CDIO和翻轉(zhuǎn)課堂融合下的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)實(shí)踐與研究

（蚌埠學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，安徽蚌埠233000）

（蚌埠學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，安徽蚌埠233000）

針對傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)效果不佳的問題，將CDIO工程教育模式與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式相融合，采用“四段式”教學(xué)模式開展課程教學(xué)活動，以“JSP程序設(shè)計(jì)”的課程教學(xué)為例闡述了具體的教學(xué)過程。該方式下的課程教學(xué)有助于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，是以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體的教學(xué)思想的深入實(shí)踐。

CDIO；翻轉(zhuǎn)課堂；程序設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

一、概述

目前，應(yīng)用型本科高校特別注重培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用和實(shí)踐能力，作為一種新型教學(xué)理念，CDIO在培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的實(shí)踐能力和職業(yè)素養(yǎng)方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。CDIO的含義是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Imple—ment）和運(yùn)作（Operate），它以項(xiàng)目開發(fā)到項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)的一整套生命周期為載體，以一體化的課程教學(xué)方式開展教學(xué)，并使學(xué)生能夠自主的學(xué)習(xí)工程開發(fā)過程［1］。

翻轉(zhuǎn)課堂是把傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程翻轉(zhuǎn)過來，讓學(xué)習(xí)者在課前觀看視頻、查閱資料，完成知識的自主學(xué)習(xí)，師生在課堂教學(xué)上開展互動，用于解答問題、思考討論，并促使知識內(nèi)化和總結(jié)［2］。CDIO提倡“主動的、實(shí)踐的”學(xué)習(xí)方式和翻轉(zhuǎn)課堂模式的學(xué)生先自主學(xué)習(xí)，然后由教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用知識并付諸實(shí)踐的思想具有極高的一致性和互補(bǔ)性，如果能夠以CDIO理念為指導(dǎo)思想，以翻轉(zhuǎn)課堂為教學(xué)手段，將二者有機(jī)融合，那么課堂教學(xué)的質(zhì)量必將得到顯著的提升。

二、程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

目前大多數(shù)學(xué)校的程序設(shè)計(jì)類課程均采用傳統(tǒng)的方式組織教學(xué)，即“理論講解+實(shí)踐操作”的教學(xué)模式，理論課以教師講解為主，結(jié)合案例開展教學(xué)；實(shí)驗(yàn)課以學(xué)生練習(xí)為主，教師給學(xué)生布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并通過演示等的方式指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)踐過程［3］。在教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的教學(xué)模式存在很多問題。

（一）課堂教學(xué)效果不佳，難以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力

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

（二）學(xué)習(xí)方式相對單一，無法體現(xiàn)學(xué)生的個(gè)體差異

目前的教學(xué)方式中，教師面對的學(xué)生在基礎(chǔ)知識、學(xué)習(xí)能力方面都存在一定的差別，為照顧大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，只能按照一般學(xué)生的基礎(chǔ)和能力開展教學(xué)活動，這就造成了教師的教學(xué)活動無法滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的個(gè)性需要，達(dá)不到因材施教的目標(biāo)。

（三）學(xué)習(xí)方式較為被動，無法產(chǎn)生思維碰撞

目前的教學(xué)方式中，理論教學(xué)為教師講解知識點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為學(xué)生操作實(shí)踐，兩個(gè)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)都相對孤立，很少有機(jī)會進(jìn)行交流和爭論，這就造成學(xué)生之間、師生之間思維碰撞的機(jī)會較少，不利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，從而導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高。

三、CDIO教學(xué)模式和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)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(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年的探索和實(shí)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(yǎng)大綱對畢業(yè)生的能力劃分為四個(gè)層面，即工程基礎(chǔ)知識、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力，并要求在培養(yǎng)的過程中以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生達(dá)到這四個(gè)層面的目標(biāo)［5］。CDIO理念是歐美20余年工程教育改革理念的傳承和發(fā)展，值得注意的是該理念系統(tǒng)全面的提出了在人才的能力培養(yǎng)、具體實(shí)施和效果檢驗(yàn)等方面的12條標(biāo)準(zhǔn)。近年來，多個(gè)國家的知名高校采用這12條標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施和評價(jià)教學(xué)成果，結(jié)果顯示，采用該標(biāo)準(zhǔn)后，人才培養(yǎng)整體質(zhì)量得到了顯著提升，更為重要的是，該標(biāo)準(zhǔn)為以后的工程化教育發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)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(xué)越來越凸顯出其教學(xué)效果的優(yōu)越性，以CDIO模式培養(yǎng)的畢業(yè)生也受到了用人單位的一致好評。

（二）翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂（The Flipped Classroom）也稱為“反轉(zhuǎn)課堂”或“顛倒教室”，是2011年開始在美國興起新型教育教學(xué)模式［6］。翻轉(zhuǎn)課堂在一定意義上說是對傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的一種顛覆，為積極致力于教學(xué)方式改革的人們提供了一種全新的視角。翻轉(zhuǎn)課堂重新建構(gòu)了學(xué)習(xí)的整個(gè)流程，打破了傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生在課堂聽課，然后課后復(fù)習(xí)、寫作業(yè)，最后考試的教學(xué)形式。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中，學(xué)生先通過教師制作的教學(xué)視頻自學(xué)，在課堂教學(xué)中，通過做一些有針對性的實(shí)踐性練習(xí)，對視頻學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)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(xué)生遇到問題時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)，并開展相關(guān)問題的討論，教師還要對不同學(xué)生進(jìn)行區(qū)別指導(dǎo)。翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)教學(xué)的一個(gè)主要區(qū)別是反轉(zhuǎn)了原有的學(xué)習(xí)過程，將原先課堂上的教學(xué)內(nèi)容讓學(xué)生在課外完成，而將原先課外完成的作業(yè)在課堂上完成，這樣使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加主動，也使教師的教學(xué)適應(yīng)面更廣。

（三）CDIO工程教育模式和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的融合

CDIO工程教育模式采用“做中學(xué)”的方式開展教學(xué)，注重培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)人技能、團(tuán)隊(duì)合作能力和工程系統(tǒng)構(gòu)建能力，要求學(xué)生在CDIO的教學(xué)過程中具備參與實(shí)際工程項(xiàng)目的基本素養(yǎng)，是一種以就業(yè)為導(dǎo)向的教育理念。而翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式要求學(xué)生提前自主完成知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，課堂上通過師生間和生生間討論的方式完成教學(xué)過程，注重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探究和獨(dú)立思考的能力?？梢钥闯?，翻轉(zhuǎn)課堂中的師生、生生間討論式學(xué)習(xí)有助于學(xué)生培養(yǎng)CDIO教育模式中要求的團(tuán)隊(duì)合作精神，而翻轉(zhuǎn)課堂對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的要求也有助于學(xué)生培養(yǎng)CDIO教育模式中的個(gè)人技能和工程實(shí)踐能力。另外，CDIO教育模式的“學(xué)中做，做中學(xué)”方式需要學(xué)生具備一定的知識基礎(chǔ)才能開始“做”，在“做”的過程中進(jìn)一步深入提升自己對于相關(guān)知識點(diǎn)的認(rèn)識和理解，而翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式要求學(xué)生提前觀看教學(xué)視頻，這就使學(xué)生在課前提前完成了“學(xué)中做”的“學(xué)”這一步，課堂上教師就可以在幫助學(xué)生消化教學(xué)視頻中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容后，引導(dǎo)學(xué)生“做”一些具體的案例，并學(xué)習(xí)更多的知識內(nèi)容?？梢?，CDIO工程教育模式與翻轉(zhuǎn)課堂具有良好的一致性和很好的互補(bǔ)性，尤其是在計(jì)算機(jī)類課程的教學(xué)上，二者的融合能夠很好的提升學(xué)生的個(gè)人技能，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)合作能力，從而最終具備工程系統(tǒng)構(gòu)建能力。因此，我們提出將CDIO工程教育模式和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式相結(jié)合的教學(xué)思路，即以CDIO工程教育理念指導(dǎo)教學(xué)過程，將翻轉(zhuǎn)課堂的“自主學(xué)習(xí)+討論+拓展”的方式與CDIO模式的“做中學(xué)”方式進(jìn)行有機(jī)融合開展教學(xué)活動。在這樣的教學(xué)過程中，CDIO模式對能力培養(yǎng)、方案實(shí)施以及檢驗(yàn)測評提出具體的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，翻轉(zhuǎn)課堂是教學(xué)開展的有效手段，充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體，以教師為引導(dǎo)的教學(xué)理念，確保人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

四、基于CDIO和翻轉(zhuǎn)課堂的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)方法探析——以JSP程序設(shè)計(jì)為例

《JSP程序設(shè)計(jì)》是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，旨在使學(xué)生學(xué)會使用JSP、Servlet、JavaBean、JDBC等技術(shù)開展Web應(yīng)用程序的開發(fā)，并且能夠根據(jù)實(shí)際需求編制出一些實(shí)用的程序。該課程是一門對學(xué)生綜合應(yīng)用能力要求較高的實(shí)踐性課程，包含了Java語言、Web頁面開發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)等等多方面知識，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大。學(xué)生學(xué)習(xí)該課程效果不佳的主要原因并不在于學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)本課程的興趣，而是傳統(tǒng)的理論和實(shí)踐分離的教學(xué)方式難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，師生和生生之間也缺乏必要的交流，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情難以持續(xù)，學(xué)習(xí)主動性也得不到發(fā)揮。我們提出了基于CDIO教學(xué)理念和翻轉(zhuǎn)課堂相融合的JSP課程“四段式”教學(xué)模式，即將教學(xué)過程分為四個(gè)階段，分別是課前自學(xué)階段、課內(nèi)強(qiáng)化階段、基礎(chǔ)實(shí)踐階段和強(qiáng)化實(shí)踐階段。

（一）課前自學(xué)階段

課前自學(xué)階段采用翻轉(zhuǎn)課堂模式開展教學(xué)，教師將課程的主要知識點(diǎn)以短視頻的方式發(fā)布給學(xué)生，要求學(xué)生在課前自學(xué)完成。該視頻結(jié)合具體實(shí)例介紹課程主要內(nèi)容，并引發(fā)學(xué)生思考一些問題，因此對視頻制作質(zhì)量有較高的要求，尤其要控制好視頻的時(shí)間和實(shí)例的難度。在JSP課程教學(xué)中，我們以“汽車銷售管理系統(tǒng)”項(xiàng)目的一些主要功能為主線制作視頻，并將課程知識點(diǎn)融合在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，對于內(nèi)容較多的部分進(jìn)一步劃分為1～3個(gè)教學(xué)任務(wù)，控制每個(gè)視頻的時(shí)間最多不超過10分鐘，這樣學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較輕松，更容易堅(jiān)持完成長期的自主學(xué)習(xí)。

（二）課內(nèi)強(qiáng)化階段

通過課前自學(xué)，學(xué)生初步完成了對知識點(diǎn)的理解，但是學(xué)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(xué)生認(rèn)知上的所有問題，因此教師應(yīng)首先針對學(xué)生自學(xué)的情況進(jìn)行檢查和總結(jié)，并著力解決學(xué)生提出和存在的問題。在解決了學(xué)生的主要問題后，教師可以對主要知識點(diǎn)結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步展開講解，也可以引入更多的實(shí)例說明相關(guān)的其他問題，對重要內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣?，同時(shí)引發(fā)學(xué)生對一些關(guān)鍵問題進(jìn)行思考和討論。在這個(gè)過程中，教師如何引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)的提出問題是教師在備課階段需要仔細(xì)考慮的問題，這要求教師要提前了解學(xué)生的學(xué)習(xí)和接受能力，并逐步積累經(jīng)驗(yàn)，只有這樣才能很好的控制教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生思考并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并在此過程中不斷提高和培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，真正實(shí)現(xiàn)以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)方式。例如，在介紹JSP訪問數(shù)據(jù)庫操作時(shí)，我們在視頻中首先以一個(gè)簡單的用戶登錄為例介紹了數(shù)據(jù)庫的連接、SQL語句的執(zhí)行方法，并對數(shù)據(jù)庫的JDBC接口和類進(jìn)行了初步介紹。然后在課堂上對登錄的功能做進(jìn)一步擴(kuò)展，如進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)用戶的權(quán)限控制功能，以及將用戶登錄封裝為bean等。這種漸進(jìn)式的教學(xué)方式容易被學(xué)生接受，而且實(shí)用的范例對學(xué)生有較高的吸引力，翻轉(zhuǎn)課堂上的教學(xué)為課堂教學(xué)節(jié)省了時(shí)間，也為課堂教學(xué)的發(fā)揮留出了更大的空間。此外，在具體操作過程中，我們還根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)和反饋情況開發(fā)了相應(yīng)的隨堂測試題目，有針對性的對學(xué)生可能遇到的一些問題進(jìn)行測試和講解，收到了較好的教學(xué)效果。

（三）基礎(chǔ)實(shí)踐階段

本階段要結(jié)合前期教學(xué)給學(xué)生布置具體的實(shí)踐任務(wù)，使學(xué)生通過獨(dú)立完成這些任務(wù)，進(jìn)一步理解主要知識點(diǎn)的用法，這個(gè)階段的任務(wù)難度不宜過大，可以是與知識點(diǎn)緊密結(jié)合的項(xiàng)目中的一個(gè)或者多個(gè)簡單功能的實(shí)現(xiàn)，這個(gè)階段的任務(wù)是通過讓學(xué)生獨(dú)立完成一些基本的操作，為學(xué)生樹立自己能夠解決問題的信心，這樣有助于調(diào)動學(xué)生下一步繼續(xù)自學(xué)和深入學(xué)習(xí)的積極性。如針對數(shù)據(jù)庫的操作，我們要求學(xué)生開發(fā)“汽車銷售系統(tǒng)”中擁有不同權(quán)限的用戶登錄管理程序，由于前兩個(gè)階段學(xué)生已經(jīng)對知識點(diǎn)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(xué)還自行探討解決了登錄中驗(yàn)證碼的設(shè)置等附加功能。

（四）強(qiáng)化實(shí)踐階段

本階段可以在課程設(shè)計(jì)或者綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中完成。該環(huán)節(jié)首先將學(xué)生分為若干個(gè)小組，每個(gè)小組完成由教師布置的一個(gè)綜合性的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。組內(nèi)成員應(yīng)有明確的分工，分工情況在設(shè)計(jì)開始階段提交給教師，這樣在項(xiàng)目驗(yàn)收時(shí)教師可以根據(jù)分工情況檢查每個(gè)學(xué)生是否完成了預(yù)期的任務(wù)，使每個(gè)學(xué)生都能夠充分的參與到項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中去，提高了學(xué)生之間的協(xié)作能力，也避免了部分學(xué)生投機(jī)取巧的行為。我們給出的具體選題包括：“企業(yè)職工信息管理系統(tǒng)”“二手車交易系統(tǒng)”“旅游信息管理系統(tǒng)”等。

五、結(jié)束語

程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的必備技能，程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)效果的優(yōu)劣直接影響到畢業(yè)生的就業(yè)質(zhì)量，因此該類課程的教學(xué)方法改革勢在必行。CDIO工程教育模式和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式都是目前先進(jìn)的教學(xué)理念，二者的融合使程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)具有了豐富的拓展空間，對于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力以及提高學(xué)生的實(shí)踐能力方面都有很好的效果。但是，這種先進(jìn)理念融合的教學(xué)方式在實(shí)施過程中也對教師提出了更高的要求，對視頻內(nèi)容的精煉、對課堂教學(xué)的引導(dǎo)和實(shí)踐題目的選擇都非?？简?yàn)教師自身的能力和水平，因此在以后的教學(xué)改革過程中，如何提高教師的綜合能力也是值得進(jìn)一步研究的問題。

［1］胡文龍.基于CDIO的工科探究式教學(xué)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(gòu)建開放教育翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的設(shè)計(jì)研究［J］.中國遠(yuǎn)程教育，2014（3）：52-60.

［3］羅福強(qiáng)，熊永福.基于CDIO的云計(jì)算與大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案［J］.計(jì)算機(jī)教育2015（1）：52-56.

［4］郭玲.融合CDIO和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式研究和實(shí)踐［J］.廣州職業(yè)教育論壇，2015（1）：32-36.

［5］唐琳，李彤，肖大薇.基于翻轉(zhuǎn)課堂的Java開發(fā)實(shí)踐課程教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)教育，2015（4）：103-107.

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

CDIO和翻轉(zhuǎn)課堂融合下的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)實(shí)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(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：2096-000X（2016）18-0152-03

安徽省質(zhì)量工程教學(xué)研究項(xiàng)目（編號：2013jyxm247）；安徽省質(zhì)量工程教學(xué)研究項(xiàng)目（編號：2014jyxm396）。

姚保峰（1980-），男，浙江寧波人，蚌埠學(xué)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(xué)院，講師，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘。

朱洪浩（1980-），男，安徽宿州人，蚌埠學(xué)院，講師，碩士，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘、信息檢索。

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