CDIO教學模式融入《探究科學》校本課程初探

藍秋梅 楊翠云

摘?要：《探究科學》校本課程是探究科學和校本課程結合的產物。以自編項目作為教學資源的《探究科學》校本課程在資源的選擇及教學內容設計上存在諸多困難。文章在教學設計中引入CDIO教育教學模式，以《紅藍3D眼鏡》教學案例的改進為例，分析了基于CDIO教育教學模式設計的探究案例在滿足學生個性化發展、自由發揮個體特長及小組合作上給予學生更廣闊的空間。同時，在CDIO教學模式的助力下，探究科學教師能夠更好地完成教學設計，使課堂內容和課堂形式的多樣化得到有效提升，為解決《探究科學》校本課程中教師的教和學生的學提出科學有效的建議。

關鍵詞：CDIO教學模式;探究科學;校本課程

校本課程的發展對教師提出了新的挑戰，教師必須完成由“會教”已有教材到“會編”新教材的轉變，課程教學設計是轉變的落腳點。文章為優化《探究科學》校本課程教學設計，融入CDIO教育教學模式。通過分析探究式教學和CDIO教育教學模式的共性及融入點，以《紅藍3D眼鏡》教學設計為例，對教學設計進行優化。CDIO教育教學模式的融入，使教師的設計更具豐富的理論基礎，對教師的教和學生的學都起到良好的促進作用。

一、CDIO教育教學模式簡介

CDIO（Conceive Design Implement Operate）是以構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Imple-ment）及運作（Operate）全過程為載體，讓學生以主動、實踐的方式進行工程學習，注重培養學生專業知識、學習能力、團隊交流能力及工程系統能力的一種先進的工程教育模式[1]。基于CDIO主動式任務教學法，可以有效促進實踐能力與創新能力的培養，為學生今后走向工作崗位奠定基礎[2]。CDIO的教學模式即體現了“做中學”，又體現了“基于項目的教育和學習”的原則，學生在該模式教學中能主動參與理論與實踐的學習，達到理論與實踐相結合的教學目的。本文將基于CDI0工程教學模式對《紅藍3D眼鏡》項目進行教學設計的修改，并就修改的教學設計進行一定的實際分析。

二、《探究科學》校本課程簡介

眾多國外的學者專家都對校本課程發有著不同的解釋，這正說明校本課程開發的復雜性。不同的學者從不同的立場對校本課程做出了不同的界定，見解雖然獨到，但都有著各自的局限性[3]。國內對于校本課程的分類大致可以分成兩類：一種是對已有課程進行整編，使課程更利于學生個性化的發展。相對而言，這類校本課程是在原有課程中進行整改教學內容的教學行為。由教師根據學生發展及個性特點，選出課程中有利于學生學和教師教的內容進行進一步的整合。另一種是運用獨特教育資源辦學。在國家課程計劃留給學校的空間內，有效利用各種教育資源，對校本課程進行自主開發。本文所研究的《探究科學》校本課程中涉及的教學資源屬于自主研發項目。相關項目的研發離不開廣西師范大學羅星凱教授帶領的“興華團隊”。本科和研究生階段，筆者均參與了由該團隊發起的興華創新實踐師資班培訓，培訓圍繞新課程創新實驗理念和相關課程項目的開發等內容。培訓結束后與合作學校進行雙選，筆者有幸以志愿者身份分別參與三所學校新課程創新實驗課程和《探究科學》校本課程的教學。在廣西梧州第二中學擔任高一年級新課程創新實驗教師，在廣西師范大學附屬外國語學校擔任初二年級探究科學教師，在北京市十一學校擔任初一、初二年級探究科學教師，任教時間均為一個學期。實踐中親歷課程項目的開發及匯編，深知自主研發課程中對教學資源進行合理設計的重要性以及在教學設計中遇到的諸多困難。研發的課題需要經歷課題的選擇，對所探究問題的挖掘，將挖掘課題分層遞進融入課堂探究各個環節，給學生創設探究的情景，能讓學生“玩中學，學中玩”的同時，活用學科知識解決實際問題，達到培養學生探究精神，及創新能力的目的。

CDIO教育教學模式及文中所述的《探究科學》校本課程均體現了“做中學”的教學特征，另外，兩者基于項目的學習方式也不謀而合，這使在《探究科學》校本課程教學設計中引入CDIO教育教學模式水到渠成。

三、基于CDIO教學模式改進的教學設計案例

該設計以探究科學課程中的其中一個項目《紅藍3D眼鏡》為例，為了更好地引導和促進學生進行探究學習，在教學設計的各個環節引入了CDIO教學模式中構思、設計、實現、運作的思維。在設計過程中發現，在CDIO教學模式指導下，教學設計思路更加順暢清晰，學生在學習中的參與面更廣，更能體現學生探究學習的個性化特點。

紅藍3D眼鏡案例來源于一堂小學科學課，小學課堂上，老師播放紅藍電影，從感受3D效果出發，激發學生學習興趣，用講述的方式直接告訴學生怎么制作眼鏡可以達到觀影效果。課堂比較注重動手制作，不涉及原理的探究和小組合作分享各環節。

基于CDIO教學模式的指導，為了引導和促進學生進行探究學習，筆者在教學設計中，做了以下改動：

（1）融入構思環節，學生能更好得完成鏡框的個性化設計。

（2）加入設計環節，充分發揮學生的個性化特點。

（3）突出實現環節，探究原理環節，重在學生討論和合作，增加課堂探究深度，達到實現真正理解的目的。

下面以紅藍3D眼鏡教學設計為例：

（一）項目教學內容分析

（1）教學內容：3D電影是學生日常生活中的娛樂項目之一，該項目來源于生活，以此為題容易引起學生的學習興趣。

（2）項目涉及學科知識分析：初二年級的學生在學習光學時已經學習過，人們看到透明物體的顏色由透過透明物體的色光決定。紅藍3D眼鏡的原理為，影視畫面由兩個視覺差的畫面組成，兩幅圖的RGB都作了特別處理，其中一幅用紅色保存圖片信息，另一幅用藍色保存圖像信息。戴上紅藍3D眼鏡后，紅色鏡片對應的眼睛只能看到用紅色保存信息的圖片，藍色眼鏡對應的眼睛只能看到用藍色保存信息的圖片。兩邊眼睛看到的畫面有一定的視覺差，從而呈現立體效果。故學生在物理課中的光學知識為該項目的原理探究積累一定的基礎。該案例在教學實施中具備設計、制作和原理探究的性質，CDIO教學模式中的構思設計環節能夠得以體現。

（3）項目設計特點及意圖：探究式教學包括創設情境、啟發思考、自主（或小組探究）、協作交流、總結提高五個環節。CDIO教學模式則包含構思、設計、實現、運作環節。基于兩種教學模式，本教學設計有以下特點：①創設情境，從紅藍3D電影出發，提出紅藍3D電影的呈現原理是什么，使學生體會該項目于現實生活的緊密聯系。②通過課堂體驗活動，啟發學生能夠看到3D效果與紅藍3D眼鏡、特制圖片兩者皆有關系，加強學生觀察及分析問題的能力。③根據自身喜好構思并設計一款特別的紅藍3D眼鏡，提升學生的設計能力。④協作交流，制成實現觀影效果的成品。用制作好的眼鏡觀看紅藍圖片，若無法呈現3D效果，與小組成員交流原因，并進一步改進眼鏡的制作，最終能夠實現觀看效果，提高團隊合作能力。⑤小組合作，探究紅藍3D眼鏡呈現立體效果的原理。⑥對所學知識拓展提升，實現紅藍3D圖片的制作，實現知識的學以致用，升華探究效果。

（二）學生分析

1.學生已有生活經驗和學習該內容的經驗

該項目的教學對象為初二年級學生，學生光學學習中已經儲備了3D眼鏡呈現3D效果的相關知識。學生已經有過探究課堂的學習經歷，對課堂各個環節的大致流程較為熟悉。以往的學習，已經形成固定的小組，小組成員之間在小組分工合作上有一定的默契。初二的學生正是個性凸顯的年紀，這讓設計成品更具多樣化和個性化。

2.學生學習該內容可能的困難

學生以往的學習和生活經驗，對圖片或影視畫面呈現立體效果的原因缺少認識，在理解紅藍圖片的形成過程需要對圖片的RGB進行調整存在一定困難。

（三）學習目標

（1）通過該項目的學習，了解紅藍3D眼鏡的工作原理。

（2）通過眼鏡的設計環節，提高學生的構思設計能力。

（3）在小組討論過程中，培養學生團隊合作精神。

（4）探究過程中，提高學生解決問題的能力，同時提升學生的探究欲望。

（四）教學過程

1.準備工作

卡紙、尺子、美工刀、剪刀、雙面膠、透明膠、紅藍雙透膜。

2.教學流程

（1）創設情境，激發學生學習興趣。放映紅藍3D電影影片，激發學生學習興趣，提出問題：你是否了解過紅藍3D眼鏡的構造和原理？

（2）啟發思考，明確紅藍3D眼鏡之所以能看到3D效果與眼鏡、圖片兩者皆有關系。讓兩個學生戴上老師課前制作好的紅藍3D眼鏡，觀看PPT上投影出來的紅藍效果圖。由觀看的學生將觀看效果分享給全班同學;引導全班思考：為什么戴上紅藍3D眼鏡的同學能看到3D效果，其他不戴眼鏡的同學看不到效果？該環節的目的是通過引導，讓學生能從控制變量的角度分析出能看到3D效果與眼鏡有關。

接著設置對比試驗，用多媒體呈現一張未經處理的圖片，戴紅藍3D眼鏡的學生繼續觀察圖片，把觀看效果跟全班分享。該環節的目的是通過對比試驗，讓學生明確能看到3D效果，呈現的圖片必須進行特殊處理。

（3）根據個人喜好構思，設計并制作個性化眼鏡。該環節有兩方面目的：通過自身構思及設計，發揮學生自身個性特點，完成眼鏡框架的設計。二是根據3D眼鏡的原理，初步完成鏡片的安放。鏡片安放會出現兩種結果，左紅右藍或者左藍右紅。其中左紅右藍能夠看到更明顯的3D效果，另一種情況幾乎看不到3D效果。

（4）體驗中討論交流，明確眼鏡構造，實現眼鏡正確運行效果。學生完成眼鏡的制作后，讓學生小組內交流，就鏡框設計特點、鏡片位置等做相關交流。提升學生的交流溝通能力，釋放每個學生的個性。接著讓每個學生用自己制止的眼睛觀看3D影視。觀看過程中會出現兩種不同的結果，部分學生能順利看到3D效果，另外一部分學生無法看出效果。由此提問，引導學生觀察并思考導致兩種結果的原因是什么。讓學生總結出眼鏡鏡片必須左紅右藍才能看到效果后，繼續改進眼鏡構造。提出關鍵性問題：為什么眼鏡鏡片必須左紅右藍，我們看到的3D效果和眼鏡鏡片及處理過的紅藍圖片究竟有什么關系？

（5）探究鏡片位置及紅藍圖片與呈現3D效果的原因。首先，明確人體感官能感知立體效果的原因。用游戲的方式讓學生初步理解人眼自帶3D功能。在學生對人眼看到立體物體是因為視距差有一定認識后，再通過極端法用PPT給學生直接的視覺沖突，總結人能看到立體效果的根本原因是左右眼看到物體的不同部位，兩個眼睛看到的畫面經大腦合成，得到立體的效果。

接著，探究紅藍3D眼鏡能呈現3D效果的原因。學生通過討論，運用所學光學知識，總結歸納原因：紅色鏡片只能看到處理后的紅色畫面輪廓，藍色鏡片只能看到處理后的藍色畫面輪廓。紅藍兩幅圖片存在一定的視覺差，左右眼看到的有差異的圖像經大腦合成后形成3D效果。

（6）探究鏡片必須左紅右藍的原因。呈現多組圖片，引導學生觀察紅藍圖片的共性：左紅右藍。用多媒體呈現紅藍電影拍攝和放映的過程圖，加深學生對原理的理解。

（7）最后，給學生小組談論整理整節課流程，讓小組代表簡述紅藍3D眼鏡能看到紅藍圖片呈現立體效果的原理。

四、結語

《探究科學》校本課程存在教學資源的缺乏以及教師對本課程認識具有局限性的問題，相關項目的教學設計及課堂實施還存在較大阻礙。本文從探究教學和CDIO兩種教學模式的結合出發，嘗試對《紅藍3D眼鏡》教學項目的教學設計做了改動。融入CDIO教學模式的思想后，整堂課的教學內容更加豐富，學生個性化。本文通過文獻研究等嘗試將CDIO教學模式融入教學設計，得出以下幾個結論：（1）在CDIO教學模式，探究科學課程教學設計更能體現學生個性化特點，課程形式多樣化得到提升。（2）CDIO教學模式能充分調動學生的學習積極性，學生在學中做，做中學，達到理論與實際相結合的目的。

參考文獻：

[1]周曉華.CDIO理念創新“模擬電子技術”課程教學改革[J].電氣電子教學學報，2017，40（5）：47-51.

[2]郭金妹，張建榮，陳磊.“新工科”背景下面向實踐創新能力培養的數字電子技術基礎課程教學模式改革與實踐[J].科教導刊，2019，12（4）：113-115.

[3]曹秀娟.校本課程開發的現狀及其對策研究[D].湖南：湖南師范大學，2013.

項目：廣西高等教育教學改革工程項目《基于CDIO模式的電子信息類專業電子技術課程改革研究與實踐》（項目編號：2013JGB308）;JG201907校級“課程思政”教育教學改革示范課程-電磁學

作者簡介：藍秋梅（1989—?），女，壯族，廣西忻城縣人，碩士，助教，研究方向：教學法。

*通訊作者：楊翠云（1972—?），女，瑤族，廣西桂林人，碩士，副教授，研究方向：教學法。