CDIO教學模式下智能化儀器設計課程的改革與實踐*

◆賴欣

CDIO教學模式下智能化儀器設計課程的改革與實踐*

◆賴欣

針對智能化儀器 設計課程目前存在的問 題，提出采用CDIO教學方式進行改革和實踐，對師資隊伍、教學內容和方法、評價體系和學生意見反饋進行探討。實踐證明，該教學方式取得良好的教學效果。

智能化儀器設計；CDIO；教學改革

10.3969/j.issn.1671-489X.2015.24.114

CDIO工程教育模式是麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學在Wallenberg基金會資助下創立的一種基于工程教育改革的新型教育模式［1-2］。CDIO是構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運作（Operate）四個英文單詞的縮寫，它是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達［3］。CDIO的培養大綱是：通過綜合培養方式讓學生在工程基礎知識、人際團隊能力、工程系統能力和個人能力四個層面上達到預定目標［4］。CDIO教學方式具有較強的可操作性，是近年來工程教育的發展方向，具有良好的推廣價值。

1 智能化儀器設計的概念與課程特點

智能化儀器設計課程是測控技術與儀器、電子信息工程等專業的一門專業必修課，課程融合了傳感器技術、自動控制技術、單片機技術、數據采集技術等多個課程的知識，在前續課程基礎上，以智能儀器的開發、設計為導向，具有較強的實踐性和綜合性。近年來，隨著計算機技術和信息技術的迅猛發展，在很大程度上拓展了智能儀器相關技術的應用領域。通過課程學習，學生在掌握智能儀器基礎知識的前提下，通過實踐環節的鍛煉，具有系統化、模塊化、規劃化設計智能儀器的能力。本課程所涉及的知識面廣、綜合性強，因此，必須探索將理論和實際進行有機結合，培養學生整體系統綜合能力以及加強學生工程實踐意識。

2 智能化儀器設計課程教學現狀與存在的問題

教學方式單一 目前教師主要使用多媒體和板書相結合的方式進行授課，大大增加了課堂教學信息量，但這種“被動”教學方式比較單一，難以激起學生的學習熱情和興趣，學生在學習過程中缺乏主動性和積極性。

理論與實踐脫節 在傳統教學方式下，教師往往只重視于知識的單一傳授，理論和實踐不能有機結合，從而導致學生機械記憶、動手能力弱、缺乏創新。實驗設置驗證性實驗所占比重大，綜合性和設計性實驗所占比重小，限制了學生實踐創造力的發揮。

學科知識缺乏融會貫通 智能化儀器設計與單片機原理、傳感器原理與設計、數據采集與處理等課程有密不可分的聯系。但是，學生在學習過程中往往沒有注意到它們之間的聯系，難以做到課程知識間的融會貫通。

針對上述問題，同時結合西南石油大學機電工程學院專業課程特點，在智能化儀器設計課程中引入CDIO教學方式，以CDIO教學理念為指導，通過工程項目驅動，引導學生掌握智能儀器系統的開發和設計方法，提高教學質量，培養學生分析、解決工程實踐問題的能力，再進一步推廣到其他專業課程中，在整個專業課程中全面實施。

3 智能化儀器設計課程與CDIO教學改革探討

CDIO教學模式的師資隊伍建設 教師擔負著幫助學生全面掌握知識、提升工程能力的責任，其自身的能力也需要提高。在智能化儀器設計課程CDIO教學過程中，教師工程能力合格是實施CDIO教學改革成敗的關鍵要素。學校不但要重視教師接受工程訓練和掌握實踐經驗，同時也可以邀請行業中極具經驗的專家到校兼職任教，使學生更近距離接觸到工程環境，也從他們那里學到實戰經驗［5］。

智能化儀器設計課程教學內容與CDIO教學模式 教學內容是知識的載體。在教學過程中，選擇宜于教學的項目，選擇的工程項目可以緊密聯系西南石油大學石油天然氣特色方向，從而有效提高學生學習興趣。按照“實用、夠用、能用”的基本原則精選教學內容，同時融入更多的工程實例和教學案例，使學生能夠更好地熟悉工程實際，建立工程設計思想［6］。

在教學過程中以一個簡單的小項目為案例，講述項目

［5］的流程和設計方法。如以智能超聲波測厚儀為例，教會學生學習的方法，學會如何查閱資料和利用相關資源，做到課程知識間融會貫通。然后循序漸進，根據學生的實際情況選擇有工程背景的項目，讓學生在“做項目”的過程中深刻地學習和理解知識，提高學生分析能力、獨立思考能力、實踐能力等。

實施“基于項目教學”，促進理論與實踐相結合 一個項目的實施基本上都可以按以下步驟進行。

1）構思階段：在教學內容設計上，按照教材中的內容，結合實際案例，精心組織設計教學項目和整合教學內容，確定培養目標，確定該項目的目標和具體任務。

2）設計階段：學生根據教學項目的具體要求，在教師指導和啟發下，小組討論學習理論知識，設計并確定方案和步驟，教師負責審核。

3）實現階段：充分利用實驗室條件，分組并明確分工，各自獨立完成項目中的任務。

4）運作階段：設計并確定項目評價標準，根據具體任務要求，對任務完成情況進行評價和反饋。

根據測控實驗室的現有條件，在智能化儀器設計課程中選擇了幾個可以實施、并且與實際工作關系密切的測量任務貫穿教學過程的始終，如圖1所示。學生5～7人分成小組，引導學生在“做中學”，教師提煉每個項目中涉及的知識點，將項目在小組中進行細化分工。每組的小組長負責項目的明確分工、協調，并針對出現問題積極與教師交流。在項目完成后各組撰寫研究報告，分組進行答辯匯報和相應實驗演示。通過這樣一個實踐過程，使得學生真正理解和掌握了理論知識和解決實際工程問題的能力，在后續課程的學習中，學生的學習目的會更加明確，實踐動手能力能夠得到進一步增強。分組學習不但提高了學生的動手能力、團隊協作精神，也培養了學生的團隊協作精神、責任感和榮譽感。

圖1 課程實施項目

圖2是一組學生的項目“環境信息監測系統”的上位機監控界面運行圖。事實上，通過討論課上各組項目的實驗結果演示，學生也將曾經出現的問題以及還需改進的地方，如信號提取、信號不穩定等，進行充分展示和探討，學生對每個組的演示結果都加以了解、判斷、討論。通過現場的演示以及小組的互評，不僅使學生的操作得到檢驗，也使他們在相互交流的過程中開拓了思路、培養了的能力，在提高學生分析問題能力、解決問題能力、創新能力、團隊協作能力等方面起到很好的作用。

評價體系 CDIO教學模式以培養學生專業能力、解決問題能力、工程實踐能力為主要目標，采用有效的評價過程來衡量學生能力的高低。智能化儀器設計課程既包含理論知識，又包含了實踐，因此在課程評價時采用階段性考核和筆試結合的方式，基于項目交流和報告做評判，考核學生分析實際工程問題、提出解決方案的能力。在課程教學過程中，采用研究報告結合習題作業的方式，以分組匯報、項目成果的方式考查團隊，綜合考核學生“設計—制作”能力。

效果反饋 在課程結束后進行問卷調查，內容涉及項目式教學的教學內容、CDIO模式的教學效果、CDIO的教學方法等方面，目的在于了解學生的學習狀態和效果，了解CDIO對學生學習興趣、實踐能力和工程系統能力等方面的提升效果。

表1列出了主要調查事項的結果。從學生反饋結果來看，絕大多數學生對CDIO教學模式持肯定態度的，認為CDIO教學方式提高了學習主動性和興趣，鍛煉了實踐能力、創新能力和綜合能力，促進了知識和技能的學習和掌握，全面提高了其各學科交叉應用的能力、團隊協作能力和溝通表達能力。

4 結束語

將CDIO教學模式和西南石油大學特點相結合，成為具有石油院校特色的SWPU-CDIO，積極嘗試將“構思—設計—實現—運作”引入智能化儀器設計課程教學過程，將項目制教學、教學做一體、團隊合作、職業素養融入理論教學和實踐教學中，以素質教育和工程教育為理念，課程采用多樣化教學和階段評價方式。實踐證明，該課程的CDIO教學模式改革比傳統的教學更能鍛煉學生的工程實踐能力，為學生的工程實踐能力、工程素養和綜合素養的培養打下堅實的基礎。■

圖2 監控界面圖

表1 學生教學效果反饋匯總

［1］查建中.工程教育改革戰略“CDIO”與產學合作和國際化［J］.中國大學教學，2008（5）:16-19.

［2］江帆，張春良，蕭仲敏，等.基于知識點優化的 CDIO教學改革實踐［J］.教學研究，2013，36（1）:81-84.

［3］代峰燕，曹建樹，王偉等.基于CDIO理念的測控專業綜合訓練改革探索［J］.實驗室研究與探索，2011，30（5）: 88-89.

［4］田海梅，朱保平，陳愛萍.基于CDIO模式的綜合項目改革的實踐［J］.實驗技術與管理，2011，28（4）:130-132.

［5］王亞良，張燁，陳勇，等.基于CDIO的實驗項目開發與實踐［J］.實驗技術與管理，2010，27（2）:119-120.

［6］林怡青.以項目為線索的“機械設計基礎”課程教學改革［J］.廣東工業大學學報:社會科學版，2010（7）:174-176.

G642.0

B

1671-489X（2015）24-0114-03

西南石油大學高等教育人才培養質量和教學改革項目資助（2014JXYJ-23）；教育部第四批高等學校特色專業建設（TS11720）。

作者：賴欣，西南石油大學機電工程學院副教授，研究方向為高等教育、職業教育（610500）。