基于CDIO的檢測與轉換技術課程教學改革探索

姜永成 華秀萍 孫勇 王俊發 夏廣嵐 于峰 王斌 史慶武

摘要：檢測與轉換技術是農業電氣化與自動化專業的重要專業基礎課，實踐性很強。為提高檢測與轉換技術課程的教學水平，提出了基于CDIO的教學改革方案，采用了工程項目教學法進行了教學實踐，獲得了很好的教學成果。

關鍵詞：CDIO；工程項目教學法；農業電氣化與自動化；傳感器

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

基金項目：本文系佳木斯大學教學研究項目（項目編號：JYB2011-002）、佳木斯大學科技創新團隊建設計劃項目（項目編號：Cxtd-2013-01）、佳木斯大學科學技術研究項目（項目編號：L2011-016）的研究成果。

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

檢測與轉換技術這門課是農業工程學科本科教育中的一門核心課程。它研究的是農業電氣化與自動化領域里許多基本問題。通過本課程的學習使學生學會傳感器原理、信號檢測方法與處理方法、信號處理、傳感器應用等技術。通過本門課的學習不但可以提高學生的專業素質，并為后續專業課程的學習提供必要的專業技術基礎。然而，該課程實踐性非常強，以往的教學中過分強調理論教學，僅有的實驗也大多是演示性實驗，學生學習的興趣和主動性不足，參與度不高，教學目標難以實現。

一、教學現狀分析

在當前高等教育中，要求學生除了要有扎實的專業技術知識，還必須具備一定的團隊協作精神、實踐動手能力、系統分析問題解決問題的能力，以便適應我國當前高速發展的現代化工程團隊、新產品的研發需求。目前，檢測與轉換技術教學主要存在以下問題：

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模式，學生被動聽講，難以激發學生的學習興趣、調動學生學習的積極性。

第二，授課主要以理論知識講授為主，實踐環節較少，且多為演示性實驗，學生的動手能力得不到充分訓練。

第三，學生的團隊協作能力、溝通合作能力以及職業技能得不到應有的提高。因此，檢測與轉換技術這門課的教學模式急需改革，以便讓學生學以致用，提高綜合能力。

二、基于CDIO的教學改革方案設計

1.CDIO的基本思想

CDIO[1]（Conceive，Design，Implement，Operate）是美國麻省理工學院（MIT）和瑞典皇家工學院等4所大學聯合探索創立的工程教育理念，以構思（Conceive）—設計（Design）—實現（Implement）—運作（Operate）理念開展基于工程項目全過程的學習，著重培養學生全面的工程實踐能力。其指導思想是：以誠信、職業道德培養為基礎，以工程設計任務為導向，以培養個人能力（實踐能力和終生學習能力）、團隊能力和系統的適應與調控能力為主要目標，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有聯系的方式學習工程。[2]

CDIO模式在以MIT為首的多所工程性大學操作實施，效果顯著，受到學生及產業界高度評價。近年來，我國汕頭大學工學院、清華大學工業工程系最先利用CDIO理念進行了教學體系的改革，[3]教育部也嘗試在一些以工為主的大學或院系進行CDIO教學模式試點。目前，很多國內外高校已開始在體系下就具體的工程課程開展相應的CDIO教學改革。[4，5]

檢測與轉換技術是農業電氣化與自動化類課程中最具專業特色的一門專業基礎課程，通過教學改革完全可以將CDIO的理念應用在相應的教學中。

2.基于工程項目教學法的教學改革方案

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

（1）項目任務的確定。如圖1所示，項目實施之初由教師根據檢測與轉換技術這門課程的需要以及學生的人數確定項目個數和任務書。

（2）學生分組。根據學生的愛好、個人能力特點及團隊合作需求由教師主導對學生進行分組并選舉各組組長。

（3）討論項目目標和任務。由組長組織隊員進行項目討論確定具體任務目標進而確定各成員任務分工。

（4）制訂項目實施時間表。教師根據任務量和本課程的學時數制訂項目實施時間表。

（5）講授項目實施規范與考核標準。項目具體實施前，教師專題講授項目實施規范與具體考核標準。實施規范包括項目開發過程中研制的產品從設計到樣機必須遵循產品研制標準規范，項目開發文檔及定期匯報材料所需滿足的格式要求。

考核標準采用百分制，其中80分為項目研究貢獻分，其余20分為組長根據組員的團隊合作情況給分。

（6）項目實施階段。進入到項目具體實施階段，教師隨時跟蹤各組進展狀態，如遇到困難則根據該問題的普遍性組織專題討論或進行個別組具體指導解決困難。同時，考核各組成員貢獻量給分。

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

三、教改方案實踐

機械工程學院（以下簡稱“我院”）農業電氣化與自動化專業于2008年成立，成立之初學院對本專業發展建設寄予厚望，積極鼓勵并在教師、資金、設備等方面提供全力支持?；诒疚牡慕虒W改革在農業電氣化與自動化專業08級、09級學生進行了教改方案實踐，取得了良好效果。

1.項目任務的確定

本門課程主要講授各類傳感器的原理及應用。農業電氣化與自動化專業08級共有30名同學，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 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

培養計劃規定本門課共計48學時，其中理論學時36學時，實驗12學時。本實驗將全部學時用于項目開發。要求每兩周進行一次項目進展報告，每組每周開兩次組會，時間地點由各組自行選定，組長負責考核各成員績效并做詳細記錄。項目開發在教室和本專業專屬實驗室進行（實驗室全天24小時開放）。

3.項目實施過程

在實踐過程中，全體同學表現出極大熱情投入到項目開發過程中（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行研究。甚至其他專業的學生也自發來到課堂、實驗室參與項目研究。由于傳感器的應用大多需要單片機作為控制器，在課程實施中，分別進行了多次關于電路開發、C程序設計、電路板焊接等專題講座。另外，部分組需要設計機械結構，課上又專門進行了多次Pro/E的使用講座。由于需要進行項目開發文檔的寫作以及項目匯報，學生們自學了Word排版、幻燈片制作。

四、結論

本文改變原有的檢測與轉換技術課程教學方法，在CDIO教學理念的指導下，進行了基于工程項目法的教學改革實踐取得了很好的效果。具體總結如下：

第一，CDIO理念在實踐性較強的檢測與轉換技術課程中的應用符合教學規律，學生學習由被動轉為主動，課上課下均能開展研究，擴展了課堂，教學效果良好。

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

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

第四，教學改革產生的科研成果可以進行展覽展示，帶動其他學生通過不同渠道也積極參與進來，擴大影響，起到示范作用，為整體教學水平的提高起到一定的促進作用。

參考文獻：

[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的數據結構課程教學改革與研究[J].電腦知識與技術，2010，6（3）：755-756.

[3]查建中.論“做中學”戰略下的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”課程的教與學[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。

（責任編輯：王意琴）