應(yīng)用型高?；贑DIO工程教育理念的智慧課堂教學(xué)模式探索

張琛 張新 屠菁 華珊珊

摘要：CDIO工程教育理念的教學(xué)模式以項(xiàng)目驅(qū)動為導(dǎo)向，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新意識，已經(jīng)成為一種最具創(chuàng)新性和改革性的教學(xué)模式。結(jié)合 CDIO 理念的“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行”四個(gè)階段來設(shè)計(jì)智慧課堂“課前、課中、課后”的軟件工程概論課程教學(xué)活動，以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的“項(xiàng)目驅(qū)動”+“團(tuán)隊(duì)合作”交互式學(xué)習(xí)，將具體軟件項(xiàng)目引入教學(xué)過程中，綜合培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和自主學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：CDIO；智慧課堂；教學(xué)模式；軟件工程

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）06-0165-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

0 引言

為了解決工程教育中理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用偏差問題，美國麻省理工學(xué)院與瑞典皇家工學(xué)院、瑞典查爾姆斯理工大學(xué)和瑞典林雪平大學(xué)共同規(guī)劃CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate，CDIO）教育架構(gòu)，并成立以CDIO命名的國際合作組織[1-2]。CDIO工程教育模式一經(jīng)提出就得到了廣泛的認(rèn)可，也是近年來國際工程教育最佳的實(shí)踐成果[3]。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智慧課堂作為目前課堂教學(xué)新的技術(shù)手段，得到了廣泛應(yīng)用。通過CDIO理念組織教學(xué)過程，以智慧課堂方式進(jìn)行教學(xué)活動[4-5]，將符合CDIO理念的學(xué)習(xí)資源和符合智慧課堂的教學(xué)活動進(jìn)行創(chuàng)新性融合，利用現(xiàn)代教育技術(shù)與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論對課堂教學(xué)進(jìn)行改革。

1? 現(xiàn)有軟件工程概論課程的不足之處

軟件工程概論課程是軟件工程專業(yè)的核心課程[6-7]，在計(jì)算機(jī)學(xué)科人才培養(yǎng)體系中占有重要地位。課程指導(dǎo)學(xué)生以工程化的思想進(jìn)行軟件的開發(fā)、維護(hù)和管理。軟件工程概論課程已經(jīng)成為國內(nèi)外各大高校計(jì)算機(jī)軟件教學(xué)體系中的一門核心課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能掌握軟件工程的基本概念、基本原理，具備軟件項(xiàng)目開發(fā)的技術(shù)，掌握開發(fā)過程中的流程、準(zhǔn)則等。培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)高質(zhì)量軟件、策劃和管理軟件開發(fā)的能力。

傳統(tǒng)的軟件工程教學(xué)內(nèi)容陳舊，實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱，而且評價(jià)體系單一，具體體現(xiàn)如下。

1.1 傳統(tǒng)軟件工程概論課程教學(xué)內(nèi)容陳舊，教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱

軟件工程概論課程設(shè)計(jì)的初衷，是為了培養(yǎng)學(xué)生完成較大規(guī)模的軟件項(xiàng)目開發(fā)能力，但是軟件項(xiàng)目開發(fā)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)在軟件項(xiàng)目開發(fā)中扮演著至關(guān)重要的角色?，F(xiàn)階段，傳統(tǒng)的軟件工程概論課程課堂教學(xué)模式以生硬的理論知識教學(xué)為主，采用“填鴨式”教學(xué)方法，以教師講授為主，學(xué)生缺少具體的項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)歷，使得理論脫離實(shí)際，學(xué)生很難領(lǐng)會軟件工程概論課程的精髓，難以對課本上的理論知識產(chǎn)生共鳴，讓沒有項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生感覺很枯燥，忽視了學(xué)生的主動性和參與性。這種教學(xué)模式培養(yǎng)出來的學(xué)生缺乏項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，走上工作崗位后往往難以立刻滿足企業(yè)需求，需要在企業(yè)再培訓(xùn)一段時(shí)間才能勝任工作。

1.2 傳統(tǒng)軟件工程概論課程評價(jià)體系簡單，教學(xué)評價(jià)形式單一

傳統(tǒng)軟件工程概論課程評價(jià)體系主要是以筆試考試為主，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)片面，評價(jià)形式單一。這種片面、單一的評價(jià)體系導(dǎo)致學(xué)生為了應(yīng)對期末考試，往往采取在考前突擊復(fù)習(xí)和死記硬背來應(yīng)付考試，這種“應(yīng)試教育”式的評價(jià)體系，對提高學(xué)生實(shí)際軟件開發(fā)能力效果甚微，嚴(yán)重缺乏對學(xué)生的分析解決問題能力、動手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和設(shè)計(jì)能力的考核，導(dǎo)致理論知識與實(shí)際能力的失衡，考核結(jié)果無法衡量學(xué)生的真實(shí)能力。基于CDIO的教學(xué)模式的課程評價(jià)體系以項(xiàng)目成績?yōu)楹诵?，形成多維度的復(fù)合評價(jià)體系。其核心指標(biāo)項(xiàng)目成績由小組每次作品評議成績和匯報(bào)成績構(gòu)成，使得評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)⒗碚撝R與項(xiàng)目實(shí)操結(jié)合起來，通過具體的項(xiàng)目實(shí)操，完成具體產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和產(chǎn)出，更能夠評價(jià)學(xué)生的綜合能力。

2 CDIO 工程教育模式與智慧課堂

2.1 CDIO 工程教育模式

CDIO 工程教育理念一經(jīng)提出，就得到了世界范圍的認(rèn)可與采用，汕頭大學(xué)工學(xué)院是我國最早采用 CDIO 工程教育模式的高校之一。目前，我國采用CDIO的教育模式也已經(jīng)有十多年，經(jīng)過長期的發(fā)展，已有清華大學(xué)、北京交通大學(xué)等一百多所高校和單位加入了 “CDIO 工程教育聯(lián)盟”，開展了大量的研究工作，取得了優(yōu)秀的成果[8]。

CDIO表示構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），代表著是一套全面的工程教育人才培育模式和架構(gòu)，該模式參考真實(shí)的公司產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計(jì)流程和需求，實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與應(yīng)用實(shí)踐協(xié)同發(fā)展，讓學(xué)生真正了解社會與產(chǎn)業(yè)的需求，完整經(jīng)歷產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計(jì)全流程，成為“問題的解決者”。CDIO 工程教育理念的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生成為一名優(yōu)秀的工程師，具有創(chuàng)新精神、專業(yè)技術(shù)以及社會責(zé)任感。目前，國際上大量的學(xué)校加入了“CDIO工程教育聯(lián)盟”，開始關(guān)注該教學(xué)模式，主要是因?yàn)樵撃Ｊ侥軌驅(qū)?yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)和工程教育等緊密結(jié)合，培養(yǎng)適應(yīng)于現(xiàn)代企業(yè)的工程師。

2.2 智慧課堂

近年來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于學(xué)校的教育教學(xué)，在教學(xué)數(shù)據(jù)采集、教學(xué)結(jié)果評價(jià)、線上線下互動等方面，打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，逐步向智能化、信息化發(fā)展，而“智慧課堂”的產(chǎn)生為新型的教學(xué)模式提供了技術(shù)支持，智慧課堂是新一代信息技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，推動了教學(xué)模式的改革。智慧課堂聚焦于教學(xué)、課堂、師生活動，因此從誕生之后，就得到了極大的關(guān)注[9-11]。智慧課堂教學(xué)活動分為三段，即課前、課中和課后。課前，教師確定教學(xué)目標(biāo)，制定軟件開發(fā)項(xiàng)目，線下傳遞教學(xué)資源，學(xué)生線上隨時(shí)隨地預(yù)習(xí)，互動答疑完成預(yù)習(xí)，根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)及時(shí)調(diào)整教學(xué)重難點(diǎn)，不僅提高了課堂效率，還促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課中，線上以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)“項(xiàng)目驅(qū)動”+“小組討論法”交互式學(xué)習(xí)，充分調(diào)動學(xué)生的參與積極性。課后：線上動態(tài)完成過程考核。智慧課堂通過智慧的“教”與“學(xué)”，借助信息化手段提高教學(xué)數(shù)據(jù)分析能力、交流互動能力、個(gè)性化輔導(dǎo)，符合學(xué)生學(xué)習(xí)和成長的自然規(guī)律[12]。

3? CDIO 工程教育模式下的融合智慧課堂的軟件工程概論課程教學(xué)模式體系構(gòu)建

以 CDIO 工程教育理念為指導(dǎo)，在軟件工程概論課程教學(xué)中引入智慧課堂，進(jìn)行教學(xué)模式的構(gòu)建。在CDIO工程教育理念的指導(dǎo)下，從培養(yǎng)學(xué)生的工程教育和實(shí)踐能力出發(fā)，研究課程教學(xué)技術(shù)，安排教學(xué)重難點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)合理的教學(xué)方法，對教學(xué)講授方法繼續(xù)創(chuàng)新，提升師生互動，通過全方位、多角度的教學(xué)評價(jià)方式繼續(xù)教學(xué)效果考核。將符合 CDIO 工程教育理念的學(xué)習(xí)模式和軟件工程概論課程的教學(xué)活動進(jìn)行創(chuàng)新性融合，旨在借助智慧課堂，從課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)繼續(xù)課程學(xué)習(xí)。

CDIO 工程教育模式下的融合智慧課堂的軟件工程概論課程教學(xué)模式體系構(gòu)建基本設(shè)計(jì)思路如圖1所示。將構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行融合到課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)中。

3.1 “構(gòu)思”階段（課前）

“構(gòu)思”階段，教師根據(jù)課程培養(yǎng)目標(biāo)，按照 CDIO工程教育理念的要求對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)進(jìn)行整合。以軟件測試為例，首先引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行需求分析，為什么要做軟件測試，然后學(xué)習(xí)軟件測試的具體方法。教師課前準(zhǔn)備環(huán)節(jié)需要制定軟件開發(fā)任務(wù)，在課前向?qū)W生分享課程需要的學(xué)習(xí)資料，督促學(xué)生進(jìn)行課前學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生有重點(diǎn)、有方向、有目的進(jìn)行學(xué)習(xí)。教師在課前“構(gòu)思”階段主要工作包括：制定軟件開發(fā)任務(wù)、分享學(xué)習(xí)資料、引導(dǎo)自主預(yù)習(xí)，針對學(xué)生遇到的問題，及時(shí)通過線上溝通的方式進(jìn)行交流，解決問題。

3.2 “設(shè)計(jì)”階段（課中）

針對“設(shè)計(jì)”階段，借助前期“構(gòu)思”階段學(xué)生反饋的信息，通過項(xiàng)目的需求分析進(jìn)行新課導(dǎo)入，并通過超星學(xué)習(xí)通下達(dá)本節(jié)課的軟件開發(fā)任務(wù)，老師在課堂教學(xué)過程中，針對學(xué)生反饋的問題，有針對性地對教學(xué)疑難點(diǎn)進(jìn)行課堂講授，同時(shí)對學(xué)生提出的問題進(jìn)行專項(xiàng)答疑。學(xué)生在老師的組織下，以小組為單位，對軟件測試方法進(jìn)行專題討論。

在設(shè)計(jì)階段，學(xué)生需要軟件測試的方法，在學(xué)習(xí)過程中，師生共同就實(shí)施階段遇到的難點(diǎn)問題進(jìn)行討論，對方案進(jìn)行優(yōu)化。此外，通過隨堂測試的方式，了解學(xué)生對于知識的掌握程度，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，并進(jìn)行個(gè)性化作業(yè)的布置。

3.3 “實(shí)施”階段（課中）

CDIO工程教育理念教學(xué)體系的核心環(huán)節(jié)就是“實(shí)施”。根據(jù)軟件開發(fā)任務(wù)的內(nèi)容對學(xué)生進(jìn)行分組。在軟件測試中，教師要求學(xué)生對任務(wù)中的關(guān)鍵知識點(diǎn)、技能點(diǎn)進(jìn)行完善，明確項(xiàng)目實(shí)施方案。例如等價(jià)分類法、邊界值分析法、錯(cuò)誤猜測法等。在課中的評價(jià)反饋上，教師通過對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行綜合評價(jià)，重點(diǎn)突出對軟件工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力的考核，注重實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的綜合評價(jià)，以軟件測試這一小節(jié)為例，本次智慧課堂的課中教學(xué)設(shè)計(jì)如表1所示：

表1? 軟件測試教學(xué)內(nèi)容

[教學(xué)過程 知識點(diǎn) 時(shí)長 案例導(dǎo)入 項(xiàng)目驅(qū)動：Exchange 2000 和 Windows 2000 的人員結(jié)構(gòu)，說明測試的重要性 3分鐘 新課講解 1、軟件測試的基本概念 7分鐘 軟件測試的目的、特性，測試的種類、測試文檔 2、黑盒測試 等價(jià)分類法 ? ? 7分鐘 邊界值分析法 7分鐘 錯(cuò)誤猜測法? 6分鐘 例題講解 針對獎金計(jì)算系統(tǒng)等例題進(jìn)行講解 10分鐘 總結(jié) 交互練習(xí)

在學(xué)習(xí)通上推送練習(xí)，學(xué)生作答，統(tǒng)計(jì)學(xué)生提交的答案，及時(shí)分析學(xué)生對該知識點(diǎn)的掌握情況 5分鐘 ]

3.4 “運(yùn)行”階段（課后）

通過課中學(xué)生的綜合表現(xiàn)（實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等），進(jìn)行實(shí)踐效果和過程把控分析，通過總結(jié)和反思，優(yōu)化基于CDIO工程教育理念的軟件工程概論課程教學(xué)理念模式研究與實(shí)踐，讓其具有更強(qiáng)的可行性和推廣性。課后個(gè)性輔導(dǎo)，兼顧學(xué)生差異，推送自主學(xué)習(xí)內(nèi)容。

首先，改變傳統(tǒng)的布置統(tǒng)一作業(yè)的模式，進(jìn)行個(gè)性化課后作業(yè)與指導(dǎo)，根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課堂學(xué)習(xí)的情況，有針對性地發(fā)布作業(yè)任務(wù)，使用超星學(xué)習(xí)通等現(xiàn)代化的教學(xué)平臺推送個(gè)性化復(fù)習(xí)資料。

其次，學(xué)生完成作業(yè)后通過平臺將作業(yè)提交給教師，客觀題通過平臺設(shè)置自動批改和評分，而對于主觀題，教師針對每個(gè)學(xué)生的作業(yè)情況錄制作業(yè)批改微課，這種方式可以讓學(xué)生得到及時(shí)的反饋，通過平臺反饋，讓學(xué)生指導(dǎo)自己的薄弱點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)行強(qiáng)化學(xué)習(xí)。同時(shí)通過個(gè)性化輔導(dǎo)，滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)要求。

最后，推送自主學(xué)習(xí)內(nèi)容。通過自主學(xué)習(xí)進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，擴(kuò)展學(xué)生的知識面。

CDIO 工程教育模式下的智慧課堂教學(xué)，按 CDIO 理念組織教學(xué)過程，將教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目化，采用項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)方法，按智慧課堂方式進(jìn)行教學(xué)活動，突出以學(xué)生為中心，為學(xué)生構(gòu)建積極和諧的學(xué)習(xí)情境，通過項(xiàng)目引領(lǐng)學(xué)生自主構(gòu)建完整的知識體系。

3.5 多維評價(jià)機(jī)制

基于CDIO工程教育理念的智慧課堂教學(xué)模式采用多維的評價(jià)機(jī)制，基于“以學(xué)論教”的思想，使用以學(xué)生的“學(xué)”來評教師的“教”。因此，學(xué)生成為評價(jià)的主體。該模式下學(xué)生的學(xué)習(xí)由課內(nèi)和課外組成，課內(nèi)主要是線下課堂學(xué)習(xí)，課外主要是線上平臺學(xué)習(xí)。相較于傳統(tǒng)、單一教學(xué)評價(jià)方式，基于CDIO工程教育理念的智慧課堂教學(xué)模式采用了多元評價(jià)的方法，即評價(jià)主體多元、評價(jià)方式多元、評價(jià)內(nèi)容多元，充分發(fā)揮其激勵和導(dǎo)向功能，具體如圖2所示：

4 結(jié)論

在CDIO工程教育理念下結(jié)合智慧課程進(jìn)行軟件工程概論課程的模式構(gòu)建，該模式通過構(gòu)建項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)內(nèi)容，改革優(yōu)化課堂教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)方法，同時(shí)增加大量軟件項(xiàng)目開發(fā)案例，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。這種圍繞項(xiàng)目開發(fā)周期的方式提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力。此外，健全

教學(xué)評價(jià)機(jī)制，采用多維評價(jià)機(jī)制，全方位、多角度地衡量學(xué)生的綜合能力，以及教師的教學(xué)效果。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】