面向工程教育的Web课程群实验体系构建与实践

夏 瑜

(常熟理工学院 计算机科学与工程学院，江苏 常熟 215500)

·实习与实训·

面向工程教育的Web课程群实验体系构建与实践

夏 瑜

(常熟理工学院 计算机科学与工程学院，江苏 常熟 215500)

针对当前Web课程群实践教学环节中普遍存在的问题，提出了一种新的面向工程教育的立体化实验体系，旨在全面深化实验教学改革。利用线上平台和综合项目，打破课程单独设置实验的限制，优化整合实验资源，有利于实施贴近实际工程实践的项目驱动式教学。引入CDIO理念，贯通“1个目标、2个层面、3个年级、4个过程、5个能力”的教育主线索，培养学生专业实践能力、创新意识和工程素养。实践证明,此实验体系取得了良好的教学效果，为工程教育提供了有力的支撑。

工程教育； Web课程群； 实验体系； CDIO工程教育模式

0 引 言

近年来，应用型人才培养模式[1-3]已经成为高等教育体系中倍受关注和重点发展的热点课题，也是各地方本科院校实施战略转移以寻求发展的必要途径。实验体系建设是课程教学体系中的重要环节[4-5]，不仅对巩固理论基础知识、提升课程内容感性认识具有非常重要的作用，而且也是强化学生创新工程能力的重要载体。Web课程群是数字媒体专业中的一个重要分支，也是侧重培养学生操作能力的应用型课程群，构建注重创新能力培养的开放性实验体系，是具有非常重要的理论价值和实践意义[6-8]。本文试图引入CDIO理念,构建面向工程教育的Web课程群实验体系。

1 实验现状与存在问题分析

在数字媒体人才培养方案中，Web课程群涉及多门课程，其主干课程为：Web前端技术、UI界面设计和Web服务器技术[9-11]，随着教学改革的深入和工程教育的推广，发现这个课程群的实验教学体系中存在一些问题，具体表现为：

(1) 教学方式陈旧。大多数实验课程仍旧采用传统的教学方式，以验证型实验为主，教学模式单一，教师按照理论教学内容布置实验课题，学生机械地按照规定的操作步骤完成实验，这种依葫芦画瓢的形式往往忽视了学生创新思维的训练，一定程度上扼杀了学生的开拓创新精神。在实验教学中，以教师为中心，忽视了学生主体地位，将会严重阻碍学生分析问题和解决问题的能力培养。

(2) 课程间缺乏系统性。3门课程的实验一般是割裂的，各做各的，没有充分考虑到课程间的应用联系性，设置实验内容碎片化，缺乏现实应用的整体性和系统性，无形中使学生丧失了真实的项目应用环境，与工程教育目标相悖。

(3) 工程素养培养不足。在学生层面，以单独完成实验为主，在学习上沟通和交流不足，缺乏团队意识培养；教师在备课和授课上也是孤军奋战，相互之间没有借鉴和互动交流。这些都不符合工程教育的培养要求，直接影响了人才培养质量。

(4) 实验评价效果不合理。传统的实验评价方式中主要按学生实验结果和实验报告来确定成绩，这不利于综合测评学生的真实能力。当成绩评定完成后，也就意味着实验教学的结束，对实验中的存在问题缺乏反思，对实验中的收获成功缺乏分享，对存在问题和设计不足依然没有改进，这必将影响学生对知识的深层理解，使学生接受知识的渠道和“做中学、学中做”的理念受到束缚与限制。

针对上述问题，结合工程教育先进理念[12-13]，分析教育对象现状和情况，就Web课程群实验体系的构建目标、内容、方式及内涵建设提出了若干想法和措施，促进实践教育改革，深化专业建设内涵。

2 实验体系构建与实施

构建的Web课程群新实验体系从培养目标出发，以学生为中心，能力培养为导向，重视课程之间的联系，打破课程间的单维关系，将课内教学指标点串成线，铺成面，并利用当前移动与网络技术构建开放式立体型实验教学模式，系统地指导学生掌握课程的基础理论，同时将课程知识点全方位地渗透到工程项目中，引导学生通过“做中学、学中做”方式潜移默化地掌握新知识和新技能。

在实践过程中融入CDIO工程教育模式理念[14-16]，贯通“1个目标、2个层面、3个年级、4个过程、5个能力”立体化实践教学体系，激发学生学习兴趣，协同各方面因素，从而促进学生知识、能力及素质全面协调发展。如图1所示为Web课程群实验体系模型图，其所蕴含的教学内涵主要表现在以下几方面：

(1) “1个目标”是本源。根据数字媒体专业培养方案，Web课程群主要培养学生掌握交互式网络多媒体开发的基本理论，具备面向网络和移动的交互媒体开发技能，富有团队合作意识、开拓创新精神及科学人文素养。这是人才培养的出发点，实验体系的实施必须为其服务。

(2) “2个层面、3个年级、4个过程”是主干。“2个层面”为教学实施方式：线上实验平台和课堂实践教学。其中，线上实验平台主要以3门课程的验证性实验为主，教师通过发布实验教学视频或课件，引导学生登录平台自学知识，并完成验证性实验。当学习和练习中发生问题时，学生可以通过平台与教师互动交流，解决实验中的疑问，从而掌握基础理论知识及基本实验技能。验证性实验主要是以课程理论知识点为基础内容所设定的，是面向学生开设的开放性实验平台，将课堂内容拓展到课堂外，把学习的自主权交给学生，由教师引导学生充分利用课余时间，发挥学习主动性，实现学习的时间和空间上的开放性。3门课程在线上平台的实验模块的组织结构见表1，既可作为学生学习新知识的资源中心，也可作为高年级学生复习已学知识的材料集合。线上实验平台不仅为学生搭建了任何时刻、任何地点都可以进行学习与训练的空中课程，也同时为教师实现翻转课堂的新兴教学改革提供了现实基础，是实现良性工程教育的重要组成部分。

图1 Web课程群实验体系

表1 线上实验平台实验模块

“3个年级”为实验体系的主体对像，即3个不同年级的学生，理论基础部分各自授课，实验教学上协同实施。根据数字媒体专业人才培养方案，设想Web前端技术安排在第3学期，即大二；UI界面设计安排在第5学期，即大三；Web服务器技术安排在第7学期，即大四。这样的安排主要是为了使大二、大三、大四3个年级同一时间开课，学生在分别学习各自专业理论知识后，组成团队，共同以当前所学理论知识融入到相同的工程项目中进行实践，以不同年级学生所组成的团队形式完成项目实验，其优势主要体现在：①专业与行业的协同。课程群的综合实验体系同时融合了3门课程的专业技能知识，形成具有锻炼学生综合设计和创意创新的工程实训项目，其实质与现实行业中的工程项目相类似，多课程渗透，知识点全面覆盖课程群。②学生与学生的协同。3个不同年级的学生同步进入项目，团队背景形似现实企业中的新老结合情境，可实施传帮带方式，高年级学生带领低年级学生，不仅可以起到示范作用，而且包含了知识的第2层传递。学生在逐年任务的更换中，将积累更多的知识与经验，可以充分利用学生团队之间经验分享，使学生在实验中少走歪路，提高学习效率，获取知识的渠道更多，面更宽，方法更灵活。③教师与学生的协同。教师在实验体系中主要任务是帮助学生指明方向、理清思路和发现问题，角色更像项目的引导组织者，不同特长的教师在项目中可以有的放矢地指导所擅长的内容，从而提高实验的教学质量。学生在教师的指导下，查阅资料、分析问题，讨论问题及解决问题，有助于更好地培养学生独立工作能力和创新能力。

课堂实践教学是基于CDIO理念的综合设计创新教育项目训练，主要引进企业实际工程项目或科研项目作为实训教学载体，让学生置身于项目研发环境中，由构思实训框架、设计实训方案、实施实训项目及验收实训成果四个过程组成，以全面提升学生专业能力为着眼点，以培养学生工程岗位素养为主线索，倡导“做中学、学中做”人才培养方式来完成复杂工程项目。“4个过程”的具体实施措施为：①构思。教师首先给出工程项目的设计背景、完成目标、总体方案、理论知识及关键技术，然后对学生进行分组，每个团队分别由二年级、三年级、四年级相同比例学生所组成，分别负责前端、UI界面和后台的设计工作。这个阶段中要求学生了解整个系统的构架、项目的需求及设计的目标，从而使学生明确任务，启发思维，逐步深入项目。②设计。学生各分组进行项目设计创意讨论，3个不同年级的学生共同研讨，根据自已所负责的方向提出观点和思路，高年级学生分享在上1年负责项目工作中的经验，与低年级学生的想法深入讨论，并结合本身设计任务，充分考虑前端、UI界面和后台的相融性和系统地位，共同选择并完成项目的最优设计方案。教师在这个阶段起到咨询师的作用，回答学生设计中碰到的困难和设计方向的引导。这个阶段全面提高学生分析问题、解决问题的能力，并逐渐培养学生团队协作和开拓创新精神。③实施。该阶段主要是学生根据设计方案通过设计软件和编程工具实现系统各模块，充分发挥分工合作，相互帮助，相互商量的团队精神。教师在整个过程中既是答疑师，也是项目总策划，根据学生完成情况，把实施过程分成不同子阶段，每个子阶段由做、议和悟三方面组成：“做”是启发学生有计划地制作项目；“议”是深入各个团队讨论完成方法和实现效果；“悟”是教师提出有效性的建议，让学生领悟其中原理和技术，少走歪路，以最优化方式完成系统实现。这个阶段是团队合作的重要部分，是实现“学中做、做中学”的关键阶段，培养学生各方面的综合能力和工程素养。④运行。学生在完成项目设计后，演示设计作品，分享心得体会；教师总结整个项目设计过程中的普遍性存在的问题，分析原因，指导改进方法，其中多鼓励学生，让学生拥有成就感，充分调动学生主动学习的积极性。学生根据分析继续改进项目，完善设计，体会成功，让工程项目完整设计过程全面融入学生思维，领会其中内涵与精神。

(3) “5个能力”是内涵。Web课程群实验体系通过线上开放式教学平台在时间和空间上可以让学生自由学习理论知识，并通过验证性实验得到充分的感性认识，以此建立教师与学生间的双向交流互动通道，使学生逐步夯实专业理论基础，为后续综合团队创新项目训练打好基础。在创新综合实训项目中强调“做中学”和“基于项目导向”的教育方式，努力创设教育过程和企业工程应用情况相结合，CDIO理念贯穿于项目实训全部过程，围绕“基础理论能力→专业技术能力→综合设计能力→职业素养能力→创新工程能力”的主线索上循序渐进地全面提升学生工程实践能力。只有着力以学生为中心，能力为本位继续完善实验体系建设和改革，才能全面推进教学内涵的提升。

3 结 论

基于Web课程群立体式开放实验体系打破原有课程间的独立关系，以行业、企业和社会产业发展为标准，创造性地把多元教学理论渗透到实验教学中，营造项目设计情境，让学生自主学习，全面发挥教师的指导作用，通过探索与实践，取得了一定的成效，主要表现在以下几方面：

(1) 开放式优质学习资源共享。线上实验平台建设给学生提供了内容丰富的、有针对性的、形成体系的验证性实验资源，方便学生自主学习和在线交流。

(2) 创竞意识和成绩逐步提升。学生创新创意设计能力明显增强，近年来，学生作品提交至国家、省及市各级竞赛逐年上升，屡次在全国计算机设计大赛、高校信息技术创新与实践活动及省市设计竞赛上获奖，2014～2016年期间有20余项获奖。学生主持省级大学生创新计划项目的人数增加，目前有2个团队承担省级重点创新计划项目，还有若干省、校级一般项目由学生主持。随着动手能力的提高，学生学习兴趣和参与项目的自信心明显增强，有多位学生参与教师承担的省市纵向及企业横向科研项目，如：智慧社区信息服务平台等。

(3) 毕业设计和就业选择优化。学生理论知识和动手能力得到提高后，该方向的学生毕业设计成绩喜人，设计作品专业，多位学生毕业设计成绩为优秀，并获得了评审老师的好评。学生在毕业后，多人进入企业进行Web开发与设计，UI界面设计工作，并成为企业骨干，专业技能与综合职业素养深受用人单位欢迎。

(4) 师生理念取得升华。“1个目标、2个层面、3个年级、4个过程、5个能力”的一体化人才培养结构，调动了学生的学习积极性，提高了学生的工程化动手能力，培养了学生创新意识和团队协作精神。同时，通过引入创新综合项目也可以更好地发挥教师特长，有效改善教师的专业视野，增进教学团队的交流与协作，为教师的实验教学中注入可持续发展的新思路和新方法。

以上充分说明该实验体系理念先进、可操作性强、实施效果良好。后续将进一步探索微课设计与制作技术，完善线上实验教学平台，更好地为学生服务；积极引进企业最新真实项目，让学生能体会到当前行业内从工程项目设计到实际应用的流程及工作情境；并且进一步引导专业教师进入一线企业研修或参加应用型人才培养研讨，增强工程教育理念和创新实训理论的更新，为全面提高工程教育质量而努力。

[1] 蔡敬民, 魏朱宝.应用型本科人才培养的战略思考[J].中国高等教育, 2008(12): 58-60.

[2] 张 竞.基于教育信息化的应用型创新人才培养模式研究[J].北华大学学报(社会科学版), 2015, 16(4): 149-151.

[3] 朱林生, 孙金娟.行业学院模式: 新建本科院校应用型人培养的新探索[J].大学(学术版), 2012(12): 18-23.

[4] 李文雷.构建创新实验体系 培养创新人才[J].实验室研究与探索, 2016, 35(2): 266-279.

[5] 邹 岚.香港高校实验管理对内地高校开放实验体系的启示[J].实验室研究与探索, 2016, 35(1): 234-238.

[6] 秦 剑, 胡 晓, 唐 冬.基于课程群的电子信息工程创新实验体系改革探索[J].实验技术与管理, 2012, 29(4): 27-30.

[7] 陈付龙, 齐学梅, 罗永龙, 等.创新能力驱动的层次化计算机硬件课程群构建与实施[J].大学教育, 2013(4): 40-42.

[8] 张荣国, 李富萍, 张素兰, 等.高校计算机专业核心课程群建设研究[J].计算机教育, 2015(9):64-67.

[9] 胡 杰, 冉学平, 秦明忠.构建数字媒体教育“三位一体”的实践教学模式[J].实验技术与管理, 2011, 28(3): 270-272.

[10] 陈秀宏.数字媒体技术专业课程与实践教学模式探究[J].计算机教育, 2014(5): 55-58.

[11] 贾云鹏, 郭 宁.数字媒体专业实践教学模式探索——技术手段在创作中的应用与融合[J].北京邮电大学学报(社会科学版), 2016, 18(1): 107-112.

[12] 顾佩华, 胡文龙, 林 鹏, 等.基于“学习产出”(OBE)的工程教育模式: 汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究, 2014(1): 27-37.

[13] 韩同样, 刘志明, 胡燕士, 等.开放式工程训练与OBE教学模式探索[J].实验技术与管理, 2016, 33(5): 174-177.

[14] 顾学雍.联结理论与实践的CDIO—清华大学创新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究, 2009(1): 11-23．

[15] 张 敏, 王宝凤, 沈连山.基于CDIO构建一体化工程实践教学体系[J].大连大学学报, 2012,33(4): 93-96．

[16] 徐功文, 李学东, 石怀伟, 等.CDIO模式下“综合布线”实训项目的协同创新探索[J].实验室研究与探索, 2016,35(5): 231-235.

·名人名言·

在科学上,每一条道路都应该走一走,发现一条走不通的路,就是对科学的一大贡献。……那种证明“此路不通”的吃力不讨好的工作，就让我来做吧！

——爱因斯坦

ConstructionandApplicationofWebCourseGroupExperimentalSystemBasedonEngineeringEducation

XIAYu

(School of Computer Science and Engineering, Changshu Institute of Technology,Changshu 215500, Jiangsu, China)

Aiming at the common problems of experimental teaching in Web course group, a new three-dimensional experimental system based on engineering education is proposed in the paper in order to deepen the reform of experimental teaching.The limits of sole course experiments are broken and practice resources are integrated and optimized by online platform and comprehensive project.It is conducive to implement the project-driven teaching mode closed to true engineering practice.The proposed system introduces CDIO idea, and takes “one target, two levels, three grades, four progresses, five abilities”as main body to cultivate students’ practical ability, innovation consciousness and engineering quality.Practice has proved that the experimental system has achieved good teaching results and provides effective protection for engineering education.

engineering education; Web course group; experimental system; CDIO project education mode

G 642.0

A

1006-7167(2017)10-0231-04

2016-11-03

国家自然科学基金项目(41501461)；江苏省自然科学基金项目资助(BK20140419)；江苏省高校自然科学研究项目资助(14KJB520001);面向工程教育的本科计算机类专业课程改革项目(MXF2016-1-17)；教育部产学合作协同育人项目(201602016003,201602038002)

夏 瑜(1979-)，男，江苏常熟人，博士，副教授，CCF会员，常熟理工学院数字媒体系主任，主要研究领域为计算机视觉、目标跟踪和数字图像处理，Tel.：13814981568，E-mail: cslgxiayu@163.com