程淑紅 侯培國 屈曉陽 弓洪瑋

[摘要]針對“傳感器技術(shù)”課程教學(xué)模式改革問題，以CDIO教育理念為基礎(chǔ)，分析了當(dāng)前課程教學(xué)中存在的不足之處，提出了基于CDIO理念課程教學(xué)模式改革的指導(dǎo)思想，并設(shè)計教學(xué)、實驗與實踐方案，優(yōu)化教學(xué)進程和評價方法，采用多種教學(xué)實踐手段開展學(xué)生自主研究，加強學(xué)生能力培養(yǎng)，達到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

[關(guān)鍵詞] 傳感器技術(shù)；CDIO；教學(xué)模式；實踐教學(xué)；教學(xué)改革

[中圖分類號]G642.0[文獻標(biāo)識碼]A[文章編號]1005-4634(2012)01-0083-03

0引言

我國高等工科教育的迫切任務(wù)是盡快培養(yǎng)與國際接軌的中國工程師，然而我國工科的教育實踐中還存在不少問題，如重理論輕實踐、強調(diào)個人學(xué)術(shù)能力而忽視團隊協(xié)作精神、重視知識學(xué)習(xí)而輕視開拓創(chuàng)新的培養(yǎng)等[1-3]。Mc.Kinsey Global Institute 在 2005 年 10 月發(fā)表的一份報告中稱，2005 年我國畢業(yè)的約 60 萬工程技術(shù)人才中適合在國際化公司工作的不到 10%，其中的原因是：中國教育系統(tǒng)偏于理論，中國學(xué)生幾乎沒有受到項目和團隊工作的實際訓(xùn)練，相比之下歐洲和北美學(xué)生擅長以團隊方式解決實際問題。國內(nèi)外的經(jīng)驗都表明CDIO的理念和方法是先進可行的，適合工科教育教學(xué)過程各個環(huán)節(jié)的改革。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體 ,讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。

1課程特點

傳感器被稱為工業(yè)時代的測量工具，承擔(dān)著信息感知和獲取的關(guān)鍵任務(wù)，是當(dāng)今信息時代的信息源頭，在國民經(jīng)濟和國防各領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用[4]?！皞鞲衅骷夹g(shù)”課程是電氣學(xué)院檢測及自動化專業(yè)的一門實踐性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課，在教學(xué)上占有非常重要的地位，一般都是在大學(xué)三年級第一學(xué)期開設(shè)。這門課程的自身特點有：綜合性交叉學(xué)科（涉及電磁學(xué)、光學(xué)、化學(xué)等）；各章教學(xué)內(nèi)容相對獨立，缺乏系統(tǒng)性和連續(xù)性；與工程實際聯(lián)系較為緊密。

2現(xiàn)有教學(xué)模式存在的不足

為了提高“傳感器技術(shù)”課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新和實際工程實踐能力，找出本課程設(shè)置的不足之處，本課題組通過調(diào)查問卷的形式對燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院本科生、教師進行了調(diào)查研究，調(diào)查情況如表1、2所示。

從表1可以看出：49.7%的學(xué)生認(rèn)為傳感器技術(shù)課程設(shè)置不夠合理，51.6%的一線教師也有同樣的看法。這些數(shù)據(jù)說明傳感器技術(shù)課程的教學(xué)模式改革刻不容緩。

由表2可以得出傳感器技術(shù)課程存在的不足之處，大致可以概括為三個方面：學(xué)習(xí)目的；課堂教學(xué)；實驗與實踐環(huán)節(jié)。

2.1學(xué)習(xí)目的不明確

對于電類學(xué)生而言，“傳感器技術(shù)”是本科生完成專業(yè)基礎(chǔ)課程后開設(shè)的第一門專業(yè)課。大多數(shù)學(xué)生還不習(xí)慣各章課程的相對獨立性，特別是如何針對實際測量系統(tǒng)的要求選擇、設(shè)計合適的傳感器。對于知識的掌握僅限于簡單的背結(jié)論、原理推導(dǎo)。不了解理論的工程應(yīng)用意義，不清楚分析問題的來龍去脈，不明確所學(xué)知識的用途。

2.2課堂教學(xué)不足

教學(xué)內(nèi)容陳舊，只涉及到傳感器工作原理的講解，沒有具體的傳感器件實物供學(xué)生研究，知識面窄；沒有結(jié)合其他課程一起設(shè)計綜合性研討課，無法和其他知識融會貫通。

2.3實驗與實踐環(huán)節(jié)薄弱

實驗設(shè)備陳舊，功能單一，驗證型實驗較多，設(shè)計型實驗較少，沒有與實際工程聯(lián)系的實驗。這種情況很難鍛煉學(xué)生的自主創(chuàng)新和實際工程應(yīng)用能力，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，極大地阻礙學(xué)生的發(fā)展。

3CDIO理念下教學(xué)模式改革

3.1明確學(xué)習(xí)目的

信息技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今全球的戰(zhàn)略技術(shù)，作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件——傳感器，已經(jīng)成為各個應(yīng)用領(lǐng)域，特別是自動檢測、自動控制系統(tǒng)中不可缺少的核心部件?，F(xiàn)在，傳感器技術(shù)與信息技術(shù)、計算機技術(shù)并列成為支撐整個現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱[5]。作為“傳感器技術(shù)”課程的授課教師，必須要在學(xué)生首次接觸課程時，將一個異常開闊的視野展示在他們面前，引用鮮活生動的應(yīng)用實例、具體的視頻展示來沖擊和震撼學(xué)生，進而刺激他們的求知、探索興趣。因此，作為課程開端的緒論尤為重要，摒棄傳統(tǒng)教學(xué)中發(fā)展歷史的簡單羅列，取而代之的是圖文并茂的視頻展示，既融入了大量的實際工程專業(yè)信息，又激發(fā)學(xué)生的興趣，取得了事半功倍的效果。

3.2課堂教學(xué)改革

課堂教學(xué)改革完全體現(xiàn)了CDIO理念大綱中工程基礎(chǔ)知識的層面。在課堂教學(xué)中，以現(xiàn)代教育理念為指導(dǎo)，體現(xiàn)以學(xué)生為主體、理論教學(xué)與討論互動共存的主導(dǎo)思想，整合現(xiàn)有的傳感器新技術(shù)、新概念及其在工程應(yīng)用中所面臨的實際問題和解決方法，將其融入到日常的教學(xué)過程中，增加學(xué)生實際應(yīng)用的能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。例如，在講授壓電式傳感器這一章節(jié)時，課堂教學(xué)中首先講解壓電效應(yīng)原理及測量電路，在學(xué)生掌握工作原理之后，分組布置課后作業(yè)：如何運用壓電式傳感器進行加速度的測量并設(shè)計傳感探頭？下次課堂上讓每組學(xué)生發(fā)表自己的設(shè)計思路、看法，教師根據(jù)學(xué)生的方法引導(dǎo)學(xué)生進一步分析，并在分析中融入前人的研究和現(xiàn)今主流的設(shè)計及今后發(fā)展的趨勢。這種教學(xué)過程的開展既促進了學(xué)生智力的發(fā)展，也發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、獨立性、團隊協(xié)作精神，同時也有助于師生間的溝通，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和探索精神。

同時，教學(xué)手段采用板書與PPT課件相結(jié)合的方法，費時費力的繪圖、文字書寫、結(jié)果對比可以采用課件形式以提高效率，而工作原理推導(dǎo)、分析過程則采用板書形式，以加深印象，突出重要性。此外，計算機輔助教學(xué)工具MATLAB、LABVIEW的運用也必不可少，它們可以更直觀、簡潔、生動的反映出各種物理量的測量、標(biāo)定結(jié)果。

3.3實驗與實踐教學(xué)改革

這一環(huán)節(jié)的改革包括了CDIO理念中的三個層面：個人能力、 人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力。在實驗與實踐內(nèi)容上，設(shè)計了三類實驗：一是驗證基本理論的實驗，該類實驗緊跟理論教學(xué)進程，以單元實驗為基礎(chǔ)，主要使學(xué)生掌握常用傳感器的使用和標(biāo)定方法以及接口電路的設(shè)計；通過實驗，對傳感器有全面的認(rèn)識，能獨立進行實驗數(shù)據(jù)讀取和實驗結(jié)果分析，著重培養(yǎng)個人能力。二是從課堂教學(xué)任務(wù)項目中，挑選了一些設(shè)計比較成熟、典型的項目讓學(xué)生去實踐開發(fā)，課堂不能完成的知識積累通過動手實驗、交流討論交替進行，使學(xué)生能主動地使用原本枯燥乏味的理論去解決實際問題，將“知識”迅速轉(zhuǎn)化為“能力”，由此獲得極大的成就感，激發(fā)學(xué)生的好奇心以及學(xué)習(xí)本課程的主動性，達到理論與實踐的相互協(xié)調(diào)。同時此類實驗需要幾個人一起完成，培養(yǎng)了同學(xué)之間的團隊精神。三是綜合應(yīng)用開發(fā)的實驗，它是一個簡單的綜合性較強的研發(fā)課題，可以引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神，使學(xué)生產(chǎn)生強烈的學(xué)習(xí)愿望，培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的一般思維能力和創(chuàng)新思維能力。另外，考慮到該課程與其他學(xué)科的關(guān)系，如與單片機應(yīng)用、EDA等課程聯(lián)合，還可設(shè)計相關(guān)的綜合實踐實驗，培養(yǎng)學(xué)生實際工程系統(tǒng)能力。

4學(xué)習(xí)效果評價

在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評價主要通過課程考試來實現(xiàn)，存在評價目標(biāo)單一、評價內(nèi)容片面、評價方法簡單化等缺陷，課程學(xué)習(xí)所導(dǎo)致的學(xué)生綜合素質(zhì)提升情況難以得到充分體現(xiàn)[6]。對于“傳感器技術(shù)”課程來說，學(xué)生的學(xué)習(xí)是一個知識積累－實驗與實踐－創(chuàng)新的過程，因此，記錄和評價學(xué)習(xí)過程十分重要。本課程對學(xué)習(xí)效果的最終評價，理論學(xué)習(xí)部分采用閉卷考試占總成績的70%，平時出勤、協(xié)作表現(xiàn)、主動意識等占15%，實驗與實踐占15%。同時，考試試卷的難度相比以前有一定程度的提高，并設(shè)有較高要求的選做題，為學(xué)有余力的學(xué)生留下發(fā)揮空間。這種評價方式可以從CDIO理念的角度中較充分地反映學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中取得的進展，促進學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的形成，起到激勵作用。

5改革成效

燕山大學(xué)“傳感器技術(shù)”課程教學(xué)模式改革于2010年開始啟動，至今經(jīng)歷了近兩年的時間，每輪課程結(jié)束之后都要聽取學(xué)生、一線教師、學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的意見和建議，并據(jù)此進行修改。改革后學(xué)生對該課程的評價見表3。表3是對電院07檢測與自動化裝置專業(yè)的學(xué)生調(diào)查的結(jié)果，由此可以看出，課程教改后，學(xué)生對課程設(shè)置的滿意度很高，尤其是創(chuàng)新性實驗和實際工程兩項比教改前有顯著提高。通過課程對學(xué)生的CDIO式教學(xué)模式的培養(yǎng)，使其具備了獨立學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新、動手實踐和團隊協(xié)作精神，在畢業(yè)設(shè)計中得到了很好的體現(xiàn) （包括課題的深度、實驗結(jié)果、畢設(shè)實物、答辯情況等方面）。

“傳感器技術(shù)”課程也是本專業(yè)考研的復(fù)試科目，學(xué)生的考研率接近35%。同時，對于就業(yè)也有一定的幫助，07級學(xué)生的就業(yè)率明顯提高。

燕山大學(xué)教務(wù)處組織了對任課教師教學(xué)效果的網(wǎng)上評價（學(xué)生評價權(quán)重70%）和院系評價（權(quán)重30%），近兩年評優(yōu)5人次。

6結(jié)論

本文以CDIO教育理念為基礎(chǔ)，分析了當(dāng)前課程教學(xué)中存在的不足之處，提出了基于CDIO理念課程教學(xué)模式改革和評價方法，從工程基礎(chǔ)知識、 個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個方面全面的培養(yǎng)學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)工程技術(shù)能力以及較強的自學(xué)能力、組織溝通能力和協(xié)調(diào)能力，達到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。在多年的教學(xué)實踐中，通過不斷的摸索和改進，上述方法已得到實施，并取得了良好的教學(xué)成果。

參考文獻

[1]顧佩華,沈民奮,李升平等.從CDIO到EIP-CDIO:汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式探索[J].高等工程教育研究,2008,(1):12-20.

[2]Svensson T,Gunnarsson S.Using a project for assessment of CDIO skills[C].1st annual CDIO conference.Queen's university,Canada,2005.

[3]查建中.工程教育改革戰(zhàn)略“CDIO”與產(chǎn)學(xué)合作和國際化[J].中國大學(xué)教學(xué),2008,(5):16-19.

[4]劉曉雯,張曉芳,李蘇貴.現(xiàn)代工程教育理念下的傳感器課程教學(xué)改革[J].中國電力教育,2010,(18):107-110.

[5]林亞南,林鷺,杜妮等.發(fā)揮精品課程示范作用提升教學(xué)質(zhì)量[J].中國大學(xué)教學(xué),2009,(10):22-23.

[6]鐘秉林,周海濤.國際高等教育質(zhì)量評估發(fā)展的新特點、影響及啟示[J].高等教育研究,2009,30(1):1-5.