基于CDIO理念的自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程教學(xué)改革探析

馬衛(wèi)民

（安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，安徽 合肥 230011）

自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程是電子技術(shù)應(yīng)用、機(jī)電一體化、自動(dòng)化等電類專業(yè)教學(xué)體系中一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程內(nèi)容涉及多門學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，包括物理、化學(xué)、機(jī)械、光學(xué)、材料、電子、生物、信息處理等眾多學(xué)科知識(shí)，是一門理論性強(qiáng)、與工程實(shí)踐應(yīng)用緊密結(jié)合的課程。與當(dāng)前多學(xué)科交叉融合的趨勢(shì)相一致，該課程在專業(yè)課程體系中也起到重要的支撐作用，課程從講授開始就給學(xué)生奠定工程應(yīng)用思想、創(chuàng)新實(shí)踐能力的基礎(chǔ)，這在現(xiàn)代綜合應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中起著重要的作用。傳統(tǒng)的課程教學(xué)內(nèi)容沒有涉及到新型傳感器和測(cè)控技術(shù)的知識(shí)及應(yīng)用方法，不符合高職綜合型、技能型人才培養(yǎng)模式要求；教學(xué)過程、教學(xué)手段單一，學(xué)生學(xué)習(xí)往往達(dá)不到預(yù)期的效果；同時(shí)，缺乏針對(duì)性的實(shí)踐應(yīng)用教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力得不到有效的提高，因此必須對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化改革。

1 課程教學(xué)特點(diǎn)及存在的主要問題

自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程是多門學(xué)科領(lǐng)域的交叉課程，由于課程內(nèi)容所學(xué)傳感器種類多，各類傳感器原理各不相同，每種傳感器應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，這就要求學(xué)生具有豐富的知識(shí)基礎(chǔ)，既包含數(shù)理化基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)，又要具備電工、電子技術(shù)、機(jī)械原理、單片機(jī)及PLC等工科專業(yè)理論知識(shí)；同時(shí)還要學(xué)生具有一定的動(dòng)手實(shí)踐能力，因此給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來一定的難度。目前，傳統(tǒng)的課程教學(xué)存在的問題如下：

1.1 課程教學(xué)內(nèi)容

目前，大多數(shù)關(guān)于傳感器課程的相關(guān)教材遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于快速發(fā)展的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。比如：有的教材側(cè)重于講解傳感器檢測(cè)原理，對(duì)于相應(yīng)的傳感器測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用知識(shí)較少，使學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏感性認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致課程學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥，不利于學(xué)生實(shí)際測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力和工程應(yīng)用實(shí)踐能力培養(yǎng)；有的教材以基本傳感器工作原理分類編寫，課程內(nèi)容不夠精煉，內(nèi)容偏重于傳感器原理講解，缺乏傳感器應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)，而且沒有涉及到新型傳感器知識(shí)和測(cè)控技術(shù)的知識(shí)及應(yīng)用，不利于拓寬學(xué)生知識(shí)面，不符合高職綜合型、技能型人才培養(yǎng)模式。因此，為了能適應(yīng)企業(yè)及社會(huì)對(duì)檢測(cè)技能型人才的需求，必須對(duì)自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.2 教學(xué)方式

傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師教學(xué)手段相對(duì)單一，教學(xué)過程主要是以課堂理論講授為主，師生互動(dòng)少，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高，同時(shí)由于學(xué)生實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容安排有限，教學(xué)無法激發(fā)學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣，課程學(xué)習(xí)效果往往達(dá)不到預(yù)期的效果。

1.3 實(shí)踐環(huán)節(jié)

大部分高職院校因?qū)嵺`設(shè)備少，導(dǎo)致課程主要還是以傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。而傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要圍繞測(cè)量傳感器輸出數(shù)據(jù)以及觀察傳感器實(shí)驗(yàn)最終現(xiàn)象，學(xué)生只需按照指導(dǎo)書上提供的實(shí)驗(yàn)步驟教條式完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程即可。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生的主動(dòng)性思維很少，往往做完實(shí)驗(yàn)，學(xué)生還不清楚為何需要這樣做，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)內(nèi)容存在明顯脫節(jié)。

2 課程改革探析

CDIO 工程教學(xué)模式包含構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），該模式是以實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品制作的時(shí)間周期為載體，讓學(xué)生主動(dòng)的、帶著一定產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制作任務(wù)去學(xué)習(xí)課程，使課程理論學(xué)習(xí)內(nèi)容與應(yīng)用實(shí)踐之間有機(jī)聯(lián)系的一種教學(xué)模式。

自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程改革中，我們引入CDIO 工程教學(xué)理念，針對(duì)高職院校專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合高職院校學(xué)生自身的特點(diǎn)對(duì)CDIO 工程教學(xué)模式進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，課程教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施過程中注重三個(gè)基本點(diǎn)：課程內(nèi)容的構(gòu)思，教學(xué)過程的設(shè)計(jì)，實(shí)踐方法的實(shí)現(xiàn)。

2.1 教學(xué)內(nèi)容構(gòu)思

為了體現(xiàn)現(xiàn)代傳感器測(cè)控技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)化、智能化和集成化方向發(fā)展的迫切需求，我們結(jié)合傳感器的工作原理和特性分析，教學(xué)內(nèi)容從傳感器測(cè)量系統(tǒng)原理、傳感器在實(shí)際測(cè)量中各種性能（包括測(cè)量精度、抗干擾能力、使用壽命、維護(hù)性能等）的多個(gè)角度將傳統(tǒng)傳感器檢測(cè)技術(shù)和現(xiàn)代傳感器測(cè)控技術(shù)相比較，引入基于無線傳感的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的先進(jìn)測(cè)控理論，進(jìn)而拓展學(xué)生課程學(xué)習(xí)的視野，有利于學(xué)生思維創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)。在傳統(tǒng)傳感器理論教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上，專門增加相關(guān)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用的內(nèi)容，引入當(dāng)前傳感器發(fā)展的新理念、新技術(shù)，把傳感器理論知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，拓展傳統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容，增加學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐應(yīng)用能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程的興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性。課程教學(xué)內(nèi)容構(gòu)思框架如圖1所示。

圖1 課程教學(xué)內(nèi)容構(gòu)思框架

2.2 教學(xué)過程的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的課程教學(xué)過程中，學(xué)生參與課堂教學(xué)活動(dòng)很少，主要采用教師講，學(xué)生聽的傳統(tǒng)模式，師生互動(dòng)少，以至于學(xué)生學(xué)習(xí)課程后，不知道傳感器干什么用，具體工業(yè)測(cè)量場(chǎng)合使用哪種傳感器，教學(xué)效果較差。因此，我們?cè)诮虒W(xué)過程中引入任務(wù)驅(qū)動(dòng)化教學(xué)，學(xué)習(xí)每種傳感器就引入一定的教學(xué)實(shí)踐任務(wù)，給學(xué)生提出不同傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)目標(biāo)，使學(xué)生在完成理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，進(jìn)行針對(duì)所學(xué)傳感器的簡(jiǎn)單測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)。學(xué)生通過課程教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施過程，可以自主地有針對(duì)性學(xué)習(xí)，在項(xiàng)目實(shí)施過程中主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題；教師在學(xué)生項(xiàng)目實(shí)施過程中負(fù)責(zé)指導(dǎo)學(xué)生并提出可行性意見，學(xué)生根據(jù)教師的指導(dǎo)自主解決問題，完成整個(gè)項(xiàng)目。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)生的理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用技能充分結(jié)合，使他們的理論學(xué)習(xí)、動(dòng)手實(shí)踐的潛能得到充分開發(fā)，對(duì)課程教學(xué)有更深刻的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，采取現(xiàn)代化的教學(xué)手段，利用云課堂平臺(tái)上傳的多媒體數(shù)字資源組織學(xué)生進(jìn)行線上、線下開放式學(xué)習(xí)，使學(xué)生可以充分利用課余時(shí)間自主的學(xué)習(xí)，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充。

2.3 實(shí)踐教學(xué)方法實(shí)現(xiàn)

傳感器的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是傳統(tǒng)課程教學(xué)實(shí)踐主要形式，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要目的是測(cè)量傳感器輸出數(shù)據(jù)和觀察相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生按照指導(dǎo)書上提供的實(shí)驗(yàn)步驟機(jī)械式、教條式操作完成。由此可知，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)對(duì)傳感器的原理及應(yīng)用沒有很好的掌握，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與傳感器實(shí)際測(cè)控應(yīng)用明顯脫節(jié)。我們對(duì)實(shí)踐教學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了兩個(gè)方面的改進(jìn)：一方面，增加了基于NI 虛擬儀器技術(shù)的傳感器仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境下進(jìn)行理想元件仿真設(shè)計(jì)，專門針對(duì)溫度傳感器、光電傳感器、霍爾傳感器等傳感器實(shí)際測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)仿真設(shè)計(jì)；另一方面，針對(duì)實(shí)踐能力較強(qiáng)的同學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)踐教學(xué)，要求學(xué)生自主選擇設(shè)計(jì)思路、方案、傳感器等元件，自己動(dòng)手制作一些實(shí)用型測(cè)控系統(tǒng)（智能電子產(chǎn)品），通過“仿真+實(shí)際制作”的實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生獲得了較強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用能力，課程學(xué)習(xí)的效果明顯提高。

3 課程改革成效

近兩年，通過在機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化等專業(yè)教學(xué)過程中的改革嘗試，基本形成了依托于傳感器基本理論教學(xué)、注重實(shí)踐項(xiàng)目制作的教學(xué)方法，同時(shí)利用虛實(shí)（虛擬仿真+實(shí)際設(shè)計(jì)）結(jié)合的方法把現(xiàn)代先進(jìn)的測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用融入傳統(tǒng)的傳感器課程教學(xué)中，使學(xué)生在學(xué)習(xí)傳感器理論的過程中，實(shí)踐動(dòng)手能力也得到了充分的鍛煉和提高，培養(yǎng)的學(xué)生更符合企業(yè)、社會(huì)的需要。筆者指導(dǎo)的學(xué)生在各類競(jìng)賽多次獲得較好的成績(jī)，其中學(xué)生參加2019 年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽（高職高專組）“簡(jiǎn)易多功能液體容器”賽題的比賽中獲得全國一等獎(jiǎng)。

4 結(jié)語

自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程教學(xué)改革基于現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)與CDIO 理念，通過調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容，增加相關(guān)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用的內(nèi)容，引入當(dāng)前傳感器發(fā)展的新理念、新技術(shù)；優(yōu)化合理安排教學(xué)過程的設(shè)計(jì)；改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)方法，引入“仿真+實(shí)際制作”的實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力；同時(shí)采取現(xiàn)代化的教學(xué)手段，利用云課堂平臺(tái)上傳的多媒體數(shù)字資源組織學(xué)生進(jìn)行線上、線下開放式學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充。實(shí)踐教學(xué)方法的改革有利于學(xué)生自主創(chuàng)新能力和實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，可以增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力。自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程改革是高職專業(yè)課程教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)，今后還需要不斷地進(jìn)行改革創(chuàng)新探索。