基于CDIO模式的智能化測量控制儀表原理與設計課程的教學探討

王旭東 孫勝利

【摘 要】智能化測量控制儀表原理與設計課程是一門理論與實踐相結合的課程，該課程特別注重學生實踐能力的培養。文章首先闡述傳統教學的現狀與特點，然后結合 CDIO的新型教學模式，以學生為主體，以教師為主導，把以學生為中心的知識、能力、素質全面協調發展作為指導思想，以培養學生的工程實踐能力，挖掘創新和動手能力以及團隊合作精神等綜合素質。本課程以適應社會崗位需求為目標，并主要從課堂教學、實驗教學、課程考核方面探討在實際做項目的過程中學、在學中做的教學模式。

【關鍵詞】CDIO模式 ? ?智能化測量控制 ? ? 儀表原理與設計課程 ? ? 課堂教學 ? ?實驗教學 ? ? 畢業設計

一、課程現狀

智能化測量控制儀表原理與設計是測控技術與儀器專業的必修課，是一門實踐性很強的課程。本課程旨在培養具有較強實踐能力和創新精神的高素質應用型人才，要求學生要掌握基本的理論，尤為重要的是要具備較強的動手能力和創新能力，能夠完成實際的儀器與控制系統的設計制造、科技開發等工作。但是，傳統的教學方法是老師在課堂上按照教學大綱和授課計劃對所選教科書進行授課，書中所列舉的應用實例通常情況下都是簡單易懂的，而且滯后于當前實際應用，安排學生實驗也只是占總體課程的很小一部分，學生即使學完了教學計劃所規定的全部內容，仍然無法在實際工程項目中熟練運用所學知識，這種現狀與培養應用型人才的理念相矛盾。

當前我國高等院校教學的普遍現象是學生的基礎理論知識掌握得比較扎實，但工程實踐能力普遍較薄弱。因此，本科院校要完善、修改實踐教學體系，制定合理的教學方案，在掌握專業知識的基礎上，通過實踐教學讓學生參與實際工程，培養學生的實踐能力。

二、CDIO教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。

CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate） ，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、 實踐的、 課程之間有機聯系的方式學習工程。從產品的研發到產品的運行構成一個完整的周期，在整個過程中，學生積極主動參與每一個具體的環節，從而使學生體會到了產品設計的艱辛與樂趣，培養了學生具備一個工程師的職業道德和團隊協作精神。CDIO的理念符合高等教育對于應用型人才培養的理念。

三、CDIO模式的智能化測量控制儀表原理與設計課程

對于測控專業的學生來說，智能化測量控制儀表原理與設計課程的教學計劃安排一般為3學分，共計64課時，并且一般安排在大三上學期進行教學。在該階段，學生一般具備了較好的基本專業知識，能夠較好地進行自主學習和應用設計。本門課程的理論來源于實踐，又反過來指導實踐，主要講述基于80C51單片機的智能化測量控制儀表的基本原理與設計方法（包括軟件編程與硬件電路設計）。結合本門課程的教學目標與特點，在實際教學中主要從以下幾個方面采用對學生從實踐中學、從學中做的項目教學法。

（一） 課堂教學

在課堂教學環節，對于課程的不同內容，可以通過不同形式的形象教學方法，以生動活潑的形式進一步深化學生對教學內容的理解，提高學習積極性，使學生由被動灌輸轉變為主動學習。例如教師可以直接在實驗室授課，邊講解邊調用仿真軟件實際操作演示，學生現場也可直接操作驗證，既增強直觀感，也易于學生的理解和接受;或者采用討論式或啟發式教學，因為同一個問題的解決可能有幾種不同的方法，需善于啟發學生的思維，同時要給學生自由討論的機會，這樣有助于培養學生的邏輯思維能力和創新能力。并且在講授過程中，根據實際工程中的相關應用采用理解提問和啟發提問等多種提問方式，引導、激發學生的學習興趣，擴寬研究思路，進而深化對內容的理解和正確應用，由傳統的教師為中心的角色向輔導啟發性角色轉變，改變傳統的“填鴨式”教學方法。

（二）實驗教學

在學生掌握一定的相關知識之后，為了培養學生在實際工作中獨立解決問題的能力，CDIO教學模式將這門課程的教學作為一個項目工程來對待。首先以總項目的介紹作為該實驗教學的開始，將總項目下的任務分為若干子任務，教師一邊講授，學生一邊動手在仿真開發平臺上完成子任務。當然，項目也可以是與課程有關的教師科研項目、 各種競賽題目或者是一些企業工程中的項目。

在具體實驗項目的安排方式上，學生 2～ 3 人一組自行組隊，同一小組的每個學生由組長根據每個人的興趣特長分配不同的任務，在設計過程中所有的硬件設計和軟件編程都由學生自己完成，采取Keil+proteus 仿真軟件與實驗設備相結合的方式，各小組主要采取集中討論、分工合作，設計出最佳方案來完成項目設計。這樣在學生完成這門課程的時候，就好像是完成了一個實際的項目。

這種分組形式充分發揮和調動了學生的主觀能動性，培養了學生獨立發現、解決問題的能力，并很好地培養了學生的團隊協作能力，使學生體會到團隊的力量，形成了很好的團隊合作意識，為畢業后的工作打下了堅實的基礎。

（三）畢業設計

畢業設計是學生對大學四年的學業總結，也是知識的綜合應用，在學習完本課程后，與其他課程相結合，完成相應的畢業。按照CDIO理念的四個層次要求，我們逐步培養學生掌握專業技術知識和個人編程能力，完善學生的協作能力和工程系統分析能力。

四、CDIO模式的智能化測量控制儀表原理與設計課程

一般按照以往傳統來說，任課老師對其學生的最終考核成績的評定是通過兩方面來決定的，一方面是學生在期末的考試成績，一方面是學生平時考試的成績，并按照一定比例加權最終計算出學生的得分。這種方法只注重學生應試方面的能力，比較單一，很難考查出學生對理論知識的實際應用水平，在實踐中獨立動手解決問題以及在團隊協作中與團隊成員合作的能力。因此，基于以上幾點考察目標，我們都設定了針對性的考察方法和考核方式。

（一）試卷成績占40%：理論是實際動手工作的基礎，設置平時考試和期末考試就是為了考察學生對理論知識的掌握程度，只有對理論知識有了足夠的掌握才能對實際工作中遇到的問題進行指導。

（二）實際動手能力占40%：在CDIO模式下比較重要的環節是將理論轉化到將來的實際工作中，這一過程不僅考察了學生的實際動手能力，還檢驗了學生在實際工作中應用理論、實踐理論的能力，這也是企業最看重的能力，因此將此部分考核設置為40%。

（三）實驗總結報告成績占20%：總結報告是考查學生對理論知識理解深淺的關鍵環節，不僅僅要把理論與實際應用相結合，還要善于總結，因此將此環節的考核列入綜合考核成績。

五、結束語

把CDIO教育理念引入到智能化測量控制儀表原理與設計課程教學中，采用項目教學法，使課堂教學不僅僅生動、有趣，還能夠很好地使學生把學到的知識及時地應用于實踐中，使學生體會到本門課程的廣泛用途，并對本專業產生濃厚的興趣。濱海新區正面臨著開發開放戰略、自貿區建設、京津冀協同發展、“一帶一路”和國家自主創新示范區建設等重大機遇疊加，科技大學作為駐區的唯一整建制高校，給學生提供了良好的機遇與挑戰。只有將科學知識與實際工作環境密切結合起來，根據測控專業特點適時調整實驗內容，才能調動學生學習的積極性，提高學生的實驗技能，培養工科學生的創新能力，以更好地適應社會的需求，更好地為社會服務。

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