黃璞 黎會鵬

摘要：文章在分析“傳感器與檢測技術(shù)”課程教學(xué)特點的基礎(chǔ)上，以理論聯(lián)系實際為目的，將實踐教學(xué)與國際工程教育改革的最新成果CDIO相結(jié)合，從學(xué)生能力培養(yǎng)、課堂教學(xué)內(nèi)容、導(dǎo)師教學(xué)方式、學(xué)業(yè)考核方式進行了系統(tǒng)性的驗證和嘗試。結(jié)果表明，能促進學(xué)生開展自主性學(xué)習(xí)，有效提高學(xué)生的工程素養(yǎng)和技術(shù)應(yīng)用能力，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù)；CDIO；工程教育；工程素養(yǎng)

在近年高等教育規(guī)模不斷擴大、教育資源建設(shè)和投入逐年增加的情況下，專業(yè)教育質(zhì)量和行業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)卻出現(xiàn)下滑趨勢，全世界范圍內(nèi)工程技術(shù)人員匱乏的現(xiàn)象日益突出，主要是各大專院校培養(yǎng)的人才與社會或?qū)I(yè)領(lǐng)域的工作需求銜接脫軌，成為制約我國科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新和工業(yè)智能化進步的重要因素，同時，畢業(yè)的本科學(xué)生普遍缺乏工程項目團隊合作意識，難以融入就業(yè)企業(yè)的文化。如何培養(yǎng)既能全面運用所學(xué)的技術(shù)理論和技術(shù)手段，又具備工程意識和項目團隊合作精神的全面型技術(shù)人員，是全國高等院校，特別是工程相關(guān)的工科專業(yè)面臨的重要難題，工程概念中，CDIO代表構(gòu)思（C）、設(shè)計（D）、實現(xiàn)（I）和運作（O），它以產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計、產(chǎn)品定型、產(chǎn)品運行的整個生命周期為載體，讓學(xué)生以主動方式與課程之間有機聯(lián)系的學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)規(guī)劃將畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識應(yīng)用、個人能力培養(yǎng)、人際團隊協(xié)作能力和工程系統(tǒng)執(zhí)行能力4個層面，引入先進的工程教育理念，為廣大院校解決工程技術(shù)人才培養(yǎng)計劃指明了發(fā)展道路。

隨著人類科學(xué)技術(shù)的進步和信息工業(yè)化、智能化的迅猛發(fā)展，各種外在信息的檢測、數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換的核心功能器件——傳感器，成為各個自動檢測與控制系統(tǒng)中必不可少的重要器件[1]。傳感器與檢測技術(shù)集成了電子技術(shù)、機械工程、光電轉(zhuǎn)換、電磁感應(yīng)等綜合知識，且與科研和生產(chǎn)實踐聯(lián)系緊密。因此，需要在教學(xué)工作中，對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進行長期的探索實踐，提高教學(xué)效率和學(xué)生綜合能力應(yīng)用水平。

1 “傳感器與檢測技術(shù)”教學(xué)模式現(xiàn)狀

通過考察和反饋資料，目前“傳感器與檢測技術(shù)”課程教學(xué)中主要存在如下問題。

（1）課程不注重理論與工業(yè)實際的聯(lián)系，授課內(nèi)容很少涉及工程應(yīng)用概念和工程實現(xiàn)技術(shù)，學(xué)習(xí)者通過課堂只學(xué)到專業(yè)基本理論知識，無法有效掌握工程概念和技術(shù)應(yīng)用場合。

（2）只注重單元檢測電路講解，不注重系統(tǒng)框架的講解，致使學(xué)習(xí)者只是孤立地學(xué)習(xí)單元電路原理知識，不注重復(fù)雜系統(tǒng)到單元電路功能的劃分，而不清楚這些單元電路在檢測和控制系統(tǒng)中的地位和運用方法，致使學(xué)習(xí)者見到復(fù)雜一點的電路就無從分析。

（3）授課內(nèi)容不能與時俱進，檢測技術(shù)的發(fā)展日新月異，各種新型傳感器和檢測手段不斷涌現(xiàn)，受教材和人才培養(yǎng)大綱的限制，致使知識能力的培養(yǎng)和現(xiàn)實應(yīng)用技術(shù)需求不適應(yīng)。

（4）課程實驗設(shè)置覆蓋面小，各種驗證性實驗偏多，綜合性、創(chuàng)新設(shè)計性實驗偏少，學(xué)生綜合知識應(yīng)用能力和工程創(chuàng)新能力難以得到有效的提高。

2 基于CDIO的綜合課程設(shè)計環(huán)節(jié)實踐

“傳感器與檢測技術(shù)”是自動化技術(shù)、電氣工程、機電一體化技術(shù)、測控技術(shù)與儀器、儀器儀表類專業(yè)的必修的專業(yè)課程，以傳感檢測器件為對象，重點講述靈活運用傳感器、將獲得測量數(shù)據(jù)應(yīng)用于工程實際。通過綜合課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解各種傳感器的工作原理，掌握其特性，學(xué)會根據(jù)實用要求選用傳感器，掌握建立基本檢測系統(tǒng)框架的原則與方法，并初步具有設(shè)計檢測電路、控制系統(tǒng)的能力[2]?，F(xiàn)以本課程為例，對基于CDIO課程設(shè)計的教學(xué)措施進行展開。

2.1教學(xué)方法的改革

（1）建立系統(tǒng)的概念，采取至上而下的方式進行教學(xué)內(nèi)容的組織，選取典型的超聲波應(yīng)用電路為例，介紹系統(tǒng)框圖，讓學(xué)習(xí)者對超聲波探頭結(jié)構(gòu)、超聲波發(fā)射電路、信號振蕩電路、功率放大電路及電源電路建立起初步的認識，要實現(xiàn)該系統(tǒng)，必須清楚系統(tǒng)各單元的相關(guān)知識，內(nèi)容會在后續(xù)教學(xué)中逐步介紹，激發(fā)起學(xué)習(xí)者的熱情。

（2）增強學(xué)生的工程設(shè)計理念，形成初步的概念，不僅要著重進行理論知識的講解，還要突出工程實踐概念，將科研或產(chǎn)品設(shè)計中經(jīng)常遇到的工程問題，如信號干擾問題納入講課內(nèi)容，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中接受工程概念的熏陶，尋找實踐操作中的問題解決方案。

（3）為了加深學(xué)生對工程技術(shù)的理解，提高學(xué)生的工程技術(shù)應(yīng)用能力，教學(xué)實踐以日常生活中所見的傳感器和各種控制功能為對象，結(jié)合工程項目考核的標(biāo)準，設(shè)計了與課程知識相配套的實踐項目。設(shè)計的教學(xué)實踐項目如下所示。

項目1：水箱水位控制器的制作（設(shè)計背景：高樓水箱供水方法。知識點：壓力、超聲波、阻抗）。

項目2：簡易金屬探測儀的制作（設(shè)計背景：安全檢查。知識點：渦流、磁場）。

項目3：簡單路燈控制器的制作（設(shè)計背景：路燈自動控制。知識點：光敏）。

項目4：商場自動門控設(shè)備的制作（設(shè)計背景：公共場所自動感應(yīng)門的控制設(shè)計。知識點：壓電、熱釋電、超聲波）。

項目5：自動烘干機的制作（設(shè)計背景：洗手間的烘手機系統(tǒng)設(shè)計。知識點：光電檢測）。

設(shè)計的綜合教學(xué)實踐項目涉及傳感器檢測技術(shù)、電子器件技術(shù)、電子工藝技術(shù)、機械基礎(chǔ)等知識。通過實施教學(xué)項目鞏固學(xué)過的知識和技能。

（4）改革傳統(tǒng)的課堂講授為主的教學(xué)模式，對于器件基本原理、基本設(shè)計電路的分析采用板書教學(xué)，有利于學(xué)生的理解和掌握，對于微弱信號傳導(dǎo)、信號波形變換、信號圖形圖像、各種復(fù)雜理論的講解，采取多媒體教學(xué)，充分發(fā)揮多媒體生動直觀的特點，既降低黑板繪制的難度，節(jié)省教學(xué)板書時間，又達到了良好的教學(xué)目的[3]。

（5） CDIO工程教學(xué)模式的第一個環(huán)節(jié)（關(guān)鍵環(huán)節(jié)）就是先構(gòu)思，提出問題讓學(xué)生思考，自己查找資料，通過自我學(xué)習(xí)解決實驗教學(xué)內(nèi)容。

（6）為了培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)、掌握解決工程實際問題的能力，除了平時課后習(xí)題、課堂作業(yè)和實驗報告的鞏固，更增加了工程技術(shù)相關(guān)的分析、設(shè)計題。通過結(jié)合工程背景，完成實際工程技術(shù)相關(guān)的分析、設(shè)計，加深對所學(xué)知識的理解，注重知識的連貫性，提高學(xué)生分析問題和解決工程實踐問題的能力陽。

2.2課程實踐環(huán)節(jié)的改革

（1）改革實踐教學(xué)方式，提高工程實踐能力。受傳統(tǒng)教學(xué)方式影響，傳感器實驗大多采取實驗箱完成，學(xué)生只需要按照面板接線端口指示，用導(dǎo)線連接端口，測試電路的輸入和輸出來驗證所學(xué)的知識。這種實驗無助于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和提高動手能力，也不利于工程能力培養(yǎng)。所以，增加綜合實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，通過實例，讓學(xué)生自主設(shè)計、制作和調(diào)試電路，遵循工程實踐準則，提高學(xué)生工程實踐能力。

（2）借助電子設(shè)計自動化（Electronics DesignAutomation，EDA）技術(shù)，促進實踐教學(xué)手段改革。電路設(shè)計中充分發(fā)揮EDA工具軟件的作用，前期進行實驗仿真驗證，結(jié)果正確后再進行實際實驗。培養(yǎng)了學(xué)生的對各種EDA工具的使用能力，幫助學(xué)生前期驗證電路，高效完成設(shè)計任務(wù)。

（3）實踐教學(xué)的方法改革，提供工程技術(shù)綜合能力和團隊協(xié)作能力。采用項目教學(xué)法，通過實施與課程教學(xué)相關(guān)的實踐項目來更好地達到教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力和解決實際問題的綜合能力，其目的是通過項目實施來實現(xiàn)知識到能力的橋梁。開展開放性實驗教學(xué)，引入適當(dāng)?shù)膱F隊項目小組討論，不僅可以全面提高工程技術(shù)應(yīng)用能力，又提高了學(xué)生的團隊意識[5]。

3 實踐環(huán)節(jié)的考核模式

選取適當(dāng)好的實踐項目能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)思維，加強實踐動手技能的培養(yǎng)，教學(xué)項目的選取和設(shè)計是項目式教學(xué)法開展的基礎(chǔ)，也是難點。工作開展也應(yīng)當(dāng)按照工程人才培養(yǎng)模式進行，項目在開展時，每一步的過程是未來工作崗位中實施工作任務(wù)的縮影。設(shè)計的成果應(yīng)該有很強的感官特性，避免演示性的成果[6-7]。

3.1設(shè)計報告要求

基于應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計要求，構(gòu)思系統(tǒng)的整體方案（C）；設(shè)計項目的硬件電路，分析電路的特點并用Multisim軟件進行仿真（D）：硬件電路PCB制作、元器件焊接和功能模塊組裝（I）；應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試和功能測試報告（O）[8-9]。

（1）應(yīng)用系統(tǒng)的電路原理圖。

（2）設(shè)計系統(tǒng)的仿真結(jié)果。

（3）測試指標(biāo)及報告。

3.2考核方式

根據(jù)設(shè)計和調(diào)試過程寫出報告，有詳細的方案設(shè)計、電路設(shè)計與仿真、焊接調(diào)試過程、數(shù)據(jù)記錄、結(jié)果分析和體會，考核分值如表1所示。

4 結(jié)語

“傳感器與檢測技術(shù)”是理論知識與實踐緊密聯(lián)系的一門課程，課程最重要的任務(wù)是要將其應(yīng)用到實踐中去，為后續(xù)的課程坐好鋪墊。通過引入CDIO教育模式，實踐教學(xué)采取半開放性形式進行。在實際教學(xué)過程中，能較好調(diào)動學(xué)生的積極性，學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團隊協(xié)作和職業(yè)技能都得到了較大的提高。

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