劉永明 趙轉(zhuǎn)哲 張振 陳玉

摘? 要：CDIO理念是麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等國(guó)際知名大學(xué)依托產(chǎn)品研發(fā)全過(guò)程創(chuàng)立的全新的工程教育理念;“新工科”建設(shè)以培養(yǎng)具備品行、知識(shí)、能力和思維的工程領(lǐng)導(dǎo)人才為目標(biāo)。結(jié)合CDIO工程教育的創(chuàng)新教育理念和“新工科”培養(yǎng)目標(biāo)，探索構(gòu)建基于CDIO理念的“新工科”《測(cè)控總線與虛擬儀器》的教學(xué)改革，主要從課程體系、教學(xué)模式、師資力量和評(píng)估方法等方面著手，將CDIO滲透到課堂教學(xué)和課后實(shí)踐之中，以達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型工程科技人才的目的，為工科院校的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供一種新思路。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革? CDIO理念? 新工科? 測(cè)控總線

中圖分類號(hào)：TP311.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2021）05（b）-0208-04

Teaching Reform on Instrument Bus and Virtual Instrument for "New Engineering" Based on CDIO

LIU Yongming? ZHAO Zhuanzhe? ZHANG Zhen? ?CHEN Yu

（School of Mechanical and Automotive Engineering， Anhui Polytechnic University， Wuhu， Anhui Province， 241000? China）

Abstract： The CDIO concept is a brand-new engineering education concept created by famous international universities such as MIT and KTH Royal Institute of Technology based on the whole process of product development. The construction of "New Engineering" aims at cultivating engineering leaders with moral character， knowledge， ability and thinking. Combined with the innovative Engineering education concept of CDIO and "New Engineering" training objectives， the new teaching mode on instrument bus and virtual instrument for "New Engineering" is put forward in this paper. The CDIO concept is infiltrated into classroom teaching and after-school practice mainly from the aspects of curriculum system， teaching mode， teacher strength and evaluation methods， etc.， so as to achieve the purpose of cultivating innovative engineering science and technology talents. It will provides a new way of thinking for engineering colleges.

Key Words： Teaching reform; CDIO concept; New Engineering; Instrument bus

《測(cè)控總線與虛擬儀器》是一門面向21世紀(jì)、反映現(xiàn)代測(cè)試和控制技術(shù)水平的專業(yè)課，該課程以常用的儀器儀表總線知識(shí)為核心，結(jié)合虛擬儀器技術(shù)，致力于構(gòu)建面向企業(yè)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求的測(cè)控系統(tǒng)，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐動(dòng)手能力，為學(xué)生畢業(yè)后從事測(cè)控領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)工作、科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。作為測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的主干課程，對(duì)于整個(gè)專業(yè)的后續(xù)知識(shí)學(xué)習(xí)起到了承前啟后的重要作用，但在多年的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該課程采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式存在著一些問(wèn)題，如內(nèi)容陳舊、輕實(shí)踐重理論等問(wèn)題，與學(xué)校、專業(yè)的培養(yǎng)定位不完全重合，因此，本文嘗試將CDIO理念和“新工科”培養(yǎng)目標(biāo)融入到該課程的教學(xué)改革中，為培養(yǎng)既滿足國(guó)家戰(zhàn)略需求，滿足學(xué)生個(gè)人成長(zhǎng)需求做了一些初步探索。

1? 目前存在的問(wèn)題

1.1 教學(xué)內(nèi)容更新不及時(shí)，教學(xué)方法沒有創(chuàng)新

有些教學(xué)的內(nèi)容陳舊過(guò)時(shí)，如STD總線、EISA總線、GPIB總線技術(shù)等，這些內(nèi)容雖然在一定時(shí)期內(nèi)被工業(yè)界廣泛應(yīng)用，但隨著時(shí)代和科技的發(fā)展，這些技術(shù)已慢慢沒落且逐漸被淘汰或者邊緣化，沒有及時(shí)把工 業(yè)界的目前主流技術(shù)進(jìn)行更新補(bǔ)充;課程講授采用傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)，沒有跟上時(shí)代的發(fā)展步伐，教師不知疲倦地主動(dòng)灌輸、學(xué)生麻木地被動(dòng)接受的方式，忽略了學(xué)生作為主體的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，從而造成學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，厭課情緒嚴(yán)重。

1.2 理論與實(shí)踐脫節(jié)，重理論輕實(shí)踐

理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的學(xué)時(shí)比例為9：1，使得學(xué)生課下實(shí)踐操作動(dòng)手的時(shí)間不足，實(shí)操動(dòng)手能力弱，對(duì)于講過(guò)的理論知識(shí)沒有充分理解，談不上融會(huì)貫通，學(xué)生在極其有限的實(shí)驗(yàn)課上，相互之間不能充分交流和溝通，談不上團(tuán)隊(duì)協(xié)作。雖然掌握了儀表總線和虛擬儀器的基本理論，但缺乏對(duì)測(cè)控系統(tǒng)整體性理解的過(guò)程和實(shí)踐環(huán)節(jié)，因此并不能從系統(tǒng)的觀點(diǎn)深刻理解測(cè)控過(guò)程中各個(gè)子系統(tǒng)、子模塊的相互關(guān)系，對(duì)實(shí)際測(cè)控系統(tǒng)開發(fā)能力存在嚴(yán)重不足，不能滿足現(xiàn)代企業(yè)對(duì)人才的需求。

1.3 期末考試“一錘定音”的考核方式不合理

大部分課程均采用期末考試成績(jī)作為最終衡量學(xué)生對(duì)這門知識(shí)的掌握程度，使得部分學(xué)生出現(xiàn)平時(shí)不努力，考前抱佛腳現(xiàn)象，從而導(dǎo)致“高分低能”現(xiàn)象出現(xiàn)，或者真正平時(shí)注重實(shí)踐、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生可能由于考試發(fā)揮問(wèn)題而出現(xiàn)不及格現(xiàn)象，嚴(yán)重打擊學(xué)生的積極性。

2? CDIO和“新工科”的教學(xué)理念

CDIO是Conceive-Design-Implement-Operate這4個(gè)英語(yǔ)單詞的首字母縮寫，意為構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作，是由美國(guó)麻省理工學(xué)院和瑞典3所知名工科高校在2000年合作開發(fā)的工程教育模型[1]，以產(chǎn)品的研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，以工程項(xiàng)目為教學(xué)對(duì)象，通過(guò)“做中學(xué)”等方式，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式學(xué)習(xí)工程理論、技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)[2]，全面提升學(xué)生的專業(yè)知識(shí)、綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神，以滿足社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型高級(jí)工程技術(shù)人才的需求。

2005年，CDIO的教育理念被我國(guó)高校重視，汕頭大學(xué)工學(xué)院帶頭學(xué)習(xí)研討CDIO工程教育模式并在一些課程中加以實(shí)施[3]，引起轟動(dòng)，起到了很好的示范作用。目前已有多個(gè)工科高校（包括清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)等）和職業(yè)學(xué)院將CDIO的工程教育理念應(yīng)用于課程的教學(xué)或課程設(shè)計(jì)等之類的實(shí)踐類課程之中，均取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果[4-9]。

“新工科”建設(shè)理念形成于2017年的“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，是一項(xiàng)持續(xù)深化工程教育改革的重大行動(dòng)計(jì)劃?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)以培養(yǎng)具備品行、知識(shí)、能力和思維的工程領(lǐng)導(dǎo)人才為目標(biāo)[10-13]。由“新工科”建設(shè)引發(fā)的我國(guó)工程教育模式創(chuàng)新，既需要滿足國(guó)家戰(zhàn)略需求，又需要滿足學(xué)生個(gè)人成長(zhǎng)需求。由此可見，CDIO教育模式和“新工科”建設(shè)都在綜合素質(zhì)上對(duì)工程人才提出了更高的要求。

3? 教學(xué)改革探索

根據(jù)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)以及我校的“具備設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)能力和工程師的動(dòng)手能力”的人才培養(yǎng)定位課題組全體成員以項(xiàng)目為依托，結(jié)合“做中學(xué)”的CDIO工程教育理念，對(duì)《測(cè)控總線與虛擬儀器》的傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行一些改革探索。

3.1 基于CDIO工程理念的課程結(jié)構(gòu)調(diào)整

根據(jù)本學(xué)科最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，及時(shí)更新教學(xué)大綱，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的篩選、補(bǔ)充、更新和重組、完善，如刪去STD、RS-422、PC104等總線內(nèi)容，略講RS-232C、IEEE1394、ISA等總線技術(shù)，增加USB3.0、CAN總線、DeviceNet、藍(lán)牙技術(shù)等技術(shù)，重組PCI總線技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，使教學(xué)內(nèi)容既能保持本學(xué)科核心知識(shí)不變，又能與時(shí)俱進(jìn)不落伍，優(yōu)化重組學(xué)時(shí)分配，使教學(xué)結(jié)構(gòu)同時(shí)又符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的邏輯結(jié)構(gòu)。

3.2 基于CDIO工程理念的教學(xué)方法的改革

堅(jiān)決拒絕填鴨式傳統(tǒng)教學(xué)方式，以CDIO工程教育理念為指導(dǎo)，采用“互動(dòng)研討”的教學(xué)模式。以學(xué)生為主體，讓學(xué)生主動(dòng)表達(dá)，打破傳統(tǒng)的班級(jí)整體上課方式，以項(xiàng)目小組的方式進(jìn)行分組交流，在積極探討交流中學(xué)習(xí)，在研討過(guò)程中豐富學(xué)生的知識(shí)和提高自身的能力，因材施教，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生自主思維、發(fā)散思維，授學(xué)生以漁而非魚。

3.3 基于CDIO工程理念的項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)改革

根據(jù)《測(cè)控總線與虛擬儀器》所涉及的內(nèi)容，將本學(xué)科教師的科研項(xiàng)目進(jìn)行合理分解，化整為零，作為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生可以及時(shí)了解到學(xué)科的最新研究動(dòng)向，開闊視野，了解書本以外的工程實(shí)際問(wèn)題，以此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，提高學(xué)生理論與實(shí)際實(shí)踐相結(jié)合的貼合度，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、專業(yè)素質(zhì)，以及創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。截至目前，我們已成功地形成了將近30個(gè)不同類型的、適合學(xué)生做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（如RV減速器動(dòng)態(tài)性能測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)、智能小車控制裝置設(shè)計(jì)、無(wú)線溫度數(shù)據(jù)采集與傳送裝置設(shè)計(jì)、手持式環(huán)境測(cè)試儀設(shè)計(jì)、群體機(jī)器人踢足球設(shè)計(jì)、基于CDMA的無(wú)線圖像監(jiān)控終端設(shè)計(jì)、USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、超低頻虛擬信號(hào)發(fā)生器、防盜防撞監(jiān)視儀器、智能行駛速度限制器等）作為學(xué)生的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，使他們的思想、知識(shí)在實(shí)踐中得到應(yīng)用和升華，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感和榮譽(yù)感。

3.4 基于CDIO模式的高素質(zhì)教師隊(duì)伍的建設(shè)

高等工科院校普遍存在著教師缺乏工程實(shí)踐訓(xùn)練和創(chuàng)新意識(shí)不足的問(wèn)題，因此，根據(jù)CDIO的教育理念，必須加強(qiáng)教師工程能力。目前，本課題組授課教師要求至少有一年的企業(yè)實(shí)際掛職鍛煉經(jīng)歷，參加過(guò)工程實(shí)踐項(xiàng)目的實(shí)際鍛煉，真正解決高學(xué)歷教師實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏的問(wèn)題，從而能夠更好地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)和創(chuàng)作，帶領(lǐng)學(xué)生在工程實(shí)踐訓(xùn)練中，能力真正得到提高。

3.5 基于“新工科”思政育人的思想建設(shè)的培養(yǎng)目標(biāo)

CDIO 教育模式下的測(cè)控總線及虛擬儀器教學(xué)應(yīng)立足理論教學(xué)和能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，挖掘課程中蘊(yùn)含的思政元素，將思政教育融入課堂教學(xué)之中，強(qiáng)化文化自信，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)外講好中國(guó)故事的能力，重視品格塑造，實(shí)現(xiàn)思政育人。服務(wù)“新工科”建設(shè)的測(cè)控總線及虛擬儀器教學(xué)還應(yīng)注重“工匠精神”的培養(yǎng)?！肮そ尘瘛迸囵B(yǎng)不僅使學(xué)生具有較強(qiáng)的工程知識(shí)和技能，而且還使其具有專注細(xì)致、精益求精的職業(yè)精神。

3.6 基于CDIO的課程考核方法

側(cè)重過(guò)程而不是最終結(jié)果，也是CDIO理念的一部分。因此，我們把評(píng)定該課程的內(nèi)容分為3個(gè)部分，除繼續(xù)保留平時(shí)成績(jī)和理論課考試外，把以前的實(shí)驗(yàn)部分學(xué)時(shí)增大，由原來(lái)的4學(xué)時(shí)變成現(xiàn)在的20學(xué)時(shí)，內(nèi)容變成學(xué)生作品展示部分，要求4～5個(gè)不同特長(zhǎng)的學(xué)生自由組合，根據(jù)自身興趣和特點(diǎn)，形成不同任務(wù)的項(xiàng)目小組，同時(shí)把各部分的權(quán)重進(jìn)行重新優(yōu)化，具體如表1所示。多元化的成績(jī)構(gòu)成，可以有效地克服傳統(tǒng)考試成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的弊端，把創(chuàng)新型人才應(yīng)具備的思維、知識(shí)、能力、個(gè)性、協(xié)作等各方面的要素納入評(píng)價(jià)體系，以形成一種引導(dǎo)、激勵(lì)學(xué)生德、智、體全面發(fā)展和創(chuàng)新素質(zhì)全面提升的發(fā)展性評(píng)價(jià)體系。

4? 結(jié)語(yǔ)

測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)是我校的特色專業(yè)之一，對(duì)全校專業(yè)培養(yǎng)有著引領(lǐng)作用，經(jīng)過(guò)近年來(lái)的一系列基于CDIO理念的改進(jìn)和探索，在《測(cè)控總線及虛擬儀器》這門課程中已初步獲得了一些成果，基本達(dá)到了培養(yǎng)創(chuàng)新型工程科技人才的目的，為工科院校的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供一種新思路。

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