CDIO教學(xué)模式下智能化儀器設(shè)計(jì)課程的改革與實(shí)踐

1、CDIO教學(xué)模式下智能化儀器設(shè)計(jì)課程的改革與實(shí)踐CDIO工程教育模式是麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四 所大學(xué)在 Wallenberg 基金會(huì)資助下創(chuàng)立的一種基于工程教育改 革的新型教育模式1-2。CDI0是構(gòu)思(Conceive )、設(shè)計(jì)(Design )、實(shí)現(xiàn)(Implement)、運(yùn)作(Operate )四個(gè)英文單 詞的縮寫，它是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目教育和學(xué)習(xí)”的集中概 括和抽象表達(dá)3。CDI0的培養(yǎng)大綱是：通過綜合培養(yǎng)方式讓學(xué) 生在工程基礎(chǔ)知識(shí)、 人際團(tuán)隊(duì)能力、 工程系統(tǒng)能力和個(gè)人能力四 個(gè)層面上達(dá)到預(yù)定目標(biāo)4。CDIO教學(xué)方式具有較強(qiáng)的可操作性， 是近年來工程教育的發(fā)展方向，具有良

2、好的推廣價(jià)值。1 智能化儀器設(shè)計(jì)的概念與課程特點(diǎn) 智能化儀器設(shè)計(jì)課程是測(cè)控技術(shù)與儀器、 電子信息工程等專 業(yè)的一門專業(yè)必修課，課程融合了傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、 單片機(jī)技術(shù)、 數(shù)據(jù)采集技術(shù)等多個(gè)課程的知識(shí)， 在前續(xù)課程基礎(chǔ) 上，以智能儀器的開發(fā)、設(shè)計(jì)為導(dǎo)向，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和綜合 性。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，在很大程 度上拓展了智能儀器相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。 通過課程學(xué)習(xí)， 學(xué)生 在掌握智能儀器基礎(chǔ)知識(shí)的前提下， 通過實(shí)踐環(huán)節(jié)的鍛煉， 具有 系統(tǒng)化、模塊化、規(guī)劃化設(shè)計(jì)智能儀器的能力。本課程所涉及的 知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)，因此，必須探索將理論和實(shí)際進(jìn)行有機(jī)結(jié) 合，培養(yǎng)學(xué)生整體系

3、統(tǒng)綜合能力以及加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐意識(shí)。2 智能化儀器設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題教學(xué)方式單一 目前教師主要使用多媒體和板書相結(jié)合的方 式進(jìn)行授課， 大大增加了課堂教學(xué)信息量， 但這種“被動(dòng)”教學(xué) 方式比較單一， 難以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣， 學(xué)生在學(xué)習(xí)過 程中缺乏主動(dòng)性和積極性。理論與實(shí)踐脫節(jié) 在傳統(tǒng)教學(xué)方式下，教師往往只重視于知 識(shí)的單一傳授， 理論和實(shí)踐不能有機(jī)結(jié)合， 從而導(dǎo)致學(xué)生機(jī)械記 憶、動(dòng)手能力弱、缺乏創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)設(shè)置驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所占比重大， 綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)所占比重小，限制了學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)造力的發(fā) 揮。學(xué)科知識(shí)缺乏融會(huì)貫通 智能化儀器設(shè)計(jì)與單片機(jī)原理、傳 感器原理與設(shè)計(jì)、 數(shù)據(jù)采集與處理

4、等課程有密不可分的聯(lián)系。 但 是，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往沒有注意到它們之間的聯(lián)系， 難以做 到課程知識(shí)間的融會(huì)貫通。針對(duì)上述問題， 同時(shí)結(jié)合西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)課程特點(diǎn)，在智能化儀器設(shè)計(jì)課程中引入CDIO教學(xué)方式，以CDIO教學(xué)理念為指導(dǎo)， 通過工程項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)， 引導(dǎo)學(xué)生掌握智能儀器系 統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決工程 實(shí)踐問題的能力， 再進(jìn)一步推廣到其他專業(yè)課程中， 在整個(gè)專業(yè) 課程中全面實(shí)施。3智能化儀器設(shè)計(jì)課程與 CDIO教學(xué)改革探討CDIO教學(xué)模式的師資隊(duì)伍建設(shè) 教師擔(dān)負(fù)著幫助學(xué)生全面掌握知識(shí)、提升工程能力的責(zé)任，其自身的能力也需要提高。在智能化儀器設(shè)計(jì)課程

5、CDI0教學(xué)過程中，教師工程能力合格是實(shí)施 CDIO教學(xué)改革成敗的關(guān)鍵要素。學(xué)校不但要重視教師接受工程 訓(xùn)練和掌握實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 同時(shí)也可以邀請(qǐng)行業(yè)中極具經(jīng)驗(yàn)的專家到 校兼職任教， 使學(xué)生更近距離接觸到工程環(huán)境， 也從他們那里學(xué) 到實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn) 5 。智能化儀器設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容與 CDIO教學(xué)模式 教學(xué)內(nèi)容 是知識(shí)的載體。在教學(xué)過程中，選擇宜于教學(xué)的項(xiàng)目，選擇的工 程項(xiàng)目可以緊密聯(lián)系西南石油大學(xué)石油天然氣特色方向， 從而有 效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。按照“實(shí)用、夠用、能用”的基本原則精 選教學(xué)內(nèi)容， 同時(shí)融入更多的工程實(shí)例和教學(xué)案例， 使學(xué)生能夠 更好地熟悉工程實(shí)際，建立工程設(shè)計(jì)思想 6 。在教學(xué)過程中以一

6、個(gè)簡(jiǎn)單的小項(xiàng)目為案例， 講述項(xiàng)目的流程 和設(shè)計(jì)方法。如以智能超聲波測(cè)厚儀為例， 教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)的方法， 學(xué)會(huì)如何查閱資料和利用相關(guān)資源，做到課程知識(shí)間融會(huì)貫通。 然后循序漸進(jìn)， 根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況選擇有工程背景的項(xiàng)目， 讓 學(xué)生在“做項(xiàng)目”的過程中深刻地學(xué)習(xí)和理解知識(shí)， 提高學(xué)生分 析能力、獨(dú)立思考能力、實(shí)踐能力等。實(shí)施“基于項(xiàng)目教學(xué)”，促進(jìn)理論與實(shí)踐相結(jié)合 一個(gè)項(xiàng)目 的實(shí)施基本上都可以按以下步驟進(jìn)行。1）構(gòu)思階段：在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上，按照教材中的內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際案例， 精心組織設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目和整合教學(xué)內(nèi)容， 確定培養(yǎng)目標(biāo)，確定該項(xiàng)目的目標(biāo)和具體任務(wù)。2）設(shè)計(jì)階段：學(xué)生根據(jù)教學(xué)項(xiàng)目的具體要求，在教師指

7、導(dǎo) 和啟發(fā)下，小組討論學(xué)習(xí)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)并確定方案和步驟，教 師負(fù)責(zé)審核。3）實(shí)現(xiàn)階段：充分利用實(shí)驗(yàn)室條件，分組并明確分工，各 自獨(dú)立完成項(xiàng)目中的任務(wù)。4）運(yùn)作階段：設(shè)計(jì)并確定項(xiàng)目評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)具體任務(wù)要 求，對(duì)任務(wù)完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)和反饋。根據(jù)測(cè)控實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有條件， 在智能化儀器設(shè)計(jì)課程中選擇 了幾個(gè)可以實(shí)施、 并且與實(shí)際工作關(guān)系密切的測(cè)量任務(wù)貫穿教學(xué) 過程的始終，如圖1所示。學(xué)生57人分成小組，引導(dǎo)學(xué)生在 “做中學(xué)”， 教師提煉每個(gè)項(xiàng)目中涉及的知識(shí)點(diǎn)， 將項(xiàng)目在小組 中進(jìn)行細(xì)化分工。每組的小組長負(fù)責(zé)項(xiàng)目的明確分工、協(xié)調(diào)，并 針對(duì)出現(xiàn)問題積極與教師交流。在項(xiàng)目完成后各組撰寫研究報(bào) 告，分組進(jìn)行

8、答辯匯報(bào)和相應(yīng)實(shí)驗(yàn)演示。 通過這樣一個(gè)實(shí)踐過程， 使得學(xué)生真正理解和掌握了理論知識(shí)和解決實(shí)際工程問題的能 力，在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)目的會(huì)更加明確，實(shí)踐動(dòng) 手能力能夠得到進(jìn)一步增強(qiáng)。 分組學(xué)習(xí)不但提高了學(xué)生的動(dòng)手能 力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、責(zé)任感和榮 譽(yù)感。圖 2 是一組學(xué)生的項(xiàng)目“環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”的上位機(jī)監(jiān) 控界面運(yùn)行圖。 事實(shí)上，通過討論課上各組項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)結(jié)果演示， 學(xué)生也將曾經(jīng)出現(xiàn)的問題以及還需改進(jìn)的地方， 如信號(hào)提取、 信 號(hào)不穩(wěn)定等， 進(jìn)行充分展示和探討， 學(xué)生對(duì)每個(gè)組的演示結(jié)果都 加以了解、判斷、討論。通過現(xiàn)場(chǎng)的演示以及小組的互評(píng)，不僅 使學(xué)生的操作

9、得到檢驗(yàn)， 也使他們?cè)谙嗷ソ涣鞯倪^程中開拓了思 路、培養(yǎng)了的能力，在提高學(xué)生分析問題能力、解決問題能力、 創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等方面起到很好的作用。 評(píng)價(jià) 體系 CDIO 教學(xué)模式以培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力、解決問題能力、工程 實(shí)踐能力為主要目標(biāo)， 采用有效的評(píng)價(jià)過程來衡量學(xué)生能力的高 低。智能化儀器設(shè)計(jì)課程既包含理論知識(shí)，又包含了實(shí)踐，因此 在課程評(píng)價(jià)時(shí)采用階段性考核和筆試結(jié)合的方式， 基于項(xiàng)目交流 和報(bào)告做評(píng)判， 考核學(xué)生分析實(shí)際工程問題、 提出解決方案的能 力。在課程教學(xué)過程中，采用研究報(bào)告結(jié)合習(xí)題作業(yè)的方式，以 分組匯報(bào)、 項(xiàng)目成果的方式考查團(tuán)隊(duì)， 綜合考核學(xué)生“設(shè)計(jì)制 作”能力。效果反饋

10、在課程結(jié)束后進(jìn)行問卷調(diào)查，內(nèi)容涉及項(xiàng)目式教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、CDI0模式的教學(xué)效果、CDI0的教學(xué)方法等方面， 目的在于了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和效果，了解 CDIO對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興 趣、實(shí)踐能力和工程系統(tǒng)能力等方面的提升效果。表 1 列出了主要調(diào)查事項(xiàng)的結(jié)果。 從學(xué)生反饋結(jié)果來看， 絕 大多數(shù)學(xué)生對(duì)CDIO教學(xué)模式持肯定態(tài)度的，認(rèn)為CDIO教學(xué)方式 提高了學(xué)習(xí)主動(dòng)性和興趣， 鍛煉了實(shí)踐能力、 創(chuàng)新能力和綜合能 力，促進(jìn)了知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)和掌握， 全面提高了其各學(xué)科交叉應(yīng)用的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和溝通表達(dá)能力。4 結(jié)束語將CDIO教學(xué)模式和西南石油大學(xué)特點(diǎn)相結(jié)合，成為具有石 油院校特色的SWPU-CDI,積極嘗試將“構(gòu)思一設(shè)計(jì)一實(shí)現(xiàn)一運(yùn) 作”