基于CDIO模式的智能化測量控制儀表原理與設(shè)計課程的教學(xué)探討

王旭東 孫勝利

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

【關(guān)鍵詞】CDIO模式 ? ?智能化測量控制 ? ? 儀表原理與設(shè)計課程 ? ? 課堂教學(xué) ? ?實驗教學(xué) ? ? 畢業(yè)設(shè)計

一、課程現(xiàn)狀

智能化測量控制儀表原理與設(shè)計是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的必修課，是一門實踐性很強的課程。本課程旨在培養(yǎng)具有較強實踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，要求學(xué)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(chuàng)新能力，能夠完成實際的儀器與控制系統(tǒng)的設(shè)計制造、科技開發(fā)等工作。但是，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是老師在課堂上按照教學(xué)大綱和授課計劃對所選教科書進行授課，書中所列舉的應(yīng)用實例通常情況下都是簡單易懂的，而且滯后于當(dāng)前實際應(yīng)用，安排學(xué)生實驗也只是占總體課程的很小一部分，學(xué)生即使學(xué)完了教學(xué)計劃所規(guī)定的全部內(nèi)容，仍然無法在實際工程項目中熟練運用所學(xué)知識，這種現(xiàn)狀與培養(yǎng)應(yīng)用型人才的理念相矛盾。

當(dāng)前我國高等院校教學(xué)的普遍現(xiàn)象是學(xué)生的基礎(chǔ)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(xué)體系，制定合理的教學(xué)方案，在掌握專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，通過實踐教學(xué)讓學(xué)生參與實際工程，培養(yǎng)學(xué)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(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)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(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)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(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate） ，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、 實踐的、 課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。從產(chǎn)品的研發(fā)到產(chǎn)品的運行構(gòu)成一個完整的周期，在整個過程中，學(xué)生積極主動參與每一個具體的環(huán)節(jié)，從而使學(xué)生體會到了產(chǎn)品設(shè)計的艱辛與樂趣，培養(yǎng)了學(xué)生具備一個工程師的職業(yè)道德和團隊協(xié)作精神。CDIO的理念符合高等教育對于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的理念。

三、CDIO模式的智能化測量控制儀表原理與設(shè)計課程

對于測控專業(yè)的學(xué)生來說，智能化測量控制儀表原理與設(shè)計課程的教學(xué)計劃安排一般為3學(xué)分，共計64課時，并且一般安排在大三上學(xué)期進行教學(xué)。在該階段，學(xué)生一般具備了較好的基本專業(yè)知識，能夠較好地進行自主學(xué)習(xí)和應(yīng)用設(shè)計。本門課程的理論來源于實踐，又反過來指導(dǎo)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(shè)計方法（包括軟件編程與硬件電路設(shè)計）。結(jié)合本門課程的教學(xué)目標(biāo)與特點，在實際教學(xué)中主要從以下幾個方面采用對學(xué)生從實踐中學(xué)、從學(xué)中做的項目教學(xué)法。

（一） 課堂教學(xué)

在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，對于課程的不同內(nèi)容，可以通過不同形式的形象教學(xué)方法，以生動活潑的形式進一步深化學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解，提高學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生由被動灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。例如教師可以直接在實驗室授課，邊講解邊調(diào)用仿真軟件實際操作演示，學(xué)生現(xiàn)場也可直接操作驗證，既增強直觀感，也易于學(xué)生的理解和接受;或者采用討論式或啟發(fā)式教學(xué)，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(fā)學(xué)生的思維，同時要給學(xué)生自由討論的機會，這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。并且在講授過程中，根據(jù)實際工程中的相關(guān)應(yīng)用采用理解提問和啟發(fā)提問等多種提問方式，引導(dǎo)、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，擴寬研究思路，進而深化對內(nèi)容的理解和正確應(yīng)用，由傳統(tǒng)的教師為中心的角色向輔導(dǎo)啟發(fā)性角色轉(zhuǎn)變，改變傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法。

（二）實驗教學(xué)

在學(xué)生掌握一定的相關(guān)知識之后，為了培養(yǎng)學(xué)生在實際工作中獨立解決問題的能力，CDIO教學(xué)模式將這門課程的教學(xué)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(xué)的開始，將總項目下的任務(wù)分為若干子任務(wù)，教師一邊講授，學(xué)生一邊動手在仿真開發(fā)平臺上完成子任務(wù)。當(dāng)然，項目也可以是與課程有關(guān)的教師科研項目、 各種競賽題目或者是一些企業(yè)工程中的項目。

在具體實驗項目的安排方式上，學(xué)生 2～ 3 人一組自行組隊，同一小組的每個學(xué)生由組長根據(jù)每個人的興趣特長分配不同的任務(wù)，在設(shè)計過程中所有的硬件設(shè)計和軟件編程都由學(xué)生自己完成，采取Keil+proteus 仿真軟件與實驗設(shè)備相結(jié)合的方式，各小組主要采取集中討論、分工合作，設(shè)計出最佳方案來完成項目設(shè)計。這樣在學(xué)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(fā)揮和調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)了學(xué)生獨立發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力，并很好地培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作能力，使學(xué)生體會到團隊的力量，形成了很好的團隊合作意識，為畢業(yè)后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。

（三）畢業(yè)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生對大學(xué)四年的學(xué)業(yè)總結(jié)，也是知識的綜合應(yīng)用，在學(xué)習(xí)完本課程后，與其他課程相結(jié)合，完成相應(yīng)的畢業(yè)。按照CDIO理念的四個層次要求，我們逐步培養(yǎng)學(xué)生掌握專業(yè)技術(shù)知識和個人編程能力，完善學(xué)生的協(xié)作能力和工程系統(tǒng)分析能力。

四、CDIO模式的智能化測量控制儀表原理與設(shè)計課程

一般按照以往傳統(tǒng)來說，任課老師對其學(xué)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(xué)生在期末的考試成績，一方面是學(xué)生平時考試的成績，并按照一定比例加權(quán)最終計算出學(xué)生的得分。這種方法只注重學(xué)生應(yīng)試方面的能力，比較單一，很難考查出學(xué)生對理論知識的實際應(yīng)用水平，在實踐中獨立動手解決問題以及在團隊協(xié)作中與團隊成員合作的能力。因此，基于以上幾點考察目標(biāo)，我們都設(shè)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(chǔ)，設(shè)置平時考試和期末考試就是為了考察學(xué)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(dǎo)。

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

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

五、結(jié)束語

把CDIO教育理念引入到智能化測量控制儀表原理與設(shè)計課程教學(xué)中，采用項目教學(xué)法，使課堂教學(xué)不僅僅生動、有趣，還能夠很好地使學(xué)生把學(xué)到的知識及時地應(yīng)用于實踐中，使學(xué)生體會到本門課程的廣泛用途，并對本專業(yè)產(chǎn)生濃厚的興趣。濱海新區(qū)正面臨著開發(fā)開放戰(zhàn)略、自貿(mào)區(qū)建設(shè)、京津冀協(xié)同發(fā)展、“一帶一路”和國家自主創(chuàng)新示范區(qū)建設(shè)等重大機遇疊加，科技大學(xué)作為駐區(qū)的唯一整建制高校，給學(xué)生提供了良好的機遇與挑戰(zhàn)。只有將科學(xué)知識與實際工作環(huán)境密切結(jié)合起來，根據(jù)測控專業(yè)特點適時調(diào)整實驗內(nèi)容，才能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的實驗技能，培養(yǎng)工科學(xué)生的創(chuàng)新能力，以更好地適應(yīng)社會的需求，更好地為社會服務(wù)。

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