CDIO和翻转课堂融合下的程序设计类课程教学实践与研究

（蚌埠学院计算机科学与技术系，安徽蚌埠233000）

（蚌埠学院计算机科学与技术系，安徽蚌埠233000）

针对传统的程序设计类课程教学效果不佳的问题，将CDIO工程教育模式与翻转课堂教学方式相融合，采用“四段式”教学模式开展课程教学活动，以“JSP程序设计”的课程教学为例阐述了具体的教学过程。该方式下的课程教学有助于提高学生的自主学习能力、调动学生的学习积极性，是以教师为主导，以学生为主体的教学思想的深入实践。

CDIO；翻转课堂；程序设计；教学改革

一、概述

目前，应用型本科高校特别注重培养学生的工程应用和实践能力，作为一种新型教学理念，CDIO在培养学习者的实践能力和职业素养方面有独特的优势。CDIO的含义是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Imple—ment）和运作（Operate），它以项目开发到项目运行维护的一整套生命周期为载体，以一体化的课程教学方式开展教学，并使学生能够自主的学习工程开发过程［1］。

翻转课堂是把传统的学习过程翻转过来，让学习者在课前观看视频、查阅资料，完成知识的自主学习，师生在课堂教学上开展互动，用于解答问题、思考讨论，并促使知识内化和总结［2］。CDIO提倡“主动的、实践的”学习方式和翻转课堂模式的学生先自主学习，然后由教师引导学生运用知识并付诸实践的思想具有极高的一致性和互补性，如果能够以CDIO理念为指导思想，以翻转课堂为教学手段，将二者有机融合，那么课堂教学的质量必将得到显著的提升。

二、程序设计类课程教学现状及存在的问题

目前大多数学校的程序设计类课程均采用传统的方式组织教学，即“理论讲解+实践操作”的教学模式，理论课以教师讲解为主，结合案例开展教学；实验课以学生练习为主，教师给学生布置实验任务，并通过演示等的方式指导学生完成实践过程［3］。在教学过程中，我们发现当前的教学模式存在很多问题。

（一）课堂教学效果不佳，难以提高学生自主学习的能力

在理论教学过程中，教师全程讲解，很少有教师能够让学生长时间保持注意力集中，这就造成了学生学习效果不够理想；另外，无论是理论教学还是实践教学，都是教师主导整个教学过程，学生只能够按照教师的要求完成任务，学生在整个过程中缺乏主动性和独立思考的空间，因此导致学生的自主学习能力无法得到锻炼，这对学生的未来发展是非常不利的。

（二）学习方式相对单一，无法体现学生的个体差异

目前的教学方式中，教师面对的学生在基础知识、学习能力方面都存在一定的差别，为照顾大多数学生的学习需求，只能按照一般学生的基础和能力开展教学活动，这就造成了教师的教学活动无法满足学生学习的个性需要，达不到因材施教的目标。

（三）学习方式较为被动，无法产生思维碰撞

目前的教学方式中，理论教学为教师讲解知识点，实验教学为学生操作实践，两个过程中学生的学习都相对孤立，很少有机会进行交流和争论，这就造成学生之间、师生之间思维碰撞的机会较少，不利于调动学生的学习热情，从而导致学生的学习积极性不高。

三、CDIO教学模式和翻转课堂教学方式的融合

（一）CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的研究团队经过多年的探索和实践，提出了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织［4］。

CDIO培养大纲对毕业生的能力划分为四个层面，即工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力，并要求在培养的过程中以综合的培养方式使学生达到这四个层面的目标［5］。CDIO理念是欧美20余年工程教育改革理念的传承和发展，值得注意的是该理念系统全面的提出了在人才的能力培养、具体实施和效果检验等方面的12条标准。近年来，多个国家的知名高校采用这12条标准实施和评价教学成果，结果显示，采用该标准后，人才培养整体质量得到了显著提升，更为重要的是，该标准为以后的工程化教育发展奠定了基础。当前，越来越多的世界著名高校加入了CDIO组织，基于CDIO理念的教学越来越凸显出其教学效果的优越性，以CDIO模式培养的毕业生也受到了用人单位的一致好评。

（二）翻转课堂教学模式

翻转课堂（The Flipped Classroom）也称为“反转课堂”或“颠倒教室”，是2011年开始在美国兴起新型教育教学模式［6］。翻转课堂在一定意义上说是对传统课堂教学模式的一种颠覆，为积极致力于教学方式改革的人们提供了一种全新的视角。翻转课堂重新建构了学习的整个流程，打破了传统教学中学生在课堂听课，然后课后复习、写作业，最后考试的教学形式。在翻转课堂教学模式中，学生先通过教师制作的教学视频自学，在课堂教学中，通过做一些有针对性的实践性练习，对视频学习的内容进行深入理解和巩固，并最终能够解决具体的问题。课堂上教师会对学生遇到问题时进行指导，并开展相关问题的讨论，教师还要对不同学生进行区别指导。翻转课堂与传统教学的一个主要区别是反转了原有的学习过程，将原先课堂上的教学内容让学生在课外完成，而将原先课外完成的作业在课堂上完成，这样使学生的学习更加主动，也使教师的教学适应面更广。

（三）CDIO工程教育模式和翻转课堂教学模式的融合

CDIO工程教育模式采用“做中学”的方式开展教学，注重培养学生的个人技能、团队合作能力和工程系统构建能力，要求学生在CDIO的教学过程中具备参与实际工程项目的基本素养，是一种以就业为导向的教育理念。而翻转课堂教学模式要求学生提前自主完成知识点的学习，课堂上通过师生间和生生间讨论的方式完成教学过程，注重培养学生自主学习、自主探究和独立思考的能力。可以看出，翻转课堂中的师生、生生间讨论式学习有助于学生培养CDIO教育模式中要求的团队合作精神，而翻转课堂对学生自主学习能力的要求也有助于学生培养CDIO教育模式中的个人技能和工程实践能力。另外，CDIO教育模式的“学中做，做中学”方式需要学生具备一定的知识基础才能开始“做”，在“做”的过程中进一步深入提升自己对于相关知识点的认识和理解，而翻转课堂教学模式要求学生提前观看教学视频，这就使学生在课前提前完成了“学中做”的“学”这一步，课堂上教师就可以在帮助学生消化教学视频中的重点和难点内容后，引导学生“做”一些具体的案例，并学习更多的知识内容。可见，CDIO工程教育模式与翻转课堂具有良好的一致性和很好的互补性，尤其是在计算机类课程的教学上，二者的融合能够很好的提升学生的个人技能，提高学生自主学习和团队合作能力，从而最终具备工程系统构建能力。因此，我们提出将CDIO工程教育模式和翻转课堂教学模式相结合的教学思路，即以CDIO工程教育理念指导教学过程，将翻转课堂的“自主学习+讨论+拓展”的方式与CDIO模式的“做中学”方式进行有机融合开展教学活动。在这样的教学过程中，CDIO模式对能力培养、方案实施以及检验测评提出具体的实施标准，翻转课堂是教学开展的有效手段，充分体现以学生为主体，以教师为引导的教学理念，确保人才培养目标的实现。

四、基于CDIO和翻转课堂的程序设计类课程教学方法探析——以JSP程序设计为例

《JSP程序设计》是计算机相关专业的一门专业必修课程，旨在使学生学会使用JSP、Servlet、JavaBean、JDBC等技术开展Web应用程序的开发，并且能够根据实际需求编制出一些实用的程序。该课程是一门对学生综合应用能力要求较高的实践性课程，包含了Java语言、Web页面开发技术、数据库技术和网络编程技术等等多方面知识，学生学习难度较大。学生学习该课程效果不佳的主要原因并不在于学生缺乏学习本课程的兴趣，而是传统的理论和实践分离的教学方式难以调动学生的学习积极性，师生和生生之间也缺乏必要的交流，使得学生的学习热情难以持续，学习主动性也得不到发挥。我们提出了基于CDIO教学理念和翻转课堂相融合的JSP课程“四段式”教学模式，即将教学过程分为四个阶段，分别是课前自学阶段、课内强化阶段、基础实践阶段和强化实践阶段。

（一）课前自学阶段

课前自学阶段采用翻转课堂模式开展教学，教师将课程的主要知识点以短视频的方式发布给学生，要求学生在课前自学完成。该视频结合具体实例介绍课程主要内容，并引发学生思考一些问题，因此对视频制作质量有较高的要求，尤其要控制好视频的时间和实例的难度。在JSP课程教学中，我们以“汽车销售管理系统”项目的一些主要功能为主线制作视频，并将课程知识点融合在系统的开发过程中，对于内容较多的部分进一步划分为1～3个教学任务，控制每个视频的时间最多不超过10分钟，这样学生学习起来比较轻松，更容易坚持完成长期的自主学习。

（二）课内强化阶段

通过课前自学，学生初步完成了对知识点的理解，但是学生的接受能力毕竟有限，视频方式的知识传授不可能解决学生认知上的所有问题，因此教师应首先针对学生自学的情况进行检查和总结，并着力解决学生提出和存在的问题。在解决了学生的主要问题后，教师可以对主要知识点结合实例进一步展开讲解，也可以引入更多的实例说明相关的其他问题，对重要内容进行适当的拓展，同时引发学生对一些关键问题进行思考和讨论。在这个过程中，教师如何引导学生自发的提出问题是教师在备课阶段需要仔细考虑的问题，这要求教师要提前了解学生的学习和接受能力，并逐步积累经验，只有这样才能很好的控制教学过程，引导学生思考并激发学生的学习兴趣，并在此过程中不断提高和培养学生的自学能力，真正实现以教师为主导，以学生为主体的学习方式。例如，在介绍JSP访问数据库操作时，我们在视频中首先以一个简单的用户登录为例介绍了数据库的连接、SQL语句的执行方法，并对数据库的JDBC接口和类进行了初步介绍。然后在课堂上对登录的功能做进一步扩展，如进一步实现用户的权限控制功能，以及将用户登录封装为bean等。这种渐进式的教学方式容易被学生接受，而且实用的范例对学生有较高的吸引力，翻转课堂上的教学为课堂教学节省了时间，也为课堂教学的发挥留出了更大的空间。此外，在具体操作过程中，我们还根据学生的学习和反馈情况开发了相应的随堂测试题目，有针对性的对学生可能遇到的一些问题进行测试和讲解，收到了较好的教学效果。

（三）基础实践阶段

本阶段要结合前期教学给学生布置具体的实践任务，使学生通过独立完成这些任务，进一步理解主要知识点的用法，这个阶段的任务难度不宜过大，可以是与知识点紧密结合的项目中的一个或者多个简单功能的实现，这个阶段的任务是通过让学生独立完成一些基本的操作，为学生树立自己能够解决问题的信心，这样有助于调动学生下一步继续自学和深入学习的积极性。如针对数据库的操作，我们要求学生开发“汽车销售系统”中拥有不同权限的用户登录管理程序，由于前两个阶段学生已经对知识点有了比较深入的掌握，因此操作起来也比较快速，在此过程中有的同学还自行探讨解决了登录中验证码的设置等附加功能。

（四）强化实践阶段

本阶段可以在课程设计或者综合实训环节中完成。该环节首先将学生分为若干个小组，每个小组完成由教师布置的一个综合性的设计项目。组内成员应有明确的分工，分工情况在设计开始阶段提交给教师，这样在项目验收时教师可以根据分工情况检查每个学生是否完成了预期的任务，使每个学生都能够充分的参与到项目设计过程中去，提高了学生之间的协作能力，也避免了部分学生投机取巧的行为。我们给出的具体选题包括：“企业职工信息管理系统”“二手车交易系统”“旅游信息管理系统”等。

五、结束语

程序设计是计算机专业学生的必备技能，程序设计类课程教学效果的优劣直接影响到毕业生的就业质量，因此该类课程的教学方法改革势在必行。CDIO工程教育模式和翻转课堂教学方式都是目前先进的教学理念，二者的融合使程序设计类课程的教学具有了丰富的拓展空间，对于调动学生的学习积极性，培养学生的自主学习能力，激发学生的创新思维能力以及提高学生的实践能力方面都有很好的效果。但是，这种先进理念融合的教学方式在实施过程中也对教师提出了更高的要求，对视频内容的精炼、对课堂教学的引导和实践题目的选择都非常考验教师自身的能力和水平，因此在以后的教学改革过程中，如何提高教师的综合能力也是值得进一步研究的问题。

［1］胡文龙.基于CDIO的工科探究式教学改革研究［J］.高等工程教育研究，2014（1）：163-168.

［2］姜玉莲.基于微课程构建开放教育翻转课堂教学模式的设计研究［J］.中国远程教育，2014（3）：52-60.

［3］罗福强，熊永福.基于CDIO的云计算与大数据专业人才培养方案［J］.计算机教育2015（1）：52-56.

［4］郭玲.融合CDIO和翻转课堂的教学模式研究和实践［J］.广州职业教育论坛，2015（1）：32-36.

［5］唐琳，李彤，肖大薇.基于翻转课堂的Java开发实践课程教学设计［J］.计算机教育，2015（4）：103-107.

［6］张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教育模式研究［J］.中国远程教育，2014（4）：46-51.

CDIO和翻转课堂融合下的程序设计类课程教学实践与研究*

姚保峰 马程 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文献标志码：A文章编号：2096-000X（2016）18-0152-03

安徽省质量工程教学研究项目（编号：2013jyxm247）；安徽省质量工程教学研究项目（编号：2014jyxm396）。

姚保峰（1980-），男，浙江宁波人，蚌埠学院，副教授，硕士，研究方向：信息检索、算法分析。

马程（1980-），女，安徽阜阳人，蚌埠学院，讲师，研究方向：数据挖掘。

朱洪浩（1980-），男，安徽宿州人，蚌埠学院，讲师，硕士，研究方向：数据挖掘、信息检索。

王磊（1978-），男，安徽泗县人，蚌埠学院，讲师，硕士，研究方向：信息安全、信息检索。