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基于CDIO的高等教育專業課的教學探討
基于CDIO的高等教育專業課的教學探討李艷文 趙鐵石 史艷國 李仕華 王洪波
（燕山大學機械工程學院，河北秦皇島066004）
[摘要] 高等教育專業課的教學環節設置直接關系到教學效果，實踐性教學環節對于學生實際工程能力的培養更是至關重要。以《機器人技術>課程項目的設置和討論課的開設為載體，討論了設置專業課課程項目和討論課環節的問題，以及其對培養學生高效率學習能力、形成高水平的工程專業能力的重要性。
[關鍵詞]CDIO；教學項目；課堂討論；專業教學；高等教育
[中圖分類號]G642.O
[文獻標識碼] A
[文章編號] 1005-4634 （2012） 06-0062-02
0 引言
專業課教學是高等教育中的重要環節，其最終目標是高效地培養專業素質優秀的人才。圍繞著教學目標，構建教學計劃。教學計劃下開設的每門課程都是很重要的，對于建設學生的專業素質和提高潛力是不可或缺的。每門課程的教學目的和任務反映了教學最終目標或教學總體目標的基本要求，同樣，每門課程教學目的和教學任務的實現是整體教學目標得以實現的必要條件。每門課程的開設都很重要，專業課程更是如此。那么如何組織專業課的教學以更好地實現教學目標呢？教學方法是培養人才的重要環節，關于教學方法的研究是教育工作者最為重視的，在眾多的教學方法中，CDIO工程教育方法和模式是近年來國際工程教育的最新成果。2000年，麻省理工大學和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國教學研究獲得KnutandAlice Wallenberg基金會近2000萬美元的巨額資助，經過四年的探索研究，得到很好的教學效果，于是，創立了CDIO工程教育模式，并成立以CDIO命名的國際合作組織。CDIO以從產品研發到應用的整個周期為教學載體，使學生能夠將理論和實踐相結合，各門課程之間的知識有機結合，主動應用工程基礎知識，不但發揮個人能力，而且必須很好地組織和發揮團隊協作能力，才能達到預定目標。這和傳統的教學模式有很大區別，那么，在專業課的教學中應如何引入這種模式？本文以《機器人技術》課程的教學為例，談談嘗試引入CDIO教學模式的教學實踐。
1 教學項目的設置
工程能力主要體現在構思、設計、實現和運作上，這種能力僅僅靠理論教學或傳統的實驗是不能得到充分鍛煉的，為此，專業課的教學應該設置適宜的工程項目，設置項目應該考慮以下幾點。
1.1項目應緊密結合工程實際
以《機器人技術》課程為例，所設項目是自主設計一個球形果采摘的機械臂和儲料的車廂，并裝配或安裝到原有的智能移動小車上，完成移動采摘機器人的設計、運動控制規劃，控制機器人完成識別、采摘和收集等作業，最后以比賽的形式驗收項目，賽場布置如圖1所示。(職教論文 www.baimashangsha.com)為了完成項目，所設計的移動機器人必然包括視覺傳感器、避障傳感器、位移和速度傳感器、機械系統和控制系統，又通過比賽考察了應用。移動采摘機器人是一項完整的智能工程系統。此項目的完成能對學生的工程能力有全面的鍛煉，再加上學生的舉一反三，更能對培養工程能力起到好的效果。
1.2項目應既系統又獨立
《機器人技術》課程，按計劃主要講授機器人系統的模型建立，但是在設置項目時，應該考慮到這門課程在整個教學系統中的作用，也就是對培養專業工程人才的作用。把此課程的知識應用放到大的教學系統中去，放到和其它課程的有機結合中去。看到項目要求，學生明白在本課程的項目中應完成什么內容，課程內部所完成的內容具有獨立性；而且還要明白所完成的內容在整個工程系統中所起的作用，課程內部所完成的內容是整個系統的一部分。為了完成項目，本門課程必須掌握好，而且也培養了對其它課程的學習積極性。
1.3項目應具有前瞻性而且要考慮學生的能力
《機器人技術》課程的項目考慮了機器人的最新發展，引入機器人視覺技術，學生可以體會機器人智能的建立和實現，同時，要考慮學生的知識基礎，在要求上有彈性，使學生能“跳一跳”就夠得著，這樣能更好地發揮學生的聰明才智，而且使學生得到自己原來沒想到的成果，從而產生一種成就感，增強了學習工程、做工程以及將來步入工程領域的興趣和自信。
1.4項目教學的備課要充分
《機器人技術》課程的項目體現機器人的最新發展，學生需要學習新東西，需要“跳一跳”才能夠完成項目任務要求，這“跳一跳”怎么。跳”，需要老師的具體指導。這就要求教師必須開課前做好關于課程項目的充分準備，考慮全面，每個細節都自己做一遍，做的過程中不僅注重知識歸納而且思考每一環節對于培養學生工程能力的作用，有意義的留下；還要考慮教學過程的組織形式，設置什么樣的教學載體更能發揮學生的主動性，使學生快樂學習。
2課堂討論的設置
對照CDIO教學模式，傳統教學的薄弱環節主要表現在實踐環節，為了增強實踐能力，《機器人技術》課程開設了教學項目而且開設了課堂討論。一門課程對于一部機電一體化產品來講，是不夠的，那么在學習了若干門與機器人相關的課程后，怎么把各門課程的知識通過機器人系統聯系起來？也就是怎么把各門理論課的基礎知識融合到機器人設計的實踐中去？為此，開展了在未進行機器人設計前的綜合討論。本討論以機器人系統構成的十個相關話題作為討論題目，以學生查閱資料、總結上臺講演和討論為教學形式，深入研究探討機器人各個組成部分所涉及到的知識點及其在工程中的應用，以具體問題的理論解析和提出解決問題的方法為討論目的，指導學生廣泛地查閱相關資料，積極主動地將所學理論知識系統化、工程實踐化，這對于提高學生的實踐能力，培養學生學以致用的能力，培養學生的學習興趣，加深專業理論學習，提高行業規范意識都有重要作用。同時，也為后續的實踐課程埋下伏筆，有些問題可能是長線話題，需要長期的實踐積累和研究，現在觸發問題，激發思索并打下基礎。討論課內容的設置主要考慮了以下三點。
2.1 知識系統化
系統化、結構化的知識才能表現為工程能力，每門課程的教材都是按一定的教學體系建設的，但是教材的內容必須具體而明白，這“不可避免地削弱了知識整體中縱、橫兩向的聯系”…，如果教師不采取措施強調各門課程知識間的聯系，則學生得到的知識仍是孤立的無聯系的，不能形成有機的知識體系。
通過討論匯報、互相提問討論和教師參與的形式，將各門課程的知識點圍繞機器人設計聯系起來，使看起來不相關的課程形成了一個整體的系統，使學生從機器人設計這一工程實踐的角度，確確實實地看到了每一門課程的重要作用，于是更有了學習驅動力，對于培養學生的自主學習、提高學習質量有著促進作用。
2.2 理論知識工程實踐化
以機器人設計為媒介融合專業理論基礎知識，使學生將所學各門課程的理論基礎靈活應用到機器人構成設計的實踐環節中，達到理論聯系實際、學以致用的境界，不但加深了理論課的學習，還培養了學生的工程實踐能力。
2.3擴充知識面并學會交流與合作，進一步強化責任心和工程意識
要解決討論專題，必須查閱文獻，閱讀相關書籍和技術資料，進行工程實踐調研，這無形中擴充了學習形式，豐富了學習內容，拓展了知識面，而且強化了交流、合作、責任心和工程意識。
除此以外，要想提高專業課教學效果，學習興趣的培養也很重要。這方面，許多老師都認識到學習興趣培養的重要性，但是培養學習興趣的方法和措施不同。其實，每一門課程都有自己獨具的魅力和獨具的美麗，無需用題外話提高學習興趣。課程內容開發好了，其自身的美麗和魅力自然表現出來。
再者，教學措施與教學目標一定要相對應。教學過程中注重學生學習能力的培養，而不是單獨傳授知識，整個教學過程最好順勢而發，這個勢的主題應該是學生。課堂教學教師不要做全部，應給學生思考空間。課外最好有閱讀空間——包括閱讀材料和時間。鼓勵學生到工廠去，到工程實踐中去。教師也可把校外的人才請進課堂參與教學，這對提高教學效果都是至關重要的。
3 結束語
教學中實踐環節的設置是非常重要的，專業課的教學中，項目和討論環節的設置，使學生的知識系統化，使學習過程與解決工程問題相結合，激發了學生的創造力和學習興趣，對于培養學生的學習能力和綜合素質，培養嚴謹求實創新向上的理論聯系實際的學風起著重要作用。
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