教育信息化背景下基于CDIO的混合教学模式设计

王园园, 张娜, 袁训锋

(商洛学院 电子信息与电气工程学院， 陕西 商洛 726000)

0 引言

现代社会迫切需要高水平、高技能的应用型人才，应用型本科院校是培养高水平、高技能应用型人才的摇篮。应用型本科院校教育以应用型专业教育为基础，以社会人才需求为导向，以学科为背景，面向区域经济，培养具有综合知识、专业技能和综合素质的生产、建设、管理、服务的高水平应用型人才。CDIO教育模式通过项目构思(Conceive)、项目设计(Design)、项目实现(Implement)和项目运作(Operate)的完整实施，来培养学生的工程实践能力[1-3]。但这样的教育模式，必然造成大容量的工程教学内容和有限的课堂教学时间、教学资源配置之间的矛盾。教育信息化以全面推动教育现代化为主要目标，因此通过混合式教学、通过网络资源与课堂资源的有机结合可以有效解决现存的问题，本研究以“传感器及检测技术”课程为应用研究对象，对基于CDIO工程教育理念的混合教学模式进行研究。

1 教学体系的构建

基于CDIO工程教育理念的混合教学模式，实质是CDIO工程化的教学内容与混合式学习多元化的学习方法的结合，借助网络平台可以设计多元化的教学活动与考核模式，依托课堂与实践平台可以有效的将学生网络学习知识转化为实际的项目操作。设计教学模式体系，如图1所示。

图1 基于CDIO的混合教学模式

由图1可知，工程教育理念的核心是工程化的教学内容，遵循由易到难、由基础到创新的将项目阶梯型的划分为基础验证性项目、应用实践类项目和综合创新类项目，课堂教学分为课前微课导入(网络资源)、课内协作学习和课后网络测试(网络平台)。项目的实施方面，将可以在实验室完成的基础项目在实验室完成，而综合性项目、创新性项目课后学生自主安排时间实施，教师网上进行答疑，开辟第二课堂，在整个课堂授课过程中与企业协作授课，企业提供热点的实验项目供学生学习，使整个实验项目与社会需求相切合，整个教学过程将传统课堂与线上教学相结合，进行多元化的评价，改变原有单一考核模式，进行过程性评价和结果评价相结合的评价模式，整个教学体系以课程知识为基础，以培养学生的创新能力、实践能力和协作能力为目标。

2 混合式 CDIO 模式的教学组织

根据课程内容将课程划分为线上课程学习、课堂知识讲解、项目教学、综合考核四个方面，又将课堂组织分为课前自主学习、课上知识内化与项目实践两部分，课前自主学习主要在网络课程平台完成，学生根据教师布置学习任务完成线上相关知识点学习，完成每节课的在线测试及课前实践，而教师可跟踪学生学习情况，收集学生学习过程中存在的共性问题，以及结合本节课程的重点难点调整线下课程的教学流程。在线下课程部分教师主要进行教学引导解答相关重点难点问题，对线上课程进行规划总结，进一步引出实践项目，引导学生将所学理论知识应用在相关实践项目中[4]。混合教学设计，如图2所示。

图2 混合式教学课堂组织

在通过混合式教学完成理论课知识讲解的同时，将基础项目融入教学中，同步进行，基础项目一般为验证性实验项目，放弃原有的先理论教学再进行实验演示，学生实验的传统模式改为将实验项目的导入放在理论课程前讲解。其教学流程，如图 3 所示。

图3 基于CDIO的 混合式教学组织

每个基础项目的导入在学生进行线上课程学习前以任务书的形式下放：主要包括项目背景、设计目标和相关网络视频的介绍，让学生带着项目中的相关问题进行章节的学习，主动学习更加有利于提高学生的学习积极性，学习更加具有针对性。而综合性实验项目的导入以微课的形式完成，在一开始不进行分组，避免个别学生对同组人员过分依赖，而选择在综合性项目开始前进行分组工作，通过课程开始前的项目导入使学生对项目产生直观认识，在整个学习过程中能进行自主探究式学习，最终完成学习目标。

课内教学采用小组协作与讲授的形式站靠。以电子信息工程专业的三年级学生为例，将处于同一专业的 2 个班共 64 人划分成 3～4 人的小组。分组时按照“同组异质、异组同质”的原则进行组合。形成组内互补、组间竞争的局面。而教师在项目实施过程中对项目进行重难点的解析、组织协调等工作。小组成员在进行分组后进行进一步分资料检索、探究、提出设计方案，教师对方案进行反馈评价、小组成员完善方案后协作完成项目，进行报告的撰写及讲解演示，最后进行项目的量化评价。

3 以 CDIO 教育理念优化教学内容

以CDIO的教育理念进行课程改革所涉及课程需理论与实践紧密结合，课程内容可融入实践项目中完成，同时学生应具备了一定的相关课程知识积累，以电子信息类专业的专业必修课“传感器及检测技术”为例，课程主要介绍了传感器的工作原理、性能指标以及测量电路等，课程内容涉及知识面广，基本工作原理跨度大，而对于应用型本科院校学生来说，除了相关的理论知识外如何使用传感器，设计相关检测电路，提高精度等同样重要，而单纯的课堂教学学生无法学以致用。同时分析相关教材可以看到，按照传感器原理分为应变式传感器、差动变压器式传感器、电容式传感器、霍尔式传感器、压电式传感器、光电传感器和热电偶传感器等[5]，因此将基础项目按照原理进行设计，共设计七个基础项目，可以在实验室以两人一组的形式完成。而同时可以看到课程按照传感器测量参数划分为位移、力、压力、加速度、温度和光等参数的测量，而每个参数又可以有不同的传感器进行测量，以位移为例可以选择应变式传感器、变压器式传感器、电容式传感器和压电式传感器等不同的传感器实现，因此将综合性项目按照可测量参数进行设计，学生需在掌握了传感器的基本知识后，根据项目内容自主选择传感器设计方案进行项目的实施。而最终设置的创新性项目为智能安防系统，需要选择多种传感器，涉及电路原理、数模电和单片机等多门课程，可作为实训项目或课后拓展项目进行实施，拓展项目部分也可与企业合作进行深层次研究，项目教学实验，如表1所示。

表1 “传感器及检测技术”课程教学项目列表

基础实验项目主要进行传感器原理的验证，而综合性实验项目培养学生的创新能力、工程实践能力，而通过拓展项目可最终达到对学生能力知识、素质的综合培养的目的[6-8]。需要注意的是不是所有的课程都可以将项目穿插整个过程，需根据课程的特点与学生的学习程度有选择性的实施[9]。

4 考核方式的改革

新的教学模式必然需要新的考核方式，现有的考核方式过于单一，无法进行过程化管理，因此将基于CDIO混合教学模式的考核归纳为网络自学成绩占总成绩20%，项目考核成绩占总成绩40%，期末成绩占总成绩40%。其中网络自学成绩根据网络平台的统计进行网络自学成绩的评定，包括学习时长、在线测试成绩等。项目考核成绩由报告成绩、答辩成绩、学生互评成绩和教师评价成绩等构成，而期末成绩仍然进行卷面考核。改革后的考核体系注重过程评价，淡化卷面成绩。在整个过程评价中将组间互评、自评、答辩和教师评价相结合，防止学生在学习过程中出现等、靠等现象。通过多元化的评价完成整个教学过程的考核。

5 教学效果

2018年我校引入智慧树混合式教学平台，通过教师、学生访谈和课堂观察等途径，笔者对课程的混合式学习实施情况进行了深入的调查，并对进行混合式教学的一个教学班共计33人进行调研，如表2所示。

表2 学生调研结果

与以往课堂集中讲授，讲练结合的教学方式相比，基于CDIO的混合式教学可缩减课堂课时，课下充分发挥学生自主学习的积极性，避免了线上学生学习的参与度不够，流于形式的问题。

6 总结

信息化背景下，越来越多线上学习平台为教学提供了多样化的可能性，基于CDIO的混合教学模式将课堂教学与线上课程紧密结合，将传统课堂学习与网络学习相融合，优化了教学资源配置，从而提高教学效率，在学生中实践效果较好。