基于CDIO工程教育模式的傳感器課程教學(xué)改革研究

汪 蕾

（浙江廣播電視大學(xué)蕭山學(xué)院，浙江 杭州 311200）

當(dāng)今世界已經(jīng)進入信息時代，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)是構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱，它們在信息系統(tǒng)中分別起到“感官”“神經(jīng)”和“大腦”的作用[1]。 其中傳感器這個感官又被稱之為“電五官”，即視覺、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺，它是獲得信息的主要途徑和手段。已經(jīng)成為構(gòu)建現(xiàn)代信息系統(tǒng)的重要組成部分，在各行各業(yè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

鑒于傳感器技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中所發(fā)揮的重要作用，目前在各類高等院校中，電氣類、機電類、制造類、電子信息類以及計算機類等專業(yè)都把傳感器應(yīng)用技術(shù)作為主要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。

傳感器技術(shù)是一門蓬勃發(fā)展、富有生命力的綜合性技術(shù)學(xué)科。該課程涉及自動控制技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機科學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科，知識繁雜且內(nèi)容分散，同時實踐性非常強。

目前本課程的教學(xué)，無論是從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法上，還是教學(xué)評價上，沿用的還是傳統(tǒng)的教學(xué)模式。課堂上以教師講授為主，注重理論知識的學(xué)習(xí)和積累，考核評價方式單一，這會使學(xué)生雖然掌握各類傳感器的基礎(chǔ)理論知識，但卻解決不了實際工程問題。針對目前傳感器課程教學(xué)現(xiàn)狀，為了進一步提高課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生理論+實踐能力，傳感器課程教學(xué)模式改革勢在必行。

1.基于CDIO模式課程教學(xué)改革

CDIO工程教學(xué)模式是近年來國際工程教育改革最新成果，是由麻省理工學(xué)院等4所工程大學(xué)經(jīng)過長達4年的時間研究和探索創(chuàng)立的。從構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運行，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO工程教育模式是“做中學(xué)”原則和“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)[2-4]。在傳感器課程教學(xué)中，引入CDIO工程教學(xué)模式理念，從整合教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法、設(shè)計教學(xué)評價等方面研究課程教學(xué)新模式。

1.1 整合教學(xué)內(nèi)容

基于CDIO工程教育模式理論，將傳感器技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容分為理論知識和實踐項目開發(fā)兩大部分。

1.1.1 理論知識教學(xué)

在傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生是被動地接受知識，而CDIO工程教育模式的目標(biāo)是使學(xué)生更加深入地掌握基礎(chǔ)理論知識，并最終能夠在不同的實際情境中靈活運用，培養(yǎng)學(xué)生自主構(gòu)建自己知識結(jié)構(gòu)的能力，從而為后續(xù)工程實踐奠定牢固的理論知識基礎(chǔ)。

根據(jù)CDIO工程教學(xué)模式大綱，理論知識教學(xué)內(nèi)容以“必需、夠用”為原則，根據(jù)我校實際教學(xué)情況，將傳感器技術(shù)課程理論教學(xué)內(nèi)容整合為三大部分。第一部分重點為傳感器的基礎(chǔ)概念；第二部分為各類常見的傳感器基礎(chǔ)知識；第三部分為傳感器在機電系統(tǒng)內(nèi)的綜合運用。詳見表1。

表1 《傳感器技術(shù)》理論教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

1.1.2 實踐項目開發(fā)

根據(jù)CDIO工程教學(xué)理念的大綱和標(biāo)準(zhǔn)，將實踐項目開發(fā)納入課程教學(xué)，目的在于鍛煉學(xué)生實際運用基礎(chǔ)理論知識的能力、團隊協(xié)作能力等。結(jié)合我?，F(xiàn)有的電子電工實驗室，以及學(xué)生的實際情況，設(shè)計了傳感器課程實踐項目，詳見表2。學(xué)生分工合作，通過動手實踐、交流探討，將理論知識靈活運用到實際項目開發(fā)中，提升工程專業(yè)素養(yǎng)。

表2 實踐教學(xué)項目設(shè)計

1.2 改革教學(xué)方法

根據(jù)CDIO的教育理念，在課程教學(xué)中，要注重引導(dǎo)學(xué)生從“知之”向“樂之”階段轉(zhuǎn)變。由傳統(tǒng)的“注入式知識教育”向“探究性教學(xué)模式”轉(zhuǎn)變。

1.2.1 以多媒體技術(shù)為載體

實際教學(xué)中，可以以多媒體技術(shù)為載體，將各類傳感器轉(zhuǎn)換機理、信號處理電路、應(yīng)用案例等做成動畫，形象直觀。與此同時，積極調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，讓學(xué)生參與到課件制作中來，并在課堂展示，師生共同討論交流。

1.2.2 充分利用網(wǎng)絡(luò)資源

充分利用現(xiàn)有傳感器課程網(wǎng)絡(luò)資源，例如MOOC、智慧職教等，引導(dǎo)學(xué)生有效利用課外時間自主學(xué)習(xí)、移動學(xué)習(xí)，拓寬學(xué)習(xí)視野。同時，根據(jù)學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況，有針對性地將課程學(xué)習(xí)的重點和難點做成微課視頻，上傳班級群組，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

1.2.3 采用案例式教學(xué)方法

在傳感器課程教學(xué)中，案例教學(xué)法可縮短理論與實踐的差距，同時還能夠提高學(xué)生將理論知識與實踐相結(jié)合的能力。例如，介紹電阻式傳感器時從生活中常見的電子秤入手，引申到目前快速發(fā)展的機器人；從人手一部的手機指紋解鎖原理介紹電容式傳感器等；帶領(lǐng)學(xué)生參觀地鐵進站口的檢測儀介紹熱電式傳感器等。從生活、科技發(fā)展的實際案例出發(fā)，讓學(xué)生感受理論知識和實踐的緊密聯(lián)系。

1.2.4 發(fā)揮仿真軟件的作用

傳感器應(yīng)用離不開各種測量電路，由于實驗場地和設(shè)備的限制，可在實際傳感器教學(xué)中引入仿真軟件。學(xué)生仿真并設(shè)計傳感器基本測量電路，實現(xiàn)傳感器的基本功能，從而更形象地了解電路的結(jié)構(gòu)和傳感器的工作原理。

1.3 設(shè)計考核體系

科學(xué)、合理的課程考核評價有利于評定課程教學(xué)實施過程中取得的成果，并及時反映和修正所產(chǎn)生的問題。目前，傳統(tǒng)的課程評價依舊以理論考試為主。為了使課程評價更加客觀、多元化，課程考核采用過程與結(jié)果雙重評價，其中偏重于學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)、實踐應(yīng)用能力等，從而改進原有的考試這種單一考核方式。

根據(jù)CDIO工程教育模式的評價體系，課程總成績由平時成績、實踐項目、理論知識三個方面組成。

平時成績子項包括出勤、課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)三部分。此子項占總成績的20%。

實踐項目為考核的重點部分，考核分別就實踐動手、成果展示與匯報、實驗報告等部分分別評分考核并匯總。此子項占總成績的60%。

理論知識考核主要體現(xiàn)在傳統(tǒng)的卷面考試，主要考核學(xué)生對各類傳感器基本工作原理和應(yīng)用等基礎(chǔ)理論知識的掌握程度。此子項占總成績的20%。

2.教學(xué)效果分析

以蕭山學(xué)院為例，我院結(jié)合自身的實際情況，根據(jù)CDIO工程教育模式理念和標(biāo)準(zhǔn)，逐步探索理論和實際結(jié)合、專業(yè)學(xué)習(xí)和素質(zhì)教育結(jié)合、學(xué)習(xí)能力和思維能力結(jié)合的培養(yǎng)模式。在實際教學(xué)中，逐步摒棄傳統(tǒng)課堂單一教授模式，踐行理論知識教學(xué)和實踐項目相結(jié)合的模式，兼顧課程的基礎(chǔ)知識和工程的實踐能力培養(yǎng)。

CDIO教學(xué)模式的培養(yǎng)大綱要求通過綜合、全面的培養(yǎng)方式使學(xué)生在專業(yè)知識、個人能力、團隊協(xié)作等層面上達到預(yù)期目標(biāo)[6]。將CDIO工程教學(xué)模式引入到傳感器課程教學(xué)中，以“必需、夠用”為原則整合課程理論教學(xué)內(nèi)容；以項目為導(dǎo)向?qū)嵺`項目教學(xué)納入課程教學(xué)中，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、團隊協(xié)作能力等。最后，設(shè)計出與整個CDIO教學(xué)模式相適應(yīng)的課程評價方式。實踐證明，學(xué)生的獨立學(xué)習(xí)、自主探究、動手實踐、團隊協(xié)作等能力都得到了很大提高。