李懷敏 陳秀明

(阜陽師范大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院，安徽 阜陽 236041)

“新工科”作為我國工程教育改革方向，其核心思想是以德樹人為根本，以應(yīng)對變化、創(chuàng)造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。具有戰(zhàn)略性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)化、開放式的特征[1]。自2017年2月，教育部積極推進新工科建設(shè)以來，國內(nèi)各高校及高校教師積極探索適應(yīng)新工科要求的教學(xué)改革與實踐，并取得了較為豐富的成果。其中，文獻[2]以新工科為背景探索大數(shù)據(jù)專業(yè)的建設(shè)與培養(yǎng)，并以西南科技大學(xué)為例著重介紹大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)模式、課程體系、實踐教學(xué)等方面的綜合教學(xué)改革與實踐，為新工科專業(yè)建設(shè)提供寶貴經(jīng)驗。文獻[3]將CDIO工程教育模式與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，從課堂的教育理念、教學(xué)模式、教學(xué)方法和課程成績評價機制對Java 程序設(shè)計課程開展教學(xué)改革，取得較好的效果。

CDIO工程教育模式是國際工程教育改革的重要成果，是人才培養(yǎng)的創(chuàng)新模式，強調(diào)以產(chǎn)品/項目的生命周期(Conceive(構(gòu)思)、Design(設(shè)計)、Implement(實施)、Operate(運作))為載體[4]，以案例和項目驅(qū)動的教學(xué)模式為基礎(chǔ)，堅持問題導(dǎo)向、目標導(dǎo)向，使學(xué)生在工程實踐中不斷啟迪智慧、建構(gòu)知識，再反過來指導(dǎo)實踐，在理論與實踐相互促進中提升工程實踐能力和銳意進取的精神。但是，按照CDIO 教育理念，課程教學(xué)的內(nèi)容將不再局限于書本，而是圍繞項目周期展開的豐富的、有機的、系統(tǒng)化的工程教學(xué)內(nèi)容，這是在傳統(tǒng)課堂授課模式下難以完成的，更難以達到工程教育的目的。混合教學(xué)把傳統(tǒng)課堂與線上教學(xué)相融合，實現(xiàn)“在‘適當?shù)摹瘯r間，通過應(yīng)用‘適當?shù)摹瘜W(xué)習(xí)技術(shù)，對‘適當?shù)摹瘜W(xué)習(xí)者傳遞‘適當?shù)摹芰Γ行Ы鉀Q了傳統(tǒng)課堂時間和地點的限制[5]。混合教學(xué)已成為教育領(lǐng)域普遍提倡的教學(xué)模式，數(shù)據(jù)研究表明混合教學(xué)在高等教育教學(xué)中是最有效的教學(xué)方式。

綜上所述，本文專注于研究基于CDIO的混合教學(xué)模式，該模式以工程教育理念為核心，采用混合教學(xué)組織形式，通過混合遞階實踐教學(xué)體系來保證工程化教學(xué)內(nèi)容的有效開展。并以數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用課程為教學(xué)改革實踐對象來介紹基于CDIO的混合教學(xué)模式的實施舉措和實施效果。

1 基于CDIO的混合教學(xué)體系

基于CDIO 的混合教學(xué)體系架構(gòu)[6]，如圖1所示。

圖1 基于CDIO混合教學(xué)體系架構(gòu)

由圖1可知，基于CDIO混合教學(xué)體系主要由工程化的教學(xué)內(nèi)容、混合式教學(xué)、混合遞階實踐教學(xué)活動以及混合教學(xué)評價體系四個模塊組成，同時這四個模塊都以智慧教學(xué)平臺為支撐?？梢姡擉w系架構(gòu)在智慧教學(xué)平臺(本研究采用的是“超星學(xué)習(xí)通”)的支撐下，以層次化的工程項目教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，采用三段式(課前、課中、課后)混合教學(xué)組織形式，建立遞階多元化(課上、課下、課外)實踐教學(xué)體系，從而形成以“學(xué)科知識為基礎(chǔ)、應(yīng)用創(chuàng)新為目標、實踐能力培養(yǎng)為重點”的創(chuàng)新工程教學(xué)模式。并制定了基于智慧教學(xué)平臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)、課堂表現(xiàn)、項目完成情況和考試成績的多元混合教學(xué)評價體系。

2 基于CDIO的混合教學(xué)的實施舉措

數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用課程的主要任務(wù)是使學(xué)習(xí)者能夠應(yīng)用數(shù)據(jù)庫基本原理、商品化的 DBMS和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具，設(shè)計和開發(fā)面向各種實際問題的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)[7]。而數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)是典型的工程項目。所以，將基于CDIO的混合教學(xué)模式引入數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用課程建設(shè)，設(shè)計項目化教學(xué)內(nèi)容、依托智慧教學(xué)平臺開展混合式教學(xué)。

2.1 項目化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

CDIO 教育理念是以實際工程項目的生命周期為載體，將教學(xué)內(nèi)容滲透到工程項目中，隨著工程項目的不斷推進，使學(xué)生們在真實的情境中循序漸進地掌握相關(guān)知識和技能[8]。所以，項目化教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計是開展工程教育的基礎(chǔ)，這要求對數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用課程的教學(xué)內(nèi)容進行重新設(shè)計——項目化教學(xué)內(nèi)容，將相關(guān)的理論知識滲透到具體的項目實踐中。因此，本文結(jié)合數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用的工程實踐和課程的培養(yǎng)目標，設(shè)計三個層次的項目，即數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)驗證項目、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用實踐項目和數(shù)據(jù)庫綜合創(chuàng)新項目，將教學(xué)內(nèi)容有機地融入項目教學(xué)中，注重數(shù)據(jù)庫原理知識的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，重視學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。

(1)基礎(chǔ)驗證項目

基礎(chǔ)驗證項目是以熟知、易懂的數(shù)據(jù)庫項目為研究對象(一般采用教材中的案例)將數(shù)據(jù)庫原理的基礎(chǔ)理論知識融入項目的相應(yīng)階段，按照項目的實施設(shè)計成單元項目(詳見表1)，并在教材實例的基礎(chǔ)上增加一定的難度和創(chuàng)新，引導(dǎo)學(xué)生依托項目進行理論驗證，同時學(xué)會用驗證的理論解決實際問題。基礎(chǔ)驗證項目通過對熟知、易懂的數(shù)據(jù)庫的分析(C)、設(shè)計(D)、實現(xiàn)(I)和使用(O)，使學(xué)生掌握數(shù)據(jù)庫原理的基礎(chǔ)理論知識，具備基本實驗?zāi)芰突鞠到y(tǒng)設(shè)計能力，并對數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用有一定的認知。

(2)應(yīng)用實踐項目

應(yīng)用實踐項目是由教師給出，主要選取與學(xué)生生活和學(xué)習(xí)密切相關(guān)的實際課題(如學(xué)生宿舍維修上報管理系統(tǒng)、線上考試系統(tǒng)、小型超市管理系統(tǒng)、疫情信息管理系統(tǒng)等)，課題規(guī)模和進度由教師把控，學(xué)生分組(每組5-6人，選一名組長負責(zé)組內(nèi)協(xié)調(diào))選擇感興趣的課題。確定課題之后，各小組結(jié)合所學(xué)數(shù)據(jù)庫相關(guān)知識、上網(wǎng)查閱相關(guān)資料和對課題業(yè)務(wù)的調(diào)研分析，并在教師指導(dǎo)下按照企業(yè)和社會的工程實踐構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行(CDIO)項目。應(yīng)用實踐項目的進度通常與基礎(chǔ)驗證項目同步，是基礎(chǔ)驗證項目學(xué)習(xí)的有益補充。通過應(yīng)用實踐項目可以進一步提升學(xué)生的系統(tǒng)分析和設(shè)計能力、自主探究和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生工程思維和團隊協(xié)作與交流意識。

(3)綜合創(chuàng)新項目是面向?qū)嶋H需求的復(fù)雜數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)大作業(yè)，綜合性較強。各小組在課后獨立完成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分析和設(shè)計，并撰寫相關(guān)文檔。這不僅要求學(xué)生對數(shù)據(jù)庫相關(guān)理論和技術(shù)進行整合，還要能夠創(chuàng)新地應(yīng)用于實踐，解決實踐問題。在項目實施過程中充分發(fā)揮個人探究和團隊協(xié)作精神，完成系統(tǒng)級數(shù)據(jù)庫應(yīng)用產(chǎn)品的構(gòu)思(C)、設(shè)計(D)、實現(xiàn)(I)和運行(O)全過程，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程系統(tǒng)能力、多學(xué)科交叉能力和開拓創(chuàng)新、團結(jié)合作能力。

三個層次的模塊化項目之間存在由理論到應(yīng)用、由局部到全局、由簡單到綜合的遞進關(guān)聯(lián)性，為學(xué)生提供了“強調(diào)工程基礎(chǔ)的、建立在真實世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運行(CDIO)過程”的學(xué)習(xí)情境?？梢允箤W(xué)生在理論指導(dǎo)下完成項目，在項目實踐中建立起完整的課程知識體系，最終實現(xiàn)由“知識”到“實踐”到“能力”再到“綜合工程素養(yǎng)”的不斷提升，進而能夠解決復(fù)雜的工程問題。

2.2 基于CDIO混合教學(xué)組織形式

基于CDIO混合教學(xué)組織形式仍然是由“課前、課中、課后”所組成三段式教學(xué)模式，每個階段都為項目化教學(xué)內(nèi)容服務(wù)，而項目的教學(xué)實施則按照工程的“構(gòu)思—設(shè)計—實現(xiàn)—運行”等四個步驟來組織。具體如圖2所示。

圖2 基于CDIO三段式混合教學(xué)組織

(1)課前項目任務(wù)導(dǎo)入

課前采用線上形式，教師基于智慧教學(xué)平臺進行學(xué)情分析，不斷優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，提供高質(zhì)量線上教學(xué)資源，科學(xué)制定學(xué)習(xí)任務(wù)單，完成項目導(dǎo)入；學(xué)生自主完成線上學(xué)習(xí)任務(wù)，并反饋問題，通過課前線上的教學(xué)活動使學(xué)生提前了解課堂項目教學(xué)的內(nèi)容，初步形成對項目階段性任務(wù)的構(gòu)思(C)。

(2)課中項目設(shè)計與實施

課中是線下主題見面課，教師首先講解項目中涉及的重點、難點知識，同時對線上反饋的問題答疑解惑，再結(jié)合項目創(chuàng)設(shè)情景，分解小項目，設(shè)計互動主題，每個小組課內(nèi)協(xié)作完成，通過這樣的課堂教學(xué)活動，幫助學(xué)生在課前對項目任務(wù)有了初步構(gòu)思的基礎(chǔ)上進一步理解項目任務(wù)，自主完成項目的設(shè)計(D)和實現(xiàn)(I)。

(3)課后項目運維

課后教師通過智慧教學(xué)平臺開展個性化輔導(dǎo)，進行階段性測驗等，幫助學(xué)生總結(jié)反思；布置單元項目作業(yè)和應(yīng)用實踐項目的階段性任務(wù)并評閱相關(guān)文檔。學(xué)生在課后完成線上單元測驗、單元項目任務(wù)，在完成任務(wù)的過程中遇到問題可以隨時線上反饋和討論，按時在平臺提交相應(yīng)的文檔資料(如：實驗報告、項目總結(jié)等)。通過課后項目相關(guān)文檔的完善以及項目運行和維護(O)可以不斷提升學(xué)生的綜合工程素養(yǎng)。

2.3 基于CDIO混合遞階實踐教學(xué)

實踐教學(xué)是理論教學(xué)內(nèi)容的具體化過程，是增強學(xué)生感性認識，培養(yǎng)學(xué)生動手能力、解決問題能力和構(gòu)建創(chuàng)新意識的重要環(huán)節(jié)?；贑DIO的課程教學(xué)改革的核心思想就是將理論知識滲透到實際工程項目中，盡可能把理論教學(xué)轉(zhuǎn)換為實驗實踐教學(xué)，以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和探索精神。基于CDIO構(gòu)建的“實驗室實踐教學(xué)—課下虛擬實驗—課外實訓(xùn)”的混合遞階實踐教學(xué)體系為完成項目化教學(xué)內(nèi)容提供了重要保證。

(1)實驗室實踐教學(xué)

課堂教學(xué)全部在實驗室進行，實驗室要求具備教、學(xué)、做一體化的軟硬件配套設(shè)施，教師在實驗室授課，授課內(nèi)容圍繞項目開展。在實際教學(xué)中，教師根據(jù)課前線上學(xué)習(xí)反饋，梳理共性問題和重、難點知識進行講解和演示。然后讓學(xué)生現(xiàn)場實驗加深理解。教師可以根據(jù)學(xué)生現(xiàn)場實驗情況，適時給出啟發(fā)性問題，引導(dǎo)學(xué)生思考理論對實踐的指導(dǎo)意義，學(xué)會用理論解決實際問題?；A(chǔ)驗證項目的實驗內(nèi)容主要在課堂上完成，而應(yīng)用實踐項目和綜合創(chuàng)新項目則主要是由小組成員在課下完成，遇到問題在線上進行反饋和互相討論。教師根據(jù)線上的反饋和討論找出共性問題，在課堂上予以講解，對于個別問題進行有針對性的指導(dǎo)，推進項目的順利開展。表1給出了基礎(chǔ)驗證項目細分成單元項目后實驗室實踐教學(xué)設(shè)計。

表1 單元項目實驗室實踐教學(xué)設(shè)計

從表1可以看出，通過將理論知識滲透到實際工程項目中，真正做到了讓學(xué)生在“學(xué)中做”和“做中學(xué)”。同時教師根據(jù)學(xué)生在應(yīng)用實踐項目中的問題反饋，結(jié)合具體項目答疑解惑，進一步強化學(xué)生對理論知識的理解和應(yīng)用，使學(xué)生的工程能力和工程素養(yǎng)得到不斷提升。

(2)課下虛擬實驗平臺實訓(xùn)

學(xué)院引進藍橋高校實驗教學(xué)平臺，有效解決了大容量的工程實踐教學(xué)與實驗課時有限的矛盾，幫助老師輕松完成大規(guī)模的在線實驗教學(xué)任務(wù)。數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用課程利用藍橋在線實驗平臺進行綜合創(chuàng)新項目的線上實訓(xùn)。教師將項目的實驗指導(dǎo)內(nèi)容在藍橋?qū)嶒炂脚_上以步驟化的形式展示，并對各步驟設(shè)置自動驗證，同時通過設(shè)置項目挑戰(zhàn)考核，驅(qū)動學(xué)生一步步完成實驗任務(wù)，理解項目實施流程。學(xué)生只需使用瀏覽器登錄“藍橋在線實驗教學(xué)系統(tǒng)網(wǎng)站”進入課程的實驗環(huán)境就可進行在線實驗，提交實驗報告。學(xué)生也可以將在虛擬實驗平臺實訓(xùn)中產(chǎn)生問題和想法帶到課堂上進行小組討論，教師現(xiàn)場指導(dǎo)。線上實訓(xùn)，較好地克服實驗室教學(xué)中時間、設(shè)備等因素的限制，還能保證項目教學(xué)進度和質(zhì)量，提高工程教學(xué)效率。

(3)課外實訓(xùn)

簡單的校園學(xué)習(xí)是培養(yǎng)不出優(yōu)秀的數(shù)據(jù)庫開發(fā)人員的。第二課堂與校企合作相結(jié)合的課外實訓(xùn)則是簡單校園學(xué)習(xí)的有益補充。如：以賽促教，創(chuàng)立創(chuàng)新實驗室，經(jīng)常組織、培訓(xùn)學(xué)生參加相關(guān)的科技創(chuàng)新競賽；鼓勵學(xué)生結(jié)合項目到企業(yè)相關(guān)部門進行調(diào)研，了解與分析企業(yè)的業(yè)務(wù)需求，調(diào)研結(jié)果在課堂上做匯報，并進行討論；定期集中安排學(xué)生到校企合作實訓(xùn)基地參加實訓(xùn)，這不僅能讓學(xué)生真正體驗企業(yè)項目研發(fā)的全過程，還能向企業(yè)工程師學(xué)習(xí)項目研發(fā)中使用技術(shù)、方法和管理經(jīng)驗，進一步了解企業(yè)項目開發(fā)規(guī)范等，是對校園學(xué)習(xí)的有益補充。通過這樣的課外實訓(xùn)，學(xué)生們不僅可以獲得更多的新知識、新技術(shù)、新信息，也可以更好地實現(xiàn)由“知識”到“實踐”到“能力”再到“綜合工程素養(yǎng)”的不斷提升，為將來就業(yè)提供核心競爭力。

2.4 多元化混合教學(xué)評價體系

傳統(tǒng)的結(jié)果性評價機制難以體現(xiàn)學(xué)生的工程實踐和應(yīng)用創(chuàng)新能力，因此，基于CDIO的混合教學(xué)模式依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺設(shè)計了“形成性評價+結(jié)果性評價”的多元混合評價體系，通過對具體指標賦予權(quán)重強化過程性評價，重點考查學(xué)生在混合學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)過程中態(tài)度、能力和綜合工程素養(yǎng)等方面表現(xiàn)。建立了多元化混合評價指標體系，見表2。

表2 數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用課程多元化混合評價指標

如表2顯示，課程的總評成績=線上平時成績(35%)+線下平時成績(35%) +考試成績(30%)。其中，線下平時成績各項指標的評分依據(jù)是各層次項目的完成情況和課堂綜合表現(xiàn)，而項目完成情況的綜合得分由教師對各組評價得分、小組間的互評得分和組內(nèi)成員互評得分的加權(quán)平均計算得到。文章旨在通過這樣多維度、全方位展現(xiàn)學(xué)生能力的多元化混合評價體系，能更全面、更準確地評價學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)，促進和鼓勵學(xué)生全面發(fā)展。

3 基于CDIO的混合教學(xué)實踐效果分析

將基于CDIO的混合教學(xué)模式引入數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用課程建設(shè)，并開展教學(xué)實踐，正是授課前就確定了一個普通班(55人)和一個試驗班(52人)。普通班仍采用原來的授課模式，課堂教學(xué)區(qū)分理論教學(xué)和實驗教學(xué)，按照教材順序開展相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容。試驗班則采用基于CDIO的混合教學(xué)模式，課堂教學(xué)全部在實驗室進行，配合課前線上導(dǎo)入和課后線上拓展，圍繞項目開展相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。期末閉卷考試采用同一套試卷。

為了調(diào)查基于CDIO的混合教學(xué)模式是否達到預(yù)期的教學(xué)效果，課程結(jié)束后，一方面通過智慧教學(xué)平臺對試驗班開展了課程體驗問卷調(diào)查。問卷主要調(diào)查學(xué)生對教學(xué)體系的評價和教學(xué)效果滿意度。統(tǒng)計結(jié)果表明：絕大多數(shù)同學(xué)對新的教學(xué)體系和教學(xué)效果表示滿意，都給出了正向肯定的評價，這與學(xué)生在日常學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)相互佐證。

另一方面，將試驗班和普通班的學(xué)習(xí)成績進行比較。由于試驗班采用多元化混合評價體系(詳見3.4節(jié))與普通班的綜合評價體系(平時成績(40%)+期末考試成績(60%))不同，所以比較兩個班的卷面成績。卷面成績統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。可以看出試驗班卷面成績整體優(yōu)于普通班，進一步說明項目化教學(xué)內(nèi)容有助于學(xué)生對理論知識的理解和應(yīng)用。

表3 期末閉卷考試卷面成績分檔統(tǒng)計表

綜上，基于CDIO的混合教學(xué)模式達到預(yù)期的教學(xué)效果，且相比于原來的教學(xué)模式有如下優(yōu)勢：

(1)更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升自主學(xué)習(xí)能力

基于CDIO混合教學(xué)組織形式促使學(xué)生在課前完成項目導(dǎo)入，在課堂上可以帶著想法和問題學(xué)習(xí)，在老師的指導(dǎo)下和項目實踐中證實自己的想法、解決遇到的問題，在學(xué)習(xí)中不斷獲得成就感，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，興趣是最好的老師能進一步促進學(xué)生進行多渠道自主學(xué)習(xí)，自主學(xué)習(xí)能力不斷提升。

(2)更有助于提高學(xué)生的工程實踐能力

基于CDIO混合教學(xué)為學(xué)生提供了強調(diào)工程基礎(chǔ)、建立在真實世界產(chǎn)品的學(xué)習(xí)情境，學(xué)生的產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行的工程思維在不同層次的項目學(xué)習(xí)情境中得到訓(xùn)練和強化，工程實踐能力不斷提高。具體表現(xiàn)在試驗班的同學(xué)相比于普通班更喜歡迎難而上，積極參加各類大學(xué)生競賽，動手能力更強；課堂更活躍，積極參與討論，基礎(chǔ)知識掌握扎實，能夠應(yīng)用實踐解決實際問題。

(3)更能培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作與交流意識

基于CDIO混合教學(xué)過程中強調(diào)項目的團隊合作，特別是應(yīng)用實踐項目和綜合創(chuàng)新項目必須是小組成員分工合作，共同完成，過程中遇到問題先是組內(nèi)討論解決，仍有問題帶到課堂上進行交流、討論。教師在課堂上可以結(jié)合共性問題統(tǒng)一講解，講解的過程中拋出問題讓學(xué)生思考進行教學(xué)互動，若是個別問題則進行一對一指導(dǎo)。在項目的推進過程中小組成員都積極參與，有問題共同解決，使學(xué)生在潛移默化中培養(yǎng)了團隊協(xié)作意識和交流意識。

4 結(jié)束語

基于CDIO的混合式教學(xué)模式遵循CDIO教育思想，通過混合教學(xué)的組織形式，開展以學(xué)生為中心、項目為主線的多元實踐教學(xué)，并設(shè)計了強調(diào)形成性評價的多元混合教學(xué)評價體系。以數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用課程為實踐對象，首先設(shè)計模塊化項目教學(xué)內(nèi)容，然后以項目為載體，智慧教學(xué)平臺為支撐開多元遞階實踐教學(xué)。教學(xué)效果表明：基于CDIO的混合式教學(xué)使學(xué)生們在“學(xué)中做、做中學(xué)”的良性循環(huán)中，收獲學(xué)習(xí)的樂趣和各種能力的提升，獲得了良好的教學(xué)效果，符合新工科背景下教學(xué)改革的目標。