基于CDIO理念的自動檢測與轉換技術課程教學改革

摘要：通過分析高職院校自動檢測與轉換技術課程教學中存在的問題和現狀，依循CDIO理念對課程進行改革。提出課程改革的大體思路，并從教學理念、教學內容、教學方法、學習評價等四個方面進行了探討。實踐證明，在單門課程中乃至以課程群為單位實施教學改革，采用符合課程特點和學生實際的教學方法和手段，有利于工程應用能力的培養。

關鍵詞：CDIO理念；課程改革；工程應用能力培養

作者簡介：宋國慶（1963-），男，江蘇灌南人，江蘇城市職業學院機電工程系，副教授；楊旭東（1977-），男，江蘇銅山人，江蘇城市職業學院機電工程系，講師。（江蘇 徐州 221006）

基金項目：本文系江蘇城市職業學院重點科研課題（項目編號：11-ZD-05）、江蘇城市職業學院（徐州校區）立項課題研究成果之一。

中圖分類號：G712.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）32-0150-03

我國高職教育經過多年的量的擴張，正逐步跨入內涵建設的可持續發展軌道。加強高等職業院校內涵建設的關鍵是人才培養模式的改革，而人才培養模式改革的重要抓手就是課程建設。課程建設與改革是提高教學質量的核心，也是教學改革的重點和難點。本文認為，自動檢測與轉換技術等工科課程改革的突破口在于借鑒國外工程教育的創新模式——CDIO理念，梳理整合教學內容，調整改變教學形式，充分利用現有實訓實習機會，形成基于項目完成的教學模式，強化工程應用能力的培養。

一、自動檢測與轉換技術課程教學目前存在的問題

自動檢測與轉換技術作為高職工科機電、數控、應用電子等專業的主干課程，其教學內容主要包括傳感器的基本知識和基本特性、傳感器的標定和校準方法以及應用技術；課程重點闡述各類傳感器的轉換原理、組成結構、特性分析、設計方法、信號調理技術及其在生產過程中的典型應用，并對現代新型傳感器做簡要介紹。課程對培養學生自動檢測、自動控制及生產過程自動化設計能力具有重要作用。由于課程內容涉及高等數學、物理、工程材料與工程力學、電子技術、計算機等多學科知識，因此，它在相關專業的人才培養、課程建設和教學改革中起基礎和引領作用。現有的自動檢測與轉換技術課程在教學中仍存在的問題有：

1.課程教學觀念偏離高職教學目標

課程教學觀念對教學起著指導和統率作用，但一直以來，高等職業教育深受普通本科學科教育的影響，課程體系大多是一種微縮化的本科學科模式。在本質上體現出“先知識，后能力”的傳統教學模式，人為地隔離了知識和能力并行培養，過分強調學科知識的系統性和完整性，課程體系的職業崗位針對性不夠。

2.課程教學內容和工程實際相脫節

現行的教學內容不利于學生更好地掌握完成典型工作任務所需要的知識和技能，忽視了傳感器技術在具體工業現場的選型、安裝和調試等能力培養，而這恰恰是高職生將來職業崗位所需要的技能。

3.課程教學方法缺乏創新

教師對如何針對課程特點，采取有效的教學方法和手段，從根本上解決學生學習困難的問題缺乏深入思考和研究，教學方法仍以灌輸為主，雙主體意識中的學生主體地位不夠突出，對學生的創新思維培養滯后。

4.課程評價體系單一

在“學”的方面，不能充分反映學生主體在學習過程中的實際體驗和感受，以及學生對自己成績的話語權；在“教”的方面，對教師的教學工作業績考核中，關于教學方法創新成果的考核不夠。

二、自動檢測與轉換技術課程教學改革思路

CDIO是由美國麻省理工學院、瑞典查爾姆斯技術學院等四所世界一流大學合作開發的新型工程教育項目。過去十多年來，國外許多大學和企業一直在努力，希望盡快縮小工程教育與工程實踐之間的距離，不少大的現代企業（如Boeing公司）就公布了他們所期望的畢業生的個人品質，同時，工業界也希望對工程技術人員的資格能夠形成新的共識。由此，CDIO工程教育模式應運而生。

CDIO即構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、

運作（Operate）。該模式強調以主動的、實踐的及課程之間有機聯系的方式來學習工科課程，充分反映了系統論中整體性、結構性、層次性特征。CDIO工程教育模式是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達。CDIO提出：優秀的工程人才是以“豐富的技術知識和推理能力、優秀的個人與職業技能、優良的人際交往和溝通能力”為基礎的，顯然，CDIO倡導的是通過應用項目的全過程來培養學生的能力。針對自動檢測與轉換技術課程特點，結合CDIO教學大綱，課程教研組形成了課程教學改革的思路：打破傳統培養模式中的偏重工程理論知識、輕視工程實踐訓練；偏重專業知識傳授、輕視綜合素質與能力培養；偏重專業教育，輕視人文、經濟及環保作用的狀況，構建理論實踐一體化教學體系，滿足學生工程應用能力培養需要。

1.調整教學內容，改進教學方法

在所選教材的基礎上，精選教學內容，增加新知識、新技術的講解。自動檢測與轉換技術知識面寬泛，應以相互具有有機聯系的方式傳授，要求教學內容的理論淺顯易懂，簡潔明了，切實貫徹“必需、夠用”的原則。在優化現有課堂教學的基礎上，采用多種教學方法，突出實用性和可操作性，讓學生親手做一些簡單的東西。

2.注重培養學生可持續發展的自我學習能力

CDIO教學的核心是培養學生深厚的工程基礎應用知識，為此，教學中應加強學生實踐能力和創新能力的培養，為學生將來的職業發展奠定基礎。

3.加強品質、意志和團隊整體意識的培養

在教學過程中，精講多練，用任務驅動學習過程，強化對相關知識的理解和運用，盡力使學生體驗到團隊協作的意義，形成良好思維習慣和初步的工程意識。

4.強化教學活動的過程管理，改革學習評價方式

增加項目制作方案、工藝文件等師生互動環節，并讓學生通過自評、互評等方式改變學習和生活態度，彰顯學生在教學過程中的實際體驗和感受。

總之，基于CDIO理念的教學一體化設計，重在構建一個融知識獲取、能力訓練、習慣養成于一體的課程體系，其顯著特點是以工程項目作為載體與運行機制。教學設施過程中，要全面體現CDIO所倡導的讓學生以課程內容與項目之間的有機聯系方式進行學習，既不能單純傳授知識，也不能單純訓練學生的某種技能，充分體現集專業知識學習、職業能力培養、綜合素質養成于一體的立體化育人原則。

三、課程教學改革的具體實施

1.轉變教學理念，融知識點于項目案例中

CDIO工程教育理念搭建了一個工科課程教學改革的平臺，圍繞檢測元件“構思-設計-實現-運作”這一主線，樹立課程教學服務行業、企業需求的觀念。CDIO是對工科教學和學習活動內在規律認識的集中體現，教師的教學理念轉變后，應進一步使學生明確：知識的學習固然重要，但更重要的是應用學過的知識來分析和解決具體的工程實際問題。

在講解各種傳感器時，教研組提出了框架式知識結構的設想，讓學生在接受某一個知識點的同時，就明白該知識點在實踐中的應用。例如：講授壓阻式壓力傳感器時，首先利用PPT進行國內外壓阻式壓力傳感器系列產品展示，并對其結構、材料、用途等給予個性化的點評，學生可以自由提問，教師只起穿針引線作用；其次，在分析了解學生特點和知識結構基礎上，對壓阻效應、測量電路及溫度漂移與補償等理論知識，根據不同專業學生的需求，采取分層教學，為啟發式教學提供了前提條件，避免了啟而不發；最后，結合各領域的應用圖片和視頻，介紹壓阻式壓力傳感器在風洞模擬試驗、生物醫學等領域的具體應用。這樣的“產品展示-核心設計-應用領域”框架式知識結構，切合CDIO倡導的基于項目的工程應用能力培養。實踐證明，這樣的教學形式，打破了“概念-原理-應用”的一貫模式，能引導學生創新思維，激發學生學習興趣，有利于對知識點的融會貫通。

2.調整教學內容，適應地區行業特色

由于測控技術發展迅速，使現有教材內容滯后于學科發展，且教材內容大多雷同。為彌補這方面的缺陷，在教學內容組織上采用以自行制作的多媒體教材為主，以書本教材為輔的形式，按CDIO提出的工作過程系統化的要求，精選與組織教學內容。整合后的課程內容主要分為三大功能模塊：緒論、傳感器技術、信號電路等，并將實驗訓練結合在課程內容中，實行一體化教學。

模塊一：緒論。緒論課的導航作用是否得到發揮，是課程教學效果的關鍵。一直以來，高職的緒論課內容通常被看成是點到為止的“散、大、空”，沒有得到應有的重視。其實，緒論課的作用集中體現在讓學生在很短的時間內體會課程的價值，從而接受并實現這些價值。同時，通過介紹與本課程密切相關的學科專業發展歷程和趨勢、本地區知名企業或專家學者等方式，讓學生領略工程技術的風采和魅力，激發學生對本課程的學習興趣、學習動力。教師對緒論課的精彩講授，定會深深吸引學生，從而達到“親其師，敬其人，信其道”的目的。

受緒論課良好教學效果的啟發，目前，教研組每學期都在一年級新生中開展一月一次的工程教育研討課，由學科帶頭人和知名教授主講，旨在幫助新生了解地方實體經濟的新進展，樹立學術志趣，完成高職學習的適應性轉變。

模塊二：傳感器技術。這是自動檢測和轉換技術不可缺少的重要組成部分，也是眾多學科相互交叉的綜合性和高新技術密集型前沿技術之一。在課程內容的設計中，根據學校所處地域是國家機械重工業基地的優勢，兼顧傳統機電式傳感器，突出現代微電子、仿生學等各類新型傳感器的教學。教學中，一方面，既掌握傳統的數據處理方法，又增加了數字信號處理、數據融合等現代信號檢測與處理的內容；另一方面，增加了教師正在進行的相關科研工作的內容，將相應的思想和方法教給學生，將科研的成果服務反饋于教學，而這是教材中所沒有的，也是教材所不能替代的。這樣的教學設計，開拓了學生的視野，為學生將來盡快進入職業崗位角色、服務當地企業創造了條件。

例如：講授電感式傳感器時，強調徐工集團生產的挖土機、起重機、叉車等重工業移動機械，要求傳感器能夠克服極富挑戰的環境因素。日常的高溫、冰凍、雨雪、鹽路、化學腐蝕、無線電頻率干擾以及大強度的沖擊和震動，這樣的特殊環境要求傳感器堅固耐用且具有安全認證。其目的是讓學生在日常教學中感受到工程意識的熏陶，在設計傳感器技術產品時，以市場需求為導向，將客戶需求融進產品性能。同時，建立起兼顧經濟性、環保性的綠色設計理念。

模塊三：信號電路。這部分的理論知識，對高職學生來講是難點。在分析了解學生現有知識結構基礎上，分層教學，以“必需，夠用”為教學目標，讓學生初步了解工程檢測中的基本電路、傳感器的基本信號調節電路。通過本模塊的學習，為學生進行檢測系統的設計打下良好的基礎。

例如，在講授傳感器與嵌入式系統、PLC的接口電路時，將科研項目“基于CIMS環境下的物流控制運輸裝置”中的控制電路與教材結合講解，學生就易于接受且提問積極，深受啟發。

再如，講授超聲波傳感器時，讓學生動手自制一種超聲波電子驅蚊器。隨著仿聲學的不斷發展，人們逐漸揭示了蚊子的一些奧秘和特性。一般說來，雄蚊不咬人，懷卵的雌蚊叮人吸血。雌蚊懷卵期間不喜歡與雄蚊接觸，聽到雄蚊發出21～23KHz的超聲波信號時，便立即逃跑。據此，應用電子線路模仿雄蚊的超聲波信號，從而達到驅蚊的目的。電路中用到的單結管BT32是一個張弛振蕩器，用電位器來調整震蕩頻率，三極管3DG6工作在脈沖狀態，起功率放大作用，還用了一個續流二極管D。這樣的設計性實驗，有效地化解了電路理論學習難點，實現了CDIO工程教育“做中學”的理念，學生興趣盎然，教學效果當然明顯。更可貴的是，有的學生花數倍于教學課時的業余時間來完成作品，使不怕失敗的意志品格和互幫互學的團隊意識得到充分體現。

3.改進教學方法，引導學生融入課堂

通過靈活運用適當的教學模式，創設互動的教學環境，突出學生主體地位，引導學生融入課堂，使工程應用能力培養落到實處。

一是基本技能型教學模式。采用教師邊講邊操作的方式，使學生對所學測控知識點和傳感器使用步驟有一個直觀的了解和認識。這種模式適合于講授各類傳感器的基本知識，常用傳感器的選型、安裝、調試等教學內容。

二是案例教學模式。教師將實際工業現場的技術融進課堂，整合、提煉出大量的能配合知識點講授的各種案例，以典型工作任務為載體，使課堂教學生動、形象并貼近實際，從而大大激發學生學習興趣。

三是CAI課件和CAL學件教學模式。在開課前，教研組反復調研，細致了解學生的基礎、需求及興趣點，提前進行課件和學件的設計、制作、修改工作。在教學過程中，注意收集學生的反饋意見，觀察教學的實際效果，隨時發現問題并及時解決。學期課程結束后，針對課程資源的使用情況，再回顧反思并進一步整理、調整，做到CAI課件和CAL學件隨時能夠添加和豐富，年年都有更新和完善。

四是校企聯合教學模式。目前，高職院校和地方企業的校企合作人才培養模式，為像自動檢測與轉換技術這類實踐性強的課程進行校企聯合教學提供了難得的契機。江蘇機電研究所有限責任公司、徐工集團、徐礦集團、江蘇鑄本混凝土有限公司等大型企業掌握本行業的發展趨勢、技術前沿、人才需求等情況，并擁有高職院校不具備的最先進的生產設備和制造技術，將企業工程技術人員的豐富實踐經驗和學校教師淵博的知識結合起來，相互取長補短，合理地應用于課程教學中，進行聯合教學，可以有效地解決教學內容和企業實踐相脫節的現象。實踐證明：這種教學形式深得學生歡迎和期待！

4.創新考核方式，促進工程應用能力培養

課程考核是測試學生的知識和能力的手段，它具有導向、反饋、評價等多種功能。恰當的考核方式，能引導學生注重形成性學習，改變以往“上課記，考前背，考完忘”的傳統做法。針對自動檢測與轉換技術課程的特點及教學目標，結合CDIO對工程教育的要求，采用基于過程的多維度考核方式。學生的期末課程總評成績由平時考核、大作業（含實驗考核）、期末考試三大模塊構成，并且加大過程性考核所占的權重，如表1。

一般地，在講解完同種原理類型的傳感器教學內容時，針對工廠實際課題，留給學生一次大作業。例如，在講解完光電檢測類傳感器時，安排學生2～3人一組，完成“夜間紅外報警裝置”的設計和制作。在設計中，盡量側重于傳感器檢測模塊的設計，并讓學生在實訓臺上自行調試紅外發射、接收電路，教師和學生共同協商給出基于項目的形成性考核成績。每組學生從閱讀資訊、準備元器件、裝配調試電路，到填寫調試單卡、撰寫工藝文件、提交總結報告等，分工合作，邊學邊練，促進了學生把理論知識應用于實踐的能力，對工程應用能力培養起到了激勵作用。

四、結語

多年的課程教學實踐證明，教學改革不但有效提升了教學效果，而且有效促進了教師專業化發展。自動檢測與轉換技術課程所在教研組近年來獲得省部級教學創新獎1項，市級教學創新獎2項；參與橫向課題研發3項，承擔多項社會培訓項目，共引進資金150萬元；在核心期刊發表論文4篇，CDIO工程教育課題組（7人）獲得市級“教工先鋒隊”榮譽稱號，取得了顯著的經濟效益和社會效益。學生在國家級、省市級各類技能大賽中獲得一等獎2項，二等獎8項，三等獎若干項；學生畢業之前，均能獲得多項各級各類技能證書。當然，隨著我國高職教學理念的不斷更新，面對各高職院校所處地域的差異性和學生情況的差異性，需要不斷剖析和反思課程培養目標和教學方式，以達到工程應用能力培養的實效。堅信有先進理念的引導，有廣大師生堅持不懈的教學實踐，高職教育一定會為地方經濟建設和社會發展培養更多更好的應用型人才。

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