CDIO和翻轉課堂融合下的程序設計類課程教學實踐與研究

（蚌埠學院計算機科學與技術系，安徽蚌埠233000）

（蚌埠學院計算機科學與技術系，安徽蚌埠233000）

針對傳統的程序設計類課程教學效果不佳的問題，將CDIO工程教育模式與翻轉課堂教學方式相融合，采用“四段式”教學模式開展課程教學活動，以“JSP程序設計”的課程教學為例闡述了具體的教學過程。該方式下的課程教學有助于提高學生的自主學習能力、調動學生的學習積極性，是以教師為主導，以學生為主體的教學思想的深入實踐。

CDIO；翻轉課堂；程序設計；教學改革

一、概述

目前，應用型本科高校特別注重培養學生的工程應用和實踐能力，作為一種新型教學理念，CDIO在培養學習者的實踐能力和職業素養方面有獨特的優勢。CDIO的含義是構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Imple—ment）和運作（Operate），它以項目開發到項目運行維護的一整套生命周期為載體，以一體化的課程教學方式開展教學，并使學生能夠自主的學習工程開發過程［1］。

翻轉課堂是把傳統的學習過程翻轉過來，讓學習者在課前觀看視頻、查閱資料，完成知識的自主學習，師生在課堂教學上開展互動，用于解答問題、思考討論，并促使知識內化和總結［2］。CDIO提倡“主動的、實踐的”學習方式和翻轉課堂模式的學生先自主學習，然后由教師引導學生運用知識并付諸實踐的思想具有極高的一致性和互補性，如果能夠以CDIO理念為指導思想，以翻轉課堂為教學手段，將二者有機融合，那么課堂教學的質量必將得到顯著的提升。

二、程序設計類課程教學現狀及存在的問題

目前大多數學校的程序設計類課程均采用傳統的方式組織教學，即“理論講解+實踐操作”的教學模式，理論課以教師講解為主，結合案例開展教學；實驗課以學生練習為主，教師給學生布置實驗任務，并通過演示等的方式指導學生完成實踐過程［3］。在教學過程中，我們發現當前的教學模式存在很多問題。

（一）課堂教學效果不佳，難以提高學生自主學習的能力

在理論教學過程中，教師全程講解，很少有教師能夠讓學生長時間保持注意力集中，這就造成了學生學習效果不夠理想；另外，無論是理論教學還是實踐教學，都是教師主導整個教學過程，學生只能夠按照教師的要求完成任務，學生在整個過程中缺乏主動性和獨立思考的空間，因此導致學生的自主學習能力無法得到鍛煉，這對學生的未來發展是非常不利的。

（二）學習方式相對單一，無法體現學生的個體差異

目前的教學方式中，教師面對的學生在基礎知識、學習能力方面都存在一定的差別，為照顧大多數學生的學習需求，只能按照一般學生的基礎和能力開展教學活動，這就造成了教師的教學活動無法滿足學生學習的個性需要，達不到因材施教的目標。

（三）學習方式較為被動，無法產生思維碰撞

目前的教學方式中，理論教學為教師講解知識點，實驗教學為學生操作實踐，兩個過程中學生的學習都相對孤立，很少有機會進行交流和爭論，這就造成學生之間、師生之間思維碰撞的機會較少，不利于調動學生的學習熱情，從而導致學生的學習積極性不高。

三、CDIO教學模式和翻轉課堂教學方式的融合

（一）CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的研究團隊經過多年的探索和實踐，提出了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織［4］。

CDIO培養大綱對畢業生的能力劃分為四個層面，即工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力，并要求在培養的過程中以綜合的培養方式使學生達到這四個層面的目標［5］。CDIO理念是歐美20余年工程教育改革理念的傳承和發展，值得注意的是該理念系統全面的提出了在人才的能力培養、具體實施和效果檢驗等方面的12條標準。近年來，多個國家的知名高校采用這12條標準實施和評價教學成果，結果顯示，采用該標準后，人才培養整體質量得到了顯著提升，更為重要的是，該標準為以后的工程化教育發展奠定了基礎。當前，越來越多的世界著名高校加入了CDIO組織，基于CDIO理念的教學越來越凸顯出其教學效果的優越性，以CDIO模式培養的畢業生也受到了用人單位的一致好評。

（二）翻轉課堂教學模式

翻轉課堂（The Flipped Classroom）也稱為“反轉課堂”或“顛倒教室”，是2011年開始在美國興起新型教育教學模式［6］。翻轉課堂在一定意義上說是對傳統課堂教學模式的一種顛覆，為積極致力于教學方式改革的人們提供了一種全新的視角。翻轉課堂重新建構了學習的整個流程，打破了傳統教學中學生在課堂聽課，然后課后復習、寫作業，最后考試的教學形式。在翻轉課堂教學模式中，學生先通過教師制作的教學視頻自學，在課堂教學中，通過做一些有針對性的實踐性練習，對視頻學習的內容進行深入理解和鞏固，并最終能夠解決具體的問題。課堂上教師會對學生遇到問題時進行指導，并開展相關問題的討論，教師還要對不同學生進行區別指導。翻轉課堂與傳統教學的一個主要區別是反轉了原有的學習過程，將原先課堂上的教學內容讓學生在課外完成，而將原先課外完成的作業在課堂上完成，這樣使學生的學習更加主動，也使教師的教學適應面更廣。

（三）CDIO工程教育模式和翻轉課堂教學模式的融合

CDIO工程教育模式采用“做中學”的方式開展教學，注重培養學生的個人技能、團隊合作能力和工程系統構建能力，要求學生在CDIO的教學過程中具備參與實際工程項目的基本素養，是一種以就業為導向的教育理念。而翻轉課堂教學模式要求學生提前自主完成知識點的學習，課堂上通過師生間和生生間討論的方式完成教學過程，注重培養學生自主學習、自主探究和獨立思考的能力。可以看出，翻轉課堂中的師生、生生間討論式學習有助于學生培養CDIO教育模式中要求的團隊合作精神，而翻轉課堂對學生自主學習能力的要求也有助于學生培養CDIO教育模式中的個人技能和工程實踐能力。另外，CDIO教育模式的“學中做，做中學”方式需要學生具備一定的知識基礎才能開始“做”，在“做”的過程中進一步深入提升自己對于相關知識點的認識和理解，而翻轉課堂教學模式要求學生提前觀看教學視頻，這就使學生在課前提前完成了“學中做”的“學”這一步，課堂上教師就可以在幫助學生消化教學視頻中的重點和難點內容后，引導學生“做”一些具體的案例，并學習更多的知識內容。可見，CDIO工程教育模式與翻轉課堂具有良好的一致性和很好的互補性，尤其是在計算機類課程的教學上，二者的融合能夠很好的提升學生的個人技能，提高學生自主學習和團隊合作能力，從而最終具備工程系統構建能力。因此，我們提出將CDIO工程教育模式和翻轉課堂教學模式相結合的教學思路，即以CDIO工程教育理念指導教學過程，將翻轉課堂的“自主學習+討論+拓展”的方式與CDIO模式的“做中學”方式進行有機融合開展教學活動。在這樣的教學過程中，CDIO模式對能力培養、方案實施以及檢驗測評提出具體的實施標準，翻轉課堂是教學開展的有效手段，充分體現以學生為主體，以教師為引導的教學理念，確保人才培養目標的實現。

四、基于CDIO和翻轉課堂的程序設計類課程教學方法探析——以JSP程序設計為例

《JSP程序設計》是計算機相關專業的一門專業必修課程，旨在使學生學會使用JSP、Servlet、JavaBean、JDBC等技術開展Web應用程序的開發，并且能夠根據實際需求編制出一些實用的程序。該課程是一門對學生綜合應用能力要求較高的實踐性課程，包含了Java語言、Web頁面開發技術、數據庫技術和網絡編程技術等等多方面知識，學生學習難度較大。學生學習該課程效果不佳的主要原因并不在于學生缺乏學習本課程的興趣，而是傳統的理論和實踐分離的教學方式難以調動學生的學習積極性，師生和生生之間也缺乏必要的交流，使得學生的學習熱情難以持續，學習主動性也得不到發揮。我們提出了基于CDIO教學理念和翻轉課堂相融合的JSP課程“四段式”教學模式，即將教學過程分為四個階段，分別是課前自學階段、課內強化階段、基礎實踐階段和強化實踐階段。

（一）課前自學階段

課前自學階段采用翻轉課堂模式開展教學，教師將課程的主要知識點以短視頻的方式發布給學生，要求學生在課前自學完成。該視頻結合具體實例介紹課程主要內容，并引發學生思考一些問題，因此對視頻制作質量有較高的要求，尤其要控制好視頻的時間和實例的難度。在JSP課程教學中，我們以“汽車銷售管理系統”項目的一些主要功能為主線制作視頻，并將課程知識點融合在系統的開發過程中，對于內容較多的部分進一步劃分為1～3個教學任務，控制每個視頻的時間最多不超過10分鐘，這樣學生學習起來比較輕松，更容易堅持完成長期的自主學習。

（二）課內強化階段

通過課前自學，學生初步完成了對知識點的理解，但是學生的接受能力畢竟有限，視頻方式的知識傳授不可能解決學生認知上的所有問題，因此教師應首先針對學生自學的情況進行檢查和總結，并著力解決學生提出和存在的問題。在解決了學生的主要問題后，教師可以對主要知識點結合實例進一步展開講解，也可以引入更多的實例說明相關的其他問題，對重要內容進行適當的拓展，同時引發學生對一些關鍵問題進行思考和討論。在這個過程中，教師如何引導學生自發的提出問題是教師在備課階段需要仔細考慮的問題，這要求教師要提前了解學生的學習和接受能力，并逐步積累經驗，只有這樣才能很好的控制教學過程，引導學生思考并激發學生的學習興趣，并在此過程中不斷提高和培養學生的自學能力，真正實現以教師為主導，以學生為主體的學習方式。例如，在介紹JSP訪問數據庫操作時，我們在視頻中首先以一個簡單的用戶登錄為例介紹了數據庫的連接、SQL語句的執行方法，并對數據庫的JDBC接口和類進行了初步介紹。然后在課堂上對登錄的功能做進一步擴展，如進一步實現用戶的權限控制功能，以及將用戶登錄封裝為bean等。這種漸進式的教學方式容易被學生接受，而且實用的范例對學生有較高的吸引力，翻轉課堂上的教學為課堂教學節省了時間，也為課堂教學的發揮留出了更大的空間。此外，在具體操作過程中，我們還根據學生的學習和反饋情況開發了相應的隨堂測試題目，有針對性的對學生可能遇到的一些問題進行測試和講解，收到了較好的教學效果。

（三）基礎實踐階段

本階段要結合前期教學給學生布置具體的實踐任務，使學生通過獨立完成這些任務，進一步理解主要知識點的用法，這個階段的任務難度不宜過大，可以是與知識點緊密結合的項目中的一個或者多個簡單功能的實現，這個階段的任務是通過讓學生獨立完成一些基本的操作，為學生樹立自己能夠解決問題的信心，這樣有助于調動學生下一步繼續自學和深入學習的積極性。如針對數據庫的操作，我們要求學生開發“汽車銷售系統”中擁有不同權限的用戶登錄管理程序，由于前兩個階段學生已經對知識點有了比較深入的掌握，因此操作起來也比較快速，在此過程中有的同學還自行探討解決了登錄中驗證碼的設置等附加功能。

（四）強化實踐階段

本階段可以在課程設計或者綜合實訓環節中完成。該環節首先將學生分為若干個小組，每個小組完成由教師布置的一個綜合性的設計項目。組內成員應有明確的分工，分工情況在設計開始階段提交給教師，這樣在項目驗收時教師可以根據分工情況檢查每個學生是否完成了預期的任務，使每個學生都能夠充分的參與到項目設計過程中去，提高了學生之間的協作能力，也避免了部分學生投機取巧的行為。我們給出的具體選題包括：“企業職工信息管理系統”“二手車交易系統”“旅游信息管理系統”等。

五、結束語

程序設計是計算機專業學生的必備技能，程序設計類課程教學效果的優劣直接影響到畢業生的就業質量，因此該類課程的教學方法改革勢在必行。CDIO工程教育模式和翻轉課堂教學方式都是目前先進的教學理念，二者的融合使程序設計類課程的教學具有了豐富的拓展空間，對于調動學生的學習積極性，培養學生的自主學習能力，激發學生的創新思維能力以及提高學生的實踐能力方面都有很好的效果。但是，這種先進理念融合的教學方式在實施過程中也對教師提出了更高的要求，對視頻內容的精煉、對課堂教學的引導和實踐題目的選擇都非常考驗教師自身的能力和水平，因此在以后的教學改革過程中，如何提高教師的綜合能力也是值得進一步研究的問題。

［1］胡文龍.基于CDIO的工科探究式教學改革研究［J］.高等工程教育研究，2014（1）：163-168.

［2］姜玉蓮.基于微課程構建開放教育翻轉課堂教學模式的設計研究［J］.中國遠程教育，2014（3）：52-60.

［3］羅福強，熊永福.基于CDIO的云計算與大數據專業人才培養方案［J］.計算機教育2015（1）：52-56.

［4］郭玲.融合CDIO和翻轉課堂的教學模式研究和實踐［J］.廣州職業教育論壇，2015（1）：32-36.

［5］唐琳，李彤，肖大薇.基于翻轉課堂的Java開發實踐課程教學設計［J］.計算機教育，2015（4）：103-107.

［6］張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教育模式研究［J］.中國遠程教育，2014（4）：46-51.

CDIO和翻轉課堂融合下的程序設計類課程教學實踐與研究*

姚保峰 馬程 朱洪浩 王磊

Aiming at the problems of poor teaching effect of traditional program design courses，this paper combines CDIO engineering education model with flipped classroom teaching methods，adopts the four-phase teaching mode to carry out teaching activities and，taking"JSP program design"course teaching as example，describes the specific teaching process.In this way，the course teaching is helpful to improve students'autonomous learning ability and arouse students'learning enthusiasm.It is the further practice of teacher-dominated teaching ideology that takes students as main subject.

CDIO；flipped classroom；program design；educational reform

G642文獻標志碼：A文章編號：2096-000X（2016）18-0152-03

安徽省質量工程教學研究項目（編號：2013jyxm247）；安徽省質量工程教學研究項目（編號：2014jyxm396）。

姚保峰（1980-），男，浙江寧波人，蚌埠學院，副教授，碩士，研究方向：信息檢索、算法分析。

馬程（1980-），女，安徽阜陽人，蚌埠學院，講師，研究方向：數據挖掘。

朱洪浩（1980-），男，安徽宿州人，蚌埠學院，講師，碩士，研究方向：數據挖掘、信息檢索。

王磊（1978-），男，安徽泗縣人，蚌埠學院，講師，碩士，研究方向：信息安全、信息檢索。