CDIO理念下現代檢測技術課程教學改革與探索

彭樂樂 鄭樹彬 黃如艷 鐘倩文

摘? 要：文章根據CDIO理念的四個環節將現代檢測技術課程分成構思-設計與實現-運作三個階段，構思完成課程內容整合，將課程內容分為三個學習模塊;設計與實現中采用多樣的教學方式并實現了理論與實踐并重，教學實踐與職業實踐相關聯;運作則是建立多元化考核機制。這些改革方案能夠有效提高教學質量，提升學生實踐動手能力，培養學生工程意識，在應用型人才培養中取得顯著效果。

關鍵詞：CDIO理念;課程內容整合;職業實踐;多元化考核機制

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）16-0139-03

Abstract： According to the four links of the concept of CDIO， the course of modern testing technology is divided into three stages： conception， design， realization and operation， and the integration of the course content is completed， and the course content is divided into three learning modules; various teaching methods are adopted in the design and implementation， and equal emphasis on theory and practice is realized， and teaching practice is related to professional practice; operation is to establish a diversified assessment mechanism. These reform programs can effectively improve teaching quality， enhance students' practical ability， cultivate students' engineering consciousness， and achieve remarkable results in the training of applied talents.

Keywords： CDIO concept; curriculum content integration; professional practice; diversified assessment mechanism

一、概述

隨著城市軌道交通行業的蓬勃發展，軌道行業對現代檢測技術人才的要求進一步提升，在掌握扎實的檢測理論知識基礎上更加注重實踐應用能力和綜合素質。現代檢測技術作為一門綜合性交叉學科，涉及機器學習、機械、工程、聲學、振動學和數據分析等多個領域，是軌道學院車輛工程專業的專業基礎課程。

構思-設計-實現-運作（conceiving-designing-implementing-operating，CDIO）理念是美國MIT及瑞典的3所大學提出的一種新型工程教育模式，是全新的國際工程教育與人才培養創新模式[1]。基于CDIO理念下的現代檢測技術課程分為三個階段：（1）構思：現代檢測技術中應用的檢測手段繁多但課時有限，應該對課程內容進行有機整合，構建科學合理的教學內容體系;（2）設計與實現：教學形式多樣化，老師和學生雙主體上課模式可充分調動學習積極性，實踐比重加大，理論與實踐并重;（3）運作：注重過程考核，將老師和學生同時納為評價主體，形成多元化考核體系。本文在CDIO理念下對現代檢測技術進行分階段教學探索，實踐結果證明取得良好效果。

二、現代檢測技術的教學探索

（一）構思：整合教學內容，重建教學體系

《現代檢測技術》是上海工程技術大學城市軌道交通學院針對軌道交通運輸專業研究生，結合軌道交通行業背景，運用現代檢測技術與方法，開設的一門具有鮮明行業背景的檢測課程，總學時為32學時2個學分。

現代檢測技術課程內容豐富，涵蓋的重難點多。囊括了頻譜分析基礎、傳感器基礎、機器視覺、圖像處理、多傳感器信息融合、無損檢測和振動測試與分析等多模塊跨學科的教學內容[2]。教學內容的確定，首先立足于軌道學院對城市軌道交通的研究需求，結合時下熱門的現代檢測手段進行地鐵車輛及各部件，鋼軌及各部件之間的檢測項目。其次，考慮課程中的各知識點與其他課程有復雜聯系，如頻譜分析與交通運輸專業研究生的專業課《數字信號處理》就有重疊，在有限而珍貴的課時中，可針對數字信號處理課程中的頻譜分析知識點進行有機整合，適當調整本課內容。最后，課程中包含的知識模塊之間也有關聯，根據知識的前后邏輯可大體歸納為振動分析模塊，傳感器模塊和機器學習三大模塊。另外，為改善重理論輕實踐[3]的教學現狀，在頻譜分析，測試信號處理，振動測試與分析，機器視覺和圖像處理中各分配兩課時的上機時間，增加實踐動手機會，鞏固理論知識。以導師項目為依托，學生參與科研項目中可培養其工程意識。

課程的特性決定了教學內容與其他課程之間有重復內容，本身的知識點也存在邏輯關系，對教學內容有機整合歸納，可提高教學效率和教學效果。實踐上機比重加大，教學實踐聯系職業實踐，提高學生實踐應用能力，更快適應行業要求。

（二）設計與實現：教學形式多樣化，理論與實踐并重

傳統的教學模式是老師講學生聽，該模式可對學生灌輸比較完善的理論體系，但不可避免地存在學生聽課積極性弱，參與度低，理論基礎扎實但動手能力不足等弊端。現代檢測技術設計學生以小組為單位進行課堂活動，包括課程理論知識的講解，課后作業的完成和上機實踐課程。

以學生和老師雙主體形式上課[4]，理論課主要是學生以小組形式講解每一知識點，老師做矯正和補充說明和拓展總結。學生分為8組，抽簽決定講解的知識點和講課順序，小組課前做好準備工作，課堂上進行闡述，最后由教師做矯正學生表達不到位的方面，并歸納總結理論知識，化“多而繁”為“少而簡”[5]。這樣的模式有助于學生自己掌握和專研理論知識，還能夠促進學生合作交流，鍛煉學生歸納表達能力。

積極采用現代教學技術，應用圖，文，像等豐富的多媒體效果結合板書，可充分調動學生積極性，生動直觀地了解理論知識。就以圖像處理模塊為例，圖像處理基礎之一就是對圖像進行卷積操作，用多媒體技術可直觀呈現不同模板與同一張圖像卷積便能得到不同效果圖。通過播放交通系統車牌識別，智能汽車避障等應用視頻向同學們展示圖像處理功能之強大，應用之廣泛，從而激發學生學習興趣。

本次改革最大的特色就是加大實踐比重，包含了上機實踐和課外實踐，不拘泥于理論學習，教學過程中強調學以致用[6]，同時，為了避免上機實踐與職業實踐脫節[7]，上機實踐課的形式為：老師引入案例[8]，學生設計解決方案。這要求案例有一定的深度和廣度，并具有典型性和針對性。例如在振動分析模塊引入“載運工具乘客乘坐舒適性分析”案例，教師先闡述案例背景，引導學生乘坐舒適性是關鍵，該指標與列車行速度和狀態有關，利用頻譜分析中的傅里葉變換可對運載工具的加速等進行分析，從而判斷出乘坐舒適性的重要影響因素。學生根據老師提示設計解決方案并著手解決。上機課仍然以小組為單位，可互相取長補短，畢竟解決這些案例所用到的工具不是每一位學生都能短時間內掌握，還可互相商討，集思廣益。

課外實踐主要是以教師項目為依托，學生參與和觀摩，教師講解項目開始到完結分為項目測試原理及方案設計，項目執行階段，結果分析與總結三個階段，每一階段需要注意的事項。學生切身感受項目完成過程及成果展現，有助于培養學生的工程意識。

（三）運作：建立多元化考核機制，成績組成科學化

課程考核要綜合考慮學生的過程表現、知識模塊掌握情況、實踐綜合能力。根據課程的各個環節的特點設置不同的考核方式，包括觀察法[9]、學生自評、組內互評[10]、教師點評等。使教師、學生都成為教學考核的主體，建立多元考核體系，具體見表1。課程成績主要由平時成績、構思環節學習模塊成績、設計與實現環節的上機實踐和課外實踐成績，閉卷筆試成績組成。該多元化考核體系，以培養軌道行業學生檢測實踐應用能力為目標，注重對學生整個學習過程的考核和評價。

三、結束語

CDIO理念下的現代檢測技術課程教學探索主要對應CDIO四個環節將課程分成構思，設計與實現和運作三個階段，對課程內容進行歸納整合，然后實踐時間占比加大且引入教學案例使得課程實踐與職業實踐相聯系，最后建立多元化考核體系。這些教學改革方案取得了較好的教學效果，在以后的教學中，還應該繼續探索與改革，提高教學質量，為社會和企業培養優秀的軌道檢測人才。

參考文獻：

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[10]張平，唐前軍.應用組內互評WEB系統改善實驗教學中小組學習效果的實踐研究[J].電化教育研究，2013，34（04）：43-46+58.

基金項目：2019年，國家自然科學基金青年項目“浮動式光伏發電的機械振動機理與主動控制方法研究”（編號：51907117）;2019年，國家自然科學基金面上項目“振動與視覺融合表征軌道病害的動態診斷方法與理論研究”（編號：51975347）

作者簡介：彭樂樂（1984-），男，漢族，安徽宿州人，博士，講師，碩士生導師，研究方向：軌道車輛智能檢測。

通訊作者：鄭樹彬（1979-），男，漢族，廣東揭陽人，博士，教授，碩士生導師，研究方向：軌道狀態檢測。