傳感器與檢測技術課程踐行CDIO教育理念探討

周勝海 涂友超信陽師范學院物理與電子工程學院 河南信陽 464000

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傳感器與檢測技術課程踐行CDIO教育理念探討

周勝海 涂友超
信陽師范學院物理與電子工程學院 河南信陽 464000

摘 要：為提高高師院校的工科教育質量，培養高素質的工程師，實施教育教學改革是必要的。總結高師院校傳感器與檢測技術課程踐行CDIO教育理念的課程教學改革思路、方法以及成效。結果表明，該課程踐行CDIO教育理念的教學改革是必要且可行、成功的，該教學改革經驗對其他相關課程教學改革和工科專業教育教學改革都具有參考價值。

關鍵詞：高等師范院校；工科教育；CDIO；課程教學改革

為了服務地方經濟建設、拓寬辦學思路，很多高等師范院校都開設了電子信息工程、機電一體化、工業自動化、電氣工程等工科專業，努力培養高素質的工程師。然而，與工科院校和綜合大學相比，高等師范院校在開設工科專業方面，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理念與經驗；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習工廠或實訓基地。這些因素會嚴重制約高師院校的工科教育質量。研究高師院校如何采取切實措施，以保證工程教育質量，具有普遍的實際意義。為此，信陽師范學院進行了積極探索和大膽實踐，成果豐碩。本文總結作為河南省高等教育教學改革重點研究項目“電子類大學生創新創業實踐教學平臺體系建設的研究與實踐”研究成果之一，從《傳感器與檢測技術》課程層面踐行CDIO教育理念［1］的探索與實踐。

1　課程教學改革的背景

我國高等師范院校的工科教育普遍存在不少問題，如重理論輕實踐、強調個人學術能力而忽視團隊協作精神、重視知識學習而輕視開拓創新能力培養等。這些問題嚴重影響了工科教育質量，難以培養出高素質的工程師。

CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）。CDIO工程教育模式是21世紀國際工程教育改革的最新成果。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。目前，已有幾十所世界著名大學加入了CDIO國際合作組織，其部分專業全面采用CDIO工程教育理念和教學大綱，取得了良好效果，按CDIO模式培養的學生深受社會與企業歡迎。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在中國的試點和推廣工作。至2010年，已有39所綜合大學和理工大學成的為CDIO試點院校，其部分專業全面采用CDIO工程教育模式，都取得了較好的成果和經驗。

在該教改項目研究中，教改方案的設計與實施，遵循“既從大局規劃又能從具體課程著手、既注重先進性又強調實用性”的基本原則。傳感器與檢測技術課程是一些工科專業的專業基礎課程之一，具有實用性強的特點。選擇傳感器與檢測技術課程作為課程教學改革試點，主要是在課程層面踐行CDIO教育理念，以積累經驗、創造條件后，再全面推廣，是必要的，也是可行的。

2　理論教學改革

對傳感器與檢測技術課程的理論教學改革，根據高素質技術應用型人才的培養目標，立足基本理論，面向應用技術，以必需、夠用為尺度，以掌握概念、強化應用為重點，強調基本理論知識和實際應用技術并重。按照現代傳感技術在日常生活和工業生產中的典型應用分門別類展開，重點介紹傳感器集成應用技術，以信息的傳感、轉換、處理為核心，從基本概念入手，講解熱工量、機械量、幾何量等參數的檢測原理與技術。在具體內容安排上，摒棄了常用“傳感器結構→原理→調理電路→典型應用”的傳統安排方式，改為按用途分章的方法展開內容，便于學生對傳感器類比和選型，突出內容的實用性，且檢測參數和檢測方法都較多，應用領域廣泛，知識視野開闊，從課程層面體現了CDIO教育理念。各章安排如表1所示。

表1

表1（續）

第1章包括檢測技術的基本概念、測量誤差及修正、傳感器的基本特性、傳感器的標定及傳感器的選用原則；第2～8章根據傳感器應用分類，將常用傳感器的結構、原理、信號調理電路和基本用法，與傳感器在工程檢測中的常見應用融合一起；第9章包括非線性補償技術、誤差修正技術、抗干擾技術等；第10章包括MEMS技術與微型傳感器、虛擬儀器、多傳感器信息融合、無線傳感器網絡、軟測量技術等。

研究表明：傳感器與檢測技術課程CAI課件優化，對課程層面踐行CDIO教育理念，培養學生的實踐能力，有重要作用［2，3］。

傳感器與檢測技術課程CAI課件優化的思路與方案主要體現在以下5個方面。（1）課件中插入多張常用傳感器、傳感器模塊、傳感器應用等實物彩色照片，使學生對實際傳感器及其應用有直觀認識。（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用的動畫，使學生更好地熟悉常用傳感器的工作過程，使學生有機會了解自動檢測系統的構成和工作過程，幫助學生在自動檢測系統原理框圖與實際自動檢測系統之間架起一座橋梁。（3）課件中插入數段介紹傳感器工程應用的視頻，使學生能全面了解傳感器工程應用實例。（4）課件中插入少量有關傳感器的實用圖表，幫助學生熟悉在應用傳感器時，如何查找和使用這些圖表。（5）據傳感器應用分類，將常用傳感器的原理、結構、信號調理電路和基本用法，與傳感器在工程檢測中的常見應用有機融合，這樣更適合主要涉及傳感器應用的廣大工程技術人員。

在課件優化時，必須處理好以下3個問題。（1）有關傳感器及其應用的實物彩色照片、動畫、視頻和實用圖表種類繁多，取舍時怎樣兼顧典型性、實用性和先進性，并與現有實驗實習條件相互補充。（2）插入課件中的每處內容具體選用哪種媒體形式，怎樣與傳統教學內容和學時分配有機融合，以收到最佳效果。（3）怎樣以傳感器應用分類為基本線索，將種類繁多的常用傳感器的基礎知識與傳感器在工程應用中的基本理論、方法、技術有機結合。

3　實踐教學改革

對傳感器與檢測技術課程的實踐教學改革，根據理論教學內容按用途分章的安排，設置若干應用實踐項目。每個實踐項目內容安排先簡單后復雜、先單元后綜合、先低精度后高精密，采用實踐、歸納、再實踐的學習方法，既安排學生獨立解決較簡單的實際問題，又安排學生合作解決較復雜的工程問題，不斷強化學生對現代傳感技術的應用能力。通過各個應用實踐項目學習，培養學生的動手能力、實踐能力及創新能力，提高學生的職業能力，從課程的層面體現了CDIO的教育理念。應用實踐項目安排如表2所示。

表2

總結這些應用實踐項目的教學實踐，可以得出以下幾點重要經驗。

（1）打好基礎、循序漸進。這些應用實踐項目應安排在傳感器基礎實驗之后。通過傳感器基礎實驗，使學生熟悉常用傳感器種類、性能、調理電路及基本應用，為應用實踐項目的學習積累必要的基礎。

（2）推廣現代檢測電路（系統）設計方法。對每個應用實踐項目，都鼓勵學生盡量選用模塊或套件實現設計要求。根據應用需要，選用合適模塊或套件，整合、實現所需功能，是普遍趨勢。商品化的模塊和套件種類多、質量好、價格低。

（3）鼓勵實踐、鼓勵創新。對每個應用實踐項目，都鼓勵不同設計方案，鼓勵大膽創新。例如，項目1可選用半導體集成溫度傳感器，也可選用熱敏電阻傳感器；測量結果可模擬顯示，也可數字顯示；測量精度高低也可選擇。

（4）靈活安排訓練內容與訓練方式。可以結合相關課程設計、大學生電子設計大賽培訓、課余興趣小組活動等，來安排這些應用實踐項目。分學生小組進行，專業基礎好的與專業基礎差的組合，興趣和特長不同的組合。取長補短，共同進步，培養團隊合作精神。并不要求所有學生完成同樣的應用實踐項目訓練內容（但須完成基本訓練內容），并不要求所有應用實踐項目都在本學期完成，允許有的應用實踐項目跨學期完成，給有興趣的學生更多學習和實踐的機會。

（5）采用恰當評價方式。評價方式的導向是鼓勵學生善于實踐、大膽創新。對學生的任何新意，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量，培養高素質的工程師，是一項復雜的系統工程。課程改革只是其中大量的具體環節之一。對課程改革成效的評價應該是全面的、客觀的。對傳感器與檢測技術課程踐行CDIO教育理念的教學改革成效，可以從課程本身的教學質量提高和學生實踐能力、創新能力培養兩方面進行評價。

絕大多數學生充分肯定傳感器與檢測技術課程踐行CDIO教育理念的教學改革。他們認為：這樣的理論教學改革突出了課程實用性強的特點，能更直觀體會傳感技術在生活、生產、科研、國防等領域重要而廣泛的應用，便于學習根據實際應用需要合理選用傳感器和科學設計檢測小系統；這樣的實踐環節教學改革從根本上扭轉了重理論輕實踐的現象，既重視知識學習又重視實踐能力、創新能力培養，既培養了個人能力又培養了團隊協作精神。他們還認為CAI課件優化，加強了對傳感器及其工程應用的直觀認識，有助于提高實踐能力，有助于開闊知識視野，是實踐環節教學的重要補充。

傳感器與檢測技術課程踐行CDIO教育理念，讓學生以主動地、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，對培養學生的實踐能力與創新能力，對培養高素質的工程師，有重要作用。

經過一系列教育教學改革，我校電子信息工程和電子科學與技術兩個工科專業的教育質量顯著提高，學生綜合素質得到政府和用人單位的普遍肯定。近幾年，省、市兩級政府與學校聯合建立了若干重要的大學生創業、創新平臺，學生在創業、創新、重要賽事等活動中都取得了突出成績。

2014年，信陽市大學生創新創業孵化園由我校牽頭成立。已研發實用技術11項，申報國家發明專利5項，有的技術和專利已投產。已依托孵化創辦了7家科技型小微公司（主要由在校大學生負責運作）。已有6家個體科技型小微公司（大學畢業生自主創業）與孵化園簽約，長期接受孵化園的技術支持。已有多家本地企業接產孵化園的技術或專利，或長期接受孵化園的技術指導。孵化園已產生良好的經濟效益和社會效益。在信陽市大學生創新創業孵化園的基礎上，河南省科技廳批準我校組建省級科技企業孵化器。

2015年，信陽市大學生創新創業孵化園申報的“南湖創星”眾創空間，被河南省科技廳認定為省級眾創空間，是2015年度河南省認定的20家眾創空間之一，是我校又一個省級科技創業平臺。

2015年，我校電子信息工程和電子科學與技術兩個專業的學生獲批國家級大學生創新創業訓練計劃項目11項、校級大學生科研項目15項，申請國家發明專利6項，發表學術論文5篇。參加2015年全國大學生電子設計競賽，獲國家級二等獎1項，河南省一等獎2項、二等獎2項、三等獎3項、優秀獎3項。參加河南省第二屆大學生機器人競賽，獲河南省二等獎4項，三等獎10項。作品《“互聯網+”啟航電力能耗實時監控系統》獲2015年首屆中國“互聯網+”大學生創新創業大賽銀獎。

學生獲獎證書

5　結束語

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量，探索、實踐、推廣CDIO工程教育模式，是一條很好的教育教學改革之路。先選擇有代表性的若干課程為試點，試行在課程層面踐行CDIO教育理念的教學改革，待積累經驗后再全面推行，是一條可行的技術線路。高等師范院校傳感器與檢測技術課程踐行CDIO教育理念的課程教學改革探索與實踐表明，該課程踐行CDIO教育理念的教學改革是必要的、可行的、成功的，該教學改革經驗對其他相關課程教學改革和工科專業教育教學改革都具有較高的參考價值。

參考文獻

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

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

［3］ 周勝海，羅浩.利用現代教育技術培養學生電子測量實踐能力研究［J］.大學物理實驗，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，碩士生導師。

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