教育信息化背景下基于CDIO的混合教學模式設計

王園園, 張娜, 袁訓鋒

(商洛學院 電子信息與電氣工程學院， 陜西 商洛 726000)

0 引言

現代社會迫切需要高水平、高技能的應用型人才，應用型本科院校是培養高水平、高技能應用型人才的搖籃。應用型本科院校教育以應用型專業教育為基礎，以社會人才需求為導向，以學科為背景，面向區域經濟，培養具有綜合知識、專業技能和綜合素質的生產、建設、管理、服務的高水平應用型人才。CDIO教育模式通過項目構思(Conceive)、項目設計(Design)、項目實現(Implement)和項目運作(Operate)的完整實施，來培養學生的工程實踐能力[1-3]。但這樣的教育模式，必然造成大容量的工程教學內容和有限的課堂教學時間、教學資源配置之間的矛盾。教育信息化以全面推動教育現代化為主要目標，因此通過混合式教學、通過網絡資源與課堂資源的有機結合可以有效解決現存的問題，本研究以“傳感器及檢測技術”課程為應用研究對象，對基于CDIO工程教育理念的混合教學模式進行研究。

1 教學體系的構建

基于CDIO工程教育理念的混合教學模式，實質是CDIO工程化的教學內容與混合式學習多元化的學習方法的結合，借助網絡平臺可以設計多元化的教學活動與考核模式，依托課堂與實踐平臺可以有效的將學生網絡學習知識轉化為實際的項目操作。設計教學模式體系，如圖1所示。

圖1 基于CDIO的混合教學模式

由圖1可知，工程教育理念的核心是工程化的教學內容，遵循由易到難、由基礎到創新的將項目階梯型的劃分為基礎驗證性項目、應用實踐類項目和綜合創新類項目，課堂教學分為課前微課導入(網絡資源)、課內協作學習和課后網絡測試(網絡平臺)。項目的實施方面，將可以在實驗室完成的基礎項目在實驗室完成，而綜合性項目、創新性項目課后學生自主安排時間實施，教師網上進行答疑，開辟第二課堂，在整個課堂授課過程中與企業協作授課，企業提供熱點的實驗項目供學生學習，使整個實驗項目與社會需求相切合，整個教學過程將傳統課堂與線上教學相結合，進行多元化的評價，改變原有單一考核模式，進行過程性評價和結果評價相結合的評價模式，整個教學體系以課程知識為基礎，以培養學生的創新能力、實踐能力和協作能力為目標。

2 混合式 CDIO 模式的教學組織

根據課程內容將課程劃分為線上課程學習、課堂知識講解、項目教學、綜合考核四個方面，又將課堂組織分為課前自主學習、課上知識內化與項目實踐兩部分，課前自主學習主要在網絡課程平臺完成，學生根據教師布置學習任務完成線上相關知識點學習，完成每節課的在線測試及課前實踐，而教師可跟蹤學生學習情況，收集學生學習過程中存在的共性問題，以及結合本節課程的重點難點調整線下課程的教學流程。在線下課程部分教師主要進行教學引導解答相關重點難點問題，對線上課程進行規劃總結，進一步引出實踐項目，引導學生將所學理論知識應用在相關實踐項目中[4]。混合教學設計，如圖2所示。

圖2 混合式教學課堂組織

在通過混合式教學完成理論課知識講解的同時，將基礎項目融入教學中，同步進行，基礎項目一般為驗證性實驗項目，放棄原有的先理論教學再進行實驗演示，學生實驗的傳統模式改為將實驗項目的導入放在理論課程前講解。其教學流程，如圖 3 所示。

圖3 基于CDIO的 混合式教學組織

每個基礎項目的導入在學生進行線上課程學習前以任務書的形式下放：主要包括項目背景、設計目標和相關網絡視頻的介紹，讓學生帶著項目中的相關問題進行章節的學習，主動學習更加有利于提高學生的學習積極性，學習更加具有針對性。而綜合性實驗項目的導入以微課的形式完成，在一開始不進行分組，避免個別學生對同組人員過分依賴，而選擇在綜合性項目開始前進行分組工作，通過課程開始前的項目導入使學生對項目產生直觀認識，在整個學習過程中能進行自主探究式學習，最終完成學習目標。

課內教學采用小組協作與講授的形式站靠。以電子信息工程專業的三年級學生為例，將處于同一專業的 2 個班共 64 人劃分成 3～4 人的小組。分組時按照“同組異質、異組同質”的原則進行組合。形成組內互補、組間競爭的局面。而教師在項目實施過程中對項目進行重難點的解析、組織協調等工作。小組成員在進行分組后進行進一步分資料檢索、探究、提出設計方案，教師對方案進行反饋評價、小組成員完善方案后協作完成項目，進行報告的撰寫及講解演示，最后進行項目的量化評價。

3 以 CDIO 教育理念優化教學內容

以CDIO的教育理念進行課程改革所涉及課程需理論與實踐緊密結合，課程內容可融入實踐項目中完成，同時學生應具備了一定的相關課程知識積累，以電子信息類專業的專業必修課“傳感器及檢測技術”為例，課程主要介紹了傳感器的工作原理、性能指標以及測量電路等，課程內容涉及知識面廣，基本工作原理跨度大，而對于應用型本科院校學生來說，除了相關的理論知識外如何使用傳感器，設計相關檢測電路，提高精度等同樣重要，而單純的課堂教學學生無法學以致用。同時分析相關教材可以看到，按照傳感器原理分為應變式傳感器、差動變壓器式傳感器、電容式傳感器、霍爾式傳感器、壓電式傳感器、光電傳感器和熱電偶傳感器等[5]，因此將基礎項目按照原理進行設計，共設計七個基礎項目，可以在實驗室以兩人一組的形式完成。而同時可以看到課程按照傳感器測量參數劃分為位移、力、壓力、加速度、溫度和光等參數的測量，而每個參數又可以有不同的傳感器進行測量，以位移為例可以選擇應變式傳感器、變壓器式傳感器、電容式傳感器和壓電式傳感器等不同的傳感器實現，因此將綜合性項目按照可測量參數進行設計，學生需在掌握了傳感器的基本知識后，根據項目內容自主選擇傳感器設計方案進行項目的實施。而最終設置的創新性項目為智能安防系統，需要選擇多種傳感器，涉及電路原理、數模電和單片機等多門課程，可作為實訓項目或課后拓展項目進行實施，拓展項目部分也可與企業合作進行深層次研究，項目教學實驗，如表1所示。

表1 “傳感器及檢測技術”課程教學項目列表

基礎實驗項目主要進行傳感器原理的驗證，而綜合性實驗項目培養學生的創新能力、工程實踐能力，而通過拓展項目可最終達到對學生能力知識、素質的綜合培養的目的[6-8]。需要注意的是不是所有的課程都可以將項目穿插整個過程，需根據課程的特點與學生的學習程度有選擇性的實施[9]。

4 考核方式的改革

新的教學模式必然需要新的考核方式，現有的考核方式過于單一，無法進行過程化管理，因此將基于CDIO混合教學模式的考核歸納為網絡自學成績占總成績20%，項目考核成績占總成績40%，期末成績占總成績40%。其中網絡自學成績根據網絡平臺的統計進行網絡自學成績的評定，包括學習時長、在線測試成績等。項目考核成績由報告成績、答辯成績、學生互評成績和教師評價成績等構成，而期末成績仍然進行卷面考核。改革后的考核體系注重過程評價，淡化卷面成績。在整個過程評價中將組間互評、自評、答辯和教師評價相結合，防止學生在學習過程中出現等、靠等現象。通過多元化的評價完成整個教學過程的考核。

5 教學效果

2018年我校引入智慧樹混合式教學平臺，通過教師、學生訪談和課堂觀察等途徑，筆者對課程的混合式學習實施情況進行了深入的調查，并對進行混合式教學的一個教學班共計33人進行調研，如表2所示。

表2 學生調研結果

與以往課堂集中講授，講練結合的教學方式相比，基于CDIO的混合式教學可縮減課堂課時，課下充分發揮學生自主學習的積極性，避免了線上學生學習的參與度不夠，流于形式的問題。

6 總結

信息化背景下，越來越多線上學習平臺為教學提供了多樣化的可能性，基于CDIO的混合教學模式將課堂教學與線上課程緊密結合，將傳統課堂學習與網絡學習相融合，優化了教學資源配置，從而提高教學效率，在學生中實踐效果較好。