基于CDIO理念的自动检测与转换技术课程教学改革探析

马卫民

（安徽职业技术学院 机电工程学院，安徽 合肥 230011）

自动检测与转换技术课程是电子技术应用、机电一体化、自动化等电类专业教学体系中一门实践性较强的专业基础课，该课程内容涉及多门学科领域的知识，包括物理、化学、机械、光学、材料、电子、生物、信息处理等众多学科知识，是一门理论性强、与工程实践应用紧密结合的课程。与当前多学科交叉融合的趋势相一致，该课程在专业课程体系中也起到重要的支撑作用，课程从讲授开始就给学生奠定工程应用思想、创新实践能力的基础，这在现代综合应用型人才培养过程中起着重要的作用。传统的课程教学内容没有涉及到新型传感器和测控技术的知识及应用方法，不符合高职综合型、技能型人才培养模式要求；教学过程、教学手段单一，学生学习往往达不到预期的效果；同时，缺乏针对性的实践应用教学环节，学生实际应用能力得不到有效的提高，因此必须对课程教学进行优化改革。

1 课程教学特点及存在的主要问题

自动检测与转换技术课程是多门学科领域的交叉课程，由于课程内容所学传感器种类多，各类传感器原理各不相同，每种传感器应用领域较为广泛，这就要求学生具有丰富的知识基础，既包含数理化基础学科知识，又要具备电工、电子技术、机械原理、单片机及PLC等工科专业理论知识；同时还要学生具有一定的动手实践能力，因此给学生的学习带来一定的难度。目前，传统的课程教学存在的问题如下：

1.1 课程教学内容

目前，大多数关于传感器课程的相关教材远远滞后于快速发展的现代科学技术。比如：有的教材侧重于讲解传感器检测原理，对于相应的传感器测控系统设计应用知识较少，使学生学习缺乏感性认识，导致课程学习内容枯燥，不利于学生实际测控系统的设计能力和工程应用实践能力培养；有的教材以基本传感器工作原理分类编写，课程内容不够精炼，内容偏重于传感器原理讲解，缺乏传感器应用的相关知识，而且没有涉及到新型传感器知识和测控技术的知识及应用，不利于拓宽学生知识面，不符合高职综合型、技能型人才培养模式。因此，为了能适应企业及社会对检测技能型人才的需求，必须对自动检测与转换技术课程内容进行优化设计。

1.2 教学方式

传统教学过程中，教师教学手段相对单一，教学过程主要是以课堂理论讲授为主，师生互动少，导致学生学习的积极性不高，同时由于学生实践教学内容安排有限，教学无法激发学生对课程学习的兴趣，课程学习效果往往达不到预期的效果。

1.3 实践环节

大部分高职院校因实践设备少，导致课程主要还是以传统验证性实验为主，缺乏实践教学环节。而传统验证性实验主要围绕测量传感器输出数据以及观察传感器实验最终现象，学生只需按照指导书上提供的实验步骤教条式完成整个实验过程即可。实验过程中学生的主动性思维很少，往往做完实验，学生还不清楚为何需要这样做，验证性实验内容与实际应用环节内容存在明显脱节。

2 课程改革探析

CDIO 工程教学模式包含构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），该模式是以实际产品设计到产品制作的时间周期为载体，让学生主动的、带着一定产品设计、制作任务去学习课程，使课程理论学习内容与应用实践之间有机联系的一种教学模式。

自动检测与转换技术课程改革中，我们引入CDIO 工程教学理念，针对高职院校专业培养目标，结合高职院校学生自身的特点对CDIO 工程教学模式进行了相应的调整，课程教学设计及实施过程中注重三个基本点：课程内容的构思，教学过程的设计，实践方法的实现。

2.1 教学内容构思

为了体现现代传感器测控技术向网络化、智能化和集成化方向发展的迫切需求，我们结合传感器的工作原理和特性分析，教学内容从传感器测量系统原理、传感器在实际测量中各种性能（包括测量精度、抗干扰能力、使用寿命、维护性能等）的多个角度将传统传感器检测技术和现代传感器测控技术相比较，引入基于无线传感的物联网技术相关的先进测控理论，进而拓展学生课程学习的视野，有利于学生思维创新能力和综合实践应用能力的培养。在传统传感器理论教学内容基础上，专门增加相关测控系统设计及应用的内容，引入当前传感器发展的新理念、新技术，把传感器理论知识学习与实际应用相结合，拓展传统课程教学内容，增加学生动手实践环节，培养学生综合实践应用能力，提高学生学习专业课程的兴趣和学习主动性。课程教学内容构思框架如图1所示。

图1 课程教学内容构思框架

2.2 教学过程的设计

传统的课程教学过程中，学生参与课堂教学活动很少，主要采用教师讲，学生听的传统模式，师生互动少，以至于学生学习课程后，不知道传感器干什么用，具体工业测量场合使用哪种传感器，教学效果较差。因此，我们在教学过程中引入任务驱动化教学，学习每种传感器就引入一定的教学实践任务，给学生提出不同传感器应用设计目标，使学生在完成理论学习基础上，进行针对所学传感器的简单测控系统应用设计。学生通过课程教学项目实施过程，可以自主地有针对性学习，在项目实施过程中主动发现问题；教师在学生项目实施过程中负责指导学生并提出可行性意见，学生根据教师的指导自主解决问题，完成整个项目。在项目实施过程中，学生的理论知识与实践应用技能充分结合，使他们的理论学习、动手实践的潜能得到充分开发，对课程教学有更深刻的认识。同时，采取现代化的教学手段，利用云课堂平台上传的多媒体数字资源组织学生进行线上、线下开放式学习，使学生可以充分利用课余时间自主的学习，提升了学生学习的主动性，实现对传统课堂教学的有效补充。

2.3 实践教学方法实现

传感器的验证性实验是传统课程教学实践主要形式，验证性实验主要目的是测量传感器输出数据和观察相应的实验现象，实验过程中学生按照指导书上提供的实验步骤机械式、教条式操作完成。由此可知，学生通过实验对传感器的原理及应用没有很好的掌握，实验内容与传感器实际测控应用明显脱节。我们对实践教学优化设计，在完成验证性实验基础上，进行了两个方面的改进：一方面，增加了基于NI 虚拟仪器技术的传感器仿真实验环节，让学生在虚拟环境下进行理想元件仿真设计，专门针对温度传感器、光电传感器、霍尔传感器等传感器实际测控系统进行教学仿真设计；另一方面，针对实践能力较强的同学进行设计性实践教学，要求学生自主选择设计思路、方案、传感器等元件，自己动手制作一些实用型测控系统（智能电子产品），通过“仿真+实际制作”的实践教学，使学生获得了较强的实践应用能力，课程学习的效果明显提高。

3 课程改革成效

近两年，通过在机电一体化、电气自动化等专业教学过程中的改革尝试，基本形成了依托于传感器基本理论教学、注重实践项目制作的教学方法，同时利用虚实（虚拟仿真+实际设计）结合的方法把现代先进的测控系统应用融入传统的传感器课程教学中，使学生在学习传感器理论的过程中，实践动手能力也得到了充分的锻炼和提高，培养的学生更符合企业、社会的需要。笔者指导的学生在各类竞赛多次获得较好的成绩，其中学生参加2019 年全国大学生电子设计大赛（高职高专组）“简易多功能液体容器”赛题的比赛中获得全国一等奖。

4 结语

自动检测与转换技术课程教学改革基于现代测控技术与CDIO 理念，通过调整课程教学内容，增加相关测控系统设计、应用的内容，引入当前传感器发展的新理念、新技术；优化合理安排教学过程的设计；改进实践教学方法，引入“仿真+实际制作”的实践教学，培养了学生主动学习的能力；同时采取现代化的教学手段，利用云课堂平台上传的多媒体数字资源组织学生进行线上、线下开放式学习，实现对传统课堂教学的有效补充。实践教学方法的改革有利于学生自主创新能力和实际应用能力的培养，可以增强学生实践动手能力。自动检测与转换技术课程改革是高职专业课程教学的发展趋势，今后还需要不断地进行改革创新探索。