基于CDIO的檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程教學(xué)改革探索

姜永成 華秀萍 孫勇 王俊發(fā) 夏廣嵐 于峰 王斌 史慶武

摘要：檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)是農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，實踐性很強(qiáng)。為提高檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程的教學(xué)水平，提出了基于CDIO的教學(xué)改革方案，采用了工程項目教學(xué)法進(jìn)行了教學(xué)實踐，獲得了很好的教學(xué)成果。

關(guān)鍵詞：CDIO；工程項目教學(xué)法；農(nóng)業(yè)電氣化與自動化；傳感器

作者簡介：姜永成（1976-），男，黑龍江林口人，佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，副教授；華秀萍（1977-），女，黑龍江茄子河人，佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，實驗師。（黑龍江 佳木斯 154007）

基金項目：本文系佳木斯大學(xué)教學(xué)研究項目（項目編號：JYB2011-002）、佳木斯大學(xué)科技創(chuàng)新團(tuán)隊建設(shè)計劃項目（項目編號：Cxtd-2013-01）、佳木斯大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究項目（項目編號：L2011-016）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0071-02

檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)這門課是農(nóng)業(yè)工程學(xué)科本科教育中的一門核心課程。它研究的是農(nóng)業(yè)電氣化與自動化領(lǐng)域里許多基本問題。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生學(xué)會傳感器原理、信號檢測方法與處理方法、信號處理、傳感器應(yīng)用等技術(shù)。通過本門課的學(xué)習(xí)不但可以提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)提供必要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)。然而，該課程實踐性非常強(qiáng)，以往的教學(xué)中過分強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)，僅有的實驗也大多是演示性實驗，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性不足，參與度不高，教學(xué)目標(biāo)難以實現(xiàn)。

一、教學(xué)現(xiàn)狀分析

在當(dāng)前高等教育中，要求學(xué)生除了要有扎實的專業(yè)技術(shù)知識，還必須具備一定的團(tuán)隊協(xié)作精神、實踐動手能力、系統(tǒng)分析問題解決問題的能力，以便適應(yīng)我國當(dāng)前高速發(fā)展的現(xiàn)代化工程團(tuán)隊、新產(chǎn)品的研發(fā)需求。目前，檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)教學(xué)主要存在以下問題：

第一，授課方法單一，完全是以教師為中心的傳授接受式教學(xué)模式，學(xué)生被動聽講，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

第二，授課主要以理論知識講授為主，實踐環(huán)節(jié)較少，且多為演示性實驗，學(xué)生的動手能力得不到充分訓(xùn)練。

第三，學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力、溝通合作能力以及職業(yè)技能得不到應(yīng)有的提高。因此，檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)這門課的教學(xué)模式急需改革，以便讓學(xué)生學(xué)以致用，提高綜合能力。

二、基于CDIO的教學(xué)改革方案設(shè)計

1.CDIO的基本思想

CDIO[1]（Conceive，Design，Implement，Operate）是美國麻省理工學(xué)院（MIT）和瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)聯(lián)合探索創(chuàng)立的工程教育理念，以構(gòu)思（Conceive）—設(shè)計（Design）—實現(xiàn)（Implement）—運作（Operate）理念開展基于工程項目全過程的學(xué)習(xí)，著重培養(yǎng)學(xué)生全面的工程實踐能力。其指導(dǎo)思想是：以誠信、職業(yè)道德培養(yǎng)為基礎(chǔ)，以工程設(shè)計任務(wù)為導(dǎo)向，以培養(yǎng)個人能力（實踐能力和終生學(xué)習(xí)能力）、團(tuán)隊能力和系統(tǒng)的適應(yīng)與調(diào)控能力為主要目標(biāo)，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。[2]

CDIO模式在以MIT為首的多所工程性大學(xué)操作實施，效果顯著，受到學(xué)生及產(chǎn)業(yè)界高度評價。近年來，我國汕頭大學(xué)工學(xué)院、清華大學(xué)工業(yè)工程系最先利用CDIO理念進(jìn)行了教學(xué)體系的改革，[3]教育部也嘗試在一些以工為主的大學(xué)或院系進(jìn)行CDIO教學(xué)模式試點。目前，很多國內(nèi)外高校已開始在體系下就具體的工程課程開展相應(yīng)的CDIO教學(xué)改革。[4，5]

檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)是農(nóng)業(yè)電氣化與自動化類課程中最具專業(yè)特色的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，通過教學(xué)改革完全可以將CDIO的理念應(yīng)用在相應(yīng)的教學(xué)中。

2.基于工程項目教學(xué)法的教學(xué)改革方案

在教學(xué)過程中打破原有的教師講授學(xué)生被動聽講的模式，采用以項目為驅(qū)動的教學(xué)。項目教學(xué)，是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進(jìn)行的教學(xué)活動。它可以讓學(xué)生有目標(biāo)地自主學(xué)習(xí)，進(jìn)而很好地融入到有意義的任務(wù)完成的過程中。同時，要求學(xué)生通過自己的實踐進(jìn)行知識構(gòu)建和技能訓(xùn)練。工程項目法教學(xué)流程圖如圖1所示。

（1）項目任務(wù)的確定。如圖1所示，項目實施之初由教師根據(jù)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)這門課程的需要以及學(xué)生的人數(shù)確定項目個數(shù)和任務(wù)書。

（2）學(xué)生分組。根據(jù)學(xué)生的愛好、個人能力特點及團(tuán)隊合作需求由教師主導(dǎo)對學(xué)生進(jìn)行分組并選舉各組組長。

（3）討論項目目標(biāo)和任務(wù)。由組長組織隊員進(jìn)行項目討論確定具體任務(wù)目標(biāo)進(jìn)而確定各成員任務(wù)分工。

（4）制訂項目實施時間表。教師根據(jù)任務(wù)量和本課程的學(xué)時數(shù)制訂項目實施時間表。

（5）講授項目實施規(guī)范與考核標(biāo)準(zhǔn)。項目具體實施前，教師專題講授項目實施規(guī)范與具體考核標(biāo)準(zhǔn)。實施規(guī)范包括項目開發(fā)過程中研制的產(chǎn)品從設(shè)計到樣機(jī)必須遵循產(chǎn)品研制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，項目開發(fā)文檔及定期匯報材料所需滿足的格式要求。

考核標(biāo)準(zhǔn)采用百分制，其中80分為項目研究貢獻(xiàn)分，其余20分為組長根據(jù)組員的團(tuán)隊合作情況給分。

（6）項目實施階段。進(jìn)入到項目具體實施階段，教師隨時跟蹤各組進(jìn)展?fàn)顟B(tài)，如遇到困難則根據(jù)該問題的普遍性組織專題討論或進(jìn)行個別組具體指導(dǎo)解決困難。同時，考核各組成員貢獻(xiàn)量給分。

（7）項目結(jié)題階段。項目完成后組織各組答辯，各組準(zhǔn)備好項目匯報文稿以及幻燈片，由各組組長匯報項目，成員負(fù)責(zé)答辯中的具體問題的解答。完成答辯后，教師對課程進(jìn)行綜合總結(jié)并給所有學(xué)生打分并作為最終成績。

三、教改方案實踐

機(jī)械工程學(xué)院（以下簡稱“我院”）農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)于2008年成立，成立之初學(xué)院對本專業(yè)發(fā)展建設(shè)寄予厚望，積極鼓勵并在教師、資金、設(shè)備等方面提供全力支持?；诒疚牡慕虒W(xué)改革在農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)08級、09級學(xué)生進(jìn)行了教改方案實踐，取得了良好效果。

1.項目任務(wù)的確定

本門課程主要講授各類傳感器的原理及應(yīng)用。農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)08級共有30名同學(xué)，共計確定5組研究項目，每組6人，傳感器研究項目表如表1所示。

表1 傳感器研究項目表

序號 名稱 傳感器類別

1 人體脈搏測量儀 壓電式傳感器

2 酒精濃度檢測儀 氣敏傳感器

3 電子秤控制器 電阻傳感器

4 可控式自動填料機(jī) 電容式傳感器

5 密碼門禁報警器 磁電式傳感器

2.項目實施時間表的確定

培養(yǎng)計劃規(guī)定本門課共計48學(xué)時，其中理論學(xué)時36學(xué)時，實驗12學(xué)時。本實驗將全部學(xué)時用于項目開發(fā)。要求每兩周進(jìn)行一次項目進(jìn)展報告，每組每周開兩次組會，時間地點由各組自行選定，組長負(fù)責(zé)考核各成員績效并做詳細(xì)記錄。項目開發(fā)在教室和本專業(yè)專屬實驗室進(jìn)行（實驗室全天24小時開放）。

3.項目實施過程

在實踐過程中，全體同學(xué)表現(xiàn)出極大熱情投入到項目開發(fā)過程中（見圖2、圖3、圖4、圖5、圖6）。每天晚上實驗室燈火通明，學(xué)生不但在課堂上全身心投入，甚至有些組在回到宿舍還在進(jìn)行研究。甚至其他專業(yè)的學(xué)生也自發(fā)來到課堂、實驗室參與項目研究。由于傳感器的應(yīng)用大多需要單片機(jī)作為控制器，在課程實施中，分別進(jìn)行了多次關(guān)于電路開發(fā)、C程序設(shè)計、電路板焊接等專題講座。另外，部分組需要設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)，課上又專門進(jìn)行了多次Pro/E的使用講座。由于需要進(jìn)行項目開發(fā)文檔的寫作以及項目匯報，學(xué)生們自學(xué)了Word排版、幻燈片制作。

四、結(jié)論

本文改變原有的檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程教學(xué)方法，在CDIO教學(xué)理念的指導(dǎo)下，進(jìn)行了基于工程項目法的教學(xué)改革實踐取得了很好的效果。具體總結(jié)如下：

第一，CDIO理念在實踐性較強(qiáng)的檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程中的應(yīng)用符合教學(xué)規(guī)律，學(xué)生學(xué)習(xí)由被動轉(zhuǎn)為主動，課上課下均能開展研究，擴(kuò)展了課堂，教學(xué)效果良好。

第二，通過項目的研究，學(xué)生學(xué)會了團(tuán)隊協(xié)作，各司其職，具有強(qiáng)烈的責(zé)任感，看到自己的科研成果也有巨大的成就感，有利于學(xué)生技能、自信、科研思維的提高。學(xué)生隨著項目研究的需要主動研究了其他課程，學(xué)以致用，知識掌握牢靠。

第三，工程項目教學(xué)法需要一定的教師水平、教師額外的工作量核定、研制資金、必要的設(shè)備的支持，在教學(xué)方法改革的同時相應(yīng)保障機(jī)制要隨之改革，以便達(dá)到良好效果。

第四，教學(xué)改革產(chǎn)生的科研成果可以進(jìn)行展覽展示，帶動其他學(xué)生通過不同渠道也積極參與進(jìn)來，擴(kuò)大影響，起到示范作用，為整體教學(xué)水平的提高起到一定的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]Worldwide CDIO Initiative， CDIO Knowledge Library[EB/OL].（2000-01-10）[2009-09-15]. http：//www.cdio.org.

[2]宋桂娟，楊勇虎，王文生.基于CDIO的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革與研究[J].電腦知識與技術(shù)，2010，6（3）：755-756.

[3]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-6.

[4]馮巧玲， 楊存祥， 張文忠.基于CDIO模式的“電氣工程基礎(chǔ)”課程的教與學(xué)[J].中國電力教育，2010，（1）：118-119.

[5]SH PEE， H LEONG.Implementing Project Based Learning Using CDIO Concepts[A].Proceedings of the 1st Annual CDIO Conference[C]. McGill： Queens University Publishing， 2005： 1-10.

注：華秀萍為本文通訊作者。

（責(zé)任編輯：王意琴）