CDIO理念在传感器课程中的应用

【摘要】传感器课程是电类专业一门实践性和应用性很强的专业基础课，传统的理论教学方式不适合现在的高职高专学生。CDIO工程教育模式理念以“做中学”为核心，让学生在实现产品项目的过程中学习工程，以综合的培养方式使学生在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面达到预定目标。将CDIO理念应用到传感器课程改革中，实施CDIO项目式教学，以学生为主体，教师引导辅助，激发学生的学习兴趣，培养学生的自主学习能力和团队合作精神。

【关键词】传感器教学 ； CDIO ； 项目教学法

【中图分类号】G71 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2015）23-0285-01 传感器应用技术是自动化、应用电子技术等电类专业的一门专业基础课，课程包括了各类传感器的物理特性、检测原理和应用电路等相关知识，具有实践性强、应用性强的特点。但由于课程内容分散、抽象，缺乏系统性和连续性，学起来困难枯燥，如果采用传统的理论教学方法和实验方法，难以刺激学生的学习兴趣和创造欲望，教学效果不理想。所以如何让学生掌握各类传感器的相关知识，并运用到工程实践中，是对主讲教师在学识、能力、技巧等诸多方面的考验[1]。

针对我校传感器课程教学的现状，我们将CDIO理念应用到传感器课程改革中，以项目化任务设计教学单元，旨在提高学生对传感器原理及特性的理解，并进而达到设计和应用的目的，培养学生的动手能力、综合创新能力和团队协作能力。

1.传统教学存在的问题

传统的传感器教学主要分成传感器课堂教学和课内实验两部分来完成的。在这两部分的教学过程中，都不同程度地存在着一些问题。传感器的课堂教学，主要是介绍传感器的物理性质，工作原理和应用。学生在接触到这些知识时，缺乏感性认识，对传感器的原理和使用不甚清楚。其原因在于缺乏有效的演示方法，教学仅仅通过几张幻灯片的描述是不现实的。而在传感器的课内实验中，一般都是采用实验台来完成的，现有传感器技术实验台提供的实验项目大多为验证性实验，虽然各传感器都采用透明式封装比较直观，但不满足设计性、综合性的要求，与工程实践脱节严重。

2.CDIO教学模式的实施

在充分考虑现有的实际教学条件后，我们将CDIO理念应用到传感器课程改革中，应用CDIO工程对象教学方法，以项目化任务设计教学单元，让学生自己设计传感器电路，使学生由简单的实验操作发展到自己动手设计电路，实现传感器功能，融理论教学与实践教学于一体，激发学生的学习兴趣，提升学生对电路系统的设计能力，使其由被动学习转变为主动学习。CDIO项目式教学模式在传授学生专业知识的同时，也能切实培养学生的动手能力、综合创新能力和团队协作能力，有良好的教学效果。

2.1课程项目内容

传感器的种类有成千上万，在短短的课堂教学学时中不可能面面俱到，所以我们在传感器课程中选取实际应用中常见的几类传感器作为项目设计切入点。主要涉及的传感器有：温度传感器、声敏传感器、光敏传感器、红外传感器、湿敏传感器、气敏传感器、压电传感器、接近传感器和霍尔传感器等。这些传感器应用电路在生活中应用广泛，学生有一定的感性认识，有益于提升学生的学习兴趣。而且，项目设计的电路原理简单，实施容易且效果明显，可操作性强。

2.2项目实施过程

传感器课程通常开设在《模拟电子线路》、《电子线路制图和制版》等专业基础课之后，学生通过先修课程对基本的电子线路设计方法已经有了一定程度的掌握。在传感器CDIO项目教学过程中可实施“换位教学”，学生可根据班级人数分成若干团队，在教师的引导下，凭借团队成员的知识和能力，通过努力共同完成项目设计。通常在教师提出项目需求后，学生首先进行需求分析；然后通过查找资料，选择合适的传感器器件及其它电路元器件完成电路设计；再利用相应的材料完成电路的焊接调试，实现电路功能；最后根据完成情况进行项目总结汇报。

（1）项目构思

声光控延时开关在生活中随处可见，其中的关键器件是声敏传感器和光敏传感器。项目的主要目标是让学生了解声敏传感器和光敏传感器的工作原理，掌握光敏二极管、光敏电阻、驻极体传声器的基本特性和工作原理，并能使用光敏二极管、光敏电阻、驻极体传声器进行电路设计。项目的基本要求是实现夜晚有声音时开关打开，路灯点亮，声音消失后，路灯延时熄灭；白天开关保持断开状态，路灯保持熄灭状态。根据项目需求，电路可分成声控模块、光控模块和延时模块。在学生团队进行项目构思前，教师要传授新的知识，先让学生对光敏二极管、光敏电阻、驻极体传声器有基本的认识。接着，学生团队根据各个模块的需求进行资料查询和电路设计构思。这阶段学生需要通过自己的思考分析和解决问题，增强了他们的自学能力。

（2）项目设计

通过项目构思，学生团队集思广益，利用自己所掌握的电子电路知识按照模块设计电路。由于每个学生的知识水平和能力水平不同，设计的电路也大相径庭。

电路设计完成后，需进行小组验证，学生可利用Proteus、Multisim等电路仿真模拟软件进行电路仿真和参数验证。通过仿真实验，确定元器件参数的大致范围，给元器件选型提供参考依据。在项目设计过程中，教师需要根据学生设计的电路适时给与帮助，鼓励学生坚持创新、积极思考，引导学生完成电路设计。

（3）项目实现

完成项目设计后，每个小组根据自己设计的电路图，选择相应的电子元器件，焊接调试电路。电路功能能否实现正好能验证项目设计阶段的工作是否成功，在这个过程中，教师需要积极地配合学生进行电路的验证，调动小组成员齐心协力共同寻找、分析、解决问题，启发、引导学生自主探究，实现项目。

（4）项目运行

项目完成后需要撰写项目报告，包括项目目标、项目要求、理论基础、项目设计过程及问题思考总结。同时每个团队需进行项目演示，并对项目的设计思路、设计原理、关键技术、难点攻克、调试过程中问题解决等内容进行公开汇报。

3.结束语

CDIO是一种将实践教育与理论教育相结合的教育理念，其主要理论依据来源于杜威的“做中学”思想，以项目带动知识学习。传感器课程实施CDIO项目式教学改革过程中，教师树立了創新教育理念，转变传统的教学方式，将枯燥抽象的理论课程搬到实验室中、搬到企业中，这种理实一体化的教学方式改变了单调沉闷的“填鸭式”课堂教学，授之以渔而非授之以鱼，注重培养学生的自主学习能力，激发学生学习的积极性、主动性和创造性，提高了学生的动手能力和工程实践能力，增强了学生的专业素养和职业技能。由于改革经历的时间不算太长，很多方面还存在不足，今后还需继续探索，不断优化和更新教学内容，提高教学质量。

参考文献

[1]谢楠.CDIO项目教学法在单片机课程中的应用[J].浙江水利水电专科学校学报学报，2013，25（1）：89-91.

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