基于CDIO模式的智能化测量控制仪表原理与设计课程的教学探讨

王旭东 孙胜利

【摘 要】智能化测量控制仪表原理与设计课程是一门理论与实践相结合的课程，该课程特别注重学生实践能力的培养。文章首先阐述传统教学的现状与特点，然后结合 CDIO的新型教学模式，以学生为主体，以教师为主导，把以学生为中心的知识、能力、素质全面协调发展作为指导思想，以培养学生的工程实践能力，挖掘创新和动手能力以及团队合作精神等综合素质。本课程以适应社会岗位需求为目标，并主要从课堂教学、实验教学、课程考核方面探讨在实际做项目的过程中学、在学中做的教学模式。

【关键词】CDIO模式    智能化测量控制     仪表原理与设计课程     课堂教学    实验教学     毕业设计

一、课程现状

智能化测量控制仪表原理与设计是测控技术与仪器专业的必修课，是一门实践性很强的课程。本课程旨在培养具有较强实践能力和创新精神的高素质应用型人才，要求学生要掌握基本的理论，尤为重要的是要具备较强的动手能力和创新能力，能够完成实际的仪器与控制系统的设计制造、科技开发等工作。但是，传统的教学方法是老师在课堂上按照教学大纲和授课计划对所选教科书进行授课，书中所列举的应用实例通常情况下都是简单易懂的，而且滞后于当前实际应用，安排学生实验也只是占总体课程的很小一部分，学生即使学完了教学计划所规定的全部内容，仍然无法在实际工程项目中熟练运用所学知识，这种现状与培养应用型人才的理念相矛盾。

当前我国高等院校教学的普遍现象是学生的基础理论知识掌握得比较扎实，但工程实践能力普遍较薄弱。因此，本科院校要完善、修改实践教学体系，制定合理的教学方案，在掌握专业知识的基础上，通过实践教学让学生参与实际工程，培养学生的实践能力。

二、CDIO教育模式

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2000万美元巨额资助，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate） ，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、 实践的、 课程之间有机联系的方式学习工程。从产品的研发到产品的运行构成一个完整的周期，在整个过程中，学生积极主动参与每一个具体的环节，从而使学生体会到了产品设计的艰辛与乐趣，培养了学生具备一个工程师的职业道德和团队协作精神。CDIO的理念符合高等教育对于应用型人才培养的理念。

三、CDIO模式的智能化测量控制仪表原理与设计课程

对于测控专业的学生来说，智能化测量控制仪表原理与设计课程的教学计划安排一般为3学分，共计64课时，并且一般安排在大三上学期进行教学。在该阶段，学生一般具备了较好的基本专业知识，能够较好地进行自主学习和应用设计。本门课程的理论来源于实践，又反过来指导实践，主要讲述基于80C51单片机的智能化测量控制仪表的基本原理与设计方法（包括软件编程与硬件电路设计）。结合本门课程的教学目标与特点，在实际教学中主要从以下几个方面采用对学生从实践中学、从学中做的项目教学法。

（一） 课堂教学

在课堂教学环节，对于课程的不同内容，可以通过不同形式的形象教学方法，以生动活泼的形式进一步深化学生对教学内容的理解，提高学习积极性，使学生由被动灌输转变为主动学习。例如教师可以直接在实验室授课，边讲解边调用仿真软件实际操作演示，学生现场也可直接操作验证，既增强直观感，也易于学生的理解和接受;或者采用讨论式或启发式教学，因为同一个问题的解决可能有几种不同的方法，需善于启发学生的思维，同时要给学生自由讨论的机会，这样有助于培养学生的逻辑思维能力和创新能力。并且在讲授过程中，根据实际工程中的相关应用采用理解提问和启发提问等多种提问方式，引导、激发学生的学习兴趣，扩宽研究思路，进而深化对内容的理解和正确应用，由传统的教师为中心的角色向辅导启发性角色转变，改变传统的“填鸭式”教学方法。

（二）实验教学

在学生掌握一定的相关知识之后，为了培养学生在实际工作中独立解决问题的能力，CDIO教学模式将这门课程的教学作为一个项目工程来对待。首先以总项目的介绍作为该实验教学的开始，将总项目下的任务分为若干子任务，教师一边讲授，学生一边动手在仿真开发平台上完成子任务。当然，项目也可以是与课程有关的教师科研项目、 各种竞赛题目或者是一些企业工程中的项目。

在具体实验项目的安排方式上，学生 2～ 3 人一组自行组队，同一小组的每个学生由组长根据每个人的兴趣特长分配不同的任务，在设计过程中所有的硬件设计和软件编程都由学生自己完成，采取Keil+proteus 仿真软件与实验设备相结合的方式，各小组主要采取集中讨论、分工合作，设计出最佳方案来完成项目设计。这样在学生完成这门课程的时候，就好像是完成了一个实际的项目。

这种分组形式充分发挥和调动了学生的主观能动性，培养了学生独立发现、解决问题的能力，并很好地培养了学生的团队协作能力，使学生体会到团队的力量，形成了很好的团队合作意识，为毕业后的工作打下了坚实的基础。

（三）毕业设计

毕业设计是学生对大学四年的学业总结，也是知识的综合应用，在学习完本课程后，与其他课程相结合，完成相应的毕业。按照CDIO理念的四个层次要求，我们逐步培养学生掌握专业技术知识和个人编程能力，完善学生的协作能力和工程系统分析能力。

四、CDIO模式的智能化测量控制仪表原理与设计课程

一般按照以往传统来说，任课老师对其学生的最终考核成绩的评定是通过两方面来决定的，一方面是学生在期末的考试成绩，一方面是学生平时考试的成绩，并按照一定比例加权最终计算出学生的得分。这种方法只注重学生应试方面的能力，比较单一，很难考查出学生对理论知识的实际应用水平，在实践中独立动手解决问题以及在团队协作中与团队成员合作的能力。因此，基于以上几点考察目标，我们都设定了针对性的考察方法和考核方式。

（一）试卷成绩占40%：理论是实际动手工作的基础，设置平时考试和期末考试就是为了考察学生对理论知识的掌握程度，只有对理论知识有了足够的掌握才能对实际工作中遇到的问题进行指导。

（二）实际动手能力占40%：在CDIO模式下比较重要的环节是将理论转化到将来的实际工作中，这一过程不仅考察了学生的实际动手能力，还检验了学生在实际工作中应用理论、实践理论的能力，这也是企业最看重的能力，因此将此部分考核设置为40%。

（三）实验总结报告成绩占20%：总结报告是考查学生对理论知识理解深浅的关键环节，不仅仅要把理论与实际应用相结合，还要善于总结，因此将此环节的考核列入综合考核成绩。

五、结束语

把CDIO教育理念引入到智能化测量控制仪表原理与设计课程教学中，采用项目教学法，使课堂教学不仅仅生动、有趣，还能够很好地使学生把学到的知识及时地应用于实践中，使学生体会到本门课程的广泛用途，并对本专业产生浓厚的兴趣。滨海新区正面临着开发开放战略、自贸区建设、京津冀协同发展、“一带一路”和国家自主创新示范区建设等重大机遇叠加，科技大学作为驻区的唯一整建制高校，给学生提供了良好的机遇与挑战。只有将科学知识与实际工作环境密切结合起来，根据测控专业特点适时调整实验内容，才能调动学生学习的积极性，提高学生的实验技能，培养工科学生的创新能力，以更好地适应社会的需求，更好地为社会服务。

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