CDIO-On-SPOC教学模式的设计研究与应用实践*

冼远清

（广东海洋大学 数学与计算机学院，广东 湛江524088）

一、引言

2018年，中国高校毕业生高达820万，加上去年未就业学生，毕业生将面临巨大就业压力[1]。就业压力主要源于人才质量不高，学生动手能力差、创新能力不强，其根源是目前部分学生求知欲望不高，学习积性不强，专业兴趣不浓，上课不认真、逃课、玩手机、玩游戏等现象屡见不鲜[2][3]。

为了改变学生学习态度，提高教学质量，培养学生实践及创新能力，必须进行教学改革，将注重“灌输式”“填鸭式”教学转变为项目式、讨论式教学，将学生被动学习转变为主动学习，将注重知识传授转变为注重实践能力、创新思维及创新能力培养，只有这样才能培养出新世纪社会实际需要的创新人才，才能真正缓解就业压力。

国家相关部门和高校都十分重视教学改革，教育部也制定了一系列文件，从本科学科专业结构、教学内容和课程体系、教材建设与改革、精品课程、慕课、精品课程共享平台建设等方面进行宏观指导[4]。

许多学者进行了大量有关教学改革的研究，如冯露[5]等提出基于问题的探究式教学方式，以解决教学中学生参与度不高的情况；顾佩华[6]等在信息类教学中引入了CDIO教学模式，进一步提高了学生参与度和动手能力；徐晓飞[7]指出要抓住MOOC之机遇，促进计算机专业教学改革，以解决优秀教学资源配置不合理问题；战德臣[8]等提出《大学计算机课程》基于MOOC和SPOCs的教学改革实践；薛云[9]等为提高课堂活跃程度，提出了基于SPOC的翻转课堂教学模式。

相关研究虽然取得了一定的成效，但也存在一些不足，如学生的主观能动性仍未充分发挥，在选课人数多的情况下效果不明显，教学模式可拓展性不强等问题。

为解决上述问题，本文提出一种基于CDIO和SPOC深度融合的CDIO-On-SPOC教学模式。CDIO是Conceive(构思)、Design(设计)、Implement(实现)和 Operate(运作)四个单词的缩写，是麻省理工学院等提出的工程教育模式，是一种以产品研发到产品运行的生命周期为载体，能让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式进行学习的过程[6][10]，能有效解决工程教育中理论知识学习与实践能力之间的平衡关系，提升教学质量。

而SPOC(Small Private Online Course)是美国加州大学伯克利分校阿曼多·福克斯教授提出的小规模限制性在线课程[11]，它强调传统课堂教学的重要性，引入了翻转课堂[12]理念，并利用在线教学资源Anytime、Anywhere、Anyone的特点，以人为中心，注重教学实效性、学生参与性，注重培养学生沟通交流能力和创新意识。

为此，本文将融合CDIO和SPOC的思想与理念，深入挖掘两者的优点和交叉点，提出并设计CDIO-On-SPOC教学改革模式，将促进教育教学资源优化，提升教学质量工程，最终培养一批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量技术人才。

二、CDIO-On-SPOC教学模式的原则与设计方案

深度融合CDIO和SPOC的思想，在SPOC模式的教学环节中融入先进的CDIO工程教育理念与模式，充分利用传统课堂，引入项目教学法，形成一套优势互补、功能齐全的新式教学改革方式：CDIO-On-SPOC教学模式。

在理解人本主义[13]的内涵与外延基础上，利用建构主义学习理论[14]和系统化的教学设计理论，深度融合CDIO和SPOC的思想与理念，提出CDIO-On-SPOC教学模式的设计原则，并对该模式的教学环节进行设计。

1.设计原则

CDIO-On-SPOC教学模式设计原则，包括主动性原则、实用性原则和创新性原则。

（1）主动性原则

运用人本主义和建构主义学习理论，在CDIO-On-SPOC教学模式设计中，强调学生主动参与的重要性，体现以学生为本，鼓励学生在学习中发现问题、提出问题、分析问题、解决问题，主动参与知识建构的全过程。

（2）实用性原则

学生到高校学习，目的就是习得有用的知识和技能，可以在日后的工作中派上用场，为寻找更好的就业岗位增加筹码。因此，高校和教师在设计教学模式与内容时，应充分考虑实用性原则，积极调动学生的主观能动性。

（3）创新性原则

创新性是CDIO-On-SPOC教学模式设计的灵魂。创新性在CDIO-On-SPOC模式中，指的是要运用具有“求真、开放、平等、协作、分享”等特征的互联网思维[15]，模式设计要敢于打破常规，要有独树一帜的信心，要能反映新观点、新方法和新思路，从而激发学生的创新兴趣，帮助学生树立创新意识，培养学生的创新能力。

2.教学模式设计

笔者结合所在学校的教学实际情况，兼顾可操作性、易操作性，以主动性、实用性、创新性为设计原则，提出图1所示的教学模式。

图1 CDIO-On-SPOC教学模式

CDIO-On-SPOC教学模式主要包括前期准备工作、SPOC学生与教师双向选择、CDIO-On-SPOC教学活动、教学后期考核四大部分。

其中，第一部分前期准备工作主要包括前期分析和SPOC学习资源设计与开发两部分；第二部分是SPOC限制性准入，实行学生与教师双向选择，并完成学习小组的划分；第三部分是CDIO-On-SPOC教学模式的核心部分，以学生主动参与、项目牵引、团队教学等形式为设计主线，包括构思、设计、实现、运行四个环节的主要教学活动；第四部分是教学后期考核工作，目的是根据教学过程中实施效果及时反馈，为下一步提高教学质量做好准备，包括学生考试、学生评价、项目考核更新等三个环节。

（1）前期准备

①前期分析

前期分析包括对教学文件、学习对象、学习内容以及教学项目的分析，目的是了解和分析教学要求、对象、内容，为顺利推进CDIO-On-SPOC教学模式各教学环节做好铺垫。教学相关文件分析，包括对课程大纲、教材、教学管理等方面的分析，掌握本课程的定位、期望与要求。学习对象分析，包括对学生学习需求、计算机的水平、使用MOOC平台熟练程度、学习的态度等因素分析。在此基础上，进一步对学习内容进行分析，采用项目教学方法，对存在的教学项目进行分析与设计，进而确定教学目标、教学内容的时间分配和开发项目的选择。

②SPOC学习资源设计与开发

教学团队应主导SPOC学习资源的设计与开发，团队成员包括主讲教师、教学管理人员、实验支持人员、部分已修本课程优秀学生代表以及学科带头人等。教学团队在学习资源设计与开发中，既可引入MOOC课程资源，又可利用或改进学校已有的精品课程或BlackBoard平台课程等资源，也可根据课程需求建立新的学习资源，包括课程策划、视频录制、课程上线和功能测评等。学习资源设计与开发应以实用性和节约性为主，充分利用好现有资源。

（2）SPOC学生与教师双向选择

教师利用教学管理系统中显示的选课学生情况，可以有针对性地对学生进行筛选，主要是剔除一些学习态度不好的学生。反过来，学生也可以根据教师的评价情况选择自己喜欢的教师。这种双向选择有利于后续教学活动的开展，对教师也有促进作用。双向选择完成后，应进行学习小组的划分，确定学习小团队，并注重团队意识的培养。

（3）CDIO-On-SPOC 教学活动

本环节是整个教学过程的核心，以项目开发为主线，利用CDIO的思想，将学习过程拆分成构思、设计、实现、运行四个子环节。

①构思（Conceive）环节

构思环节中，强调学生要主动参与，学生可以在MOOC或教学团队指定的平台上完成相关教学单元内容，平台上将记录学生的学习时间和进度，并反映学生的学习态度。同时，与团队成员进行项目的讨论、分析、调研，完成项目的需求分析，撰写分析报告。

②设计（Design）环节

在设计环节引入翻转课堂并和传统课堂相结合，进行过程支持，充分利用传统课堂和翻转课堂的优点，教师作为引导者，对学生进行启发式教学。

对学生团队，设计环节中需要完成项目的功能设计，进行技术研讨，确定项目开发路线，采用团队内部讨论、课堂演讲、团队汇报、团队答辩等方式进行，充分挖掘学生的主观能动性，让团队每一个成员都参与其中。项目功能设计以实用性为主，在确保实用性基础上有创新点。

③实现（Implement）环节

实现环节是教学过程的难点。学生团队需要查阅和参考大量技术文档，并采用合适的技术平台，实现项目功能的开发。在实现环节中，可以邀请高年级学生作为助教，辅助学生学习和开发，提高学习的效率和效果。

功能开发完成后，团队之间可以交叉测试，修改BUG，进一步完善项目功能。测试完成后，将开发过程积累的资料和文档进行梳理，形成规范化的开发文档。

④运行（Operate）环节

运行环节主要是培养学生的创新学习思维，将完成项目部署和系统维护，并创新学习方式，利用“大众创业、万众创新”的新思路[16]，推广团队产品。

在运行环节引入“以赛代学”和“以赛促学”的理念，引导学生参加各类大学生竞赛，如软件杯、蓝桥杯、创新创业竞赛等，将学生的思维与实践拓展到课外，使得学生关注社会需求，拓展专业视野。

CDIO-On-SPOC教学活动全程贯彻“做中学”的工程教育理念，能够提高学生动手能力，有利于提升学生专业素养。

（4）教学后期考核工作

教学后期考核工作由学生考核、项目考核、学生评价等三部分组成。学生课程考核是重要的教学环节。本模式创新考核方法，改变过去“一卷定终身”的做法，采用期末考试占30%、项目考核占30%、教学活动参与占20%、团队协助占20%的方式确定学生最终成绩。

学生评价分为对教师的评价和教学设计项目内容评价两部分，对教师评教将有效促进教师提高教育水平，对项目评价则有利于促进课程建设，提升课程教学质量。

最后，教学团队将组织专门研讨会，对实施CDIOOn-SPOC教学模式的全过程进行分析，进一步优化教学内容，为下一期的课程做好充分准备。

三、CDIO-On-SPOC模式案例实践

下面，笔者将选用计算机科学与技术、软件工程、信息管理与信息系统等专业的基础课程 《面向对象程序设计》作为研究对象，采用CDIO-On-SPOC教学模式，阐述教学全过程。

1.前期工作

《面向对象程序设计》是信息类专业的一门重要的必修专业基础课，一般采用C++作为学习开发语言，在大学一年级第二学期开课，课时大约48学时。经过大学第一学期的培养，学生基本掌握了利用计算机和互联网进行学习的方法。

选取中国MOOC平台（网址：https://www.icourse163.org/）作为本课程的在线学习平台，选用BlackBorad平台作为学生查阅教学材料、提交作业与作品、平时测试的校内在线学习平台。考虑学生专业学习的实际情况，课程学时限制，选取科学计算器、课堂精灵、班委选举好帮手等作为本课程项目来源。

2.SPOC学生与教师双向选择

本课程是专业必修课，所以学生没有选择权，但可以选主讲教师，主讲教师也可以根据实际情况选定学生数量。

表1 课堂精灵项目的CDIO-On-SPOC模式教学过程

3.CDIO-On-SPOC教学活动

（1）“课堂精灵”项目实施过程

由于篇幅关系，仅展示“课堂精灵”项目的教学活动过程（见表1）。“课堂精灵”项目使用对象为教师，是集随机提问、考勤、记录平时成绩、趣味抢答于一体的软件，可以提高学生课堂参与的积极性，增强学生注意力，防止低头族、手机族的出现。

（2）“课堂精灵”项目的作品展示

图2展示了一个学生制作的课堂精灵作品，功能基本完善，UI设计需要改进。

图2 课堂精灵

4.教学后期考核工作

后期学生考核利用BlackBoard平台的功能完成考试工作，同时进行项目考核、小组互评等，给出学生的最终成绩。教师评教工作则可以利用学校教学管理系统，并让学生对教学设计项目内容等提出修改意见。最后，根据反馈意见修改和优化教学内容，为下一次开课做好准备。

5.改革实践效果分析

以笔者所在学校信息管理与信息系统1161班和1162班为研究对象，实施CDIO-On-SPOC教学模式教革，其中1161为实验班，1162为参照班。

课程结束后，采用问卷调查形式，发出问卷63份，收回63份，有效63份。问卷内容包括课程喜欢程度、对课程的恐惧感、上课无聊程度、自我感觉知识掌握程度等四个教学中的核心问题，每个问题都采用10分制，最后结合期末考试平均成绩，统计结果如图3示。

从图3可以看出，实验班的教学效果明显比参照班级好，尤其是对课程的喜欢程度、恐惧感自我感觉掌握程度等方面，展示出CDIOOn-SPOC教学模式的优势所在，培养了学生的自信心。统计中，学生对课程的无聊程度反映出了存在部分学生对课程缺乏认同感，同时，期末考试成绩相差不大，原因在于考试试题概念性问题较多，无法反映学生的真正差距。

图3 实验班与参照班教学效果对比图

四、结束语

针对目前教学中存在的问题，本文提出了CDIOOn-SPOC教学模式，并利用人本主义和建构主义思想，将CDIO的理念融入SPOC模式中，同时将CDIO的模式分解，嵌入到SPOC教学模式相应环节中，综合了CDIO的先进工程教育思想和SPOC的在线教育与传统课堂有机结合的优点，充分体现“做中学”的模式，以培养学生能力为核心，提高学生的自信心，最终达到提高教育教学水平的目的。

但本模式（CDIO-On-SPOC）在有关项目划分与教学单元如何更好地有机结合、学生不愿意参与团队讨论、项目的合理选择等方面还有待进一步研究和完善。