基于CDIO的线上线下交互式教学模式改革研究与实践——在“互联网+”背景下

蔡文霞，杨 蓓

（石家庄学院 机电学院，河北 石家庄 050035）

0 引言

石家庄学院是一所培养高级应用型本科人才的院校，随着社会经济的不断变化，企业对于应用型专业人才的需求在不断更新，培养具有创新意识与创新能力的应用型人才，为河北省地方经济建设和社会发展服务，是石家庄学院培养应用型人才的目标.传统注入式的课堂教学已经不能适用于当前教育的需求，不能满足于创新型人才的培养，无法启发和引导学生学习的主动性，提高学生的创新能力.随着网络技术和信息技术在教育领域的推广普及以及校园网的建设不断扩大完善，“互联网+”背景下线上线下交互式教学模式成为教育新业态，如何在教学过程中借助“互联网+”技术，全方位、多角度地调动学生的学习热情，是亟待解决的问题.下面以“微机原理及接口技术”课程为例展开“构思-设计-开发-实施（CDIO）”教学模式的改革探讨.

1 CDIO工程教育在“微机原理及接口技术”课程中的应用现状

CDIO是将知识、能力、素质的培养集于一体的工程教育模式，其能够引导学生在设计工程项目的模式中，以解决问题为驱动，将理论知识融合在具体项目的实践操作中，通过团队协作互助，让学生在实现项目的过程中真正理解掌握理论知识的内容，实现在“学中做，做中学”，将学、做、创融为一体.CDOI是一种现代应用型教学方式.

2000年，美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所大学组成跨国国际合作组织，创立了CDIO工程教育模式.2005年，汕头大学工学院首次在国内开始研究CDIO工程教育模式，通过注重培养学生系统工程技术能力，尤其是项目的构思、设计、开发和实施能力，以及较强的自学能力、组织沟通能力和协调能力，吸收世界先进的工程教育理念，建立符合国际工程教育共识的课程体系，取得明显的效果.2009年中国民航大学开设了CDIO试点班[1]，将CDIO教育理念引入微机原理及接口技术课程，从教学目标和教学内容、教学方法与手段、课程考核等方面紧密围绕CDIO的标准进行改革，提出了CDIO一体化的教学模式.

2“微机原理及接口技术”课程介绍

“微机原理及接口技术”是石家庄学院电子通信、电气、计算机大类学科的专业基础核心课程之一，该课程对于培养学生扎实的专业基础理论和创新能力，以及提高应用型人才培养质量中起到至关重要的作用.从2012年开始，石家庄学院机电学院引入CDIO工程教育理念，首先在“微机原理及接口技术”实验课程中加入工程项目，采用虚实结合的方式，激发学生的学习兴趣及创新思维，进而在微机原理及接口技术整个课程体系中进行实践操作，取得良好的效果.但是由于课程知识体系涉及面广，知识点繁琐，且前后的连贯性相对较弱，理论性、实践性和应用性要求较高，教学课时不能满足目前的教学需求，需要对现行的教学模式进行教育形式改革，使教育评价多元化.借助“互联网+”技术，开展线上线下交互教学，打破学习过程中时间和空间的限制，引导学生自主学习和动手实践，培养学生的创新能力.

3 基于CDIO的线上线下交互式教学模式的设计

3.1 教学模式改革的基本思路

石家庄学院机电学院“电气工程及其自动化”、“通信工程”等作为应用型试点转型专业，对毕业生的就业情况进行调研发现，其就业面向工程设计、系统分析与运行、技术开发等领域.从调研的实际情况出发，将工程项目引入“微机原理及接口技术”课程中，采用CDIO教育模式，基于成果导向教育（OBE）的教学理念，如图1所示，以创新能力培养为目标，以工程项目为载体，将以学生为中心的个性化和协作化学习方式相结合，设计线上线下相结合的“互联网+”交互式教学模式.

3.2 线上线下交互式教学目标与教学内容的设计

在“互联网+”新环境下，根据追踪调研企业需求，在“微机原理及接口技术”课程中引入工程项目，根据“培养具有实践操作和创新能力的应用型人才”的目标，将课程教学目标分层设计，如表1所示，在着眼于学生个性化的发展、挖掘学生的自主学习潜力的情况下，让学生在工程项目的软件程序和硬件电路实现的过程中充分协作并参与教学活动，从而获取知识，提高能力素质.在教学内容上设计学生容易理解和接受的教学内容（图2），在项目的设置上要体现梯度性，从结合2～3个知识点的简单项目，到结合若干个知识点的复杂项目，提供多样化的教学资源，通过学生自带的移动智能终端，学生能够在教师的指导下协作学习和讨论，接受个性化指导，培养学生自主学习和创新能力.

3.3 基于CDIO的线上线下交互式教学模式的设计

通过学生携带的移动终端，借助“蓝墨云班课”的网络互动平台[2]，在微机原理及接口技术的课程教学中采用“互联网+”时代线上线下交互的教学模式[3]，其模式主要包括“教学准备—课前自学—课前测试—课堂学习—课后巩固提升”5个阶段，如图3所示.

表1 基于OBE的"微机原理及接口技术"课程教学目标

图2 基于OBE的“微机原理及接口技术”教学内容

图3“互联网+”时代线上线下交互的教学模式

教学准备：本环节由“微机原理及接口技术”课程教学团队成员根据课程体系涵盖的内容将知识点分解细化，融入到课程设计的工程项目中，构建教学项目情景，编制线上线下教学资源，组织各个学习阶段的评价方式和评价内容.

课前自学：此环节中学生通过教师上传到网络互动平台的视频和多媒体资源明确本次课程的教学目标，通过网络资源及教学视频自学理论知识，进行对应的练习检测.教师通过平台大数据能够及时掌握在线反馈的学生学习程度和学习效果；教师通过网络互动平台下达教学项目，学生在线查询项目的相关资料，利用课外时间进行小组讨论，也可以通过网络平台在线师生互动讨论，构思项目的设计、实现方案，同时培养学生的创新意识，为项目的课堂实施做好准备.

课前测试：教师针对前一段时间的教学内容及课前自学的理论知识，通过课前测试的方式，在网络互动平台检测学生对课程理论知识的掌握情况，督促学生及时复习，构建属于自己的知识体系与学习经验.

课堂学习：在课堂学习环节，教师将课前检测及课前自学阶段反映出的难点重点问题进行讲解，同时明确本次课的工程项目，使用师生协商机制[4]确定实现项目的多个需要解决的问题，即任务（构思阶段），采用问题驱动的方式，学生根据自己的学习能力选择独立探究或者协作学习的方式，从多个任务中选择其一进行设计、实现（设计、开发阶段）.在学生设计开发过程中教师观察学生的总体表现，帮助学生解决学习难点，并进行记录，对学生进行个性化的指导，推进教学目标的实现.在成果展示阶段（实施阶段），教师引导学生将各自小组的成果结合，进行组间交流，构成整个工程项目，展示项目成果，并将项目成果发布到网络互动平台，进行网上交流，使学生提升自主学习和协作学习的能力，教师对项目成果进行评价.

课后巩固提升：本环节教师通过网络互动平台将课堂项目提高深度和广度，师生互动交流，激发学生继续创新探究[5].教师发布课程作业巩固课堂理论知识.针对部分学生的课堂疑问，在线展开学生间、师生间讨论.

3.4 制定基于“线上线下”公正、全面的考核评价标准

考核评价标准以考核学生的学习过程[6]为主线，充分体现对学生的创新能力和设计实现工程项目的应用能力提升为准则，以课前自学、课前测试，课堂讨论、课堂项目实施过程、课程作业、课后探究讨论、期中期末考试为主要考核要素，从原来期末考试单一的考核指标向注重学习过程的多元化考核指标转变.各考核要素都有一定的计分标准，并在总评成绩中占有不同成绩比值.

4 基于CDIO的交互式教学模式的教学效果

在“互联网+”背景下，实施线上线下互动式教学模式1个学期后，移动终端统计的数据统计表明，改革效果明显，主要体现在以下几点：

1）学生的学习主动性提高.在改革之前学生的学习只有课上的学习时间，课下预习和复习的主动性基本没有，所以学生的知识掌握支离破碎，知识体系不连贯.改革后，从学生学习的经验值和课堂效果看，学生能够充分利用课余时间通过视频、PPT、网络资源等提前预习和课后复习相关知识，在课堂中能够将知识融会贯通，将理论和操作实践真正结合起来，实现项目的硬件设计和软件编程，课上通过虚拟仿真将软件设计和硬件电路联合调试，实现工程项目的开发.课下利用课余时间焊接硬件电路，下载软件程序，实现工程项目的实施过程.

2）培养了学生的创新能力.改革之前学生的实践操作都是在实验箱中进行验证性的操作，很少接触到硬件电路的设计开发，对于软件程序的设计也是在教师的指导下进行的.改革后，学生通过查找资料，分析系统功能，使用仿真软件PROTUES及EMU8086进行小组协作，独立进行系统的硬件电路和软件程序的联合仿真和开发，动手焊接硬件电路，下载程序，调试硬件电路和软件程序，这些都培养了学生的动手能力和创新思维.

3）培养了学生的团队合作意识.本次课程改革将CDIO工程设计理念融入到了项目的实施过程中，学生以团队合作的模式开展线上线下的自主学习过程.为了实现项目的最终成果，学生将项目的实现内容按照CDIO实现过程模块化，分工协作，相互讨论学习，将理论与实践有机结合，实现了小组成员知识和能力共同提升的效果.

5 结论

基于CDIO的“互联网+”时代线上线下交互式教学模式能够将“教、学、思、做、创”融为一体，把知识、能力、素质等协调发展的应用型人才的培养目标融入到工程项目中，使学生处于一种积极的学习状态，不仅提高了学生的自主学习能力，而且培养了学生分析和解决问题的能力、交流与合作的能力以及研究和创新的能力.