传感器与检测技术课程践行CDIO教育理念探讨

周胜海 涂友超信阳师范学院物理与电子工程学院 河南信阳 464000



传感器与检测技术课程践行CDIO教育理念探讨

周胜海 涂友超
信阳师范学院物理与电子工程学院 河南信阳 464000

摘 要：为提高高师院校的工科教育质量，培养高素质的工程师，实施教育教学改革是必要的。总结高师院校传感器与检测技术课程践行CDIO教育理念的课程教学改革思路、方法以及成效。结果表明，该课程践行CDIO教育理念的教学改革是必要且可行、成功的，该教学改革经验对其他相关课程教学改革和工科专业教育教学改革都具有参考价值。

关键词：高等师范院校；工科教育；CDIO；课程教学改革

为了服务地方经济建设、拓宽办学思路，很多高等师范院校都开设了电子信息工程、机电一体化、工业自动化、电气工程等工科专业，努力培养高素质的工程师。然而，与工科院校和综合大学相比，高等师范院校在开设工科专业方面，存在一些明显不足。其一，高等师范院校的决策层和管理层大多缺乏工程教育的先进理念与经验；其二，高等师范院校的教师大多是教授、副教授及讲师，缺乏高级工程师、工程师及技师；其三，高等师范院校大多没有对口的实习工厂或实训基地。这些因素会严重制约高师院校的工科教育质量。研究高师院校如何采取切实措施，以保证工程教育质量，具有普遍的实际意义。为此，信阳师范学院进行了积极探索和大胆实践，成果丰硕。本文总结作为河南省高等教育教学改革重点研究项目“电子类大学生创新创业实践教学平台体系建设的研究与实践”研究成果之一，从《传感器与检测技术》课程层面践行CDIO教育理念［1］的探索与实践。

1　课程教学改革的背景

我国高等师范院校的工科教育普遍存在不少问题，如重理论轻实践、强调个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而轻视开拓创新能力培养等。这些问题严重影响了工科教育质量，难以培养出高素质的工程师。

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。CDIO工程教育模式是21世纪国际工程教育改革的最新成果。它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。目前，已有几十所世界著名大学加入了CDIO国际合作组织，其部分专业全面采用CDIO工程教育理念和教学大纲，取得了良好效果，按CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎。中国教育部对CDIO非常重视。自2008年起，教育部高教司理工处牵头组织CDIO在中国的试点和推广工作。至2010年，已有39所综合大学和理工大学成的为CDIO试点院校，其部分专业全面采用CDIO工程教育模式，都取得了较好的成果和经验。

在该教改项目研究中，教改方案的设计与实施，遵循“既从大局规划又能从具体课程着手、既注重先进性又强调实用性”的基本原则。传感器与检测技术课程是一些工科专业的专业基础课程之一，具有实用性强的特点。选择传感器与检测技术课程作为课程教学改革试点，主要是在课程层面践行CDIO教育理念，以积累经验、创造条件后，再全面推广，是必要的，也是可行的。

2　理论教学改革

对传感器与检测技术课程的理论教学改革，根据高素质技术应用型人才的培养目标，立足基本理论，面向应用技术，以必需、够用为尺度，以掌握概念、强化应用为重点，强调基本理论知识和实际应用技术并重。按照现代传感技术在日常生活和工业生产中的典型应用分门别类展开，重点介绍传感器集成应用技术，以信息的传感、转换、处理为核心，从基本概念入手，讲解热工量、机械量、几何量等参数的检测原理与技术。在具体内容安排上，摒弃了常用“传感器结构→原理→调理电路→典型应用”的传统安排方式，改为按用途分章的方法展开内容，便于学生对传感器类比和选型，突出内容的实用性，且检测参数和检测方法都较多，应用领域广泛，知识视野开阔，从课程层面体现了CDIO教育理念。各章安排如表1所示。

表1

表1（续）

第1章包括检测技术的基本概念、测量误差及修正、传感器的基本特性、传感器的标定及传感器的选用原则；第2～8章根据传感器应用分类，将常用传感器的结构、原理、信号调理电路和基本用法，与传感器在工程检测中的常见应用融合一起；第9章包括非线性补偿技术、误差修正技术、抗干扰技术等；第10章包括MEMS技术与微型传感器、虚拟仪器、多传感器信息融合、无线传感器网络、软测量技术等。

研究表明：传感器与检测技术课程CAI课件优化，对课程层面践行CDIO教育理念，培养学生的实践能力，有重要作用［2，3］。

传感器与检测技术课程CAI课件优化的思路与方案主要体现在以下5个方面。（1）课件中插入多张常用传感器、传感器模块、传感器应用等实物彩色照片，使学生对实际传感器及其应用有直观认识。（2）课件中插入多段说明典型传感器工作过程或传感器工程应用的动画，使学生更好地熟悉常用传感器的工作过程，使学生有机会了解自动检测系统的构成和工作过程，帮助学生在自动检测系统原理框图与实际自动检测系统之间架起一座桥梁。（3）课件中插入数段介绍传感器工程应用的视频，使学生能全面了解传感器工程应用实例。（4）课件中插入少量有关传感器的实用图表，帮助学生熟悉在应用传感器时，如何查找和使用这些图表。（5）据传感器应用分类，将常用传感器的原理、结构、信号调理电路和基本用法，与传感器在工程检测中的常见应用有机融合，这样更适合主要涉及传感器应用的广大工程技术人员。

在课件优化时，必须处理好以下3个问题。（1）有关传感器及其应用的实物彩色照片、动画、视频和实用图表种类繁多，取舍时怎样兼顾典型性、实用性和先进性，并与现有实验实习条件相互补充。（2）插入课件中的每处内容具体选用哪种媒体形式，怎样与传统教学内容和学时分配有机融合，以收到最佳效果。（3）怎样以传感器应用分类为基本线索，将种类繁多的常用传感器的基础知识与传感器在工程应用中的基本理论、方法、技术有机结合。

3　实践教学改革

对传感器与检测技术课程的实践教学改革，根据理论教学内容按用途分章的安排，设置若干应用实践项目。每个实践项目内容安排先简单后复杂、先单元后综合、先低精度后高精密，采用实践、归纳、再实践的学习方法，既安排学生独立解决较简单的实际问题，又安排学生合作解决较复杂的工程问题，不断强化学生对现代传感技术的应用能力。通过各个应用实践项目学习，培养学生的动手能力、实践能力及创新能力，提高学生的职业能力，从课程的层面体现了CDIO的教育理念。应用实践项目安排如表2所示。

表2

总结这些应用实践项目的教学实践，可以得出以下几点重要经验。

（1）打好基础、循序渐进。这些应用实践项目应安排在传感器基础实验之后。通过传感器基础实验，使学生熟悉常用传感器种类、性能、调理电路及基本应用，为应用实践项目的学习积累必要的基础。

（2）推广现代检测电路（系统）设计方法。对每个应用实践项目，都鼓励学生尽量选用模块或套件实现设计要求。根据应用需要，选用合适模块或套件，整合、实现所需功能，是普遍趋势。商品化的模块和套件种类多、质量好、价格低。

（3）鼓励实践、鼓励创新。对每个应用实践项目，都鼓励不同设计方案，鼓励大胆创新。例如，项目1可选用半导体集成温度传感器，也可选用热敏电阻传感器；测量结果可模拟显示，也可数字显示；测量精度高低也可选择。

（4）灵活安排训练内容与训练方式。可以结合相关课程设计、大学生电子设计大赛培训、课余兴趣小组活动等，来安排这些应用实践项目。分学生小组进行，专业基础好的与专业基础差的组合，兴趣和特长不同的组合。取长补短，共同进步，培养团队合作精神。并不要求所有学生完成同样的应用实践项目训练内容（但须完成基本训练内容），并不要求所有应用实践项目都在本学期完成，允许有的应用实践项目跨学期完成，给有兴趣的学生更多学习和实践的机会。

（5）采用恰当评价方式。评价方式的导向是鼓励学生善于实践、大胆创新。对学生的任何新意，无论大小，都给予充分肯定。

4　课程改革成效

提高高等师范院校的工科教育质量，培养高素质的工程师，是一项复杂的系统工程。课程改革只是其中大量的具体环节之一。对课程改革成效的评价应该是全面的、客观的。对传感器与检测技术课程践行CDIO教育理念的教学改革成效，可以从课程本身的教学质量提高和学生实践能力、创新能力培养两方面进行评价。

绝大多数学生充分肯定传感器与检测技术课程践行CDIO教育理念的教学改革。他们认为：这样的理论教学改革突出了课程实用性强的特点，能更直观体会传感技术在生活、生产、科研、国防等领域重要而广泛的应用，便于学习根据实际应用需要合理选用传感器和科学设计检测小系统；这样的实践环节教学改革从根本上扭转了重理论轻实践的现象，既重视知识学习又重视实践能力、创新能力培养，既培养了个人能力又培养了团队协作精神。他们还认为CAI课件优化，加强了对传感器及其工程应用的直观认识，有助于提高实践能力，有助于开阔知识视野，是实践环节教学的重要补充。

传感器与检测技术课程践行CDIO教育理念，让学生以主动地、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，对培养学生的实践能力与创新能力，对培养高素质的工程师，有重要作用。

经过一系列教育教学改革，我校电子信息工程和电子科学与技术两个工科专业的教育质量显著提高，学生综合素质得到政府和用人单位的普遍肯定。近几年，省、市两级政府与学校联合建立了若干重要的大学生创业、创新平台，学生在创业、创新、重要赛事等活动中都取得了突出成绩。

2014年，信阳市大学生创新创业孵化园由我校牵头成立。已研发实用技术11项，申报国家发明专利5项，有的技术和专利已投产。已依托孵化创办了7家科技型小微公司（主要由在校大学生负责运作）。已有6家个体科技型小微公司（大学毕业生自主创业）与孵化园签约，长期接受孵化园的技术支持。已有多家本地企业接产孵化园的技术或专利，或长期接受孵化园的技术指导。孵化园已产生良好的经济效益和社会效益。在信阳市大学生创新创业孵化园的基础上，河南省科技厅批准我校组建省级科技企业孵化器。

2015年，信阳市大学生创新创业孵化园申报的“南湖创星”众创空间，被河南省科技厅认定为省级众创空间，是2015年度河南省认定的20家众创空间之一，是我校又一个省级科技创业平台。

2015年，我校电子信息工程和电子科学与技术两个专业的学生获批国家级大学生创新创业训练计划项目11项、校级大学生科研项目15项，申请国家发明专利6项，发表学术论文5篇。参加2015年全国大学生电子设计竞赛，获国家级二等奖1项，河南省一等奖2项、二等奖2项、三等奖3项、优秀奖3项。参加河南省第二届大学生机器人竞赛，获河南省二等奖4项，三等奖10项。作品《“互联网+”启航电力能耗实时监控系统》获2015年首届中国“互联网+”大学生创新创业大赛银奖。

学生获奖证书

5　结束语

为解决高等师范院校的工科教育存在的突出问题，提高高师院校的工科教育质量，探索、实践、推广CDIO工程教育模式，是一条很好的教育教学改革之路。先选择有代表性的若干课程为试点，试行在课程层面践行CDIO教育理念的教学改革，待积累经验后再全面推行，是一条可行的技术线路。高等师范院校传感器与检测技术课程践行CDIO教育理念的课程教学改革探索与实践表明，该课程践行CDIO教育理念的教学改革是必要的、可行的、成功的，该教学改革经验对其他相关课程教学改革和工科专业教育教学改革都具有较高的参考价值。

参考文献

［1］ CDIO Initiative［EB/OL］.http://www.cdio.org/ .

［2］ 周胜海，涂友超.传感器与检测技术CAI课件优化与学生实践能力培养［J］.中国现代教育装备，2012（7）:60-62.

［3］ 周胜海，罗浩.利用现代教育技术培养学生电子测量实践能力研究［J］.大学物理实验，2013，26（2）:104-107.

Improving Teaching of Sensor Theory and Detection Technology Using CDIO Educational Ideas

Zhou Shenghai， Tu Youchao
College of Phys. & Elec. Eng.， Xinyang Normal University， Xinyang， 464000， China

Abstract:In order to improve the higher technological education in normal colleges or universities， it's important to carry out higher engineering education and teaching reforms. The reform ideas， technique， and achievements of the course reforms of the Sensor Theory and Detection Technology using CDIO educational ideas in normal colleges or universities are outlined. The conclusions illustrated that the course reform is necessary， feasible， and successful. The discussions and conclusions are useful for guiding the relevant higher engineering education and teaching reforms.

Key words:normal colleges； engineering education； CDIO； course teaching reform

收稿日期：2015-12-28

作者简介：周胜海，硕士，副教授，硕士生导师。

基金项目：河南省高等教育教学改革重点研究项目（编号：2014SJGLX047）；河南省教育厅教师教育课程改革研究项目（编号：2014-JSJYZD-021）。