傳感器與檢測技術(shù)課程踐行CDIO教育理念探討

周勝海 涂友超信陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 河南信陽 464000

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傳感器與檢測技術(shù)課程踐行CDIO教育理念探討

周勝海 涂友超
信陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 河南信陽 464000

摘 要：為提高高師院校的工科教育質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)的工程師，實(shí)施教育教學(xué)改革是必要的。總結(jié)高師院校傳感器與檢測技術(shù)課程踐行CDIO教育理念的課程教學(xué)改革思路、方法以及成效。結(jié)果表明，該課程踐行CDIO教育理念的教學(xué)改革是必要且可行、成功的，該教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)對其他相關(guān)課程教學(xué)改革和工科專業(yè)教育教學(xué)改革都具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高等師范院校；工科教育；CDIO；課程教學(xué)改革

為了服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)、拓寬辦學(xué)思路，很多高等師范院校都開設(shè)了電子信息工程、機(jī)電一體化、工業(yè)自動化、電氣工程等工科專業(yè)，努力培養(yǎng)高素質(zhì)的工程師。然而，與工科院校和綜合大學(xué)相比，高等師范院校在開設(shè)工科專業(yè)方面，存在一些明顯不足。其一，高等師范院校的決策層和管理層大多缺乏工程教育的先進(jìn)理念與經(jīng)驗(yàn)；其二，高等師范院校的教師大多是教授、副教授及講師，缺乏高級工程師、工程師及技師；其三，高等師范院校大多沒有對口的實(shí)習(xí)工廠或?qū)嵱?xùn)基地。這些因素會嚴(yán)重制約高師院校的工科教育質(zhì)量。研究高師院校如何采取切實(shí)措施，以保證工程教育質(zhì)量，具有普遍的實(shí)際意義。為此，信陽師范學(xué)院進(jìn)行了積極探索和大膽實(shí)踐，成果豐碩。本文總結(jié)作為河南省高等教育教學(xué)改革重點(diǎn)研究項(xiàng)目“電子類大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐教學(xué)平臺體系建設(shè)的研究與實(shí)踐”研究成果之一，從《傳感器與檢測技術(shù)》課程層面踐行CDIO教育理念［1］的探索與實(shí)踐。

1　課程教學(xué)改革的背景

我國高等師范院校的工科教育普遍存在不少問題，如重理論輕實(shí)踐、強(qiáng)調(diào)個(gè)人學(xué)術(shù)能力而忽視團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、重視知識學(xué)習(xí)而輕視開拓創(chuàng)新能力培養(yǎng)等。這些問題嚴(yán)重影響了工科教育質(zhì)量，難以培養(yǎng)出高素質(zhì)的工程師。

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）。CDIO工程教育模式是21世紀(jì)國際工程教育改革的最新成果。它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。目前，已有幾十所世界著名大學(xué)加入了CDIO國際合作組織，其部分專業(yè)全面采用CDIO工程教育理念和教學(xué)大綱，取得了良好效果，按CDIO模式培養(yǎng)的學(xué)生深受社會與企業(yè)歡迎。中國教育部對CDIO非常重視。自2008年起，教育部高教司理工處牽頭組織CDIO在中國的試點(diǎn)和推廣工作。至2010年，已有39所綜合大學(xué)和理工大學(xué)成的為CDIO試點(diǎn)院校，其部分專業(yè)全面采用CDIO工程教育模式，都取得了較好的成果和經(jīng)驗(yàn)。

在該教改項(xiàng)目研究中，教改方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施，遵循“既從大局規(guī)劃又能從具體課程著手、既注重先進(jìn)性又強(qiáng)調(diào)實(shí)用性”的基本原則。傳感器與檢測技術(shù)課程是一些工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，具有實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。選擇傳感器與檢測技術(shù)課程作為課程教學(xué)改革試點(diǎn)，主要是在課程層面踐行CDIO教育理念，以積累經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)造條件后，再全面推廣，是必要的，也是可行的。

2　理論教學(xué)改革

對傳感器與檢測技術(shù)課程的理論教學(xué)改革，根據(jù)高素質(zhì)技術(shù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，立足基本理論，面向應(yīng)用技術(shù)，以必需、夠用為尺度，以掌握概念、強(qiáng)化應(yīng)用為重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)基本理論知識和實(shí)際應(yīng)用技術(shù)并重。按照現(xiàn)代傳感技術(shù)在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的典型應(yīng)用分門別類展開，重點(diǎn)介紹傳感器集成應(yīng)用技術(shù)，以信息的傳感、轉(zhuǎn)換、處理為核心，從基本概念入手，講解熱工量、機(jī)械量、幾何量等參數(shù)的檢測原理與技術(shù)。在具體內(nèi)容安排上，摒棄了常用“傳感器結(jié)構(gòu)→原理→調(diào)理電路→典型應(yīng)用”的傳統(tǒng)安排方式，改為按用途分章的方法展開內(nèi)容，便于學(xué)生對傳感器類比和選型，突出內(nèi)容的實(shí)用性，且檢測參數(shù)和檢測方法都較多，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，知識視野開闊，從課程層面體現(xiàn)了CDIO教育理念。各章安排如表1所示。

表1

表1（續(xù)）

第1章包括檢測技術(shù)的基本概念、測量誤差及修正、傳感器的基本特性、傳感器的標(biāo)定及傳感器的選用原則；第2～8章根據(jù)傳感器應(yīng)用分類，將常用傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、信號調(diào)理電路和基本用法，與傳感器在工程檢測中的常見應(yīng)用融合一起；第9章包括非線性補(bǔ)償技術(shù)、誤差修正技術(shù)、抗干擾技術(shù)等；第10章包括MEMS技術(shù)與微型傳感器、虛擬儀器、多傳感器信息融合、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、軟測量技術(shù)等。

研究表明：傳感器與檢測技術(shù)課程CAI課件優(yōu)化，對課程層面踐行CDIO教育理念，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，有重要作用［2，3］。

傳感器與檢測技術(shù)課程CAI課件優(yōu)化的思路與方案主要體現(xiàn)在以下5個(gè)方面。（1）課件中插入多張常用傳感器、傳感器模塊、傳感器應(yīng)用等實(shí)物彩色照片，使學(xué)生對實(shí)際傳感器及其應(yīng)用有直觀認(rèn)識。（2）課件中插入多段說明典型傳感器工作過程或傳感器工程應(yīng)用的動畫，使學(xué)生更好地熟悉常用傳感器的工作過程，使學(xué)生有機(jī)會了解自動檢測系統(tǒng)的構(gòu)成和工作過程，幫助學(xué)生在自動檢測系統(tǒng)原理框圖與實(shí)際自動檢測系統(tǒng)之間架起一座橋梁。（3）課件中插入數(shù)段介紹傳感器工程應(yīng)用的視頻，使學(xué)生能全面了解傳感器工程應(yīng)用實(shí)例。（4）課件中插入少量有關(guān)傳感器的實(shí)用圖表，幫助學(xué)生熟悉在應(yīng)用傳感器時(shí)，如何查找和使用這些圖表。（5）據(jù)傳感器應(yīng)用分類，將常用傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、信號調(diào)理電路和基本用法，與傳感器在工程檢測中的常見應(yīng)用有機(jī)融合，這樣更適合主要涉及傳感器應(yīng)用的廣大工程技術(shù)人員。

在課件優(yōu)化時(shí)，必須處理好以下3個(gè)問題。（1）有關(guān)傳感器及其應(yīng)用的實(shí)物彩色照片、動畫、視頻和實(shí)用圖表種類繁多，取舍時(shí)怎樣兼顧典型性、實(shí)用性和先進(jìn)性，并與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)條件相互補(bǔ)充。（2）插入課件中的每處內(nèi)容具體選用哪種媒體形式，怎樣與傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配有機(jī)融合，以收到最佳效果。（3）怎樣以傳感器應(yīng)用分類為基本線索，將種類繁多的常用傳感器的基礎(chǔ)知識與傳感器在工程應(yīng)用中的基本理論、方法、技術(shù)有機(jī)結(jié)合。

3　實(shí)踐教學(xué)改革

對傳感器與檢測技術(shù)課程的實(shí)踐教學(xué)改革，根據(jù)理論教學(xué)內(nèi)容按用途分章的安排，設(shè)置若干應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目。每個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目內(nèi)容安排先簡單后復(fù)雜、先單元后綜合、先低精度后高精密，采用實(shí)踐、歸納、再實(shí)踐的學(xué)習(xí)方法，既安排學(xué)生獨(dú)立解決較簡單的實(shí)際問題，又安排學(xué)生合作解決較復(fù)雜的工程問題，不斷強(qiáng)化學(xué)生對現(xiàn)代傳感技術(shù)的應(yīng)用能力。通過各個(gè)應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的職業(yè)能力，從課程的層面體現(xiàn)了CDIO的教育理念。應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目安排如表2所示。

表2

總結(jié)這些應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目的教學(xué)實(shí)踐，可以得出以下幾點(diǎn)重要經(jīng)驗(yàn)。

（1）打好基礎(chǔ)、循序漸進(jìn)。這些應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目應(yīng)安排在傳感器基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之后。通過傳感器基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生熟悉常用傳感器種類、性能、調(diào)理電路及基本應(yīng)用，為應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目的學(xué)習(xí)積累必要的基礎(chǔ)。

（2）推廣現(xiàn)代檢測電路（系統(tǒng)）設(shè)計(jì)方法。對每個(gè)應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目，都鼓勵(lì)學(xué)生盡量選用模塊或套件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。根據(jù)應(yīng)用需要，選用合適模塊或套件，整合、實(shí)現(xiàn)所需功能，是普遍趨勢。商品化的模塊和套件種類多、質(zhì)量好、價(jià)格低。

（3）鼓勵(lì)實(shí)踐、鼓勵(lì)創(chuàng)新。對每個(gè)應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目，都鼓勵(lì)不同設(shè)計(jì)方案，鼓勵(lì)大膽創(chuàng)新。例如，項(xiàng)目1可選用半導(dǎo)體集成溫度傳感器，也可選用熱敏電阻傳感器；測量結(jié)果可模擬顯示，也可數(shù)字顯示；測量精度高低也可選擇。

（4）靈活安排訓(xùn)練內(nèi)容與訓(xùn)練方式。可以結(jié)合相關(guān)課程設(shè)計(jì)、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽培訓(xùn)、課余興趣小組活動等，來安排這些應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目。分學(xué)生小組進(jìn)行，專業(yè)基礎(chǔ)好的與專業(yè)基礎(chǔ)差的組合，興趣和特長不同的組合。取長補(bǔ)短，共同進(jìn)步，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。并不要求所有學(xué)生完成同樣的應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目訓(xùn)練內(nèi)容（但須完成基本訓(xùn)練內(nèi)容），并不要求所有應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目都在本學(xué)期完成，允許有的應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目跨學(xué)期完成，給有興趣的學(xué)生更多學(xué)習(xí)和實(shí)踐的機(jī)會。

（5）采用恰當(dāng)評價(jià)方式。評價(jià)方式的導(dǎo)向是鼓勵(lì)學(xué)生善于實(shí)踐、大膽創(chuàng)新。對學(xué)生的任何新意，無論大小，都給予充分肯定。

4　課程改革成效

提高高等師范院校的工科教育質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)的工程師，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。課程改革只是其中大量的具體環(huán)節(jié)之一。對課程改革成效的評價(jià)應(yīng)該是全面的、客觀的。對傳感器與檢測技術(shù)課程踐行CDIO教育理念的教學(xué)改革成效，可以從課程本身的教學(xué)質(zhì)量提高和學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)兩方面進(jìn)行評價(jià)。

絕大多數(shù)學(xué)生充分肯定傳感器與檢測技術(shù)課程踐行CDIO教育理念的教學(xué)改革。他們認(rèn)為：這樣的理論教學(xué)改革突出了課程實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，能更直觀體會傳感技術(shù)在生活、生產(chǎn)、科研、國防等領(lǐng)域重要而廣泛的應(yīng)用，便于學(xué)習(xí)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要合理選用傳感器和科學(xué)設(shè)計(jì)檢測小系統(tǒng)；這樣的實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)改革從根本上扭轉(zhuǎn)了重理論輕實(shí)踐的現(xiàn)象，既重視知識學(xué)習(xí)又重視實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)，既培養(yǎng)了個(gè)人能力又培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。他們還認(rèn)為CAI課件優(yōu)化，加強(qiáng)了對傳感器及其工程應(yīng)用的直觀認(rèn)識，有助于提高實(shí)踐能力，有助于開闊知識視野，是實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)的重要補(bǔ)充。

傳感器與檢測技術(shù)課程踐行CDIO教育理念，讓學(xué)生以主動地、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，對培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力，對培養(yǎng)高素質(zhì)的工程師，有重要作用。

經(jīng)過一系列教育教學(xué)改革，我校電子信息工程和電子科學(xué)與技術(shù)兩個(gè)工科專業(yè)的教育質(zhì)量顯著提高，學(xué)生綜合素質(zhì)得到政府和用人單位的普遍肯定。近幾年，省、市兩級政府與學(xué)校聯(lián)合建立了若干重要的大學(xué)生創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新平臺，學(xué)生在創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新、重要賽事等活動中都取得了突出成績。

2014年，信陽市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化園由我校牽頭成立。已研發(fā)實(shí)用技術(shù)11項(xiàng)，申報(bào)國家發(fā)明專利5項(xiàng)，有的技術(shù)和專利已投產(chǎn)。已依托孵化創(chuàng)辦了7家科技型小微公司（主要由在校大學(xué)生負(fù)責(zé)運(yùn)作）。已有6家個(gè)體科技型小微公司（大學(xué)畢業(yè)生自主創(chuàng)業(yè)）與孵化園簽約，長期接受孵化園的技術(shù)支持。已有多家本地企業(yè)接產(chǎn)孵化園的技術(shù)或?qū)＠蜷L期接受孵化園的技術(shù)指導(dǎo)。孵化園已產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在信陽市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化園的基礎(chǔ)上，河南省科技廳批準(zhǔn)我校組建省級科技企業(yè)孵化器。

2015年，信陽市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化園申報(bào)的“南湖創(chuàng)星”眾創(chuàng)空間，被河南省科技廳認(rèn)定為省級眾創(chuàng)空間，是2015年度河南省認(rèn)定的20家眾創(chuàng)空間之一，是我校又一個(gè)省級科技創(chuàng)業(yè)平臺。

2015年，我校電子信息工程和電子科學(xué)與技術(shù)兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生獲批國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目11項(xiàng)、校級大學(xué)生科研項(xiàng)目15項(xiàng)，申請國家發(fā)明專利6項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文5篇。參加2015年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽，獲國家級二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，河南省一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)、優(yōu)秀獎(jiǎng)3項(xiàng)。參加河南省第二屆大學(xué)生機(jī)器人競賽，獲河南省二等獎(jiǎng)4項(xiàng)，三等獎(jiǎng)10項(xiàng)。作品《“互聯(lián)網(wǎng)+”啟航電力能耗實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)》獲2015年首屆中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銀獎(jiǎng)。

學(xué)生獲獎(jiǎng)證書

5　結(jié)束語

為解決高等師范院校的工科教育存在的突出問題，提高高師院校的工科教育質(zhì)量，探索、實(shí)踐、推廣CDIO工程教育模式，是一條很好的教育教學(xué)改革之路。先選擇有代表性的若干課程為試點(diǎn)，試行在課程層面踐行CDIO教育理念的教學(xué)改革，待積累經(jīng)驗(yàn)后再全面推行，是一條可行的技術(shù)線路。高等師范院校傳感器與檢測技術(shù)課程踐行CDIO教育理念的課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐表明，該課程踐行CDIO教育理念的教學(xué)改革是必要的、可行的、成功的，該教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)對其他相關(guān)課程教學(xué)改革和工科專業(yè)教育教學(xué)改革都具有較高的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

［1］ CDIO Initiative［EB/OL］.http://www.cdio.org/ .

［2］ 周勝海，涂友超.傳感器與檢測技術(shù)CAI課件優(yōu)化與學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2012（7）:60-62.

［3］ 周勝海，羅浩.利用現(xiàn)代教育技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生電子測量實(shí)踐能力研究［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2013，26（2）:104-107.

Improving Teaching of Sensor Theory and Detection Technology Using CDIO Educational Ideas

Zhou Shenghai， Tu Youchao
College of Phys. & Elec. Eng.， Xinyang Normal University， Xinyang， 464000， China

Abstract:In order to improve the higher technological education in normal colleges or universities， it's important to carry out higher engineering education and teaching reforms. The reform ideas， technique， and achievements of the course reforms of the Sensor Theory and Detection Technology using CDIO educational ideas in normal colleges or universities are outlined. The conclusions illustrated that the course reform is necessary， feasible， and successful. The discussions and conclusions are useful for guiding the relevant higher engineering education and teaching reforms.

Key words:normal colleges； engineering education； CDIO； course teaching reform

收稿日期：2015-12-28

作者簡介：周勝海，碩士，副教授，碩士生導(dǎo)師。

基金項(xiàng)目：河南省高等教育教學(xué)改革重點(diǎn)研究項(xiàng)目（編號：2014SJGLX047）；河南省教育廳教師教育課程改革研究項(xiàng)目（編號：2014-JSJYZD-021）。