CDIO教学模式融入《探究科学》校本课程初探

蓝秋梅 杨翠云

摘 要：《探究科学》校本课程是探究科学和校本课程结合的产物。以自编项目作为教学资源的《探究科学》校本课程在资源的选择及教学内容设计上存在诸多困难。文章在教学设计中引入CDIO教育教学模式，以《红蓝3D眼镜》教学案例的改进为例，分析了基于CDIO教育教学模式设计的探究案例在满足学生个性化发展、自由发挥个体特长及小组合作上给予学生更广阔的空间。同时，在CDIO教学模式的助力下，探究科学教师能够更好地完成教学设计，使课堂内容和课堂形式的多样化得到有效提升，为解决《探究科学》校本课程中教师的教和学生的学提出科学有效的建议。

关键词：CDIO教学模式;探究科学;校本课程

校本课程的发展对教师提出了新的挑战，教师必须完成由“会教”已有教材到“会编”新教材的转变，课程教学设计是转变的落脚点。文章为优化《探究科学》校本课程教学设计，融入CDIO教育教学模式。通过分析探究式教学和CDIO教育教学模式的共性及融入点，以《红蓝3D眼镜》教学设计为例，对教学设计进行優化。CDIO教育教学模式的融入，使教师的设计更具丰富的理论基础，对教师的教和学生的学都起到良好的促进作用。

一、CDIO教育教学模式简介

CDIO（Conceive Design Implement Operate）是以构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Imple-ment）及运作（Operate）全过程为载体，让学生以主动、实践的方式进行工程学习，注重培养学生专业知识、学习能力、团队交流能力及工程系统能力的一种先进的工程教育模式[1]。基于CDIO主动式任务教学法，可以有效促进实践能力与创新能力的培养，为学生今后走向工作岗位奠定基础[2]。CDIO的教学模式即体现了“做中学”，又体现了“基于项目的教育和学习”的原则，学生在该模式教学中能主动参与理论与实践的学习，达到理论与实践相结合的教学目的。本文将基于CDI0工程教学模式对《红蓝3D眼镜》项目进行教学设计的修改，并就修改的教学设计进行一定的实际分析。

二、《探究科学》校本课程简介

众多国外的学者专家都对校本课程发有着不同的解释，这正说明校本课程开发的复杂性。不同的学者从不同的立场对校本课程做出了不同的界定，见解虽然独到，但都有着各自的局限性[3]。国内对于校本课程的分类大致可以分成两类：一种是对已有课程进行整编，使课程更利于学生个性化的发展。相对而言，这类校本课程是在原有课程中进行整改教学内容的教学行为。由教师根据学生发展及个性特点，选出课程中有利于学生学和教师教的内容进行进一步的整合。另一种是运用独特教育资源办学。在国家课程计划留给学校的空间内，有效利用各种教育资源，对校本课程进行自主开发。本文所研究的《探究科学》校本课程中涉及的教学资源属于自主研发项目。相关项目的研发离不开广西师范大学罗星凯教授带领的“兴华团队”。本科和研究生阶段，笔者均参与了由该团队发起的兴华创新实践师资班培训，培训围绕新课程创新实验理念和相关课程项目的开发等内容。培训结束后与合作学校进行双选，笔者有幸以志愿者身份分别参与三所学校新课程创新实验课程和《探究科学》校本课程的教学。在广西梧州第二中学担任高一年级新课程创新实验教师，在广西师范大学附属外国语学校担任初二年级探究科学教师，在北京市十一学校担任初一、初二年级探究科学教师，任教时间均为一个学期。实践中亲历课程项目的开发及汇编，深知自主研发课程中对教学资源进行合理设计的重要性以及在教学设计中遇到的诸多困难。研发的课题需要经历课题的选择，对所探究问题的挖掘，将挖掘课题分层递进融入课堂探究各个环节，给学生创设探究的情景，能让学生“玩中学，学中玩”的同时，活用学科知识解决实际问题，达到培养学生探究精神，及创新能力的目的。

CDIO教育教学模式及文中所述的《探究科学》校本课程均体现了“做中学”的教学特征，另外，两者基于项目的学习方式也不谋而合，这使在《探究科学》校本课程教学设计中引入CDIO教育教学模式水到渠成。

三、基于CDIO教学模式改进的教学设计案例

该设计以探究科学课程中的其中一个项目《红蓝3D眼镜》为例，为了更好地引导和促进学生进行探究学习，在教学设计的各个环节引入了CDIO教学模式中构思、设计、实现、运作的思维。在设计过程中发现，在CDIO教学模式指导下，教学设计思路更加顺畅清晰，学生在学习中的参与面更广，更能体现学生探究学习的个性化特点。

红蓝3D眼镜案例来源于一堂小学科学课，小学课堂上，老师播放红蓝电影，从感受3D效果出发，激发学生学习兴趣，用讲述的方式直接告诉学生怎么制作眼镜可以达到观影效果。课堂比较注重动手制作，不涉及原理的探究和小组合作分享各环节。

基于CDIO教学模式的指导，为了引导和促进学生进行探究学习，笔者在教学设计中，做了以下改动：

（1）融入构思环节，学生能更好得完成镜框的个性化设计。

（2）加入设计环节，充分发挥学生的个性化特点。

（3）突出实现环节，探究原理环节，重在学生讨论和合作，增加课堂探究深度，达到实现真正理解的目的。

下面以红蓝3D眼镜教学设计为例：

（一）项目教学内容分析

（1）教学内容：3D电影是学生日常生活中的娱乐项目之一，该项目来源于生活，以此为题容易引起学生的学习兴趣。

（2）项目涉及学科知识分析：初二年级的学生在学习光学时已经学习过，人们看到透明物体的颜色由透过透明物体的色光决定。红蓝3D眼镜的原理为，影视画面由两个视觉差的画面组成，两幅图的RGB都作了特别处理，其中一幅用红色保存图片信息，另一幅用蓝色保存图像信息。戴上红蓝3D眼镜后，红色镜片对应的眼睛只能看到用红色保存信息的图片，蓝色眼镜对应的眼睛只能看到用蓝色保存信息的图片。两边眼睛看到的画面有一定的视觉差，从而呈现立体效果。故学生在物理课中的光学知识为该项目的原理探究积累一定的基础。该案例在教学实施中具备设计、制作和原理探究的性质，CDIO教学模式中的构思设计环节能够得以体现。

（3）项目设计特点及意图：探究式教学包括创设情境、启发思考、自主（或小组探究）、协作交流、总结提高五个环节。CDIO教学模式则包含构思、设计、实现、运作环节。基于两种教学模式，本教学设计有以下特点：①创设情境，从红蓝3D电影出发，提出红蓝3D电影的呈现原理是什么，使学生体会该项目于现实生活的紧密联系。②通过课堂体验活动，启发学生能够看到3D效果与红蓝3D眼镜、特制图片两者皆有关系，加强学生观察及分析问题的能力。③根据自身喜好构思并设计一款特别的红蓝3D眼镜，提升学生的设计能力。④协作交流，制成实现观影效果的成品。用制作好的眼镜观看红蓝图片，若无法呈现3D效果，与小组成员交流原因，并进一步改进眼镜的制作，最终能够实现观看效果，提高团队合作能力。⑤小组合作，探究红蓝3D眼镜呈现立体效果的原理。⑥对所学知识拓展提升，实现红蓝3D图片的制作，实现知识的学以致用，升华探究效果。

（二）学生分析

1.学生已有生活经验和学习该内容的经验

该项目的教学对象为初二年级学生，学生光学学习中已经储备了3D眼镜呈现3D效果的相关知识。学生已经有过探究课堂的学习经历，对课堂各个环节的大致流程较为熟悉。以往的学习，已经形成固定的小组，小组成员之间在小组分工合作上有一定的默契。初二的学生正是个性凸显的年纪，这让设计成品更具多样化和个性化。

2.学生学习该内容可能的困难

学生以往的学习和生活经验，对图片或影视画面呈现立体效果的原因缺少认识，在理解红蓝图片的形成过程需要对图片的RGB进行调整存在一定困难。

（三）学习目标

（1）通过该项目的学习，了解红蓝3D眼镜的工作原理。

（2）通过眼镜的设计环节，提高学生的构思设计能力。

（3）在小组讨论过程中，培养学生团队合作精神。

（4）探究过程中，提高学生解决问题的能力，同时提升学生的探究欲望。

（四）教学过程

1.准备工作

卡纸、尺子、美工刀、剪刀、双面胶、透明胶、红蓝双透膜。

2.教学流程

（1）创设情境，激发学生学习兴趣。放映红蓝3D电影影片，激发学生学习兴趣，提出问题：你是否了解過红蓝3D眼镜的构造和原理？

（2）启发思考，明确红蓝3D眼镜之所以能看到3D效果与眼镜、图片两者皆有关系。让两个学生戴上老师课前制作好的红蓝3D眼镜，观看PPT上投影出来的红蓝效果图。由观看的学生将观看效果分享给全班同学;引导全班思考：为什么戴上红蓝3D眼镜的同学能看到3D效果，其他不戴眼镜的同学看不到效果？该环节的目的是通过引导，让学生能从控制变量的角度分析出能看到3D效果与眼镜有关。

接着设置对比试验，用多媒体呈现一张未经处理的图片，戴红蓝3D眼镜的学生继续观察图片，把观看效果跟全班分享。该环节的目的是通过对比试验，让学生明确能看到3D效果，呈现的图片必须进行特殊处理。

（3）根据个人喜好构思，设计并制作个性化眼镜。该环节有两方面目的：通过自身构思及设计，发挥学生自身个性特点，完成眼镜框架的设计。二是根据3D眼镜的原理，初步完成镜片的安放。镜片安放会出现两种结果，左红右蓝或者左蓝右红。其中左红右蓝能够看到更明显的3D效果，另一种情况几乎看不到3D效果。

（4）体验中讨论交流，明确眼镜构造，实现眼镜正确运行效果。学生完成眼镜的制作后，让学生小组内交流，就镜框设计特点、镜片位置等做相关交流。提升学生的交流沟通能力，释放每个学生的个性。接着让每个学生用自己制止的眼睛观看3D影视。观看过程中会出现两种不同的结果，部分学生能顺利看到3D效果，另外一部分学生无法看出效果。由此提问，引导学生观察并思考导致两种结果的原因是什么。让学生总结出眼镜镜片必须左红右蓝才能看到效果后，继续改进眼镜构造。提出关键性问题：为什么眼镜镜片必须左红右蓝，我们看到的3D效果和眼镜镜片及处理过的红蓝图片究竟有什么关系？

（5）探究镜片位置及红蓝图片与呈现3D效果的原因。首先，明确人体感官能感知立体效果的原因。用游戏的方式让学生初步理解人眼自带3D功能。在学生对人眼看到立体物体是因为视距差有一定认识后，再通过极端法用PPT给学生直接的视觉冲突，总结人能看到立体效果的根本原因是左右眼看到物体的不同部位，两个眼睛看到的画面经大脑合成，得到立体的效果。

接着，探究红蓝3D眼镜能呈现3D效果的原因。学生通过讨论，运用所学光学知识，总结归纳原因：红色镜片只能看到处理后的红色画面轮廓，蓝色镜片只能看到处理后的蓝色画面轮廓。红蓝两幅图片存在一定的视觉差，左右眼看到的有差异的图像经大脑合成后形成3D效果。

（6）探究镜片必须左红右蓝的原因。呈现多组图片，引导学生观察红蓝图片的共性：左红右蓝。用多媒体呈现红蓝电影拍摄和放映的过程图，加深学生对原理的理解。

（7）最后，给学生小组谈论整理整节课流程，让小组代表简述红蓝3D眼镜能看到红蓝图片呈现立体效果的原理。

四、结语

《探究科学》校本课程存在教学资源的缺乏以及教师对本课程认识具有局限性的问题，相关项目的教学设计及课堂实施还存在较大阻碍。本文从探究教学和CDIO两种教学模式的结合出发，尝试对《红蓝3D眼镜》教学项目的教学设计做了改动。融入CDIO教学模式的思想后，整堂课的教学内容更加丰富，学生个性化。本文通过文献研究等尝试将CDIO教学模式融入教学设计，得出以下几个结论：（1）在CDIO教学模式，探究科学课程教学设计更能体现学生个性化特点，课程形式多样化得到提升。（2）CDIO教学模式能充分调动学生的学习积极性，学生在学中做，做中学，达到理论与实际相结合的目的。

参考文献：

[1]周晓华.CDIO理念创新“模拟电子技术”课程教学改革[J].电气电子教学学报，2017，40（5）：47-51.

[2]郭金妹，张建荣，陈磊.“新工科”背景下面向实践创新能力培养的数字电子技术基础课程教学模式改革与实践[J].科教导刊，2019，12（4）：113-115.

[3]曹秀娟.校本课程开发的现状及其对策研究[D].湖南：湖南师范大学，2013.

项目：广西高等教育教学改革工程项目《基于CDIO模式的电子信息类专业电子技术课程改革研究与实践》（项目编号：2013JGB308）;JG201907校级“课程思政”教育教学改革示范课程-电磁学

作者简介：蓝秋梅（1989— ），女，壮族，广西忻城县人，硕士，助教，研究方向：教学法。

*通讯作者：杨翠云（1972— ），女，瑶族，广西桂林人，硕士，副教授，研究方向：教学法。