基于CDIO的線上線下交互式教學模式改革研究與實踐
——在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下

蔡文霞，楊 蓓

（石家莊學院 機電學院，河北 石家莊 050035）

0 引言

石家莊學院是一所培養(yǎng)高級應用型本科人才的院校，隨著社會經(jīng)濟的不斷變化，企業(yè)對于應用型專業(yè)人才的需求在不斷更新，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的應用型人才，為河北省地方經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展服務(wù)，是石家莊學院培養(yǎng)應用型人才的目標.傳統(tǒng)注入式的課堂教學已經(jīng)不能適用于當前教育的需求，不能滿足于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，無法啟發(fā)和引導學生學習的主動性，提高學生的創(chuàng)新能力.隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的推廣普及以及校園網(wǎng)的建設(shè)不斷擴大完善，“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下線上線下交互式教學模式成為教育新業(yè)態(tài)，如何在教學過程中借助“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，全方位、多角度地調(diào)動學生的學習熱情，是亟待解決的問題.下面以“微機原理及接口技術(shù)”課程為例展開“構(gòu)思-設(shè)計-開發(fā)-實施（CDIO）”教學模式的改革探討.

1 CDIO工程教育在“微機原理及接口技術(shù)”課程中的應用現(xiàn)狀

CDIO是將知識、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)集于一體的工程教育模式，其能夠引導學生在設(shè)計工程項目的模式中，以解決問題為驅(qū)動，將理論知識融合在具體項目的實踐操作中，通過團隊協(xié)作互助，讓學生在實現(xiàn)項目的過程中真正理解掌握理論知識的內(nèi)容，實現(xiàn)在“學中做，做中學”，將學、做、創(chuàng)融為一體.CDOI是一種現(xiàn)代應用型教學方式.

2000年，美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學組成跨國國際合作組織，創(chuàng)立了CDIO工程教育模式.2005年，汕頭大學工學院首次在國內(nèi)開始研究CDIO工程教育模式，通過注重培養(yǎng)學生系統(tǒng)工程技術(shù)能力，尤其是項目的構(gòu)思、設(shè)計、開發(fā)和實施能力，以及較強的自學能力、組織溝通能力和協(xié)調(diào)能力，吸收世界先進的工程教育理念，建立符合國際工程教育共識的課程體系，取得明顯的效果.2009年中國民航大學開設(shè)了CDIO試點班[1]，將CDIO教育理念引入微機原理及接口技術(shù)課程，從教學目標和教學內(nèi)容、教學方法與手段、課程考核等方面緊密圍繞CDIO的標準進行改革，提出了CDIO一體化的教學模式.

2“微機原理及接口技術(shù)”課程介紹

“微機原理及接口技術(shù)”是石家莊學院電子通信、電氣、計算機大類學科的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程之一，該課程對于培養(yǎng)學生扎實的專業(yè)基礎(chǔ)理論和創(chuàng)新能力，以及提高應用型人才培養(yǎng)質(zhì)量中起到至關(guān)重要的作用.從2012年開始，石家莊學院機電學院引入CDIO工程教育理念，首先在“微機原理及接口技術(shù)”實驗課程中加入工程項目，采用虛實結(jié)合的方式，激發(fā)學生的學習興趣及創(chuàng)新思維，進而在微機原理及接口技術(shù)整個課程體系中進行實踐操作，取得良好的效果.但是由于課程知識體系涉及面廣，知識點繁瑣，且前后的連貫性相對較弱，理論性、實踐性和應用性要求較高，教學課時不能滿足目前的教學需求，需要對現(xiàn)行的教學模式進行教育形式改革，使教育評價多元化.借助“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，開展線上線下交互教學，打破學習過程中時間和空間的限制，引導學生自主學習和動手實踐，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力.

3 基于CDIO的線上線下交互式教學模式的設(shè)計

3.1 教學模式改革的基本思路

石家莊學院機電學院“電氣工程及其自動化”、“通信工程”等作為應用型試點轉(zhuǎn)型專業(yè)，對畢業(yè)生的就業(yè)情況進行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，其就業(yè)面向工程設(shè)計、系統(tǒng)分析與運行、技術(shù)開發(fā)等領(lǐng)域.從調(diào)研的實際情況出發(fā)，將工程項目引入“微機原理及接口技術(shù)”課程中，采用CDIO教育模式，基于成果導向教育（OBE）的教學理念，如圖1所示，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標，以工程項目為載體，將以學生為中心的個性化和協(xié)作化學習方式相結(jié)合，設(shè)計線上線下相結(jié)合的“互聯(lián)網(wǎng)+”交互式教學模式.

3.2 線上線下交互式教學目標與教學內(nèi)容的設(shè)計

在“互聯(lián)網(wǎng)+”新環(huán)境下，根據(jù)追蹤調(diào)研企業(yè)需求，在“微機原理及接口技術(shù)”課程中引入工程項目，根據(jù)“培養(yǎng)具有實踐操作和創(chuàng)新能力的應用型人才”的目標，將課程教學目標分層設(shè)計，如表1所示，在著眼于學生個性化的發(fā)展、挖掘?qū)W生的自主學習潛力的情況下，讓學生在工程項目的軟件程序和硬件電路實現(xiàn)的過程中充分協(xié)作并參與教學活動，從而獲取知識，提高能力素質(zhì).在教學內(nèi)容上設(shè)計學生容易理解和接受的教學內(nèi)容（圖2），在項目的設(shè)置上要體現(xiàn)梯度性，從結(jié)合2～3個知識點的簡單項目，到結(jié)合若干個知識點的復雜項目，提供多樣化的教學資源，通過學生自帶的移動智能終端，學生能夠在教師的指導下協(xié)作學習和討論，接受個性化指導，培養(yǎng)學生自主學習和創(chuàng)新能力.

3.3 基于CDIO的線上線下交互式教學模式的設(shè)計

通過學生攜帶的移動終端，借助“藍墨云班課”的網(wǎng)絡(luò)互動平臺[2]，在微機原理及接口技術(shù)的課程教學中采用“互聯(lián)網(wǎng)+”時代線上線下交互的教學模式[3]，其模式主要包括“教學準備—課前自學—課前測試—課堂學習—課后鞏固提升”5個階段，如圖3所示.

表1 基于OBE的"微機原理及接口技術(shù)"課程教學目標

圖2 基于OBE的“微機原理及接口技術(shù)”教學內(nèi)容

圖3“互聯(lián)網(wǎng)+”時代線上線下交互的教學模式

教學準備：本環(huán)節(jié)由“微機原理及接口技術(shù)”課程教學團隊成員根據(jù)課程體系涵蓋的內(nèi)容將知識點分解細化，融入到課程設(shè)計的工程項目中，構(gòu)建教學項目情景，編制線上線下教學資源，組織各個學習階段的評價方式和評價內(nèi)容.

課前自學：此環(huán)節(jié)中學生通過教師上傳到網(wǎng)絡(luò)互動平臺的視頻和多媒體資源明確本次課程的教學目標，通過網(wǎng)絡(luò)資源及教學視頻自學理論知識，進行對應的練習檢測.教師通過平臺大數(shù)據(jù)能夠及時掌握在線反饋的學生學習程度和學習效果；教師通過網(wǎng)絡(luò)互動平臺下達教學項目，學生在線查詢項目的相關(guān)資料，利用課外時間進行小組討論，也可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺在線師生互動討論，構(gòu)思項目的設(shè)計、實現(xiàn)方案，同時培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，為項目的課堂實施做好準備.

課前測試：教師針對前一段時間的教學內(nèi)容及課前自學的理論知識，通過課前測試的方式，在網(wǎng)絡(luò)互動平臺檢測學生對課程理論知識的掌握情況，督促學生及時復習，構(gòu)建屬于自己的知識體系與學習經(jīng)驗.

課堂學習：在課堂學習環(huán)節(jié)，教師將課前檢測及課前自學階段反映出的難點重點問題進行講解，同時明確本次課的工程項目，使用師生協(xié)商機制[4]確定實現(xiàn)項目的多個需要解決的問題，即任務(wù)（構(gòu)思階段），采用問題驅(qū)動的方式，學生根據(jù)自己的學習能力選擇獨立探究或者協(xié)作學習的方式，從多個任務(wù)中選擇其一進行設(shè)計、實現(xiàn)（設(shè)計、開發(fā)階段）.在學生設(shè)計開發(fā)過程中教師觀察學生的總體表現(xiàn)，幫助學生解決學習難點，并進行記錄，對學生進行個性化的指導，推進教學目標的實現(xiàn).在成果展示階段（實施階段），教師引導學生將各自小組的成果結(jié)合，進行組間交流，構(gòu)成整個工程項目，展示項目成果，并將項目成果發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)互動平臺，進行網(wǎng)上交流，使學生提升自主學習和協(xié)作學習的能力，教師對項目成果進行評價.

課后鞏固提升：本環(huán)節(jié)教師通過網(wǎng)絡(luò)互動平臺將課堂項目提高深度和廣度，師生互動交流，激發(fā)學生繼續(xù)創(chuàng)新探究[5].教師發(fā)布課程作業(yè)鞏固課堂理論知識.針對部分學生的課堂疑問，在線展開學生間、師生間討論.

3.4 制定基于“線上線下”公正、全面的考核評價標準

考核評價標準以考核學生的學習過程[6]為主線，充分體現(xiàn)對學生的創(chuàng)新能力和設(shè)計實現(xiàn)工程項目的應用能力提升為準則，以課前自學、課前測試，課堂討論、課堂項目實施過程、課程作業(yè)、課后探究討論、期中期末考試為主要考核要素，從原來期末考試單一的考核指標向注重學習過程的多元化考核指標轉(zhuǎn)變.各考核要素都有一定的計分標準，并在總評成績中占有不同成績比值.

4 基于CDIO的交互式教學模式的教學效果

在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，實施線上線下互動式教學模式1個學期后，移動終端統(tǒng)計的數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，改革效果明顯，主要體現(xiàn)在以下幾點：

1）學生的學習主動性提高.在改革之前學生的學習只有課上的學習時間，課下預習和復習的主動性基本沒有，所以學生的知識掌握支離破碎，知識體系不連貫.改革后，從學生學習的經(jīng)驗值和課堂效果看，學生能夠充分利用課余時間通過視頻、PPT、網(wǎng)絡(luò)資源等提前預習和課后復習相關(guān)知識，在課堂中能夠?qū)⒅R融會貫通，將理論和操作實踐真正結(jié)合起來，實現(xiàn)項目的硬件設(shè)計和軟件編程，課上通過虛擬仿真將軟件設(shè)計和硬件電路聯(lián)合調(diào)試，實現(xiàn)工程項目的開發(fā).課下利用課余時間焊接硬件電路，下載軟件程序，實現(xiàn)工程項目的實施過程.

2）培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力.改革之前學生的實踐操作都是在實驗箱中進行驗證性的操作，很少接觸到硬件電路的設(shè)計開發(fā)，對于軟件程序的設(shè)計也是在教師的指導下進行的.改革后，學生通過查找資料，分析系統(tǒng)功能，使用仿真軟件PROTUES及EMU8086進行小組協(xié)作，獨立進行系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序的聯(lián)合仿真和開發(fā)，動手焊接硬件電路，下載程序，調(diào)試硬件電路和軟件程序，這些都培養(yǎng)了學生的動手能力和創(chuàng)新思維.

3）培養(yǎng)了學生的團隊合作意識.本次課程改革將CDIO工程設(shè)計理念融入到了項目的實施過程中，學生以團隊合作的模式開展線上線下的自主學習過程.為了實現(xiàn)項目的最終成果，學生將項目的實現(xiàn)內(nèi)容按照CDIO實現(xiàn)過程模塊化，分工協(xié)作，相互討論學習，將理論與實踐有機結(jié)合，實現(xiàn)了小組成員知識和能力共同提升的效果.

5 結(jié)論

基于CDIO的“互聯(lián)網(wǎng)+”時代線上線下交互式教學模式能夠?qū)ⅰ敖?、學、思、做、創(chuàng)”融為一體，把知識、能力、素質(zhì)等協(xié)調(diào)發(fā)展的應用型人才的培養(yǎng)目標融入到工程項目中，使學生處于一種積極的學習狀態(tài)，不僅提高了學生的自主學習能力，而且培養(yǎng)了學生分析和解決問題的能力、交流與合作的能力以及研究和創(chuàng)新的能力.