基金项目：陕西省教育科学“十四五”规划2022年度“基于CDIO教育模式的理论课与实践课的比较衔接融合教学研究---以电子信息专业的物理传感器专业课程模块为例”课题（课题批准号：SGH22Y1759）成果。

0 引言

随着科学技术的迅猛发展，特别是人工智能、微电子技术与信息处理技术的发展，各种领域都需要获取物理量、化学量、生物量等信息量，而且对测试信息的精确度要求越来越高，这对传感器技术提出了更高更新的要求，传感器技术是以信息的传感、转换与处理为核心的三大现代信息技术之一。

传感器技术是高等理工院校电子信息类专业必修的一门重要的多学科交叉的专业课，主要内容有传感器与检测技术基础，各类传感器的工作原理、结构、性能、测量电路及其系统应用设计等。新时期需要高素质的应用型的创新性人才，而当前的传感器技术课程教学存在很多问题，本文提出了基于CDIO的传感器应用技术的多维度融合优化的教育教学模式，它旨在以先进的教育理念为核心，指导传感器应用技术课程教学，进行全方位的教育教学改革，提高教学质量，对实现人才培养目标具有十分重要的意义。

1 传感器技术课程教学现状分析与定位改革方向

依据专业人才培养方案和课程教学大纲^[1]，传感器应用技术是以大学物理、电路分析、信号与系统等为基础的综合应用性课程， 其中教学安排为理论32课时+实践16课时，主要内容有传感器与检测技术基础，各类传感器的工作原理、结构、性能、测量电路及其系统应用设计等。采用YC－3000型传感器系统综合实验装置，对每类传感器配有不同层次的传感器组合测试模块。目前，采用的主要教学模式是以教师讲解为主，先进行原理、测量电路及其应用的理论教学，再指导学生完成基础的验证性试验和自主设计性试验。这样传统的教学模式，主要存在以下问题。

（1）传感器应用技术课程教学内容比较陈旧，不同传感器内容是相互独立而缺乏系统整合性。主要讲解常用传感器的结构原理、基本测量电路和简单应用，对传感器的综合应用和系统设计部分涉及较少，只要求学生对新型传感器做简单了解从而不能体现科技发展前沿或应用趋势。这样的教学内容，限制了学生的视野和探究创新意识。

（2）以传统的课堂讲授教学模式为主，体现在教师课堂讲解与学生被动接受，简单的板书与课件辅助教学，没有充分激发学生的学习兴趣和能动性，显现的是教学内容枯燥课堂气氛不够活跃，从而不利于发掘学生个体潜在能力，不利于培养学生发现、分析和解决问题能力，不利于培养学生理论联系实际能力和创新思维。

（3）传感器实验装置是由综合的信息调理系统和不同传感器功能模块组成的，其稳压电源、敏感元件、转换元件、运算放大器、测试仪表等是已基本固化封闭且不易拆卸的。在教师的引导演示纸上谈兵下，学生看不到实际的元器件模型或测试电路设计，不能进行实际的元器件焊接训练，只能进行简单的元器件组装与电路连接，从而限制了学生动手操作能力和科学实验探索能力。

结合以上的主要教学现状分析，可进一步明确定位传感器应用技术课程的教学改革方向。

其一、要与时俱进的更新教学内容，首先需要教师时刻关注传感技术应用发展前沿问题，根据专业人才培养方案的课程目标要求，所选择或自编的合适的新型态教材，要兼顾基础设计与新型拓展的统一，要体现传统文字与二维码链接资源的统一。其二、要采用多种方法融合优化的教学模式，利用学习通等网络资源平台，开展问题或任务或项目驱动教学，启发学生思维进行交互学习。其二、学习APP或虚拟仿真软件，采购配备开发性的传感器系统试验平台，加强与其他高等院校、学术结构或企业之间的合作。

2 基于CDIO的传感器应用技术的多维度融合优化的教学模式

2.1 新CDIO教育理念概述

新CDIO教育教学模式，是2004 年由MIT航空航天系院士Edward Crawley团队创立的，提出了培养具有特定工程背景的工程师愿景，建构了由通识、专业、任选课程构成的模块化课程体系。它代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），让学生从构思到运作，主动思考、介入、学习和动手实践，全面提升学生知识水平、实践能力和个人综合素质，达到培养高素质、重实践、综合性和创造性高级人才目的。

新CDIO教育模式，广泛应用在工程专业教育的培养模式、建设课程体系、课程教学等方面。在专业培养体系层面，新CDIO教育模式，通过课程设计、实施和课程评价，实现CDIO的课程改革目标，让学生掌握专业基础知识、工程新产品、新过程、新系统创建和运行、理解技术发展重要性。在课程教学实施层面，主要研究是把CDIO教育模式融入到传统的课程教学中，改变传统的基础课与专业课、理论与实践课等的教学模式，培养新时代的工程专业技术人才。

2.2 基于CDIO的传感器应用技术的多维度融合优化的教学模式

以新CDIO教育的三个核心文件为指导，不断完善电子信息类专业的人才培养方案和课程教学大纲，提出了基于CDIO的传感器应用技术的多维度融合优化的教学模式^[2-3]，从而达到知识、能力、素质的三维一体化的课程基本要求。

基于CDIO的知识目标体系：以从属关系分析传感器应用技术课程内容，包括传感器基础知识和各类传感器模块知识；从应用角度分析传感器技术课程内容，包括原理结构、基本测量电路、信号调理系统。建构基于CDIO的知识目标体系，要以CDIO大纲2.0为基础，以工程应用问题为导向，学习相关的物理基础知识、相关传感器的原理结构的基础工程知识、进行双向多因素的思维方法训练的高级工程知识，形成一个从问题到知识应用到分析反馈拓展的知识思维导图。

基于CDIO的能力目标体系：通过传感器应用技术学习，培养学生的学习知识的基本认知能力、认识和解决工程问题的职业技术能力和进行实践探索团队协作的人际交往能力等。建构基于CDIO的能力目标体系，要以发现提出问题为起点，从书本、元器件或网络资源等知识的载体中培养收集、认识、加工、记忆和应用知识的能力，从元器件的选择、制定实验方案、搭建实验系统、实验探索和验证、开发应用研究等培养分析解决问题的能力和创新思维能力，从组建实验团队、分工协作、学习交流等培养表达、沟通和交流能力。

基于CDIO的素质目标体系：以传感器应用技术课程为载体，需要造就德才兼备的高素质人才，是国家和民族长远发展的大计。建构基于CDIO的素质目标体系，要坚持立德树人，从传感器技术发展中感悟科学家精神，学习必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学创新思维，崇尚科学探索精神，提升科学素质水平；要坚持职业操守，遵守行业规范，以理论指导实践，分析解决工程问题，建立软硬件模型，进行系统测试和验证，制定应用和维护方案，感悟大国工匠精神，提升职业素养。

加强多元化的过程考核评价体系，实现和维护基于CDIO的知识能力素质的目标体系。

以专业人才培养方案，分解细化传感器应用技术课程培养目标，C构思-具体学习任务，D设计-教学过程的考核内容，I实现-开展实验实践探索，O运作-收集和分析考评信息，E考评-考核评价多元化目标达成度。

3 基于CDIOE的温度检测传感器的案例教学设计

以基于CDIO的三维一体化的传感器应用技术目标体系，开展基于CDIO的传感器应用技术的多维度融合优化的教学实践模式^[4-5]，同时与传统的传感器应用技术教学模式相比较，建立了基于CDIOE的传感器应用技术的教学与考评相统一的教学实践模式，具体的五个教学实施环节为C构思单元→D设计单元→I实现单元→O运作单元→E考评单元。

基于CDIO的传感器应用技术课程内容，以工程应用为主线并兼顾测试基础知识-重点应用设计-难点突破技术，基础内容是具有共性的传感器的基础知识；重点内容是不同应用型传感器设计，如位移检测传感器、力学量检测传感器、流量检测传感器、温度检测传感器、成像检测传感器、新型传感器等；难点内容是传感器的关键应用技术。因此，在教学实施过程中，要坚持兼顾共性与个性、理论与实践、重点与难点的辩证统一，以下为基于CDIOE的温度检测传感器的案例教学设计。

C构思单元：第一步，提出问题，即温度测量有什么重要作用？测量温度有哪些方法？怎样设计一个温度测量传感器？第二步，假设问题，即如果设计一个温度测量传感器，那么需要做哪些准备工作？这需要的储备知识、元器件、软件等？第三步，让学生秉承自主自愿原则，组建3人小团体，进行明确分工互相协作，搜集与温度相关的文献资料，对查阅的文献资料整理分析，经过讨论明确自己的选题，并确保所选的题目具有一定的实际价值或意义。

D设计单元：在构思的基础上，进一步分析所选定的题目，小组讨论确定设计目的和任务，必须明确温度测量的精确度。学习整理设计原理及其功能，确定所需要的元器件型号与数量，设计输入测量电路、补偿电路、放大电路、反馈电路、辅助电源和输出电路。在实际设计中，目的、元器件与信号调理电路要匹配，采用全桥输入测量电路则可以最大程度的减小误差提高灵敏度，采用对称的差分放大电路可以有效提高放大倍数，根据实际需求增减温度补偿电路与反馈电路。

I实现单元：在设计的基础上，要制定出项目方案，包括完善设计目的与任务、原理与功能、元器件选择及其详细的型号数量清单。绘制温度检测信号调理电路，可以先手绘确认温度测量电路，再仔细检查各元器件与功能电路模块连接的准确性。利用电脑仿真软件Multisim，或手机APP-EveryCircuit，搭建温度检测电路；通过虚拟仿真分析，该电路是否正常运行，若能正常运行说明电路设计是合理可行的，若输出数据达到预期效果则说明元器件选择是适合的，若不正常则要重新检查设计电路或选择更换合适的元器件。

O运作单元：经过设计单元，验证实验原理的正确性，确定元器件选择的适配性，搭建的温度检测电路的合理性。根据电路设计图，清点并确认元器件清单，在电路板上焊接元器件或导线。在焊接实物时，先进行合理分划区域，使布局功能分明，切要尽量减少干扰。分区焊接时，先后顺序是输入测量电路、差分放大电路、输出电路、补偿电路、反馈电路，每个功能区域先焊接元器件后焊接导线，注意元器件的初始值设定，以保护元器件。在焊接完电路时，先逐个逐级检测，有无焊接错误或松动，确保无误后闭合开关运行，检测输出数据是否合理或达到预期设计目的。

E考评单元: 通过CDIO的项目实施，分析整合温度检测传感器设计过程，完善实验原理部分，确定所用元器件清单，细化温度检测电路，统计实验数据，进行数据处理，分析误差确定精确度，得出合理的结论，撰写研究报告。进行项目答辩，阐述项目过程，说明项目实现目的，与实际相联系，指出项目优点，说出项目的应用价值，同时明确不足之处。通过小组互评与答辩评委评价1:1比例，按照报告内容40分、过程10分、创新20分、答辩30 分，给出最后的成绩、评语及其建议。在答辩后，进一步完善研究报告，明确将来的探究方向，总结经验收获或心得体会。

4 结束语

基于CDIO的传感器应用技术的多维度融合优化的教育教学模式，是以新CDIO工程教育理念为指导，分析了传感器应用技术课程的教学现状，指出存在问题并明确了教学改革方向，完善了专业人才培养方案，细化了课程培养目标。在此基础上，建构了基于CDIO的知识、能力、素质三维一体化的课程目标体系，制定基于CDIOE的温度检测传感器的案例教学设计。经过教学改革实践过程，取得了良好的教学效果，突显了先进CDIO的工程教育模式，对将来的研究具有一定的参考价值。

参考文献

[1]李晟,李玉晓.基于CDIO的人工智能和电子信息科学与技术复合型创新人才培养模式研究[J].高教学刊,2023,9(35):59-62.

[2]刘菊,靳宏,刘备.基于CDIO理念的“传感器检测技术”课程教学改革研究[J].山东电力高等专科学校学报,2023,26(3):53-56.

[3]邱忠超,蔡建羡,姚振静,等.基于CDIO理念的传感器与检测技术实践教学改革探索[J].大学教育,2022(2):83-85.

[4]宋珂,罗婕.基于CDIO的工业控制工程任务化实验教学研究与探索[J].机械设计与制造工程,2024,53(6):138-142.

[5]段荣霞,郎宾,李楠.基于CDIO工程教育模式的“电工电子实训”课程教学设计研究[J].工业和信息化教育,2024(5):76-80.