CDIO理念下现代检测技术课程教学改革与探索

彭乐乐 郑树彬 黄如艳 钟倩文

摘  要：文章根据CDIO理念的四个环节将现代检测技术课程分成构思-设计与实现-运作三个阶段，构思完成课程内容整合，将课程内容分为三个学习模块;设计与实现中采用多样的教学方式并实现了理论与实践并重，教学实践与职业实践相关联;运作则是建立多元化考核机制。这些改革方案能够有效提高教学质量，提升学生实践动手能力，培养学生工程意识，在应用型人才培养中取得显著效果。

关键词：CDIO理念;课程内容整合;职业实践;多元化考核机制

中图分类号：G642        文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）16-0139-03

Abstract： According to the four links of the concept of CDIO， the course of modern testing technology is divided into three stages： conception， design， realization and operation， and the integration of the course content is completed， and the course content is divided into three learning modules; various teaching methods are adopted in the design and implementation， and equal emphasis on theory and practice is realized， and teaching practice is related to professional practice; operation is to establish a diversified assessment mechanism. These reform programs can effectively improve teaching quality， enhance students' practical ability， cultivate students' engineering consciousness， and achieve remarkable results in the training of applied talents.

Keywords： CDIO concept; curriculum content integration; professional practice; diversified assessment mechanism

一、概述

隨着城市轨道交通行业的蓬勃发展，轨道行业对现代检测技术人才的要求进一步提升，在掌握扎实的检测理论知识基础上更加注重实践应用能力和综合素质。现代检测技术作为一门综合性交叉学科，涉及机器学习、机械、工程、声学、振动学和数据分析等多个领域，是轨道学院车辆工程专业的专业基础课程。

构思-设计-实现-运作（conceiving-designing-implementing-operating，CDIO）理念是美国MIT及瑞典的3所大学提出的一种新型工程教育模式，是全新的国际工程教育与人才培养创新模式[1]。基于CDIO理念下的现代检测技术课程分为三个阶段：（1）构思：现代检测技术中应用的检测手段繁多但课时有限，应该对课程内容进行有机整合，构建科学合理的教学内容体系;（2）设计与实现：教学形式多样化，老师和学生双主体上课模式可充分调动学习积极性，实践比重加大，理论与实践并重;（3）运作：注重过程考核，将老师和学生同时纳为评价主体，形成多元化考核体系。本文在CDIO理念下对现代检测技术进行分阶段教学探索，实践结果证明取得良好效果。

二、现代检测技术的教学探索

（一）构思：整合教学内容，重建教学体系

《现代检测技术》是上海工程技术大学城市轨道交通学院针对轨道交通运输专业研究生，结合轨道交通行业背景，运用现代检测技术与方法，开设的一门具有鲜明行业背景的检测课程，总学时为32学时2个学分。

现代检测技术课程内容丰富，涵盖的重难点多。囊括了频谱分析基础、传感器基础、机器视觉、图像处理、多传感器信息融合、无损检测和振动测试与分析等多模块跨学科的教学内容[2]。教学内容的确定，首先立足于轨道学院对城市轨道交通的研究需求，结合时下热门的现代检测手段进行地铁车辆及各部件，钢轨及各部件之间的检测项目。其次，考虑课程中的各知识点与其他课程有复杂联系，如频谱分析与交通运输专业研究生的专业课《数字信号处理》就有重叠，在有限而珍贵的课时中，可针对数字信号处理课程中的频谱分析知识点进行有机整合，适当调整本课内容。最后，课程中包含的知识模块之间也有关联，根据知识的前后逻辑可大体归纳为振动分析模块，传感器模块和机器学习三大模块。另外，为改善重理论轻实践[3]的教学现状，在频谱分析，测试信号处理，振动测试与分析，机器视觉和图像处理中各分配两课时的上机时间，增加实践动手机会，巩固理论知识。以导师项目为依托，学生参与科研项目中可培养其工程意识。

课程的特性决定了教学内容与其他课程之间有重复内容，本身的知识点也存在逻辑关系，对教学内容有机整合归纳，可提高教学效率和教学效果。实践上机比重加大，教学实践联系职业实践，提高学生实践应用能力，更快适应行业要求。

（二）设计与实现：教学形式多样化，理论与实践并重

传统的教学模式是老师讲学生听，该模式可对学生灌输比较完善的理论体系，但不可避免地存在学生听课积极性弱，参与度低，理论基础扎实但动手能力不足等弊端。现代检测技术设计学生以小组为单位进行课堂活动，包括课程理论知识的讲解，课后作业的完成和上机实践课程。

以学生和老师双主体形式上课[4]，理论课主要是学生以小组形式讲解每一知识点，老师做矫正和补充说明和拓展总结。学生分为8组，抽签决定讲解的知识点和讲课顺序，小组课前做好准备工作，课堂上进行阐述，最后由教师做矫正学生表达不到位的方面，并归纳总结理论知识，化“多而繁”为“少而简”[5]。这样的模式有助于学生自己掌握和专研理论知识，还能够促进学生合作交流，锻炼学生归纳表达能力。

积极采用现代教学技术，应用图，文，像等丰富的多媒体效果结合板书，可充分调动学生积极性，生动直观地了解理论知识。就以图像处理模块为例，图像处理基础之一就是对图像进行卷积操作，用多媒体技术可直观呈现不同模板与同一张图像卷积便能得到不同效果图。通过播放交通系统车牌识别，智能汽车避障等应用视频向同学们展示图像处理功能之强大，应用之广泛，从而激发学生学习兴趣。

本次改革最大的特色就是加大实践比重，包含了上机实践和课外实践，不拘泥于理论学习，教学过程中强调学以致用[6]，同时，为了避免上机实践与职业实践脱节[7]，上机实践课的形式为：老师引入案例[8]，学生设计解决方案。这要求案例有一定的深度和广度，并具有典型性和针对性。例如在振动分析模块引入“载运工具乘客乘坐舒适性分析”案例，教师先阐述案例背景，引导学生乘坐舒适性是关键，该指标与列车行速度和状态有关，利用频谱分析中的傅里叶变换可对运载工具的加速等进行分析，从而判断出乘坐舒适性的重要影响因素。学生根据老师提示设计解决方案并着手解决。上机课仍然以小组为单位，可互相取长补短，毕竟解决这些案例所用到的工具不是每一位学生都能短时间内掌握，还可互相商讨，集思广益。

课外实践主要是以教师项目为依托，学生参与和观摩，教师讲解项目开始到完结分为项目测试原理及方案设计，项目执行阶段，结果分析与总结三个阶段，每一阶段需要注意的事项。学生切身感受项目完成过程及成果展现，有助于培养学生的工程意识。

（三）运作：建立多元化考核机制，成绩组成科学化

课程考核要综合考虑学生的过程表现、知识模块掌握情况、实践综合能力。根据课程的各个环节的特点设置不同的考核方式，包括观察法[9]、学生自评、组内互评[10]、教师点评等。使教师、学生都成为教学考核的主体，建立多元考核体系，具体见表1。课程成绩主要由平時成绩、构思环节学习模块成绩、设计与实现环节的上机实践和课外实践成绩，闭卷笔试成绩组成。该多元化考核体系，以培养轨道行业学生检测实践应用能力为目标，注重对学生整个学习过程的考核和评价。

三、结束语

CDIO理念下的现代检测技术课程教学探索主要对应CDIO四个环节将课程分成构思，设计与实现和运作三个阶段，对课程内容进行归纳整合，然后实践时间占比加大且引入教学案例使得课程实践与职业实践相联系，最后建立多元化考核体系。这些教学改革方案取得了较好的教学效果，在以后的教学中，还应该继续探索与改革，提高教学质量，为社会和企业培养优秀的轨道检测人才。

参考文献：

[1]王瑞荣.SC-CDIO理念下国贸专业实践课程教学体系的构

建[J].实验室研究与探索，2016，35（7）：198-201.

[2]刘敬，刘衍聪.OBE-CDIO理念下工业设计专业课程实践教学体系构建[J].图学学报，2019，40（02）：416-421.

[3]马良，于静.机械基础课程“做中学，做中教”教学模式的实践研究[J].南方农机，2018，49（19）：131.

[4]郭双锦.班级文化建设中师生互动的研究[D].华东师范大学，2006.

[5]刘普，杨櫹，邓瑞雪，等.研究生“现代分析测试技术”课程改革与实践——基于创新能力培养[J].当代教育理论与实践，

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[6]殷红，彭珍瑞.检测技术类课程整合教学模式研究[J].中国电力教育，2009（17）：111-112.

[7]郭世永，支治.CDIO工程教育模式在车辆工程专业的实践应用[J].科教文汇（下旬刊），2019（04）：83-85.

[8]周经，黄凯.研究生课程互动式教学方法探析——以《国际投资学》课程为例[J].研究生教育研究，2019（03）：66-70.

[9]卢玉仙，高薇，徐益荣，等.操作技能直接观察法在胸腔闭式引流进展性案例实践考核中的应用[J].护理学杂志，2017，32

（16）：74-76.

[10]张平，唐前军.应用组内互评WEB系统改善实验教学中小组学习效果的实践研究[J].电化教育研究，2013，34（04）：43-46+58.

基金项目：2019年，国家自然科学基金青年项目“浮动式光伏发电的机械振动机理与主动控制方法研究”（编号：51907117）;2019年，国家自然科学基金面上项目“振动与视觉融合表征轨道病害的动态诊断方法与理论研究”（编号：51975347）

作者简介：彭乐乐（1984-），男，汉族，安徽宿州人，博士，讲师，硕士生导师，研究方向：轨道车辆智能检测。

通讯作者：郑树彬（1979-），男，汉族，广东揭阳人，博士，教授，硕士生导师，研究方向：轨道状态检测。