CDIO教学模式下智能化仪器设计课程的改革与实践*

◆赖欣

CDIO教学模式下智能化仪器设计课程的改革与实践*

◆赖欣

针对智能化仪器 设计课程目前存在的问 题，提出采用CDIO教学方式进行改革和实践，对师资队伍、教学内容和方法、评价体系和学生意见反馈进行探讨。实践证明，该教学方式取得良好的教学效果。

智能化仪器设计；CDIO；教学改革

10.3969/j.issn.1671-489X.2015.24.114

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］。CDIO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］。CDIO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CDIO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］。

在教学过程中以一个简单的小项目为案例，讲述项目

［5］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5～7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1 课程实施项目

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 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、CDIO模式的教学效果、CDIO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-CDIO，积极尝试将“构思—设计—实现—运作”引入智能化仪器设计课程教学过程，将项目制教学、教学做一体、团队合作、职业素养融入理论教学和实践教学中，以素质教育和工程教育为理念，课程采用多样化教学和阶段评价方式。实践证明，该课程的CDIO教学模式改革比传统的教学更能锻炼学生的工程实践能力，为学生的工程实践能力、工程素养和综合素养的培养打下坚实的基础。■

图2 监控界面图

表1 学生教学效果反馈汇总

［1］查建中.工程教育改革战略“CDIO”与产学合作和国际化［J］.中国大学教学，2008（5）:16-19.

［2］江帆，张春良，萧仲敏，等.基于知识点优化的 CDIO教学改革实践［J］.教学研究，2013，36（1）:81-84.

［3］代峰燕，曹建树，王伟等.基于CDIO理念的测控专业综合训练改革探索［J］.实验室研究与探索，2011，30（5）: 88-89.

［4］田海梅，朱保平，陈爱萍.基于CDIO模式的综合项目改革的实践［J］.实验技术与管理，2011，28（4）:130-132.

［5］王亚良，张烨，陈勇，等.基于CDIO的实验项目开发与实践［J］.实验技术与管理，2010，27（2）:119-120.

［6］林怡青.以项目为线索的“机械设计基础”课程教学改革［J］.广东工业大学学报:社会科学版，2010（7）:174-176.

G642.0

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1671-489X（2015）24-0114-03

西南石油大学高等教育人才培养质量和教学改革项目资助（2014JXYJ-23）；教育部第四批高等学校特色专业建设（TS11720）。

作者：赖欣，西南石油大学机电工程学院副教授，研究方向为高等教育、职业教育（610500）。