圖片。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)知識為該項目的原理探究積累一定的基礎(chǔ)。該案例在教學(xué)實施中具備設(shè)計、制作和原理探究的性質(zhì)，CDIO教學(xué)模式中的構(gòu)思設(shè)計環(huán)節(jié)能夠得以體現(xiàn)。

（3）項目設(shè)計特點及意圖：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)提高五個環(huán)節(jié)。CDIO教學(xué)模式則包含構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作環(huán)節(jié)。基于兩種教學(xué)模式，本教學(xué)設(shè)計有以下特點：①創(chuàng)設(shè)情境，從紅藍3D電影出發(fā)，提出紅藍3D電影的呈現(xiàn)原理是什么，使學(xué)生體會該項目于現(xiàn)實生活的緊密聯(lián)系。②通過課堂體驗活動，啟發(fā)學(xué)生能夠看到3D效果與紅藍3D眼鏡、特制圖片兩者皆有關(guān)系，加強學(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)計一款特別的紅藍3D眼鏡，提升學(xué)生的設(shè)計能力。④協(xié)作交流，制成實現(xiàn)觀影效果的成品。用制作好的眼鏡觀看紅藍圖片，若無法呈現(xiàn)3D效果，與小組成員交流原因，并進一步改進眼鏡的制作，最終能夠?qū)崿F(xiàn)觀看效果，提高團隊合作能力。⑤小組合作，探究紅藍3D眼鏡呈現(xiàn)立體效果的原理。⑥對所學(xué)知識拓展提升，實現(xiàn)紅藍3D圖片的制作，實現(xiàn)知識的學(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)驗和學(xué)習(xí)該內(nèi)容的經(jīng)驗

該項目的教學(xué)對象為初二年級學(xué)生，學(xué)生光學(xué)學(xué)習(xí)中已經(jīng)儲備了3D眼鏡呈現(xiàn)3D效果的相關(guān)知識。學(xué)生已經(jīng)有過探究課堂的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，對課堂各個環(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)生正是個性凸顯的年紀，這讓設(shè)計成品更具多樣化和個性化。

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，對圖片或影視畫面呈現(xiàn)立體效果的原因缺少認識，在理解紅藍圖片的形成過程需要對圖片的RGB進行調(diào)整存在一定困難。

（三）學(xué)習(xí)目標

（1）通過該項目的學(xué)習(xí)，了解紅藍3D眼鏡的工作原理。

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

（3）在小組討論過程中，培養(yǎng)學(xué)生團隊合作精神。

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

（四）教學(xué)過程

1.準備工作

卡紙、尺子、美工刀、剪刀、雙面膠、透明膠、紅藍雙透膜。

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3D眼鏡的構(gòu)造和原理？

（2）啟發(fā)思考，明確紅藍3D眼鏡之所以能看到3D效果與眼鏡、圖片兩者皆有關(guān)系。讓兩個學(xué)生戴上老師課前制作好的紅藍3D眼鏡，觀看PPT上投影出來的紅藍效果圖。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)置對比試驗，用多媒體呈現(xiàn)一張未經(jīng)處理的圖片，戴紅藍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)的目的是通過對比試驗，讓學(xué)生明確能看到3D效果，呈現(xiàn)的圖片必須進行特殊處理。

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

（4）體驗中討論交流，明確眼鏡構(gòu)造，實現(xiàn)眼鏡正確運行效果。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)計特點、鏡片位置等做相關(guān)交流。提升學(xué)生的交流溝通能力，釋放每個學(xué)生的個性。接著讓每個學(xué)生用自己制止的眼睛觀看3D影視。觀看過程中會出現(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才能看到效果后，繼續(xù)改進眼鏡構(gòu)造。提出關(guān)鍵性問題：為什么眼鏡鏡片必須左紅右藍，我們看到的3D效果和眼鏡鏡片及處理過的紅藍圖片究竟有什么關(guān)系？

（5）探究鏡片位置及紅藍圖片與呈現(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)生對人眼看到立體物體是因為視距差有一定認識后，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3D眼鏡能呈現(xiàn)3D效果的原因。學(xué)生通過討論，運用所學(xué)光學(xué)知識，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，藍色鏡片只能看到處理后的藍色畫面輪廓。紅藍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的原因。呈現(xiàn)多組圖片，引導(dǎo)學(xué)生觀察紅藍圖片的共性：左紅右藍。用多媒體呈現(xiàn)紅藍電影拍攝和放映的過程圖，加深學(xué)生對原理的理解。

（7）最后，給學(xué)生小組談?wù)撜碚?jié)課流程，讓小組代表簡述紅藍3D眼鏡能看到紅藍圖片呈現(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本課程認識具有局限性的問題，相關(guān)項目的教學(xué)設(shè)計及課堂實施還存在較大阻礙。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《紅藍3D眼鏡》教學(xué)項目的教學(xué)設(shè)計做了改動。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)生個性化。本文通過文獻研究等嘗試將CDIO教學(xué)模式融入教學(xué)設(shè)計，得出以下幾個結(jié)論：（1）在CDIO教學(xué)模式，探究科學(xué)課程教學(xué)設(shè)計更能體現(xiàn)學(xué)生個性化特點，課程形式多樣化得到提升。（2）CDIO教學(xué)模式能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生在學(xué)中做，做中學(xué)，達到理論與實際相結(jié)合的目的。

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[2]郭金妹，張建榮，陳磊.“新工科”背景下面向?qū)嵺`創(chuàng)新能力培養(yǎng)的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)模式改革與實踐[J].科教導(dǎo)刊，2019，12（4）：113-115.

[3]曹秀娟.校本課程開發(fā)的現(xiàn)狀及其對策研究[D].湖南：湖南師范大學(xué)，2013.

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

作者簡介：藍秋梅（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。