CDIO教学模式下智能化仪器设计课程的改革与实践

1、CDIO教学模式下智能化仪器设计课程的改革与实践CDIO工程教育模式是麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四 所大学在 Wallenberg 基金会资助下创立的一种基于工程教育改 革的新型教育模式1-2。CDI0是构思(Conceive )、设计(Design )、实现(Implement)、运作(Operate )四个英文单 词的缩写，它是“做中学”和“基于项目教育和学习”的集中概 括和抽象表达3。CDI0的培养大纲是：通过综合培养方式让学 生在工程基础知识、 人际团队能力、 工程系统能力和个人能力四 个层面上达到预定目标4。CDIO教学方式具有较强的可操作性， 是近年来工程教育的发展方向，具有良

2、好的推广价值。1 智能化仪器设计的概念与课程特点 智能化仪器设计课程是测控技术与仪器、 电子信息工程等专 业的一门专业必修课，课程融合了传感器技术、自动控制技术、 单片机技术、 数据采集技术等多个课程的知识， 在前续课程基础 上，以智能仪器的开发、设计为导向，具有较强的实践性和综合 性。近年来，随着计算机技术和信息技术的迅猛发展，在很大程 度上拓展了智能仪器相关技术的应用领域。 通过课程学习， 学生 在掌握智能仪器基础知识的前提下， 通过实践环节的锻炼， 具有 系统化、模块化、规划化设计智能仪器的能力。本课程所涉及的 知识面广、综合性强，因此，必须探索将理论和实际进行有机结 合，培养学生整体系

3、统综合能力以及加强学生工程实践意识。2 智能化仪器设计课程教学现状与存在的问题教学方式单一 目前教师主要使用多媒体和板书相结合的方 式进行授课， 大大增加了课堂教学信息量， 但这种“被动”教学 方式比较单一， 难以激起学生的学习热情和兴趣， 学生在学习过 程中缺乏主动性和积极性。理论与实践脱节 在传统教学方式下，教师往往只重视于知 识的单一传授， 理论和实践不能有机结合， 从而导致学生机械记 忆、动手能力弱、缺乏创新。实验设置验证性实验所占比重大， 综合性和设计性实验所占比重小，限制了学生实践创造力的发 挥。学科知识缺乏融会贯通 智能化仪器设计与单片机原理、传 感器原理与设计、 数据采集与处理

4、等课程有密不可分的联系。 但 是，学生在学习过程中往往没有注意到它们之间的联系， 难以做 到课程知识间的融会贯通。针对上述问题， 同时结合西南石油大学机电工程学院专业课程特点，在智能化仪器设计课程中引入CDIO教学方式，以CDIO教学理念为指导， 通过工程项目驱动， 引导学生掌握智能仪器系 统的开发和设计方法，提高教学质量，培养学生分析、解决工程 实践问题的能力， 再进一步推广到其他专业课程中， 在整个专业 课程中全面实施。3智能化仪器设计课程与 CDIO教学改革探讨CDIO教学模式的师资队伍建设 教师担负着帮助学生全面掌握知识、提升工程能力的责任，其自身的能力也需要提高。在智能化仪器设计课程

5、CDI0教学过程中，教师工程能力合格是实施 CDIO教学改革成败的关键要素。学校不但要重视教师接受工程 训练和掌握实践经验， 同时也可以邀请行业中极具经验的专家到 校兼职任教， 使学生更近距离接触到工程环境， 也从他们那里学 到实战经验 5 。智能化仪器设计课程教学内容与 CDIO教学模式 教学内容 是知识的载体。在教学过程中，选择宜于教学的项目，选择的工 程项目可以紧密联系西南石油大学石油天然气特色方向， 从而有 效提高学生学习兴趣。按照“实用、够用、能用”的基本原则精 选教学内容， 同时融入更多的工程实例和教学案例， 使学生能够 更好地熟悉工程实际，建立工程设计思想 6 。在教学过程中以一

6、个简单的小项目为案例， 讲述项目的流程 和设计方法。如以智能超声波测厚仪为例， 教会学生学习的方法， 学会如何查阅资料和利用相关资源，做到课程知识间融会贯通。 然后循序渐进， 根据学生的实际情况选择有工程背景的项目， 让 学生在“做项目”的过程中深刻地学习和理解知识， 提高学生分 析能力、独立思考能力、实践能力等。实施“基于项目教学”，促进理论与实践相结合 一个项目 的实施基本上都可以按以下步骤进行。1）构思阶段：在教学内容设计上，按照教材中的内容，结合实际案例， 精心组织设计教学项目和整合教学内容， 确定培养目标，确定该项目的目标和具体任务。2）设计阶段：学生根据教学项目的具体要求，在教师指

7、导 和启发下，小组讨论学习理论知识，设计并确定方案和步骤，教 师负责审核。3）实现阶段：充分利用实验室条件，分组并明确分工，各 自独立完成项目中的任务。4）运作阶段：设计并确定项目评价标准，根据具体任务要 求，对任务完成情况进行评价和反馈。根据测控实验室的现有条件， 在智能化仪器设计课程中选择 了几个可以实施、 并且与实际工作关系密切的测量任务贯穿教学 过程的始终，如图1所示。学生57人分成小组，引导学生在 “做中学”， 教师提炼每个项目中涉及的知识点， 将项目在小组 中进行细化分工。每组的小组长负责项目的明确分工、协调，并 针对出现问题积极与教师交流。在项目完成后各组撰写研究报 告，分组进行

8、答辩汇报和相应实验演示。 通过这样一个实践过程， 使得学生真正理解和掌握了理论知识和解决实际工程问题的能 力，在后续课程的学习中，学生的学习目的会更加明确，实践动 手能力能够得到进一步增强。 分组学习不但提高了学生的动手能 力、团队协作精神，也培养了学生的团队协作精神、责任感和荣 誉感。图 2 是一组学生的项目“环境信息监测系统”的上位机监 控界面运行图。 事实上，通过讨论课上各组项目的实验结果演示， 学生也将曾经出现的问题以及还需改进的地方， 如信号提取、 信 号不稳定等， 进行充分展示和探讨， 学生对每个组的演示结果都 加以了解、判断、讨论。通过现场的演示以及小组的互评，不仅 使学生的操作

9、得到检验， 也使他们在相互交流的过程中开拓了思 路、培养了的能力，在提高学生分析问题能力、解决问题能力、 创新能力、团队协作能力等方面起到很好的作用。 评价 体系 CDIO 教学模式以培养学生专业能力、解决问题能力、工程 实践能力为主要目标， 采用有效的评价过程来衡量学生能力的高 低。智能化仪器设计课程既包含理论知识，又包含了实践，因此 在课程评价时采用阶段性考核和笔试结合的方式， 基于项目交流 和报告做评判， 考核学生分析实际工程问题、 提出解决方案的能 力。在课程教学过程中，采用研究报告结合习题作业的方式，以 分组汇报、 项目成果的方式考查团队， 综合考核学生“设计制 作”能力。效果反馈

10、在课程结束后进行问卷调查，内容涉及项目式教学的教学内容、CDI0模式的教学效果、CDI0的教学方法等方面， 目的在于了解学生的学习状态和效果，了解 CDIO对学生学习兴 趣、实践能力和工程系统能力等方面的提升效果。表 1 列出了主要调查事项的结果。 从学生反馈结果来看， 绝 大多数学生对CDIO教学模式持肯定态度的，认为CDIO教学方式 提高了学习主动性和兴趣， 锻炼了实践能力、 创新能力和综合能 力，促进了知识和技能的学习和掌握， 全面提高了其各学科交叉应用的能力、团队协作能力和沟通表达能力。4 结束语将CDIO教学模式和西南石油大学特点相结合，成为具有石 油院校特色的SWPU-CDI,积极尝试将“构思一设计一实现一运 作”