“新工科”背景下基于CDIO模式的《傳感器與測試技術》教學改革

顧雯雯

摘? ?要：針對西南大學工程技術學院面向電氣工程及其自動化、車輛工程、機械設計制造及其自動化、農業機械化及其自動化等本科專業開設的《傳感器與測試技術》課程，在分析研究課程現狀的基礎上，結合“新工科”建設目標，提出將CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）工程教育理念引入《傳感器與測試技術》課程改革中，從構思CDIO模式下的教學理念、設計CDIO模式下的教學體系、實現和運行CDIO模式下的教學改革等方面對課程教學進行深化改革。提出理論教學應做到突出重點和案例剖析;實驗項目強調CDIO過程訓練;綜合設計性實驗項目注意專業導向性。

關鍵詞：新工科? 傳感器與測試技術? CDIO? 教學改革

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（c）-0202-03

Abstract： The paper is related to the discussion of the course of ‘Sensors and Testing Technology， which has been set for the Southwest University undergraduate students majored in electrical engineering and automatization， Vehicle Engineering， Mechanical Design Manufacture and Automation， Agricultural Mechanization and Automation， et al. After studying and analyze the current situation of the course， combining with the ‘Emerging Engineering construction goal， it is proposed to bring Conceive-Design-Implement-Operate （CDIO） engineering educational concept in the course. It contains the contents of conceiving teaching concept， designing teaching system， implementing and operating teaching reform under the CDIO mode. It is suggested that theoretical teaching should focus on the key point and case analysis; experimental project items emphasize CDIO processing training; comprehensive design experimental project should attach more importance to professional direction.

Key Words： Emerging engineering ; Sensors and testing technology; CDIO; Teaching reform

1? 現狀分析

當今世界工程教育的大背景正在發生巨變。隨著互聯網、物聯網、云計算等技術的不斷進步，新一代信息技術正在逐步開啟經濟變革和發展的新征程。在這樣的大背景下，作為支撐工業變革的工程教育進入了“新工科”時代[1-3]。2017年2月20日，教育部發布《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，提出“新工科”建設目標，旨在從新理念、新結構、新模式、新質量、新體系等頂層設計來推進工程教育改革，重點提出要開展以產出為導向的人才培養模式改革的研究和實踐，確保最新科技和工程前沿知識進入課堂[4]。

《傳感器與測試技術》是為高等院校理工科專業學生開設的一門重要的專業技術課程。該課程具有信息量大、理論性和實踐性強等特點，其主要任務是培養學生利用現代傳感器技術、電子技術等解決生產實踐中信息獲取與信號處理問題的能力。目前，在“新工科”背景下，西南大學工程技術學院面向電氣工程及其自動化、車輛工程、機械設計制造及其自動化、農業機械化及其自動化等本科專業開設的《傳感器與測試技術》課程存在的主要問題如下[5-7]：

（1）理論教學老套陳舊，實驗教學落后過時。理論教學涉及了較多推導各類傳感器原理公式的內容，使學生感到枯燥乏味。實驗教學主要是在模塊化實驗平臺上進行，學生只需要按照實驗指導書完成基本的操作，實驗教學停滯在對傳感器工作原理和性能的基本驗證階段。

（2）教學方法和模式比較僵化。教師填鴨式地灌輸，學生被動地接受，沒有自主思考、探究和創新的空間。考試結束后，大多數學生很快就將知識淡忘，教學效果可想而知。

（3）能力培養無專業特點。電氣類專業和機械類專業在教學內容和模式上區別不大。電類和非電類專業學生，授課任務都是學習各類傳感器原理及其測量電路，特別是應用實例講解中沒有突出傳感器針對不同專業的應用特色。

2? CDIO工程教育理念

2004年，由瑞典皇家工學院（KTH Royal Institute of Technology）和麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology）等4所大學聯合倡導的工程教育理念CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate），即“構思——設計——實現——運行”成為當代信息化時代背景下參與高校最多、影響最廣的一種先進教育思想。CDIO的理念是為學生提供基于產品開發周期的工程教育環境[8-12]。在“新工科”背景下推進CDIO工程教育理念具有深遠的意義，體現在如下方面：

（1）滿足“新工科”背景下高水平人才的能力培養需求。“新工科”背景下需要具備新領域專業的復合型新興人才，要求其具備跨學科知識、人文情懷、創新能力、領導能力。而CDIO正是以工程教育的全周期為培養過程，重點培養具有工程背景、德才兼備、視野開闊、創新思維能力強的新興復合工科人才。

（2）有利于實現理論與實踐動態平衡。CDIO要求以各學科相互支撐的課程體系來設計課程計劃;將個人技能、人際關系技巧和產品研發能力培養整合到一個單一的課程中;將課堂內理論學習和工程技術學習與現代實踐場所的設計、實現和動手學習相結合。該模式有利于學生的綜合能力培養，打破重理論、輕實踐的弊端。

（3）在工程領域具有普遍的適應性。CDIO設定的目標是為高等工程教育創造一個合理的、完整的、通用的教學目標，將個人的、社會的需求與系統技術結合，應用于所有的工程領域，因此具有普遍的適應性。

因此，為了改變當前《傳感器與測試技術》課程存在的問題，探索“新工科”背景下的人才培養機制，本文將CDIO引入《傳感器與測試技術》課程改革，以理論培養為基礎，以工程應用為目標，從教學理念、教學體系、教學手段和方法等多層次、多方面地進行教學改革。

3? 基于CDIO的課程體系重構

3.1 構思CDIO模式下的教學理念

要確保《傳感器與測試技術》課程教學改革順利實施，首先要樹立基于CDIO的教學理念。根據CDIO教學大綱，應注重培養學生的專業基礎理論和技術發展方面的知識，培養學生解決工程問題的能力，提高學生的團隊協作能力，按照構思——設計——實現——運行產品生命周期，依次系統地完成工程項目的開發。基于上述CDIO教學理念，《傳感器與測試技術》課程教學理念改革從三個方面進行：（1）修改教學大綱的內容，制定更合理的理論和實驗教學內容，明確基于CDIO的實驗項目，綜合課程設計和創新設計，做到教、學、做三結合;（2）要求學生根據產品周期完成項目設計，以提高學生解決問題的能力;（3）改進課程評價和反饋機制，加強各個環節的過程監控。

3.2 設計CDIO模式下的教學體系

《傳感器與測試技術》課程以理論教學為基礎，偏重于工程和實踐應用。扎實的理論知識是“新工科”背景下當代大學生的基本要求。鑒于此，需要對理論教學內容進行重新整合，刪除冗余且過時的知識，加強傳感器典型應用的講解。

另一方面，合理改進傳統實驗項目，增加設計性實驗內容，提高實驗內容的綜合性，并在實驗室環境中根據CDIO理念進行實驗培訓。例如，增加光電報警系統設計、電子秤設計等設計性實驗項目，難度控制在驗證性實驗與課程設計之間，由三至五人組成。上述設計性題目需要《傳感器與測試技術》課程知識與先修課程，如《模擬電路》、《數字電路》等課程知識想結合，以此更好地激發學生的設計熱情，探索、挖掘和培養學生的工程應用潛力。

3.3 實現和運行CDIO模式下的教學改革

3.3.1 理論教學突出重點和案例剖析

根據CDIO大綱，理論教學重點圍繞傳感器的基本原理、結構特性、典型檢測電路;每種類型的傳感器配合工程項目案例，明確其工程應用，讓學生學會合理選擇和運用各種傳感器。

3.3.2 實驗項目強調CDIO過程訓練

為了將實驗項目與傳統驗證性實驗區分開來，將實驗項目修改為具有明確測量對象和目的，但是實驗方法和手段可選的綜合設計性實驗項目。例如將“電渦流傳感器性能實驗”替換為“基于電渦流傳感器的不同物質檢測”，要求學生自行構思設計方案，設計相應的檢測電路，利用電路仿真軟件或面包板搭建檢測電路，最后將檢測與測試系統投入運行，驗證設計的正確性。

3.3.3 綜合設計性實驗項目注意專業導向性

考慮到不同專業《傳感器與測試技術》課程與先修課程之間的關系，以及不同專業對學生培養目標的要求，綜合設計性實驗項目應具有專業導向性。如自動化專業，既要求選用性能和結構合理的典型傳感器型號，又要進行信號處理電路設計，并要求使用EDA軟件進行電路設計和仿真。又如機械類專業，由于前期先修課程對電路、模擬電路、數字電路等課程要求不高，在設計和搭建傳感器檢測電路時應注重選用已有信號處理電路模塊搭建測試系統。

4? 結語

本文在“新工科”背景下，以培養創新型工程科技人才為總要求，針對《傳感器與測試技術》課程教學中存在的問題，將工程教育理念CDIO引入《傳感器與測試技術》課程改革中;遵循構思——設計——實現——運行工程教育理念，提出課程改革從構思CDIO模式下的教學觀念、設計CDIO模式下的教學體系、實現和運行CDIO模式下的教學改革等四個方面切入;做到理論教學突出重點和案例剖析;實驗項目強調CDIO過程訓練;綜合設計性實驗項目注意專業導向性。

參考文獻

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[4] http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html.

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