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基于CDIO的高等教育专业课的教学探讨
基于CDIO的高等教育专业课的教学探讨李艳文 赵铁石 史艳国 李仕华 王洪波
（燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛066004）
[摘要] 高等教育专业课的教学环节设置直接关系到教学效果，实践性教学环节对于学生实际工程能力的培养更是至关重要。以《机器人技术>课程项目的设置和讨论课的开设为载体，讨论了设置专业课课程项目和讨论课环节的问题，以及其对培养学生高效率学习能力、形成高水平的工程专业能力的重要性。
[关键词]CDIO；教学项目；课堂讨论；专业教学；高等教育
[中图分类号]G642.O
[文献标识码] A
[文章编号] 1005-4634 （2012） 06-0062-02
0 引言
专业课教学是高等教育中的重要环节，其最终目标是高效地培养专业素质优秀的人才。围绕着教学目标，构建教学计划。教学计划下开设的每门课程都是很重要的，对于建设学生的专业素质和提高潜力是不可或缺的。每门课程的教学目的和任务反映了教学最终目标或教学总体目标的基本要求，同样，每门课程教学目的和教学任务的实现是整体教学目标得以实现的必要条件。每门课程的开设都很重要，专业课程更是如此。那么如何组织专业课的教学以更好地实现教学目标呢？教学方法是培养人才的重要环节，关于教学方法的研究是教育工作者最为重视的，在众多的教学方法中，CDIO工程教育方法和模式是近年来国际工程教育的最新成果。2000年，麻省理工大学和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国教学研究获得KnutandAlice Wallenberg基金会近2000万美元的巨额资助，经过四年的探索研究，得到很好的教学效果，于是，创立了CDIO工程教育模式，并成立以CDIO命名的国际合作组织。CDIO以从产品研发到应用的整个周期为教学载体，使学生能够将理论和实践相结合，各门课程之间的知识有机结合，主动应用工程基础知识，不但发挥个人能力，而且必须很好地组织和发挥团队协作能力，才能达到预定目标。这和传统的教学模式有很大区别，那么，在专业课的教学中应如何引入这种模式？本文以《机器人技术》课程的教学为例，谈谈尝试引入CDIO教学模式的教学实践。
1 教学项目的设置
工程能力主要体现在构思、设计、实现和运作上，这种能力仅仅靠理论教学或传统的实验是不能得到充分锻炼的，为此，专业课的教学应该设置适宜的工程项目，设置项目应该考虑以下几点。
1.1项目应紧密结合工程实际
以《机器人技术》课程为例，所设项目是自主设计一个球形果采摘的机械臂和储料的车厢，并装配或安装到原有的智能移动小车上，完成移动采摘机器人的设计、运动控制规划，控制机器人完成识别、采摘和收集等作业，最后以比赛的形式验收项目，赛场布置如图1所示。(职教论文 www.fwsir.com)为了完成项目，所设计的移动机器人必然包括视觉传感器、避障传感器、位移和速度传感器、机械系统和控制系统，又通过比赛考察了应用。移动采摘机器人是一项完整的智能工程系统。此项目的完成能对学生的工程能力有全面的锻炼，再加上学生的举一反三，更能对培养工程能力起到好的效果。
1.2项目应既系统又独立
《机器人技术》课程，按计划主要讲授机器人系统的模型建立，但是在设置项目时，应该考虑到这门课程在整个教学系统中的作用，也就是对培养专业工程人才的作用。把此课程的知识应用放到大的教学系统中去，放到和其它课程的有机结合中去。看到项目要求，学生明白在本课程的项目中应完成什么内容，课程内部所完成的内容具有独立性；而且还要明白所完成的内容在整个工程系统中所起的作用，课程内部所完成的内容是整个系统的一部分。为了完成项目，本门课程必须掌握好，而且也培养了对其它课程的学习积极性。
1.3项目应具有前瞻性而且要考虑学生的能力
《机器人技术》课程的项目考虑了机器人的最新发展，引入机器人视觉技术，学生可以体会机器人智能的建立和实现，同时，要考虑学生的知识基础，在要求上有弹性，使学生能“跳一跳”就够得着，这样能更好地发挥学生的聪明才智，而且使学生得到自己原来没想到的成果，从而产生一种成就感，增强了学习工程、做工程以及将来步入工程领域的兴趣和自信。
1.4项目教学的备课要充分
《机器人技术》课程的项目体现机器人的最新发展，学生需要学习新东西，需要“跳一跳”才能够完成项目任务要求，这“跳一跳”怎么。跳”，需要老师的具体指导。这就要求教师必须开课前做好关于课程项目的充分准备，考虑全面，每个细节都自己做一遍，做的过程中不仅注重知识归纳而且思考每一环节对于培养学生工程能力的作用，有意义的留下；还要考虑教学过程的组织形式，设置什么样的教学载体更能发挥学生的主动性，使学生快乐学习。
2课堂讨论的设置
对照CDIO教学模式，传统教学的薄弱环节主要表现在实践环节，为了增强实践能力，《机器人技术》课程开设了教学项目而且开设了课堂讨论。一门课程对于一部机电一体化产品来讲，是不够的，那么在学习了若干门与机器人相关的课程后，怎么把各门课程的知识通过机器人系统联系起来？也就是怎么把各门理论课的基础知识融合到机器人设计的实践中去？为此，开展了在未进行机器人设计前的综合讨论。本讨论以机器人系统构成的十个相关话题作为讨论题目，以学生查阅资料、总结上台讲演和讨论为教学形式，深入研究探讨机器人各个组成部分所涉及到的知识点及其在工程中的应用，以具体问题的理论解析和提出解决问题的方法为讨论目的，指导学生广泛地查阅相关资料，积极主动地将所学理论知识系统化、工程实践化，这对于提高学生的实践能力，培养学生学以致用的能力，培养学生的学习兴趣，加深专业理论学习，提高行业规范意识都有重要作用。同时，也为后续的实践课程埋下伏笔，有些问题可能是长线话题，需要长期的实践积累和研究，现在触发问题，激发思索并打下基础。讨论课内容的设置主要考虑了以下三点。
2.1 知识系统化
系统化、结构化的知识才能表现为工程能力，每门课程的教材都是按一定的教学体系建设的，但是教材的内容必须具体而明白，这“不可避免地削弱了知识整体中纵、横两向的联系”…，如果教师不采取措施强调各门课程知识间的联系，则学生得到的知识仍是孤立的无联系的，不能形成有机的知识体系。
通过讨论汇报、互相提问讨论和教师参与的形式，将各门课程的知识点围绕机器人设计联系起来，使看起来不相关的课程形成了一个整体的系统，使学生从机器人设计这一工程实践的角度，确确实实地看到了每一门课程的重要作用，于是更有了学习驱动力，对于培养学生的自主学习、提高学习质量有着促进作用。
2.2 理论知识工程实践化
以机器人设计为媒介融合专业理论基础知识，使学生将所学各门课程的理论基础灵活应用到机器人构成设计的实践环节中，达到理论联系实际、学以致用的境界，不但加深了理论课的学习，还培养了学生的工程实践能力。
2.3扩充知识面并学会交流与合作，进一步强化责任心和工程意识
要解决讨论专题，必须查阅文献，阅读相关书籍和技术资料，进行工程实践调研，这无形中扩充了学习形式，丰富了学习内容，拓展了知识面，而且强化了交流、合作、责任心和工程意识。
除此以外，要想提高专业课教学效果，学习兴趣的培养也很重要。这方面，许多老师都认识到学习兴趣培养的重要性，但是培养学习兴趣的方法和措施不同。其实，每一门课程都有自己独具的魅力和独具的美丽，无需用题外话提高学习兴趣。课程内容开发好了，其自身的美丽和魅力自然表现出来。
再者，教学措施与教学目标一定要相对应。教学过程中注重学生学习能力的培养，而不是单独传授知识，整个教学过程最好顺势而发，这个势的主题应该是学生。课堂教学教师不要做全部，应给学生思考空间。课外最好有阅读空间——包括阅读材料和时间。鼓励学生到工厂去，到工程实践中去。教师也可把校外的人才请进课堂参与教学，这对提高教学效果都是至关重要的。
3 结束语
教学中实践环节的设置是非常重要的，专业课的教学中，项目和讨论环节的设置，使学生的知识系统化，使学习过程与解决工程问题相结合，激发了学生的创造力和学习兴趣，对于培养学生的学习能力和综合素质，培养严谨求实创新向上的理论联系实际的学风起着重要作用。
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