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摘 要：CDIO理念是麻省理工学院和瑞典皇家工学院等国际知名大学依托产品研发全过程创立的全新的工程教育理念;“新工科”建设以培养具备品行、知识、能力和思维的工程领导人才为目标。结合CDIO工程教育的创新教育理念和“新工科”培养目标，探索构建基于CDIO理念的“新工科”《测控总线与虚拟仪器》的教学改革，主要从课程体系、教学模式、师资力量和评估方法等方面着手，将CDIO渗透到课堂教学和课后实践之中，以达到培养创新型工程科技人才的目的，为工科院校的创新型人才培养提供一种新思路。
关键词：教学改革 CDIO理念 新工科 测控总线
中图分类号：TP311.1 文献标识码：A文章编号：1674-098X（2021）05（b）-0208-04
Teaching Reform on Instrument Bus and Virtual Instrument for "New Engineering" Based on CDIO
LIU Yongming ZHAO Zhuanzhe ZHANG Zhen CHEN Yu
（School of Mechanical and Automotive Engineering， Anhui Polytechnic University， Wuhu， Anhui Province， 241000 China）
Abstract： The CDIO concept is a brand-new engineering education concept created by famous international universities such as MIT and KTH Royal Institute of Technology based on the whole process of product development. The construction of "New Engineering" aims at cultivating engineering leaders with moral character， knowledge， ability and thinking. Combined with the innovative Engineering education concept of CDIO and "New Engineering" training objectives， the new teaching mode on instrument bus and virtual instrument for "New Engineering" is put forward in this paper. The CDIO concept is infiltrated into classroom teaching and after-school practice mainly from the aspects of curriculum system， teaching mode， teacher strength and evaluation methods， etc.， so as to achieve the purpose of cultivating innovative engineering science and technology talents. It will provides a new way of thinking for engineering colleges.
Key Words： Teaching reform; CDIO concept; New Engineering; Instrument bus
《測控总线与虚拟仪器》是一门面向21世纪、反映现代测试和控制技术水平的专业课，该课程以常用的仪器仪表总线知识为核心，结合虚拟仪器技术，致力于构建面向企业和生产现场实际需求的测控系统，侧重培养学生的专业实践动手能力，为学生毕业后从事测控领域及相关领域的工程技术工作、科学研究打下坚实基础。作为测控技术与仪器专业的主干课程，对于整个专业的后续知识学习起到了承前启后的重要作用，但在多年的实际教学过程中，发现该课程采用传统的教学方式存在着一些问题，如内容陈旧、轻实践重理论等问题，与学校、专业的培养定位不完全重合，因此，本文尝试将CDIO理念和“新工科”培养目标融入到该课程的教学改革中，为培养既满足国家战略需求，满足学生个人成长需求做了一些初步探索。
1 目前存在的问题
1.1 教学内容更新不及时，教学方法没有创新
有些教学的内容陈旧过时，如STD总线、EISA总线、GPIB总线技术等，这些内容虽然在一定时期内被工业界广泛应用，但随着时代和科技的发展，这些技术已慢慢没落且逐渐被淘汰或者边缘化，没有及时把工 业界的目前主流技术进行更新补充;课程讲授采用传统的填鸭式教学，没有跟上时代的发展步伐，教师不知疲倦地主动灌输、学生麻木地被动接受的方式，忽略了学生作为主体的学习特点，从而造成学生学习积极性不高，厌课情绪严重。
1.2 理论与实践脱节，重理论轻实践
理论教学与实践教学的学时比例为9：1，使得学生课下实践操作动手的时间不足，实操动手能力弱，对于讲过的理论知识没有充分理解，谈不上融会贯通，学生在极其有限的实验课上，相互之间不能充分交流和沟通，谈不上团队协作。虽然掌握了仪表总线和虚拟仪器的基本理论，但缺乏对测控系统整体性理解的过程和实践环节，因此并不能从系统的观点深刻理解测控过程中各个子系统、子模块的相互关系，对实际测控系统开发能力存在严重不足，不能满足现代企业对人才的需求。 1.3 期末考试“一锤定音”的考核方式不合理
大部分课程均采用期末考试成绩作为最终衡量学生对这门知识的掌握程度，使得部分学生出现平时不努力，考前抱佛脚现象，从而导致“高分低能”现象出现，或者真正平时注重实践、动手能力强的学生可能由于考试发挥问题而出现不及格现象，严重打击学生的积极性。
2 CDIO和“新工科”的教学理念
CDIO是Conceive-Design-Implement-Operate这4个英语单词的首字母缩写，意为构思、设计、实现、运作，是由美国麻省理工学院和瑞典3所知名工科高校在2000年合作开发的工程教育模型[1]，以产品的研发到运行的生命周期为载体，以工程项目为教学对象，通过“做中学”等方式，让学生以主动的、实践的、团队协作的方式学习工程理论、技术与经验[2]，全面提升学生的专业知识、综合素质和创新精神，以满足社会对创新型高级工程技术人才的需求。
2005年，CDIO的教育理念被我國高校重视，汕头大学工学院带头学习研讨CDIO工程教育模式并在一些课程中加以实施[3]，引起轰动，起到了很好的示范作用。目前已有多个工科高校（包括清华大学、上海交通大学、华中科技大学等）和职业学院将CDIO的工程教育理念应用于课程的教学或课程设计等之类的实践类课程之中，均取得了不错的教学效果[4-9]。
“新工科”建设理念形成于2017年的“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，是一项持续深化工程教育改革的重大行动计划。“新工科”建设以培养具备品行、知识、能力和思维的工程领导人才为目标[10-13]。由“新工科”建设引发的我国工程教育模式创新，既需要满足国家战略需求，又需要满足学生个人成长需求。由此可见，CDIO教育模式和“新工科”建设都在综合素质上对工程人才提出了更高的要求。
3 教学改革探索
根据测控技术与仪器专业以及我校的“具备设计师设计能力和工程师的动手能力”的人才培养定位课题组全体成员以项目为依托，结合“做中学”的CDIO工程教育理念，对《测控总线与虚拟仪器》的传统教学模式进行一些改革探索。
3.1 基于CDIO工程理念的课程结构调整
根据本学科最新发展动态，及时更新教学大纲，对教学内容进行合理的筛选、补充、更新和重组、完善，如删去STD、RS-422、PC104等总线内容，略讲RS-232C、IEEE1394、ISA等总线技术，增加USB3.0、CAN总线、DeviceNet、蓝牙技术等技术，重组PCI总线技术和虚拟仪器技术，使教学内容既能保持本学科核心知识不变，又能与时俱进不落伍，优化重组学时分配，使教学结构同时又符合学生认知发展规律的逻辑结构。
3.2 基于CDIO工程理念的教学方法的改革
坚决拒绝填鸭式传统教学方式，以CDIO工程教育理念为指导，采用“互动研讨”的教学模式。以学生为主体，让学生主动表达，打破传统的班级整体上课方式，以项目小组的方式进行分组交流，在积极探讨交流中学习，在研讨过程中丰富学生的知识和提高自身的能力，因材施教，侧重培养学生自主思维、发散思维，授学生以渔而非鱼。
3.3 基于CDIO工程理念的项目实践教学改革
根据《测控总线与虚拟仪器》所涉及的内容，将本学科教师的科研项目进行合理分解，化整为零，作为学生的实验项目，使学生可以及时了解到学科的最新研究动向，开阔视野，了解书本以外的工程实际问题，以此培养学生的创新精神和实践能力，提高学生理论与实际实践相结合的贴合度，培养学生的工程意识、专业素质，以及创新精神和实践能力。截至目前，我们已成功地形成了将近30个不同类型的、适合学生做的实验项目（如RV减速器动态性能测试平台设计、智能小车控制装置设计、无线温度数据采集与传送装置设计、手持式环境测试仪设计、群体机器人踢足球设计、基于CDMA的无线图像监控终端设计、USB数据采集系统、超低频虚拟信号发生器、防盗防撞监视仪器、智能行驶速度限制器等）作为学生的产品设计，使他们的思想、知识在实践中得到应用和升华，极大地提高了学生学习的成就感和荣誉感。
3.4 基于CDIO模式的高素质教师队伍的建设
高等工科院校普遍存在着教师缺乏工程实践训练和创新意识不足的问题，因此，根据CDIO的教育理念，必须加强教师工程能力。目前，本课题组授课教师要求至少有一年的企业实际挂职锻炼经历，参加过工程实践项目的实际锻炼，真正解决高学历教师实践经验缺乏的问题，从而能够更好地指导学生进行项目设计和创作，带领学生在工程实践训练中，能力真正得到提高。
3.5 基于“新工科”思政育人的思想建设的培养目标
CDIO 教育模式下的测控总线及虚拟仪器教学应立足理论教学和能力培养的基础上，挖掘课程中蕴含的思政元素，将思政教育融入课堂教学之中，强化文化自信，培养学生对外讲好中国故事的能力，重视品格塑造，实现思政育人。服务“新工科”建设的测控总线及虚拟仪器教学还应注重“工匠精神”的培养。“工匠精神”培养不仅使学生具有较强的工程知识和技能，而且还使其具有专注细致、精益求精的职业精神。
3.6 基于CDIO的课程考核方法
侧重过程而不是最终结果，也是CDIO理念的一部分。因此，我们把评定该课程的内容分为3个部分，除继续保留平时成绩和理论课考试外，把以前的实验部分学时增大，由原来的4学时变成现在的20学时，内容变成学生作品展示部分，要求4～5个不同特长的学生自由组合，根据自身兴趣和特点，形成不同任务的项目小组，同时把各部分的权重进行重新优化，具体如表1所示。多元化的成绩构成，可以有效地克服传统考试成绩评价的弊端，把创新型人才应具备的思维、知识、能力、个性、协作等各方面的要素纳入评价体系，以形成一种引导、激励学生德、智、体全面发展和创新素质全面提升的发展性评价体系。 4 结语
测控技术与仪器专业是我校的特色专业之一，对全校专业培养有着引领作用，经过近年来的一系列基于CDIO理念的改进和探索，在《测控总线及虚拟仪器》这门课程中已初步获得了一些成果，基本达到了培养创新型工程科技人才的目的，为工科院校的创新型人才培养提供一种新思路。
参考文献
[1] 顾雯雯.“新工科”背景下基于CDIO模式的《传感器与测试技术》教学改革[J].科技创新导报，2019，16（18）：202-203，205.
[2] 杨龙成，孙连海，石磊，等.基于CDIO模式的物联网技术基础课程教学改革——以成都师范学院为例[J].软件导刊（教育技术），2019，18（11）：59-60.
[3] 顾佩华，胡文龙，陆小华，等.从CDIO在中国到中国的CDIO：发展路径、产生的影响及其原因研究[J].高等工程教育研究，2017（1）：24-43.
[4] 林健，胡德鑫.国际工程教育改革经验的比较与借鉴——基于美、英、德、法四国的范例[J].高等工程教育研究，2018（2）：96-110.
[5] 胡冬青.基于CDIO理念的半导体器件设计课程教学研究[J].教育教学论坛，2020（18）：282-283.
[6] 李艳，高艺航，张帅.基于CDIO的高职物联网工程专业层次化实践教学体系的创新研究[J].计算机产品与流通，2020（4）：189，193.
[7] 俞彦勤，廖敦明，樊自田.基于CDIO的模具CAD/CAE/CAM实验教学体系的构建[J].高教学刊，2019（17）：107-109.
[8] 胡志荣，温金龙.基于CDIO理念的高职机械设计课程改革初探[J].南方农机，2020（7）：214.
[9] Cui F . Application and evaluation of "CDIO" in innovation and entrepreneurship education in higher vocational colleges[J]. Journal of Physics Conference Series， 2020， 1629（1）：012077.
[10] 安达，张建光，魏连秋，等.基于CDIO理念的应用型新工科人才培养模式改革與研究[J].产业与科技论坛，2019，18（5）：162-163.
[11]张颖.以培养新工科人才为目标对高校CDIO体系建设的思考[J].教育现代化，2018（1）：151-153.
[12]张歌林.新工科背景下大学生体育实践能力培养路径研究[J].当代体育科技，2019，9（35）：122-124.
[13]李筱筱，王慧儒，黄迎春.新工科背景下大学英语OBE教学模式研究[J].科技资讯，2020，18（13）：94-95.
关键词：教学改革 CDIO理念 新工科 测控总线
中图分类号：TP311.1 文献标识码：A文章编号：1674-098X（2021）05（b）-0208-04
Teaching Reform on Instrument Bus and Virtual Instrument for "New Engineering" Based on CDIO
LIU Yongming ZHAO Zhuanzhe ZHANG Zhen CHEN Yu
（School of Mechanical and Automotive Engineering， Anhui Polytechnic University， Wuhu， Anhui Province， 241000 China）
Abstract： The CDIO concept is a brand-new engineering education concept created by famous international universities such as MIT and KTH Royal Institute of Technology based on the whole process of product development. The construction of "New Engineering" aims at cultivating engineering leaders with moral character， knowledge， ability and thinking. Combined with the innovative Engineering education concept of CDIO and "New Engineering" training objectives， the new teaching mode on instrument bus and virtual instrument for "New Engineering" is put forward in this paper. The CDIO concept is infiltrated into classroom teaching and after-school practice mainly from the aspects of curriculum system， teaching mode， teacher strength and evaluation methods， etc.， so as to achieve the purpose of cultivating innovative engineering science and technology talents. It will provides a new way of thinking for engineering colleges.
Key Words： Teaching reform; CDIO concept; New Engineering; Instrument bus
《測控总线与虚拟仪器》是一门面向21世纪、反映现代测试和控制技术水平的专业课，该课程以常用的仪器仪表总线知识为核心，结合虚拟仪器技术，致力于构建面向企业和生产现场实际需求的测控系统，侧重培养学生的专业实践动手能力，为学生毕业后从事测控领域及相关领域的工程技术工作、科学研究打下坚实基础。作为测控技术与仪器专业的主干课程，对于整个专业的后续知识学习起到了承前启后的重要作用，但在多年的实际教学过程中，发现该课程采用传统的教学方式存在着一些问题，如内容陈旧、轻实践重理论等问题，与学校、专业的培养定位不完全重合，因此，本文尝试将CDIO理念和“新工科”培养目标融入到该课程的教学改革中，为培养既满足国家战略需求，满足学生个人成长需求做了一些初步探索。
1 目前存在的问题
1.1 教学内容更新不及时，教学方法没有创新
有些教学的内容陈旧过时，如STD总线、EISA总线、GPIB总线技术等，这些内容虽然在一定时期内被工业界广泛应用，但随着时代和科技的发展，这些技术已慢慢没落且逐渐被淘汰或者边缘化，没有及时把工 业界的目前主流技术进行更新补充;课程讲授采用传统的填鸭式教学，没有跟上时代的发展步伐，教师不知疲倦地主动灌输、学生麻木地被动接受的方式，忽略了学生作为主体的学习特点，从而造成学生学习积极性不高，厌课情绪严重。
1.2 理论与实践脱节，重理论轻实践
理论教学与实践教学的学时比例为9：1，使得学生课下实践操作动手的时间不足，实操动手能力弱，对于讲过的理论知识没有充分理解，谈不上融会贯通，学生在极其有限的实验课上，相互之间不能充分交流和沟通，谈不上团队协作。虽然掌握了仪表总线和虚拟仪器的基本理论，但缺乏对测控系统整体性理解的过程和实践环节，因此并不能从系统的观点深刻理解测控过程中各个子系统、子模块的相互关系，对实际测控系统开发能力存在严重不足，不能满足现代企业对人才的需求。 1.3 期末考试“一锤定音”的考核方式不合理
大部分课程均采用期末考试成绩作为最终衡量学生对这门知识的掌握程度，使得部分学生出现平时不努力，考前抱佛脚现象，从而导致“高分低能”现象出现，或者真正平时注重实践、动手能力强的学生可能由于考试发挥问题而出现不及格现象，严重打击学生的积极性。
2 CDIO和“新工科”的教学理念
CDIO是Conceive-Design-Implement-Operate这4个英语单词的首字母缩写，意为构思、设计、实现、运作，是由美国麻省理工学院和瑞典3所知名工科高校在2000年合作开发的工程教育模型[1]，以产品的研发到运行的生命周期为载体，以工程项目为教学对象，通过“做中学”等方式，让学生以主动的、实践的、团队协作的方式学习工程理论、技术与经验[2]，全面提升学生的专业知识、综合素质和创新精神，以满足社会对创新型高级工程技术人才的需求。
2005年，CDIO的教育理念被我國高校重视，汕头大学工学院带头学习研讨CDIO工程教育模式并在一些课程中加以实施[3]，引起轰动，起到了很好的示范作用。目前已有多个工科高校（包括清华大学、上海交通大学、华中科技大学等）和职业学院将CDIO的工程教育理念应用于课程的教学或课程设计等之类的实践类课程之中，均取得了不错的教学效果[4-9]。
“新工科”建设理念形成于2017年的“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，是一项持续深化工程教育改革的重大行动计划。“新工科”建设以培养具备品行、知识、能力和思维的工程领导人才为目标[10-13]。由“新工科”建设引发的我国工程教育模式创新，既需要满足国家战略需求，又需要满足学生个人成长需求。由此可见，CDIO教育模式和“新工科”建设都在综合素质上对工程人才提出了更高的要求。
3 教学改革探索
根据测控技术与仪器专业以及我校的“具备设计师设计能力和工程师的动手能力”的人才培养定位课题组全体成员以项目为依托，结合“做中学”的CDIO工程教育理念，对《测控总线与虚拟仪器》的传统教学模式进行一些改革探索。
3.1 基于CDIO工程理念的课程结构调整
根据本学科最新发展动态，及时更新教学大纲，对教学内容进行合理的筛选、补充、更新和重组、完善，如删去STD、RS-422、PC104等总线内容，略讲RS-232C、IEEE1394、ISA等总线技术，增加USB3.0、CAN总线、DeviceNet、蓝牙技术等技术，重组PCI总线技术和虚拟仪器技术，使教学内容既能保持本学科核心知识不变，又能与时俱进不落伍，优化重组学时分配，使教学结构同时又符合学生认知发展规律的逻辑结构。
3.2 基于CDIO工程理念的教学方法的改革
坚决拒绝填鸭式传统教学方式，以CDIO工程教育理念为指导，采用“互动研讨”的教学模式。以学生为主体，让学生主动表达，打破传统的班级整体上课方式，以项目小组的方式进行分组交流，在积极探讨交流中学习，在研讨过程中丰富学生的知识和提高自身的能力，因材施教，侧重培养学生自主思维、发散思维，授学生以渔而非鱼。
3.3 基于CDIO工程理念的项目实践教学改革
根据《测控总线与虚拟仪器》所涉及的内容，将本学科教师的科研项目进行合理分解，化整为零，作为学生的实验项目，使学生可以及时了解到学科的最新研究动向，开阔视野，了解书本以外的工程实际问题，以此培养学生的创新精神和实践能力，提高学生理论与实际实践相结合的贴合度，培养学生的工程意识、专业素质，以及创新精神和实践能力。截至目前，我们已成功地形成了将近30个不同类型的、适合学生做的实验项目（如RV减速器动态性能测试平台设计、智能小车控制装置设计、无线温度数据采集与传送装置设计、手持式环境测试仪设计、群体机器人踢足球设计、基于CDMA的无线图像监控终端设计、USB数据采集系统、超低频虚拟信号发生器、防盗防撞监视仪器、智能行驶速度限制器等）作为学生的产品设计，使他们的思想、知识在实践中得到应用和升华，极大地提高了学生学习的成就感和荣誉感。
3.4 基于CDIO模式的高素质教师队伍的建设
高等工科院校普遍存在着教师缺乏工程实践训练和创新意识不足的问题，因此，根据CDIO的教育理念，必须加强教师工程能力。目前，本课题组授课教师要求至少有一年的企业实际挂职锻炼经历，参加过工程实践项目的实际锻炼，真正解决高学历教师实践经验缺乏的问题，从而能够更好地指导学生进行项目设计和创作，带领学生在工程实践训练中，能力真正得到提高。
3.5 基于“新工科”思政育人的思想建设的培养目标
CDIO 教育模式下的测控总线及虚拟仪器教学应立足理论教学和能力培养的基础上，挖掘课程中蕴含的思政元素，将思政教育融入课堂教学之中，强化文化自信，培养学生对外讲好中国故事的能力，重视品格塑造，实现思政育人。服务“新工科”建设的测控总线及虚拟仪器教学还应注重“工匠精神”的培养。“工匠精神”培养不仅使学生具有较强的工程知识和技能，而且还使其具有专注细致、精益求精的职业精神。
3.6 基于CDIO的课程考核方法
侧重过程而不是最终结果，也是CDIO理念的一部分。因此，我们把评定该课程的内容分为3个部分，除继续保留平时成绩和理论课考试外，把以前的实验部分学时增大，由原来的4学时变成现在的20学时，内容变成学生作品展示部分，要求4～5个不同特长的学生自由组合，根据自身兴趣和特点，形成不同任务的项目小组，同时把各部分的权重进行重新优化，具体如表1所示。多元化的成绩构成，可以有效地克服传统考试成绩评价的弊端，把创新型人才应具备的思维、知识、能力、个性、协作等各方面的要素纳入评价体系，以形成一种引导、激励学生德、智、体全面发展和创新素质全面提升的发展性评价体系。 4 结语
测控技术与仪器专业是我校的特色专业之一，对全校专业培养有着引领作用，经过近年来的一系列基于CDIO理念的改进和探索，在《测控总线及虚拟仪器》这门课程中已初步获得了一些成果，基本达到了培养创新型工程科技人才的目的，为工科院校的创新型人才培养提供一种新思路。
参考文献
[1] 顾雯雯.“新工科”背景下基于CDIO模式的《传感器与测试技术》教学改革[J].科技创新导报，2019，16（18）：202-203，205.
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[5] 胡冬青.基于CDIO理念的半导体器件设计课程教学研究[J].教育教学论坛，2020（18）：282-283.
[6] 李艳，高艺航，张帅.基于CDIO的高职物联网工程专业层次化实践教学体系的创新研究[J].计算机产品与流通，2020（4）：189，193.
[7] 俞彦勤，廖敦明，樊自田.基于CDIO的模具CAD/CAE/CAM实验教学体系的构建[J].高教学刊，2019（17）：107-109.
[8] 胡志荣，温金龙.基于CDIO理念的高职机械设计课程改革初探[J].南方农机，2020（7）：214.
[9] Cui F . Application and evaluation of "CDIO" in innovation and entrepreneurship education in higher vocational colleges[J]. Journal of Physics Conference Series， 2020， 1629（1）：012077.
[10] 安达，张建光，魏连秋，等.基于CDIO理念的应用型新工科人才培养模式改革與研究[J].产业与科技论坛，2019，18（5）：162-163.
[11]张颖.以培养新工科人才为目标对高校CDIO体系建设的思考[J].教育现代化，2018（1）：151-153.
[12]张歌林.新工科背景下大学生体育实践能力培养路径研究[J].当代体育科技，2019，9（35）：122-124.
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