教育信息化背景下基于CDIO的混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)

王園園, 張娜, 袁訓(xùn)鋒

(商洛學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院， 陜西 商洛 726000)

0 引言

現(xiàn)代社會(huì)迫切需要高水平、高技能的應(yīng)用型人才，應(yīng)用型本科院校是培養(yǎng)高水平、高技能應(yīng)用型人才的搖籃。應(yīng)用型本科院校教育以應(yīng)用型專業(yè)教育為基礎(chǔ)，以社會(huì)人才需求為導(dǎo)向，以學(xué)科為背景，面向區(qū)域經(jīng)濟(jì)，培養(yǎng)具有綜合知識(shí)、專業(yè)技能和綜合素質(zhì)的生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)的高水平應(yīng)用型人才。CDIO教育模式通過(guò)項(xiàng)目構(gòu)思(Conceive)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)(Design)、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)(Implement)和項(xiàng)目運(yùn)作(Operate)的完整實(shí)施，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力[1-3]。但這樣的教育模式，必然造成大容量的工程教學(xué)內(nèi)容和有限的課堂教學(xué)時(shí)間、教學(xué)資源配置之間的矛盾。教育信息化以全面推動(dòng)教育現(xiàn)代化為主要目標(biāo)，因此通過(guò)混合式教學(xué)、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源與課堂資源的有機(jī)結(jié)合可以有效解決現(xiàn)存的問(wèn)題，本研究以“傳感器及檢測(cè)技術(shù)”課程為應(yīng)用研究對(duì)象，對(duì)基于CDIO工程教育理念的混合教學(xué)模式進(jìn)行研究。

1 教學(xué)體系的構(gòu)建

基于CDIO工程教育理念的混合教學(xué)模式，實(shí)質(zhì)是CDIO工程化的教學(xué)內(nèi)容與混合式學(xué)習(xí)多元化的學(xué)習(xí)方法的結(jié)合，借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以設(shè)計(jì)多元化的教學(xué)活動(dòng)與考核模式，依托課堂與實(shí)踐平臺(tái)可以有效的將學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的項(xiàng)目操作。設(shè)計(jì)教學(xué)模式體系，如圖1所示。

圖1 基于CDIO的混合教學(xué)模式

由圖1可知，工程教育理念的核心是工程化的教學(xué)內(nèi)容，遵循由易到難、由基礎(chǔ)到創(chuàng)新的將項(xiàng)目階梯型的劃分為基礎(chǔ)驗(yàn)證性項(xiàng)目、應(yīng)用實(shí)踐類項(xiàng)目和綜合創(chuàng)新類項(xiàng)目，課堂教學(xué)分為課前微課導(dǎo)入(網(wǎng)絡(luò)資源)、課內(nèi)協(xié)作學(xué)習(xí)和課后網(wǎng)絡(luò)測(cè)試(網(wǎng)絡(luò)平臺(tái))。項(xiàng)目的實(shí)施方面，將可以在實(shí)驗(yàn)室完成的基礎(chǔ)項(xiàng)目在實(shí)驗(yàn)室完成，而綜合性項(xiàng)目、創(chuàng)新性項(xiàng)目課后學(xué)生自主安排時(shí)間實(shí)施，教師網(wǎng)上進(jìn)行答疑，開(kāi)辟第二課堂，在整個(gè)課堂授課過(guò)程中與企業(yè)協(xié)作授課，企業(yè)提供熱點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目供學(xué)生學(xué)習(xí)，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與社會(huì)需求相切合，整個(gè)教學(xué)過(guò)程將傳統(tǒng)課堂與線上教學(xué)相結(jié)合，進(jìn)行多元化的評(píng)價(jià)，改變?cè)袉我豢己四Ｊ剑M(jìn)行過(guò)程性評(píng)價(jià)和結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)模式，整個(gè)教學(xué)體系以課程知識(shí)為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和協(xié)作能力為目標(biāo)。

2 混合式 CDIO 模式的教學(xué)組織

根據(jù)課程內(nèi)容將課程劃分為線上課程學(xué)習(xí)、課堂知識(shí)講解、項(xiàng)目教學(xué)、綜合考核四個(gè)方面，又將課堂組織分為課前自主學(xué)習(xí)、課上知識(shí)內(nèi)化與項(xiàng)目實(shí)踐兩部分，課前自主學(xué)習(xí)主要在網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)完成，學(xué)生根據(jù)教師布置學(xué)習(xí)任務(wù)完成線上相關(guān)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)，完成每節(jié)課的在線測(cè)試及課前實(shí)踐，而教師可跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)情況，收集學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的共性問(wèn)題，以及結(jié)合本節(jié)課程的重點(diǎn)難點(diǎn)調(diào)整線下課程的教學(xué)流程。在線下課程部分教師主要進(jìn)行教學(xué)引導(dǎo)解答相關(guān)重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)線上課程進(jìn)行規(guī)劃總結(jié)，進(jìn)一步引出實(shí)踐項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用在相關(guān)實(shí)踐項(xiàng)目中[4]。混合教學(xué)設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2 混合式教學(xué)課堂組織

在通過(guò)混合式教學(xué)完成理論課知識(shí)講解的同時(shí)，將基礎(chǔ)項(xiàng)目融入教學(xué)中，同步進(jìn)行，基礎(chǔ)項(xiàng)目一般為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，放棄原有的先理論教學(xué)再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)模式改為將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的導(dǎo)入放在理論課程前講解。其教學(xué)流程，如圖 3 所示。

圖3 基于CDIO的 混合式教學(xué)組織

每個(gè)基礎(chǔ)項(xiàng)目的導(dǎo)入在學(xué)生進(jìn)行線上課程學(xué)習(xí)前以任務(wù)書(shū)的形式下放：主要包括項(xiàng)目背景、設(shè)計(jì)目標(biāo)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)視頻的介紹，讓學(xué)生帶著項(xiàng)目中的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行章節(jié)的學(xué)習(xí)，主動(dòng)學(xué)習(xí)更加有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)習(xí)更加具有針對(duì)性。而綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的導(dǎo)入以微課的形式完成，在一開(kāi)始不進(jìn)行分組，避免個(gè)別學(xué)生對(duì)同組人員過(guò)分依賴，而選擇在綜合性項(xiàng)目開(kāi)始前進(jìn)行分組工作，通過(guò)課程開(kāi)始前的項(xiàng)目導(dǎo)入使學(xué)生對(duì)項(xiàng)目產(chǎn)生直觀認(rèn)識(shí)，在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中能進(jìn)行自主探究式學(xué)習(xí)，最終完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

課內(nèi)教學(xué)采用小組協(xié)作與講授的形式站靠。以電子信息工程專業(yè)的三年級(jí)學(xué)生為例，將處于同一專業(yè)的 2 個(gè)班共 64 人劃分成 3～4 人的小組。分組時(shí)按照“同組異質(zhì)、異組同質(zhì)”的原則進(jìn)行組合。形成組內(nèi)互補(bǔ)、組間競(jìng)爭(zhēng)的局面。而教師在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行重難點(diǎn)的解析、組織協(xié)調(diào)等工作。小組成員在進(jìn)行分組后進(jìn)行進(jìn)一步分資料檢索、探究、提出設(shè)計(jì)方案，教師對(duì)方案進(jìn)行反饋評(píng)價(jià)、小組成員完善方案后協(xié)作完成項(xiàng)目，進(jìn)行報(bào)告的撰寫(xiě)及講解演示，最后進(jìn)行項(xiàng)目的量化評(píng)價(jià)。

3 以 CDIO 教育理念優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

以CDIO的教育理念進(jìn)行課程改革所涉及課程需理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，課程內(nèi)容可融入實(shí)踐項(xiàng)目中完成，同時(shí)學(xué)生應(yīng)具備了一定的相關(guān)課程知識(shí)積累，以電子信息類專業(yè)的專業(yè)必修課“傳感器及檢測(cè)技術(shù)”為例，課程主要介紹了傳感器的工作原理、性能指標(biāo)以及測(cè)量電路等，課程內(nèi)容涉及知識(shí)面廣，基本工作原理跨度大，而對(duì)于應(yīng)用型本科院校學(xué)生來(lái)說(shuō)，除了相關(guān)的理論知識(shí)外如何使用傳感器，設(shè)計(jì)相關(guān)檢測(cè)電路，提高精度等同樣重要，而單純的課堂教學(xué)學(xué)生無(wú)法學(xué)以致用。同時(shí)分析相關(guān)教材可以看到，按照傳感器原理分為應(yīng)變式傳感器、差動(dòng)變壓器式傳感器、電容式傳感器、霍爾式傳感器、壓電式傳感器、光電傳感器和熱電偶傳感器等[5]，因此將基礎(chǔ)項(xiàng)目按照原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)七個(gè)基礎(chǔ)項(xiàng)目，可以在實(shí)驗(yàn)室以兩人一組的形式完成。而同時(shí)可以看到課程按照傳感器測(cè)量參數(shù)劃分為位移、力、壓力、加速度、溫度和光等參數(shù)的測(cè)量，而每個(gè)參數(shù)又可以有不同的傳感器進(jìn)行測(cè)量，以位移為例可以選擇應(yīng)變式傳感器、變壓器式傳感器、電容式傳感器和壓電式傳感器等不同的傳感器實(shí)現(xiàn)，因此將綜合性項(xiàng)目按照可測(cè)量參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，學(xué)生需在掌握了傳感器的基本知識(shí)后，根據(jù)項(xiàng)目?jī)?nèi)容自主選擇傳感器設(shè)計(jì)方案進(jìn)行項(xiàng)目的實(shí)施。而最終設(shè)置的創(chuàng)新性項(xiàng)目為智能安防系統(tǒng)，需要選擇多種傳感器，涉及電路原理、數(shù)模電和單片機(jī)等多門課程，可作為實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目或課后拓展項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)施，拓展項(xiàng)目部分也可與企業(yè)合作進(jìn)行深層次研究，項(xiàng)目教學(xué)實(shí)驗(yàn)，如表1所示。

表1 “傳感器及檢測(cè)技術(shù)”課程教學(xué)項(xiàng)目列表

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要進(jìn)行傳感器原理的驗(yàn)證，而綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力，而通過(guò)拓展項(xiàng)目可最終達(dá)到對(duì)學(xué)生能力知識(shí)、素質(zhì)的綜合培養(yǎng)的目的[6-8]。需要注意的是不是所有的課程都可以將項(xiàng)目穿插整個(gè)過(guò)程，需根據(jù)課程的特點(diǎn)與學(xué)生的學(xué)習(xí)程度有選擇性的實(shí)施[9]。

4 考核方式的改革

新的教學(xué)模式必然需要新的考核方式，現(xiàn)有的考核方式過(guò)于單一，無(wú)法進(jìn)行過(guò)程化管理，因此將基于CDIO混合教學(xué)模式的考核歸納為網(wǎng)絡(luò)自學(xué)成績(jī)占總成績(jī)20%，項(xiàng)目考核成績(jī)占總成績(jī)40%，期末成績(jī)占總成績(jī)40%。其中網(wǎng)絡(luò)自學(xué)成績(jī)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)自學(xué)成績(jī)的評(píng)定，包括學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、在線測(cè)試成績(jī)等。項(xiàng)目考核成績(jī)由報(bào)告成績(jī)、答辯成績(jī)、學(xué)生互評(píng)成績(jī)和教師評(píng)價(jià)成績(jī)等構(gòu)成，而期末成績(jī)?nèi)匀贿M(jìn)行卷面考核。改革后的考核體系注重過(guò)程評(píng)價(jià)，淡化卷面成績(jī)。在整個(gè)過(guò)程評(píng)價(jià)中將組間互評(píng)、自評(píng)、答辯和教師評(píng)價(jià)相結(jié)合，防止學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)等、靠等現(xiàn)象。通過(guò)多元化的評(píng)價(jià)完成整個(gè)教學(xué)過(guò)程的考核。

5 教學(xué)效果

2018年我校引入智慧樹(shù)混合式教學(xué)平臺(tái)，通過(guò)教師、學(xué)生訪談和課堂觀察等途徑，筆者對(duì)課程的混合式學(xué)習(xí)實(shí)施情況進(jìn)行了深入的調(diào)查，并對(duì)進(jìn)行混合式教學(xué)的一個(gè)教學(xué)班共計(jì)33人進(jìn)行調(diào)研，如表2所示。

表2 學(xué)生調(diào)研結(jié)果

與以往課堂集中講授，講練結(jié)合的教學(xué)方式相比，基于CDIO的混合式教學(xué)可縮減課堂課時(shí)，課下充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，避免了線上學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度不夠，流于形式的問(wèn)題。

6 總結(jié)

信息化背景下，越來(lái)越多線上學(xué)習(xí)平臺(tái)為教學(xué)提供了多樣化的可能性，基于CDIO的混合教學(xué)模式將課堂教學(xué)與線上課程緊密結(jié)合，將傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)相融合，優(yōu)化了教學(xué)資源配置，從而提高教學(xué)效率，在學(xué)生中實(shí)踐效果較好。