工程教育理念的Java課程翻轉(zhuǎn)教學(xué)方法

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摘要：CDIO工程教育理念和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)手段在高等教育課程改革過(guò)程中逐漸被引入，為高校學(xué)生能力和素養(yǎng)提升都帶來(lái)了很好的促進(jìn)效果。文章正是基于這一大的教育背景，結(jié)合二者共性特征，將其應(yīng)用于java課程教學(xué)當(dāng)中，通過(guò)對(duì)課前、課堂、課后3個(gè)階段的精心設(shè)計(jì)，使理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐3種教學(xué)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，有效達(dá)成了知識(shí)、能力、素養(yǎng)等多維度的教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生綜合能力和素質(zhì)得到更好地提升。教學(xué)實(shí)踐表明，該方法切實(shí)有效，具有良好的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作工程教育理念；Java課程；翻轉(zhuǎn)教學(xué)方法

1CDIO相關(guān)簡(jiǎn)介

構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作（ConceiveDesignImplementOperate，CDIO）工程教育理念是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將學(xué)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力4個(gè)層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這4個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。截至2017年4月，共有104所高校自愿加入“CDIO工程教育聯(lián)盟”。國(guó)內(nèi)高校也在CDIO工程教育理念上做了很多探索，其改革思路是以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，進(jìn)行巧妙構(gòu)思，強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，打破課程之間的實(shí)踐壁壘，從而提升學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[1]。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”概念在國(guó)內(nèi)的興起，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”課程的翻轉(zhuǎn)課堂作為一種關(guān)注學(xué)生差異性和學(xué)習(xí)自主靈活性的教學(xué)模式，也被看作是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的有效改革，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外教師群體中逐漸被接受和推廣。但將CDIO工程教育理念與翻轉(zhuǎn)課堂有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式在國(guó)內(nèi)尚處于初期發(fā)展階段。本文就是結(jié)合“CDIO教育理念”和“翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式”均能在培養(yǎng)學(xué)生多層次能力方面發(fā)揮良好作用的特點(diǎn)，將二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于Java課程教學(xué)改革，并取得了傳統(tǒng)教學(xué)模式無(wú)法達(dá)到的良好效果。本文的教學(xué)方法具有一定的先進(jìn)性和較好的推廣價(jià)值。

2Java課程教學(xué)現(xiàn)狀及學(xué)情分析

Java課程是工程性、應(yīng)用性及實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，特點(diǎn)是知識(shí)點(diǎn)多且分散。利用Java語(yǔ)言在移動(dòng)智能終端上開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，其市場(chǎng)占有率隨著智能手機(jī)的普及也越來(lái)越高。在傳統(tǒng)的Java課程教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容與教材選擇上比較落后，與市場(chǎng)需求脫離嚴(yán)重；理論教學(xué)手段上，一般采用單純的“理論講授+程序演示”方法，很難達(dá)成相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)；在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)上，理論與實(shí)踐脫節(jié)、能力和素質(zhì)培養(yǎng)不到位的問(wèn)題也非常突出。根據(jù)課前給學(xué)生發(fā)放的學(xué)情調(diào)查問(wèn)卷反饋可見(jiàn)：目前的大學(xué)生絕大部分都存在既渴望開(kāi)放的學(xué)習(xí)方式，卻又不能控制自己，無(wú)法使自己全身心投入學(xué)習(xí)的矛盾心態(tài)。一方面，大學(xué)生學(xué)風(fēng)不嚴(yán)謹(jǐn)，較懶散，怕吃苦，學(xué)多帶有一種功利性。另一方面，大學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)的輕重緩急能夠客觀對(duì)待，學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，這些方面是值得肯定的?；谶@種情況，就需要教師在授課過(guò)程中加以引導(dǎo)和監(jiān)督，設(shè)計(jì)好教學(xué)活動(dòng)，使大學(xué)生學(xué)習(xí)趨于理性化，這樣就一定能達(dá)到知識(shí)、能力、素養(yǎng)共同提高的良好教學(xué)效果[2]。

3教學(xué)設(shè)計(jì)思路與實(shí)施方案

3.1教學(xué)設(shè)計(jì)思路的提煉

本文核心思想是以CDIO教育理念為中心，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，探索研究如何既服務(wù)于Java教學(xué)，又能貫穿其諸多先修課程的教改方案。提煉教學(xué)設(shè)計(jì)思路為以下3個(gè)階段：（1）基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)儲(chǔ)備階段。在Java課程教學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)階段，按照翻轉(zhuǎn)課堂的模式組織教學(xué)，可以關(guān)注學(xué)生差異性和實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)自主靈活性，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、測(cè)驗(yàn)、答疑，用最少的學(xué)時(shí)完成基礎(chǔ)知識(shí)的儲(chǔ)備。（2）綜合知識(shí)鞏固提升階段。在Java課程教學(xué)的綜合運(yùn)用階段，按照CDIO教育理念組織教學(xué)。將在“DSP”課程、“單片機(jī)”課程上所開(kāi)發(fā)的智能家居硬件模塊作為控制目標(biāo)，分組討論、分析問(wèn)題，共同完成手機(jī)APP的編寫(xiě)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)硬件的驅(qū)動(dòng)。這一階段對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)是一個(gè)查遺補(bǔ)漏、鞏固提高的過(guò)程。（3）工程意識(shí)培養(yǎng)實(shí)訓(xùn)階段。在Java課程教學(xué)的課程設(shè)計(jì)階段，按照CDIO教育理念組織教學(xué)。模仿小米之家APP的組成方式，共同制作完成一個(gè)有著智能窗簾、智能充放電的微電網(wǎng)、智能監(jiān)控相機(jī)、智能溫濕度采集器、智能門窗感應(yīng)器、智能空調(diào)控制器、智能照明燈、智能開(kāi)關(guān)設(shè)備等智能家居產(chǎn)品系列的模型。實(shí)現(xiàn)控制規(guī)約的設(shè)計(jì)、軟件接口的開(kāi)放設(shè)計(jì)、人工智能的調(diào)用等APP的編寫(xiě)。

3.2教學(xué)實(shí)施方案的確定

本文按照課前進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、課堂進(jìn)行知識(shí)內(nèi)化、課后進(jìn)行知識(shí)固化的遞進(jìn)層次完成整個(gè)教學(xué)實(shí)施方案的設(shè)計(jì)[3]。課程組以在Java課程教學(xué)中采用CDIO教育理念和翻轉(zhuǎn)課堂方式為依托，以學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展為目標(biāo)，使學(xué)生熟練掌握和運(yùn)用Java中的知識(shí)和技術(shù)完成工程應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。既強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳授，又注重對(duì)學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化和實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過(guò)有工程價(jià)值的項(xiàng)目及微課等豐富教學(xué)資源的支撐，確保學(xué)生能夠做到課外有支持地學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、協(xié)作學(xué)習(xí)能力，通過(guò)課堂討論、小組交流、教師答疑等方式提升學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力、創(chuàng)新思維、組織管理能力等。該教學(xué)實(shí)施方案的特色如下。

3.2.1CDIO與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合

遵循CDIO教育理念，以眾多中小案例和一個(gè)綜合性較強(qiáng)的工程案例為主線，將學(xué)生應(yīng)該掌握的專業(yè)知識(shí)、技能和職業(yè)素質(zhì)融入整個(gè)教學(xué)過(guò)程中。在應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，某些知識(shí)點(diǎn)的講解可以采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，進(jìn)而將CDIO與翻轉(zhuǎn)課堂兩者有機(jī)結(jié)合。將Java課程的理論知識(shí)點(diǎn)分解為150個(gè)，課題組教師錄制了150個(gè)教學(xué)視頻，采用泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合服務(wù)平臺(tái)，定時(shí)學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成視頻的學(xué)習(xí)，并完成在平臺(tái)上的自測(cè)題，完成網(wǎng)絡(luò)作業(yè)。通過(guò)平臺(tái)，學(xué)生可以向老師或者其他學(xué)生提問(wèn)，參與討論，學(xué)生成績(jī)會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，按照教師設(shè)定的評(píng)分比率，統(tǒng)計(jì)視頻觀看進(jìn)度、重復(fù)率、網(wǎng)絡(luò)討論參與度，減少了教師的工作量。

3.2.2將工業(yè)級(jí)項(xiàng)目融入教學(xué)中來(lái)

將工業(yè)級(jí)項(xiàng)目融入教學(xué)中來(lái)是本文研究的重點(diǎn)。能否實(shí)施CDIO工程教育理念，關(guān)鍵在于是否能夠引入恰當(dāng)?shù)墓こ添?xiàng)目到Java的教學(xué)實(shí)踐中。項(xiàng)目要具有連貫性，要和先修課程相關(guān)聯(lián)。考慮到工程項(xiàng)目要和學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備相匹配，要容易理解、容易操作、容易判斷成績(jī)高低，因此，本文選取“智能家居系統(tǒng)”項(xiàng)目為教學(xué)案例，基礎(chǔ)知識(shí)階段用翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式講授，綜合運(yùn)用階段再選取幾個(gè)難度適中的智能家居硬件驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目。先讓學(xué)生分組，每組選出一個(gè)組長(zhǎng)，再讓學(xué)生選題，最后，分組實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的項(xiàng)目，課程設(shè)計(jì)階段再完成系列產(chǎn)品的控制規(guī)約設(shè)計(jì)、軟件統(tǒng)一接口、整合APP等工作。

3.2.3理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐

3種教學(xué)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，共同檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果Java課程本身是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，通過(guò)一個(gè)“智能家居系統(tǒng)”的控制程序可以將理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)起來(lái)，每一個(gè)步驟都可以檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并對(duì)DSP、單片機(jī)、模擬電子、數(shù)字電子、通信、電子電路、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)課程知識(shí)起到一個(gè)聯(lián)動(dòng)學(xué)習(xí)促進(jìn)的作用。因?yàn)檎n程負(fù)責(zé)人還講授“DSP原理及應(yīng)用”課程，課程組成員還負(fù)責(zé)“數(shù)字電子技術(shù)”“模擬電子技術(shù)”“單片機(jī)技術(shù)”課程的教授任務(wù)，因此，可以無(wú)障礙地推行CDIO教育理念，在先修課程中引入相應(yīng)的智能家居項(xiàng)目，將一些智能家居的硬件設(shè)計(jì)作為實(shí)踐內(nèi)容加以要求，這樣在學(xué)生學(xué)到Java課程時(shí)，可以直接使用自己以前的硬件作品作為控制對(duì)象。因此，無(wú)論軟件還是硬件學(xué)生了解得都很深刻，便于項(xiàng)目的聯(lián)調(diào)聯(lián)試。

4結(jié)語(yǔ)

本文創(chuàng)新性地將CDIO教育理念與翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，探索出一種適合與Java課程特點(diǎn)相類似的課程進(jìn)行結(jié)合的教學(xué)改革方法。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐充分顯示，這種創(chuàng)新能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升學(xué)生實(shí)踐能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。項(xiàng)目案例貫穿整門課程教學(xué)，與相關(guān)10余門課程內(nèi)容有強(qiáng)關(guān)聯(lián)，使學(xué)生工程實(shí)踐能力得到大大提升，為以后無(wú)縫對(duì)接工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

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作者：李貽濤 邢曉敏 尹維春 單位：東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院