基于CDIO工程教育理念的Java課程翻轉(zhuǎn)教學(xué)方法研究

李貽濤 邢曉敏 尹維春

摘? ?要：CDIO工程教育理念和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)手段在高等教育課程改革過(guò)程中逐漸被引入，為高校學(xué)生能力和素養(yǎng)提升都帶來(lái)了很好的促進(jìn)效果。文章正是基于這一大的教育背景，結(jié)合二者共性特征，將其應(yīng)用于Java課程教學(xué)當(dāng)中，通過(guò)對(duì)課前、課堂、課后3個(gè)階段的精心設(shè)計(jì)，使理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐3種教學(xué)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，有效達(dá)成了知識(shí)、能力、素養(yǎng)等多維度的教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生綜合能力和素質(zhì)得到更好地提升。教學(xué)實(shí)踐表明，該方法切實(shí)有效，具有良好的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作工程教育理念;Java課程;翻轉(zhuǎn)教學(xué)方法

1? ? CDIO相關(guān)簡(jiǎn)介

構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作（Conceive Design Implement Operate，CDIO）工程教育理念是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將學(xué)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力4個(gè)層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這4個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。截至2017年4月，共有104所高校自愿加入“CDIO工程教育聯(lián)盟”。國(guó)內(nèi)高校也在CDIO工程教育理念上做了很多探索，其改革思路是以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，進(jìn)行巧妙構(gòu)思，強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，打破課程之間的實(shí)踐壁壘，從而提升學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[1]。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”概念在國(guó)內(nèi)的興起，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”課程的翻轉(zhuǎn)課堂作為一種關(guān)注學(xué)生差異性和學(xué)習(xí)自主靈活性的教學(xué)模式，也被看作是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的有效改革，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外教師群體中逐漸被接受和推廣。但將CDIO工程教育理念與翻轉(zhuǎn)課堂有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式在國(guó)內(nèi)尚處于初期發(fā)展階段。

本文就是結(jié)合“CDIO教育理念”和“翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式”均能在培養(yǎng)學(xué)生多層次能力方面發(fā)揮良好作用的特點(diǎn)，將二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于Java課程教學(xué)改革，并取得了傳統(tǒng)教學(xué)模式無(wú)法達(dá)到的良好效果。本文的教學(xué)方法具有一定的先進(jìn)性和較好的推廣價(jià)值。

2? ? Java課程教學(xué)現(xiàn)狀及學(xué)情分析

Java課程是工程性、應(yīng)用性及實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，特點(diǎn)是知識(shí)點(diǎn)多且分散。利用Java語(yǔ)言在移動(dòng)智能終端上開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，其市場(chǎng)占有率隨著智能手機(jī)的普及也越來(lái)越高。在傳統(tǒng)的Java課程教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容與教材選擇上比較落后，與市場(chǎng)需求脫離嚴(yán)重;理論教學(xué)手段上，一般采用單純的“理論講授+程序演示”方法，很難達(dá)成相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo);在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)上，理論與實(shí)踐脫節(jié)、能力和素質(zhì)培養(yǎng)不到位的問(wèn)題也非常突出。

根據(jù)課前給學(xué)生發(fā)放的學(xué)情調(diào)查問(wèn)卷反饋可見(jiàn)：目前的大學(xué)生絕大部分都存在既渴望開(kāi)放的學(xué)習(xí)方式，卻又不能控制自己，無(wú)法使自己全身心投入學(xué)習(xí)的矛盾心態(tài)。一方面，大學(xué)生學(xué)風(fēng)不嚴(yán)謹(jǐn)，較懶散，怕吃苦，學(xué)習(xí)大多帶有一種功利性。另一方面，大學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)的輕重緩急能夠客觀對(duì)待，學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，這些方面是值得肯定的?；谶@種情況，就需要教師在授課過(guò)程中加以引導(dǎo)和監(jiān)督，設(shè)計(jì)好教學(xué)活動(dòng)，使大學(xué)生學(xué)習(xí)趨于理性化，這樣就一定能達(dá)到知識(shí)、能力、素養(yǎng)共同提高的良好教學(xué)效果[2]。

3? ? 教學(xué)設(shè)計(jì)思路與實(shí)施方案

3.1? 教學(xué)設(shè)計(jì)思路的提煉

本文核心思想是以CDIO教育理念為中心，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，探索研究如何既服務(wù)于Java教學(xué)，又能貫穿其諸多先修課程的教改方案。提煉教學(xué)設(shè)計(jì)思路為以下3個(gè)階段：

（1）基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)儲(chǔ)備階段。在Java課程教學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)階段，按照翻轉(zhuǎn)課堂的模式組織教學(xué)，可以關(guān)注學(xué)生差異性和實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)自主靈活性，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、測(cè)驗(yàn)、答疑，用最少的學(xué)時(shí)完成基礎(chǔ)知識(shí)的儲(chǔ)備。

（2）綜合知識(shí)鞏固提升階段。在Java課程教學(xué)的綜合運(yùn)用階段，按照CDIO教育理念組織教學(xué)。將在“DSP”課程、“單片機(jī)”課程上所開(kāi)發(fā)的智能家居硬件模塊作為控制目標(biāo)，分組討論、分析問(wèn)題，共同完成手機(jī)APP的編寫(xiě)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)硬件的驅(qū)動(dòng)。這一階段對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)是一個(gè)查遺補(bǔ)漏、鞏固提高的過(guò)程。

（3）工程意識(shí)培養(yǎng)實(shí)訓(xùn)階段。在Java課程教學(xué)的課程設(shè)計(jì)階段，按照CDIO教育理念組織教學(xué)。模仿小米之家APP的組成方式，共同制作完成一個(gè)有著智能窗簾、智能充放電的微電網(wǎng)、智能監(jiān)控相機(jī)、智能溫濕度采集器、智能門(mén)窗感應(yīng)器、智能空調(diào)控制器、智能照明燈、智能開(kāi)關(guān)設(shè)備等智能家居產(chǎn)品系列的模型。實(shí)現(xiàn)控制規(guī)約的設(shè)計(jì)、軟件接口的開(kāi)放設(shè)計(jì)、人工智能的調(diào)用等APP的編寫(xiě)。

3.2? 教學(xué)實(shí)施方案的確定

本文按照課前進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、課堂進(jìn)行知識(shí)內(nèi)化、課后進(jìn)行知識(shí)固化的遞進(jìn)層次完成整個(gè)教學(xué)實(shí)施方案的設(shè)計(jì)[3]，具體如圖1所示。

課程組以在Java課程教學(xué)中采用CDIO教育理念和翻轉(zhuǎn)課堂方式為依托，以學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展為目標(biāo)，使學(xué)生熟練掌握和運(yùn)用Java中的知識(shí)和技術(shù)完成工程應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。既強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳授，又注重對(duì)學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化和實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過(guò)有工程價(jià)值的項(xiàng)目及微課等豐富教學(xué)資源的支撐，確保學(xué)生能夠做到課外有支持地學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、協(xié)作學(xué)習(xí)能力，通過(guò)課堂討論、小組交流、教師答疑等方式提升學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力、創(chuàng)新思維、組織管理能力等。該教學(xué)實(shí)施方案的特色如下。

3.2.1? CDIO與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合

遵循CDIO教育理念，以眾多中小案例和一個(gè)綜合性較強(qiáng)的工程案例為主線(xiàn)，將學(xué)生應(yīng)該掌握的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、技能和職業(yè)素質(zhì)融入整個(gè)教學(xué)過(guò)程中。在應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，某些知識(shí)點(diǎn)的講解可以采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，進(jìn)而將CDIO與翻轉(zhuǎn)課堂兩者有機(jī)結(jié)合。

將Java課程的理論知識(shí)點(diǎn)分解為150個(gè)，課題組教師錄制了150個(gè)教學(xué)視頻，采用泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合服務(wù)平臺(tái)，定時(shí)發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成視頻的學(xué)習(xí)，并完成發(fā)布在平臺(tái)上的自測(cè)題，完成網(wǎng)絡(luò)作業(yè)。通過(guò)平臺(tái)，學(xué)生可以向老師或者其他學(xué)生提問(wèn)，參與討論，學(xué)生成績(jī)會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，按照教師設(shè)定的評(píng)分比率，統(tǒng)計(jì)視頻觀看進(jìn)度、重復(fù)率、網(wǎng)絡(luò)討論參與度，減少了教師的工作量。

3.2.2? 將工業(yè)級(jí)項(xiàng)目融入教學(xué)中來(lái)

將工業(yè)級(jí)項(xiàng)目融入教學(xué)中來(lái)是本文研究的重點(diǎn)。能否實(shí)施CDIO工程教育理念，關(guān)鍵在于是否能夠引入恰當(dāng)?shù)墓こ添?xiàng)目到Java的教學(xué)實(shí)踐中。項(xiàng)目要具有連貫性，要和先修課程相關(guān)聯(lián)?？紤]到工程項(xiàng)目要和學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備相匹配，要容易理解、容易操作、容易判斷成績(jī)高低，因此，本文選取“智能家居系統(tǒng)”項(xiàng)目為教學(xué)案例，基礎(chǔ)知識(shí)階段用翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式講授，綜合運(yùn)用階段再選取幾個(gè)難度適中的智能家居硬件驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目。先讓學(xué)生分組，每組選出一個(gè)組長(zhǎng)，再讓學(xué)生選題，最后，分組實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的項(xiàng)目，課程設(shè)計(jì)階段再完成系列產(chǎn)品的控制規(guī)約設(shè)計(jì)、軟件統(tǒng)一接口、整合APP等工作。

3.2.3? 理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐3種教學(xué)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，共同檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果

Java課程本身是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，通過(guò)一個(gè)“智能家居系統(tǒng)”的控制程序可以將理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)起來(lái)，每一個(gè)步驟都可以檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并對(duì)DSP、單片機(jī)、模擬電子、數(shù)字電子、通信、電子電路、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)課程知識(shí)起到一個(gè)聯(lián)動(dòng)學(xué)習(xí)促進(jìn)的作用。因?yàn)檎n程負(fù)責(zé)人還講授“DSP原理及應(yīng)用”課程，課程組成員還負(fù)責(zé)“數(shù)字電子技術(shù)”“模擬電子技術(shù)”“單片機(jī)技術(shù)”課程的教授任務(wù)，因此，可以無(wú)障礙地推行CDIO教育理念，在先修課程中引入相應(yīng)的智能家居項(xiàng)目，將一些智能家居的硬件設(shè)計(jì)作為實(shí)踐內(nèi)容加以要求，這樣在學(xué)生學(xué)到Java課程時(shí)，可以直接使用自己以前的硬件作品作為控制對(duì)象。因此，無(wú)論軟件還是硬件學(xué)生了解得都很深刻，便于項(xiàng)目的聯(lián)調(diào)聯(lián)試。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文創(chuàng)新性地將CDIO教育理念與翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，探索出一種適合與Java課程特點(diǎn)相類(lèi)似的課程進(jìn)行結(jié)合的教學(xué)改革方法。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐充分顯示，這種創(chuàng)新能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升學(xué)生實(shí)踐能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。項(xiàng)目案例貫穿整門(mén)課程教學(xué)，與相關(guān)10余門(mén)課程內(nèi)容有強(qiáng)關(guān)聯(lián)，使學(xué)生工程實(shí)踐能力得到大大提升，為以后無(wú)縫對(duì)接工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

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Abstract：The concept of CDIO engineering education and the reversal of classroom teaching methods have been gradually introduced in the process of higher education curriculum reform， it has been a good promotion effect for the improvement of college students ability and quality. Based on this educational background， this paper combines the common features of them and applies them to Java curriculum teaching. Through careful design of the three stages of pre-class， classroom and after-class， the three teaching links of theory， experiment and practice are connected， and the multi-dimensional teaching objectives of knowledge， ability and quality are effectively achieved， so that the comprehensive ability and quality of students are better improved. The teaching practice shows that this method is effective and has good popularization value.

Key words：conceive design implement operate engineering education concept; Java curriculum; flipped teaching method