我校測(cè)控專(zhuān)業(yè)CDIO項(xiàng)目設(shè)計(jì)探討

王桂梅，劉杰輝，張令

（河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

CDIO模式是工科專(zhuān)業(yè)推崇的教育教學(xué)模式，這種模式強(qiáng)調(diào)圍繞工程項(xiàng)目來(lái)設(shè)立培養(yǎng)學(xué)生的相關(guān)環(huán)節(jié)，該項(xiàng)目通常分為多種級(jí)別，例如汕頭大學(xué)工學(xué)院電子工程系設(shè)為一級(jí)項(xiàng)目、二級(jí)項(xiàng)目和三級(jí)項(xiàng)目[1]。一級(jí)項(xiàng)目的目的是讓學(xué)生從解決實(shí)際工程問(wèn)題著手來(lái)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題的興趣,并引導(dǎo)他們探索、掌握解決問(wèn)題的途徑和方法。一級(jí)項(xiàng)目的實(shí)施是在剛?cè)雽W(xué)時(shí)便設(shè)立一項(xiàng)具體的產(chǎn)品，通過(guò)剖析該產(chǎn)品的組成部分和工作原理，使學(xué)生建立本專(zhuān)業(yè)核心知識(shí)及相應(yīng)課程與實(shí)際產(chǎn)品的對(duì)應(yīng)關(guān)系的感性認(rèn)識(shí)，在前三年的教學(xué)過(guò)程中，將產(chǎn)品的相關(guān)知識(shí)貫穿于相關(guān)課程教學(xué)，此為一級(jí)項(xiàng)目的初級(jí)階段；在畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，再利用所學(xué)知識(shí)，完成該產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)用等全過(guò)程，此為一級(jí)項(xiàng)目的高級(jí)階段。從一級(jí)項(xiàng)目的初級(jí)階段到高級(jí)階段，設(shè)立相關(guān)課程的過(guò)程便是建立二級(jí)項(xiàng)目的過(guò)程，其對(duì)應(yīng)的核心課程的設(shè)置便是二級(jí)項(xiàng)目；而每門(mén)課程具體教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)便是三級(jí)項(xiàng)目的建立過(guò)程。汕頭大學(xué)電子工程系的這一實(shí)踐通過(guò)兩屆學(xué)生的實(shí)施，效果良好。

由此可見(jiàn)，CDIO教學(xué)模式中，其項(xiàng)目設(shè)計(jì)至關(guān)重要，該項(xiàng)目要考慮的因素主要有：與本專(zhuān)業(yè)一定要密切相關(guān)；可操作性要強(qiáng)；有相應(yīng)的實(shí)踐基地；有過(guò)硬的教師隊(duì)伍等。

一、我校測(cè)控專(zhuān)業(yè)特色與CDIO項(xiàng)目設(shè)計(jì)

由于我校原隸屬煤炭部，其辦學(xué)特色無(wú)不體現(xiàn)了煤礦建設(shè)及開(kāi)采的相關(guān)內(nèi)容，現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)仍保留著煤礦機(jī)電這一方向；我校測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)在最初制定教學(xué)培養(yǎng)方案時(shí)便兼顧了這一點(diǎn)[2]；我們也曾結(jié)合CDIO的七個(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)該專(zhuān)業(yè)探討過(guò)實(shí)施CDIO教學(xué)模式的設(shè)想[3]，在2011-2013三年的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們有意識(shí)的考察并實(shí)施了與煤礦相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，例如：基于虛擬儀器的礦井提升機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；基于虛擬儀器的礦用水泵檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；基于虛擬儀器的礦用壓風(fēng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；基于虛擬儀器的礦用通風(fēng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這些畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的內(nèi)容正好是圍繞煤礦的主要設(shè)備——俗稱(chēng)煤礦“四大件”的技術(shù)檢測(cè)，一方面與煤炭行業(yè)密切相關(guān)，一方面也同我們測(cè)控專(zhuān)業(yè)結(jié)合緊密，而且其包含的內(nèi)容可以涉及幾乎所有的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課內(nèi)容，因此我們認(rèn)為，將以上題目作為測(cè)控技術(shù)專(zhuān)業(yè)CDIO教學(xué)模式一級(jí)項(xiàng)目可以充分體現(xiàn)其與專(zhuān)業(yè)結(jié)合的密切相關(guān)性，以圖1為例做一詮釋。

圖1所示為以“基于虛擬儀器的礦用水泵檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”作為一級(jí)項(xiàng)目的測(cè)控技術(shù)專(zhuān)業(yè)CDIO培養(yǎng)計(jì)劃結(jié)構(gòu)圖，其中三級(jí)項(xiàng)目?jī)H列出了傳感器一門(mén)課程針對(duì)CDIO的教學(xué)內(nèi)容改革設(shè)想。

在一級(jí)項(xiàng)目的初級(jí)階段，由教師在工程導(dǎo)論課程中向新生介紹CDIO教學(xué)理念的內(nèi)涵及煤礦“四大件”概論，然后將學(xué)生分為四個(gè)小組，即（簡(jiǎn)稱(chēng)）：提升機(jī)小組；水泵小組；通風(fēng)機(jī)小組和壓風(fēng)機(jī)小組。將“四大件”檢測(cè)原理穿插在相關(guān)核心課程中：例如在傳感器課程中除按常規(guī)安排講解工業(yè)常用流量傳感器種類(lèi)及其工作原理和結(jié)構(gòu)組成外，還針對(duì)煤礦井下的特殊使用條件，介紹煤礦井下流量傳感器的防爆措施以及目前所用傳感器存在的問(wèn)題，引出新型流量傳感器——光纖光柵流量傳感器的設(shè)想；在虛擬儀器設(shè)計(jì)課程及其綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等課程和實(shí)習(xí)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中讓學(xué)生完成流量檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，圖2即為學(xué)生在教師指導(dǎo)下開(kāi)發(fā)綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)裝置的照片；而在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段則讓學(xué)生完成水泵檢測(cè)的虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中根據(jù)傳感器的種類(lèi)再分為不同的小組，各小組之間定期相互交流，對(duì)各自及對(duì)方的設(shè)計(jì)方案及特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)并提出相應(yīng)建議；對(duì)于有能力的學(xué)生，除要求完成檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)外，還可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這樣使學(xué)生在工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)方面得到系統(tǒng)訓(xùn)練。

圖1 測(cè)控專(zhuān)業(yè)CDIO培養(yǎng)計(jì)劃結(jié)構(gòu)圖

二、項(xiàng)目實(shí)施的可操作性、教師隊(duì)伍及實(shí)踐基地

2008年我們承擔(dān)了河北省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目——基于虛擬儀器的礦山主要設(shè)備安全檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究。該項(xiàng)目采用虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)了煤礦“四大件”安全檢測(cè)系統(tǒng)，更新了“四大件”的安全檢測(cè)方法，貫徹“軟件即儀器”的虛擬儀器設(shè)計(jì)理念，最大限度地利用計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，用強(qiáng)大的軟件代替了傳統(tǒng)儀器的某些硬件功能，將“四大件”的安全檢測(cè)核心模塊進(jìn)行集成，傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)現(xiàn)了復(fù)用，儀器的測(cè)量控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理工作完全由計(jì)算機(jī)軟件完成。并且成功的將該系統(tǒng)植入到煤礦主要設(shè)備的在線監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中。該項(xiàng)目已于2010年完成，其為上述四個(gè)CDIO項(xiàng)目的進(jìn)行打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)，也培養(yǎng)了師資隊(duì)伍。該科技項(xiàng)目的樣機(jī)制作是我們同邯鄲市開(kāi)發(fā)區(qū)一家企業(yè)共同完成的，因而該企業(yè)也可以成為我們實(shí)施CDIO項(xiàng)目的實(shí)踐基地。此外，我們與冀中能源峰峰集團(tuán)有長(zhǎng)期科技合作背景，為該集團(tuán)承擔(dān)并完成了多項(xiàng)有關(guān)檢測(cè)、監(jiān)控方面的課題，因而該集團(tuán)也為學(xué)生對(duì)“四大件”實(shí)際應(yīng)用的參觀實(shí)習(xí)提供了很好的基地。

三、結(jié)論

通過(guò)以上分析可知，在我校測(cè)控專(zhuān)業(yè)以煤礦“四大件”虛擬儀器檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)作為CDIO一級(jí)項(xiàng)目，開(kāi)展CDIO教學(xué)模式，既可以體現(xiàn)該專(zhuān)業(yè)在行業(yè)特色背景下的專(zhuān)業(yè)性，又有很強(qiáng)的可操作性，而且我們完成的省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“基于虛擬儀器的礦山主要設(shè)備安全檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究”和橫向課題“黃沙礦井下排水系統(tǒng)高效控制系統(tǒng)”以及其他一些與檢測(cè)、監(jiān)控有關(guān)的課題也為我們鍛煉了過(guò)硬的教師隊(duì)伍，并同時(shí)提供了很好的實(shí)踐基地。

[1]莊哲民，沈民奮.基于CDIO理念的1級(jí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].高等工程教育研究，2008(06):19-22.

[2]王桂梅，吳炳勝，柴保明.我校測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)辦學(xué)特色探討[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）2008，25(1):78-79.

[3]王桂梅，王慶東，劉杰輝.基于行業(yè)特色背景的測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)CDIO教學(xué)模式研究[J].2010,27(2):55-56.