應用型高校基于CDIO工程教育理念的智慧課堂教學模式探索

張琛 張新 屠菁 華珊珊

摘要：CDIO工程教育理念的教學模式以項目驅動為導向，有利于培養學生的實踐動手能力和創新意識，已經成為一種最具創新性和改革性的教學模式。結合 CDIO 理念的“構思、設計、實施、運行”四個階段來設計智慧課堂“課前、課中、課后”的軟件工程概論課程教學活動，以學生為主體、教師為主導的“項目驅動”+“團隊合作”交互式學習，將具體軟件項目引入教學過程中，綜合培養學生的團隊合作能力和自主學習能力。

關鍵詞：CDIO；智慧課堂；教學模式；軟件工程

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）06-0165-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

0 引言

為了解決工程教育中理論學習與實踐應用偏差問題，美國麻省理工學院與瑞典皇家工學院、瑞典查爾姆斯理工大學和瑞典林雪平大學共同規劃CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate，CDIO）教育架構，并成立以CDIO命名的國際合作組織[1-2]。CDIO工程教育模式一經提出就得到了廣泛的認可，也是近年來國際工程教育最佳的實踐成果[3]。隨著移動互聯網的發展，智慧課堂作為目前課堂教學新的技術手段，得到了廣泛應用。通過CDIO理念組織教學過程，以智慧課堂方式進行教學活動[4-5]，將符合CDIO理念的學習資源和符合智慧課堂的教學活動進行創新性融合，利用現代教育技術與建構主義學習理論對課堂教學進行改革。

1? 現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的核心課程[6-7]，在計算機學科人才培養體系中占有重要地位。課程指導學生以工程化的思想進行軟件的開發、維護和管理。軟件工程概論課程已經成為國內外各大高校計算機軟件教學體系中的一門核心課程。通過本課程的學習，要求學生能掌握軟件工程的基本概念、基本原理，具備軟件項目開發的技術，掌握開發過程中的流程、準則等。培養學生開發高質量軟件、策劃和管理軟件開發的能力。

傳統的軟件工程教學內容陳舊，實踐環節薄弱，而且評價體系單一，具體體現如下。

1.1 傳統軟件工程概論課程教學內容陳舊，教學實踐環節薄弱

軟件工程概論課程設計的初衷，是為了培養學生完成較大規模的軟件項目開發能力，但是軟件項目開發是一門實踐性很強的系統工程，實踐經驗在軟件項目開發中扮演著至關重要的角色。現階段，傳統的軟件工程概論課程課堂教學模式以生硬的理論知識教學為主，采用“填鴨式”教學方法，以教師講授為主，學生缺少具體的項目實踐經歷，使得理論脫離實際，學生很難領會軟件工程概論課程的精髓，難以對課本上的理論知識產生共鳴，讓沒有項目實踐經驗的學生感覺很枯燥，忽視了學生的主動性和參與性。這種教學模式培養出來的學生缺乏項目經驗，走上工作崗位后往往難以立刻滿足企業需求，需要在企業再培訓一段時間才能勝任工作。

1.2 傳統軟件工程概論課程評價體系簡單，教學評價形式單一

傳統軟件工程概論課程評價體系主要是以筆試考試為主，評價標準片面，評價形式單一。這種片面、單一的評價體系導致學生為了應對期末考試，往往采取在考前突擊復習和死記硬背來應付考試，這種“應試教育”式的評價體系，對提高學生實際軟件開發能力效果甚微，嚴重缺乏對學生的分析解決問題能力、動手能力、團隊協作能力和設計能力的考核，導致理論知識與實際能力的失衡，考核結果無法衡量學生的真實能力。基于CDIO的教學模式的課程評價體系以項目成績為核心，形成多維度的復合評價體系。其核心指標項目成績由小組每次作品評議成績和匯報成績構成，使得評價標準能夠將理論知識與項目實操結合起來，通過具體的項目實操，完成具體產品的設計和產出，更能夠評價學生的綜合能力。

2 CDIO 工程教育模式與智慧課堂

2.1 CDIO 工程教育模式

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

CDIO表示構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），代表著是一套全面的工程教育人才培育模式和架構，該模式參考真實的公司產品生產設計流程和需求，實現理論學習與應用實踐協同發展，讓學生真正了解社會與產業的需求，完整經歷產品生產設計全流程，成為“問題的解決者”。CDIO 工程教育理念的目標是培養學生成為一名優秀的工程師，具有創新精神、專業技術以及社會責任感。目前，國際上大量的學校加入了“CDIO工程教育聯盟”，開始關注該教學模式，主要是因為該模式能夠將應用型人才培養目標和工程教育等緊密結合，培養適應于現代企業的工程師。

2.2 智慧課堂

近年來，互聯網技術迅猛發展，大數據、云計算已經被廣泛應用于學校的教育教學，在教學數據采集、教學結果評價、線上線下互動等方面，打破了傳統的教學模式，逐步向智能化、信息化發展，而“智慧課堂”的產生為新型的教學模式提供了技術支持，智慧課堂是新一代信息技術發展的必然產物，推動了教學模式的改革。智慧課堂聚焦于教學、課堂、師生活動，因此從誕生之后，就得到了極大的關注[9-11]。智慧課堂教學活動分為三段，即課前、課中和課后。課前，教師確定教學目標，制定軟件開發項目，線下傳遞教學資源，學生線上隨時隨地預習，互動答疑完成預習，根據學生的表現及時調整教學重難點，不僅提高了課堂效率，還促進了學生的學習興趣。課中，線上以學生為主體、教師為主導“項目驅動”+“小組討論法”交互式學習，充分調動學生的參與積極性。課后：線上動態完成過程考核。智慧課堂通過智慧的“教”與“學”，借助信息化手段提高教學數據分析能力、交流互動能力、個性化輔導，符合學生學習和成長的自然規律[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模式體系構建

以 CDIO 工程教育理念為指導，在軟件工程概論課程教學中引入智慧課堂，進行教學模式的構建。在CDIO工程教育理念的指導下，從培養學生的工程教育和實踐能力出發，研究課程教學技術，安排教學重難點，優化教學內容，設計合理的教學方法，對教學講授方法繼續創新，提升師生互動，通過全方位、多角度的教學評價方式繼續教學效果考核。將符合 CDIO 工程教育理念的學習模式和軟件工程概論課程的教學活動進行創新性融合，旨在借助智慧課堂，從課前、課中、課后三個環節繼續課程學習。

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模式體系構建基本設計思路如圖1所示。將構思、設計、實施和運行融合到課前、課中、課后三個環節中。

3.1 “構思”階段（課前）

“構思”階段，教師根據課程培養目標，按照 CDIO工程教育理念的要求對教學內容、教學重點與難點進行整合。以軟件測試為例，首先引導學生進行需求分析，為什么要做軟件測試，然后學習軟件測試的具體方法。教師課前準備環節需要制定軟件開發任務，在課前向學生分享課程需要的學習資料，督促學生進行課前學習，引導學生有重點、有方向、有目的進行學習。教師在課前“構思”階段主要工作包括：制定軟件開發任務、分享學習資料、引導自主預習，針對學生遇到的問題，及時通過線上溝通的方式進行交流，解決問題。

3.2 “設計”階段（課中）

針對“設計”階段，借助前期“構思”階段學生反饋的信息，通過項目的需求分析進行新課導入，并通過超星學習通下達本節課的軟件開發任務，老師在課堂教學過程中，針對學生反饋的問題，有針對性地對教學疑難點進行課堂講授，同時對學生提出的問題進行專項答疑。學生在老師的組織下，以小組為單位，對軟件測試方法進行專題討論。

在設計階段，學生需要軟件測試的方法，在學習過程中，師生共同就實施階段遇到的難點問題進行討論，對方案進行優化。此外，通過隨堂測試的方式，了解學生對于知識的掌握程度，及時調整教學內容，并進行個性化作業的布置。

3.3 “實施”階段（課中）

CDIO工程教育理念教學體系的核心環節就是“實施”。根據軟件開發任務的內容對學生進行分組。在軟件測試中，教師要求學生對任務中的關鍵知識點、技能點進行完善，明確項目實施方案。例如等價分類法、邊界值分析法、錯誤猜測法等。在課中的評價反饋上，教師通過對學生的學習過程進行綜合評價，重點突出對軟件工程項目設計能力的考核，注重實踐能力、創新能力以及團隊協作能力的綜合評價，以軟件測試這一小節為例，本次智慧課堂的課中教學設計如表1所示：

表1? 軟件測試教學內容

[教學過程 知識點 時長 案例導入 項目驅動：Exchange 2000 和 Windows 2000 的人員結構，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 等價分類法 ? ? 7分鐘 邊界值分析法 7分鐘 錯誤猜測法? 6分鐘 例題講解 針對獎金計算系統等例題進行講解 10分鐘 總結 交互練習

在學習通上推送練習，學生作答，統計學生提交的答案，及時分析學生對該知識點的掌握情況 5分鐘 ]

3.4 “運行”階段（課后）

通過課中學生的綜合表現（實踐能力、創新能力、團隊協作能力等），進行實踐效果和過程把控分析，通過總結和反思，優化基于CDIO工程教育理念的軟件工程概論課程教學理念模式研究與實踐，讓其具有更強的可行性和推廣性。課后個性輔導，兼顧學生差異，推送自主學習內容。

首先，改變傳統的布置統一作業的模式，進行個性化課后作業與指導，根據學生課前預習和課堂學習的情況，有針對性地發布作業任務，使用超星學習通等現代化的教學平臺推送個性化復習資料。

其次，學生完成作業后通過平臺將作業提交給教師，客觀題通過平臺設置自動批改和評分，而對于主觀題，教師針對每個學生的作業情況錄制作業批改微課，這種方式可以讓學生得到及時的反饋，通過平臺反饋，讓學生指導自己的薄弱點，進而進行強化學習。同時通過個性化輔導，滿足不同層次學生的學習要求。

最后，推送自主學習內容。通過自主學習進一步加強學生的學習能力，擴展學生的知識面。

CDIO 工程教育模式下的智慧課堂教學，按 CDIO 理念組織教學過程，將教學內容項目化，采用項目驅動式教學方法，按智慧課堂方式進行教學活動，突出以學生為中心，為學生構建積極和諧的學習情境，通過項目引領學生自主構建完整的知識體系。

3.5 多維評價機制

基于CDIO工程教育理念的智慧課堂教學模式采用多維的評價機制，基于“以學論教”的思想，使用以學生的“學”來評教師的“教”。因此，學生成為評價的主體。該模式下學生的學習由課內和課外組成，課內主要是線下課堂學習，課外主要是線上平臺學習。相較于傳統、單一教學評價方式，基于CDIO工程教育理念的智慧課堂教學模式采用了多元評價的方法，即評價主體多元、評價方式多元、評價內容多元，充分發揮其激勵和導向功能，具體如圖2所示：

4 結論

在CDIO工程教育理念下結合智慧課程進行軟件工程概論課程的模式構建，該模式通過構建項目驅動的教學內容，改革優化課堂教學環節和教學方法，同時增加大量軟件項目開發案例，將理論與實踐緊密結合。這種圍繞項目開發周期的方式提高了學生學習的主動性、創新能力以及團隊合作能力。此外，健全

教學評價機制，采用多維評價機制，全方位、多角度地衡量學生的綜合能力，以及教師的教學效果。

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【通聯編輯：唐一東】