基于CDIO的检测与转换技术课程教学改革探索

姜永成 华秀萍 孙勇 王俊发 夏广岚 于峰 王斌 史庆武

摘要：检测与转换技术是农业电气化与自动化专业的重要专业基础课，实践性很强。为提高检测与转换技术课程的教学水平，提出了基于CDIO的教学改革方案，采用了工程项目教学法进行了教學实践，获得了很好的教学成果。

关键词：CDIO；工程项目教学法；农业电气化与自动化；传感器

作者简介：姜永成（1976-），男，黑龙江林口人，佳木斯大学机械工程学院，副教授；华秀萍（1977-），女，黑龙江茄子河人，佳木斯大学机械工程学院，实验师。（黑龙江 佳木斯 154007）

基金项目：本文系佳木斯大学教学研究项目（项目编号：JYB2011-002）、佳木斯大学科技创新团队建设计划项目（项目编号：Cxtd-2013-01）、佳木斯大学科学技术研究项目（项目编号：L2011-016）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0071-02

检测与转换技术这门课是农业工程学科本科教育中的一门核心课程。它研究的是农业电气化与自动化领域里许多基本问题。通过本课程的学习使学生学会传感器原理、信号检测方法与处理方法、信号处理、传感器应用等技术。通过本门课的学习不但可以提高学生的专业素质，并为后续专业课程的学习提供必要的专业技术基础。然而，该课程实践性非常强，以往的教学中过分强调理论教学，仅有的实验也大多是演示性实验，学生学习的兴趣和主动性不足，参与度不高，教学目标难以实现。

一、教学现状分析

在当前高等教育中，要求学生除了要有扎实的专业技术知识，还必须具备一定的团队协作精神、实践动手能力、系统分析问题解决问题的能力，以便适应我国当前高速发展的现代化工程团队、新产品的研发需求。目前，检测与转换技术教学主要存在以下问题：

第一，授课方法单一，完全是以教师为中心的传授接受式教学模式，学生被动听讲，难以激发学生的学习兴趣、调动学生学习的积极性。

第二，授课主要以理论知识讲授为主，实践环节较少，且多为演示性实验，学生的动手能力得不到充分训练。

第三，学生的团队协作能力、沟通合作能力以及职业技能得不到应有的提高。因此，检测与转换技术这门课的教学模式急需改革，以便让学生学以致用，提高综合能力。

二、基于CDIO的教学改革方案设计

1.CDIO的基本思想

CDIO[1]（Conceive，Design，Implement，Operate）是美国麻省理工学院（MIT）和瑞典皇家工学院等4所大学联合探索创立的工程教育理念，以构思（Conceive）—设计（Design）—实现（Implement）—运作（Operate）理念开展基于工程项目全过程的学习，着重培养学生全面的工程实践能力。其指导思想是：以诚信、职业道德培养为基础，以工程设计任务为导向，以培养个人能力（实践能力和终生学习能力）、团队能力和系统的适应与调控能力为主要目标，让学生以主动的、实践的、课程之间有联系的方式学习工程。[2]

CDIO模式在以MIT为首的多所工程性大学操作实施，效果显著，受到学生及产业界高度评价。近年来，我国汕头大学工学院、清华大学工业工程系最先利用CDIO理念进行了教学体系的改革，[3]教育部也尝试在一些以工为主的大学或院系进行CDIO教学模式试点。目前，很多国内外高校已开始在体系下就具体的工程课程开展相应的CDIO教学改革。[4，5]

检测与转换技术是农业电气化与自动化类课程中最具专业特色的一门专业基础课程，通过教学改革完全可以将CDIO的理念应用在相应的教学中。

2.基于工程项目教学法的教学改革方案

在教学过程中打破原有的教师讲授学生被动听讲的模式，采用以项目为驱动的教学。项目教学，是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动。它可以让学生有目标地自主学习，进而很好地融入到有意义的任务完成的过程中。同时，要求学生通过自己的实践进行知识构建和技能训练。工程项目法教学流程图如图1所示。

（1）项目任务的确定。如图1所示，项目实施之初由教师根据检测与转换技术这门课程的需要以及学生的人数确定项目个数和任务书。

（2）学生分组。根据学生的爱好、个人能力特点及团队合作需求由教师主导对学生进行分组并选举各组组长。

（3）讨论项目目标和任务。由组长组织队员进行项目讨论确定具体任务目标进而确定各成员任务分工。

（4）制订项目实施时间表。教师根据任务量和本课程的学时数制订项目实施时间表。

（5）讲授项目实施规范与考核标准。项目具体实施前，教师专题讲授项目实施规范与具体考核标准。实施规范包括项目开发过程中研制的产品从设计到样机必须遵循产品研制标准规范，项目开发文档及定期汇报材料所需满足的格式要求。

考核标准采用百分制，其中80分为项目研究贡献分，其余20分为组长根据组员的团队合作情况给分。

（6）项目实施阶段。进入到项目具体实施阶段，教师随时跟踪各组进展状态，如遇到困难则根据该问题的普遍性组织专题讨论或进行个别组具体指导解决困难。同时，考核各组成员贡献量给分。

（7）项目结题阶段。项目完成后组织各组答辩，各组准备好项目汇报文稿以及幻灯片，由各组组长汇报项目，成员负责答辩中的具体问题的解答。完成答辩后，教师对课程进行综合总结并给所有学生打分并作为最终成绩。

三、教改方案实践

机械工程学院（以下简称“我院”）农业电气化与自动化专业于2008年成立，成立之初学院对本专业发展建设寄予厚望，积极鼓励并在教师、资金、设备等方面提供全力支持。基于本文的教学改革在农业电气化与自动化专业08级、09级学生进行了教改方案实践，取得了良好效果。

1.项目任务的确定

本门课程主要讲授各类传感器的原理及应用。农业电气化与自动化专业08级共有30名同學，共计确定5组研究项目，每组6人，传感器研究项目表如表1所示。

表1 传感器研究项目表

序号 名称 传感器类别

1 人体脉搏测量仪 压电式传感器

2 酒精浓度检测仪 气敏传感器

3 电子秤控制器 电阻传感器

4 可控式自动填料机 电容式传感器

5 密码门禁报警器 磁电式传感器

2.项目实施时间表的确定

培养计划规定本门课共计48学时，其中理论学时36学时，实验12学时。本实验将全部学时用于项目开发。要求每两周进行一次项目进展报告，每组每周开两次组会，时间地点由各组自行选定，组长负责考核各成员绩效并做详细记录。项目开发在教室和本专业专属实验室进行（实验室全天24小时开放）。

3.项目实施过程

在实践过程中，全体同学表现出极大热情投入到项目开发过程中（见图2、图3、图4、图5、图6）。每天晚上实验室灯火通明，学生不但在课堂上全身心投入，甚至有些组在回到宿舍还在进行研究。甚至其他专业的学生也自发来到课堂、实验室参与项目研究。由于传感器的应用大多需要单片机作为控制器，在课程实施中，分别进行了多次关于电路开发、C程序设计、电路板焊接等专题讲座。另外，部分组需要设计机械结构，课上又专门进行了多次Pro/E的使用讲座。由于需要进行项目开发文档的写作以及项目汇报，学生们自学了Word排版、幻灯片制作。

四、结论

本文改变原有的检测与转换技术课程教学方法，在CDIO教学理念的指导下，进行了基于工程项目法的教学改革实践取得了很好的效果。具体总结如下：

第一，CDIO理念在实践性较强的检测与转换技术课程中的应用符合教学规律，学生学习由被动转为主动，课上课下均能开展研究，扩展了课堂，教学效果良好。

第二，通过项目的研究，学生学会了团队协作，各司其职，具有强烈的责任感，看到自己的科研成果也有巨大的成就感，有利于学生技能、自信、科研思维的提高。学生随着项目研究的需要主动研究了其他课程，学以致用，知识掌握牢靠。

第三，工程项目教学法需要一定的教师水平、教师额外的工作量核定、研制资金、必要的设备的支持，在教学方法改革的同时相应保障机制要随之改革，以便达到良好效果。

第四，教学改革产生的科研成果可以进行展览展示，带动其他学生通过不同渠道也积极参与进来，扩大影响，起到示范作用，为整体教学水平的提高起到一定的促进作用。

参考文献：

[1]Worldwide CDIO Initiative， CDIO Knowledge Library[EB/OL].（2000-01-10）[2009-09-15]. http：//www.cdio.org.

[2]宋桂娟，杨勇虎，王文生.基于CDIO的数据结构课程教学改革与研究[J].电脑知识与技术，2010，6（3）：755-756.

[3]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-6.

[4]冯巧玲， 杨存祥， 张文忠.基于CDIO模式的“电气工程基础”课程的教与学[J].中国电力教育，2010，（1）：118-119.

[5]SH PEE， H LEONG.Implementing Project Based Learning Using CDIO Concepts[A].Proceedings of the 1st Annual CDIO Conference[C]. McGill： Queens University Publishing， 2005： 1-10.

注：华秀萍为本文通讯作者。

（责任编辑：王意琴）