基于CDIO工程教育理念的Java課程翻轉教學方法研究

李貽濤 邢曉敏 尹維春

摘? ?要：CDIO工程教育理念和翻轉課堂教學手段在高等教育課程改革過程中逐漸被引入，為高校學生能力和素養提升都帶來了很好的促進效果。文章正是基于這一大的教育背景，結合二者共性特征，將其應用于Java課程教學當中，通過對課前、課堂、課后3個階段的精心設計，使理論、實驗和實踐3種教學環節環環相扣，有效達成了知識、能力、素養等多維度的教學目標，使學生綜合能力和素質得到更好地提升。教學實踐表明，該方法切實有效，具有良好的推廣價值。

關鍵詞：構思、設計、實現、運作工程教育理念;Java課程;翻轉教學方法

1? ? CDIO相關簡介

構思、設計、實現、運作（Conceive Design Implement Operate，CDIO）工程教育理念是近年來國際工程教育改革的最新成果，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO培養大綱將學生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力4個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這4個層面達到預定目標。截至2017年4月，共有104所高校自愿加入“CDIO工程教育聯盟”。國內高校也在CDIO工程教育理念上做了很多探索，其改革思路是以學生為中心，引導學生主動思考，進行巧妙構思，強調學生動手實踐，打破課程之間的實踐壁壘，從而提升學生分析問題和解決問題的能力[1]。

隨著“互聯網+”概念在國內的興起，基于“互聯網+”課程的翻轉課堂作為一種關注學生差異性和學習自主靈活性的教學模式，也被看作是對傳統教學模式的有效改革，近年來在國內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課堂有機結合的教學模式在國內尚處于初期發展階段。

本文就是結合“CDIO教育理念”和“翻轉課堂教學模式”均能在培養學生多層次能力方面發揮良好作用的特點，將二者有機地結合起來應用于Java課程教學改革，并取得了傳統教學模式無法達到的良好效果。本文的教學方法具有一定的先進性和較好的推廣價值。

2? ? Java課程教學現狀及學情分析

Java課程是工程性、應用性及實踐性較強的課程，特點是知識點多且分散。利用Java語言在移動智能終端上開發的應用程序，其市場占有率隨著智能手機的普及也越來越高。在傳統的Java課程教學過程中，教學內容與教材選擇上比較落后，與市場需求脫離嚴重;理論教學手段上，一般采用單純的“理論講授+程序演示”方法，很難達成相應的教學目標;在實踐教學環節上，理論與實踐脫節、能力和素質培養不到位的問題也非常突出。

根據課前給學生發放的學情調查問卷反饋可見：目前的大學生絕大部分都存在既渴望開放的學習方式，卻又不能控制自己，無法使自己全身心投入學習的矛盾心態。一方面，大學生學風不嚴謹，較懶散，怕吃苦，學習大多帶有一種功利性。另一方面，大學生對于學習的輕重緩急能夠客觀對待，學習目標明確，這些方面是值得肯定的?；谶@種情況，就需要教師在授課過程中加以引導和監督，設計好教學活動，使大學生學習趨于理性化，這樣就一定能達到知識、能力、素養共同提高的良好教學效果[2]。

3? ? 教學設計思路與實施方案

3.1? 教學設計思路的提煉

本文核心思想是以CDIO教育理念為中心，結合翻轉課堂教學模式，探索研究如何既服務于Java教學，又能貫穿其諸多先修課程的教改方案。提煉教學設計思路為以下3個階段：

（1）基礎知識學習儲備階段。在Java課程教學的基礎知識階段，按照翻轉課堂的模式組織教學，可以關注學生差異性和實現學習自主靈活性，通過網絡學習、測驗、答疑，用最少的學時完成基礎知識的儲備。

（2）綜合知識鞏固提升階段。在Java課程教學的綜合運用階段，按照CDIO教育理念組織教學。將在“DSP”課程、“單片機”課程上所開發的智能家居硬件模塊作為控制目標，分組討論、分析問題，共同完成手機APP的編寫任務，實現硬件的驅動。這一階段對基礎知識是一個查遺補漏、鞏固提高的過程。

（3）工程意識培養實訓階段。在Java課程教學的課程設計階段，按照CDIO教育理念組織教學。模仿小米之家APP的組成方式，共同制作完成一個有著智能窗簾、智能充放電的微電網、智能監控相機、智能溫濕度采集器、智能門窗感應器、智能空調控制器、智能照明燈、智能開關設備等智能家居產品系列的模型。實現控制規約的設計、軟件接口的開放設計、人工智能的調用等APP的編寫。

3.2? 教學實施方案的確定

本文按照課前進行自主學習、課堂進行知識內化、課后進行知識固化的遞進層次完成整個教學實施方案的設計[3]，具體如圖1所示。

課程組以在Java課程教學中采用CDIO教育理念和翻轉課堂方式為依托，以學生素質的全面發展為目標，使學生熟練掌握和運用Java中的知識和技術完成工程應用程序的開發。既強調知識的傳授，又注重對學生知識的內化和實踐創新能力的培養。通過有工程價值的項目及微課等豐富教學資源的支撐，確保學生能夠做到課外有支持地學習，培養學生的自主學習能力、協作學習能力，通過課堂討論、小組交流、教師答疑等方式提升學生的語言表達能力、創新思維、組織管理能力等。該教學實施方案的特色如下。

3.2.1? CDIO與翻轉課堂相結合

遵循CDIO教育理念，以眾多中小案例和一個綜合性較強的工程案例為主線，將學生應該掌握的專業知識、技能和職業素質融入整個教學過程中。在應用程序的開發過程中，某些知識點的講解可以采用翻轉課堂的教學模式，進而將CDIO與翻轉課堂兩者有機結合。

將Java課程的理論知識點分解為150個，課題組教師錄制了150個教學視頻，采用泛雅網絡教學綜合服務平臺，定時發布學習任務，要求學生在規定時間內完成視頻的學習，并完成發布在平臺上的自測題，完成網絡作業。通過平臺，學生可以向老師或者其他學生提問，參與討論，學生成績會自動統計，按照教師設定的評分比率，統計視頻觀看進度、重復率、網絡討論參與度，減少了教師的工作量。

3.2.2? 將工業級項目融入教學中來

將工業級項目融入教學中來是本文研究的重點。能否實施CDIO工程教育理念，關鍵在于是否能夠引入恰當的工程項目到Java的教學實踐中。項目要具有連貫性，要和先修課程相關聯?？紤]到工程項目要和學生的知識儲備相匹配，要容易理解、容易操作、容易判斷成績高低，因此，本文選取“智能家居系統”項目為教學案例，基礎知識階段用翻轉教學模式講授，綜合運用階段再選取幾個難度適中的智能家居硬件驅動項目。先讓學生分組，每組選出一個組長，再讓學生選題，最后，分組實現相應的項目，課程設計階段再完成系列產品的控制規約設計、軟件統一接口、整合APP等工作。

3.2.3? 理論、實驗和實踐3種教學環節環環相扣，共同檢驗學習效果

Java課程本身是一門實踐性很強的課程，通過一個“智能家居系統”的控制程序可以將理論、實驗和實踐環節關聯起來，每一個步驟都可以檢驗學生的學習效果，并對DSP、單片機、模擬電子、數字電子、通信、電子電路、算法與數據結構的相關課程知識起到一個聯動學習促進的作用。因為課程負責人還講授“DSP原理及應用”課程，課程組成員還負責“數字電子技術”“模擬電子技術”“單片機技術”課程的教授任務，因此，可以無障礙地推行CDIO教育理念，在先修課程中引入相應的智能家居項目，將一些智能家居的硬件設計作為實踐內容加以要求，這樣在學生學到Java課程時，可以直接使用自己以前的硬件作品作為控制對象。因此，無論軟件還是硬件學生了解得都很深刻，便于項目的聯調聯試。

4? ? 結語

本文創新性地將CDIO教育理念與翻轉教學模式進行有機結合，探索出一種適合與Java課程特點相類似的課程進行結合的教學改革方法。通過教學實踐充分顯示，這種創新能夠有效激發學生的學習熱情，提升學生實踐能力、解決實際問題的能力。項目案例貫穿整門課程教學，與相關10余門課程內容有強關聯，使學生工程實踐能力得到大大提升，為以后無縫對接工作崗位打下堅實的基礎。

[參考文獻]

[1]董黎明，焦寶聰.基于翻轉課堂理念的教學應用模型研究[J].電化教育研究，2014（7）：108-120.

[2]徐靜.卓越工程師培養計劃下“Java程序設計”課程改革[J].計算機時代，2013（9）：65-66.

[3]郭樹榮.基于“互聯網+對分課堂”混合式教學模式研究與實踐[J].黑龍江教育，2017（3）：39-41.

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