“新工科”背景下基于CDIO模式的《传感器与测试技术》教学改革

顾雯雯

摘   要：针对西南大学工程技术学院面向电气工程及其自动化、车辆工程、机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化等本科专业开设的《传感器与测试技术》课程，在分析研究课程现状的基础上，结合“新工科”建设目标，提出将CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）工程教育理念引入《传感器与测试技术》课程改革中，从构思CDIO模式下的教学理念、设计CDIO模式下的教学体系、实现和运行CDIO模式下的教学改革等方面对课程教学进行深化改革。提出理论教学应做到突出重点和案例剖析;实验项目强调CDIO过程训练;综合设计性实验项目注意专业导向性。

关键词：新工科  传感器与测试技术  CDIO  教学改革

中图分类号：G642.0                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（c）-0202-03

Abstract： The paper is related to the discussion of the course of ‘Sensors and Testing Technology， which has been set for the Southwest University undergraduate students majored in electrical engineering and automatization， Vehicle Engineering， Mechanical Design Manufacture and Automation， Agricultural Mechanization and Automation， et al. After studying and analyze the current situation of the course， combining with the ‘Emerging Engineering construction goal， it is proposed to bring Conceive-Design-Implement-Operate （CDIO） engineering educational concept in the course. It contains the contents of conceiving teaching concept， designing teaching system， implementing and operating teaching reform under the CDIO mode. It is suggested that theoretical teaching should focus on the key point and case analysis; experimental project items emphasize CDIO processing training; comprehensive design experimental project should attach more importance to professional direction.

Key Words： Emerging engineering ; Sensors and testing technology; CDIO; Teaching reform

1  现状分析

当今世界工程教育的大背景正在发生巨变。随着互联网、物联网、云计算等技术的不断进步，新一代信息技术正在逐步开启经济变革和发展的新征程。在这样的大背景下，作为支撑工业变革的工程教育进入了“新工科”时代[1-3]。2017年2月20日，教育部发布《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》，提出“新工科”建设目标，旨在从新理念、新结构、新模式、新质量、新体系等顶层设计来推进工程教育改革，重点提出要开展以产出为导向的人才培养模式改革的研究和实践，确保最新科技和工程前沿知识进入课堂[4]。

《传感器与测试技术》是为高等院校理工科专业学生开设的一门重要的专业技术课程。该课程具有信息量大、理论性和实践性强等特点，其主要任务是培养学生利用现代传感器技术、电子技术等解决生产实践中信息获取与信号处理问题的能力。目前，在“新工科”背景下，西南大学工程技术学院面向電气工程及其自动化、车辆工程、机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化等本科专业开设的《传感器与测试技术》课程存在的主要问题如下[5-7]：

（1）理论教学老套陈旧，实验教学落后过时。理论教学涉及了较多推导各类传感器原理公式的内容，使学生感到枯燥乏味。实验教学主要是在模块化实验平台上进行，学生只需要按照实验指导书完成基本的操作，实验教学停滞在对传感器工作原理和性能的基本验证阶段。

（2）教学方法和模式比较僵化。教师填鸭式地灌输，学生被动地接受，没有自主思考、探究和创新的空间。考试结束后，大多数学生很快就将知识淡忘，教学效果可想而知。

（3）能力培养无专业特点。电气类专业和机械类专业在教学内容和模式上区别不大。电类和非电类专业学生，授课任务都是学习各类传感器原理及其测量电路，特别是应用实例讲解中没有突出传感器针对不同专业的应用特色。

2  CDIO工程教育理念

2004年，由瑞典皇家工学院（KTH Royal Institute of Technology）和麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）等4所大学联合倡导的工程教育理念CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate），即“构思——设计——实现——运行”成为当代信息化时代背景下参与高校最多、影响最广的一种先进教育思想。CDIO的理念是为学生提供基于产品开发周期的工程教育环境[8-12]。在“新工科”背景下推进CDIO工程教育理念具有深远的意义，体现在如下方面：

（1）满足“新工科”背景下高水平人才的能力培养需求。“新工科”背景下需要具备新领域专业的复合型新兴人才，要求其具备跨学科知识、人文情怀、创新能力、领导能力。而CDIO正是以工程教育的全周期为培养过程，重点培养具有工程背景、德才兼备、视野开阔、创新思维能力强的新兴复合工科人才。

（2）有利于实现理论与实践动态平衡。CDIO要求以各学科相互支撑的课程体系来设计课程计划;将个人技能、人际关系技巧和产品研发能力培养整合到一个单一的课程中;将课堂内理论学习和工程技术学习与现代实践场所的设计、实现和动手学习相结合。该模式有利于学生的综合能力培养，打破重理论、轻实践的弊端。

（3）在工程领域具有普遍的适应性。CDIO设定的目标是为高等工程教育創造一个合理的、完整的、通用的教学目标，将个人的、社会的需求与系统技术结合，应用于所有的工程领域，因此具有普遍的适应性。

因此，为了改变当前《传感器与测试技术》课程存在的问题，探索“新工科”背景下的人才培养机制，本文将CDIO引入《传感器与测试技术》课程改革，以理论培养为基础，以工程应用为目标，从教学理念、教学体系、教学手段和方法等多层次、多方面地进行教学改革。

3  基于CDIO的课程体系重构

3.1 构思CDIO模式下的教学理念

要确保《传感器与测试技术》课程教学改革顺利实施，首先要树立基于CDIO的教学理念。根据CDIO教学大纲，应注重培养学生的专业基础理论和技术发展方面的知识，培养学生解决工程问题的能力，提高学生的团队协作能力，按照构思——设计——实现——运行产品生命周期，依次系统地完成工程项目的开发。基于上述CDIO教学理念，《传感器与测试技术》课程教学理念改革从三个方面进行：（1）修改教学大纲的内容，制定更合理的理论和实验教学内容，明确基于CDIO的实验项目，综合课程设计和创新设计，做到教、学、做三结合;（2）要求学生根据产品周期完成项目设计，以提高学生解决问题的能力;（3）改进课程评价和反馈机制，加强各个环节的过程监控。

3.2 设计CDIO模式下的教学体系

《传感器与测试技术》课程以理论教学为基础，偏重于工程和实践应用。扎实的理论知识是“新工科”背景下当代大学生的基本要求。鉴于此，需要对理论教学内容进行重新整合，删除冗余且过时的知识，加强传感器典型应用的讲解。

另一方面，合理改进传统实验项目，增加设计性实验内容，提高实验内容的综合性，并在实验室环境中根据CDIO理念进行实验培训。例如，增加光电报警系统设计、电子秤设计等设计性实验项目，难度控制在验证性实验与课程设计之间，由三至五人组成。上述设计性题目需要《传感器与测试技术》课程知识与先修课程，如《模拟电路》、《数字电路》等课程知识想结合，以此更好地激发学生的设计热情，探索、挖掘和培养学生的工程应用潜力。

3.3 实现和运行CDIO模式下的教学改革

3.3.1 理论教学突出重点和案例剖析

根据CDIO大纲，理论教学重点围绕传感器的基本原理、结构特性、典型检测电路;每种类型的传感器配合工程项目案例，明确其工程应用，让学生学会合理选择和运用各种传感器。

3.3.2 实验项目强调CDIO过程训练

为了将实验项目与传统验证性实验区分开来，将实验项目修改为具有明确测量对象和目的，但是实验方法和手段可选的综合设计性实验项目。例如将“电涡流传感器性能实验”替换为“基于电涡流传感器的不同物质检测”，要求学生自行构思设计方案，设计相应的检测电路，利用电路仿真软件或面包板搭建检测电路，最后将检测与测试系统投入运行，验证设计的正确性。

3.3.3 综合设计性实验项目注意专业导向性

考虑到不同专业《传感器与测试技术》课程与先修课程之间的关系，以及不同专业对学生培养目标的要求，综合设计性实验项目应具有专业导向性。如自动化专业，既要求选用性能和结构合理的典型传感器型号，又要进行信号处理电路设计，并要求使用EDA软件进行电路设计和仿真。又如机械类专业，由于前期先修课程对电路、模拟电路、数字电路等课程要求不高，在设计和搭建传感器检测电路时应注重选用已有信号处理电路模块搭建测试系统。

4  结语

本文在“新工科”背景下，以培养创新型工程科技人才为总要求，针对《传感器与测试技术》课程教学中存在的问题，将工程教育理念CDIO引入《传感器与测试技术》课程改革中;遵循构思——设计——实现——运行工程教育理念，提出课程改革从构思CDIO模式下的教学观念、设计CDIO模式下的教学体系、实现和运行CDIO模式下的教学改革等四个方面切入;做到理论教学突出重点和案例剖析;实验项目强调CDIO过程训练;综合设计性实验项目注意专业导向性。

参考文献

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[2] 贺宁，贺萌.新工科课程设计新思维——跨技术专业融合[J].计算机时代，2018（11）： 84-86.

[3] 洪恩强，高颖仪.面向新工科的教师专业素质结构探索[J]. 南昌工程学院学报， 2018，37（5）： 85-89.

[4] http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html.

[5] 杨钊，吴睿.论大学教学改革与探索——以《传感器技术》教改为例[J].科技经济导刊，2018，26（23）：173.

[6] 章娟，万鹏飞，薛凌云.研究型教学模式在测试技术与传感器课程中的应用[J].教育教学论坛，2018（34）：190-191.

[7] 郑春娇，赵越岭，姜丕杰.传感器与检测技术项目教学法探索与实践[J].教育教学论坛，2018（31）：149-150.

[8] 刘保军，刘跃华.CDIO模式下的传感检测技术教改实践[J].中国教育技术装备，2011（6）：48-50.

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