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摘要：在分析目前专业课程独立式教学存在问题的基础上，以CDIO理念为指导，以综合性测控系统为依托，将测控技术与仪器专业的大部分专业课程划分为若干课程群，采用从局部到整体、从课程群内到课程群间的方式，将多课程的课堂及实践教学内容进行网状融合。示例性地提出了一些课程融合式教学的具体方法，并对融合式教学的可行性和效果进行了分析与展望，力图为工程学科专业内及专业间课程的融合式教学提供有效的思路。
关键词：CDIO；课程融合；综合性测控系统
作者简介：田志波（1981-），女，辽宁鞍山人，广东石油化工学院自动化系，讲师；刘美（1967-），女，广东廉江人，广东石油化工学院自动化系，教授。（广东?茂名?525000）
基金项目：本文系广东省高等教育教学改革工程项目（BKZZ2011041）、广东省高等教育教学成果奖培育项目（201139277）的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）29-0060-02
CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）的简称，其源于实际工程项目的实施过程，旨在使学生在具有专业理论知识的基础上，能够将其融会贯通，综合运用于实际生产。CDIO理念形成于欧美，但同样适用于中国，相关研究表明，中国目前的教育较为理论化，缺乏真正的工程教育。[1]目前，CDIO教育模式已成为中国高校教育讨论与改革的热点。[2]
高等教育与一般职业教育的最大区别在于其知识体系的全面性与综合性，然而在面对庞杂的课程时，教师和学生似乎都形成了逐个击破的习惯和方法，呈现出一种单科成绩优秀而综合实践创新能力薄弱的局面。现今，课程已经被严格细分，单一课程仅能支撑一个专业工程项目的一小部分，没有课程间的“协作”，无法完成任何一个实际工程项目。
测控技术与仪器是工程类专业的典型代表，要构建一个完整的测控系统需要整合全部专业知识和技能，包括基础理论、专业理论、软件应用、动手实践等多个方面。如果在教学过程中，以工程实践为导向，将多门课程内容相融合进行课堂及实践教学，学生在了解课程体系的基础上，从全局的角度学习局部的知识，相信无论是实践能力还是创新能力都会得到大幅度的提高。当然，融合不能一蹴而就，要形成从局部到整体的网状融合，即将关联性最强的课程先融合，再逐渐扩展到整个课程体系。
CDIO为工程教育提供了行之有效的理念与方法，以此为依据，本文在分析当前测控专业独立式教学存在问题的基础上，介绍多课程融合式教学的思路与框架，并讨论其在课堂和实践教学中实施的一些具体方法，最后对此教学方法的有效性和可拓展性进行了总结与展望。
一、课程独立式教学存在的问题
高校一般为独立式教学模式，即每个课程均由不同的教师讲授，课堂和实践教学内容均根据本课程独立设置，课程考核也仅针对本课程所学内容。从学生最终对专业知识的掌握程度和实践能力来看，目前的这种教学模式似乎存在一些问题。[1]
1.串行课程间联系受重视，并行课程间综合被忽略
课程教学过程中，除自有内容外，最易被提及的往往是其前续（串行）课程的知识。事实上，整个专业课程体系下的课程间均存在着或多或少的联系，然而对于那些同时讲授的并行课程间的联系，特别是在不同教师讲授的情况下，若非有意地设置一些内容去帮助学生理解，则势必被忽略。完全独立地学习某门课程的知识，很难清晰地了解其具体的应用价值，也就很难激发学习的兴趣，也必将影响综合运用能力的提高。
2.课程体系架构不清晰，对专业总体认识不足
无论教或者学，对于专业知识体系的理解都是非常必要的，只有清楚地知道所学每门课程的地位与重要性，才能够有热情有目的地去学习。学生是从入学初的“专业介绍”开始了解这些的，但综合性的介绍一般仅此一次。很多学生对自己所学习的专业缺乏总体认识，认真学习的目的只是为了通过期末考核。这种盲目学习的方式降低了学习的主动性，也阻碍了综合运用和创新思维等能力的发展。
3.单科成绩得到保证，综合创新能力受到限制
独立式教学中的独立式考核方式使得认真努力的学生获得了较好的成绩，高分学生中大多数是“只知其然，不知其所以然”，只会做一些简单的课程实验，不知道要如何与其他专业知识结合才能发挥其作用，更不知道要如何在实际工程中应用这些理论。面对“突然出现”的综合性实践环节，学生们常不知所措。也许“综合”更应该渗透到课程教学的每一个环节。
二、多課程融合式教学模式的思路与框架
本研究源于CDIO理念，即从工程角度出发，以综合性测控系统为依托，将测控专业的部分专业基础课程和专业课程进行融合式教学，主旨为“在教学中相互渗透，在实践中相互协作”。综合性测控系统的构建基于虚拟仪器技术和计算机控制技术，其实体为“综合性虚拟测控平台”，意图以平台为载体，运用多课程内容设计、开发、扩展和维护该平台，并基于该平台有目的性地开展多课程融合式教学。
综合性测控系统由传感器、信号调理电路、数据采集卡、计算机、执行机构、测控对象等硬件构成，平台的应用程序部分采用LabVIEW软件开发，具有多点同步数据采集和实时控制等功能，设计、开发、扩展和维护该平台需要测控专业领域内多课程的知识。本研究针对具体课程在测控系统可能典型支撑的系统部分（包括硬件、软件、理论），将其粗略分为几个课程群。
图1表达了综合性测控系统的总体框架与多课程融合式教学的形式与思路，图中带阴影的方框表示某一具体课程，竖向排列的为课程群，其可重点支撑测控系统的一个组成部分，这类课程小范围内先融合，在此基础上，再融合横向排列的课程群。如，测控系统中传感器及其转换电路的选择、设计、制作，主要由传感器技术、检测技术两门课程作为支撑，当然很可能还将涉及一些其他课程知识的协助，但提及的两门课程是最主要的；还有主要用于完成信号调理电路方面设计与制作的课程群，包括电路、模拟电子技术和数字电子技术三门课程，用于设计和开发数据采集硬件的课程群，包括微机原理及应用、单片机原理及应用和嵌入式原理及应用三门课程，当然在实际应用中这两个课程群的知识运用会有所交叉，故将两个课程群表示为“绑定”模式；软件技术基础、虚拟仪器技术、VC应用开发技术所组成的课程群用以设计和开发协调整个系统正常工作的应用软件，即人机交互软件平台；测控系统的广义被控对象可能涉及到电机及拖动基础和化工仪表自动化两门课程，因此将其列入同一课程群；最后还有一类最重要的课程，属于支撑系统设计与分析的理论性课程群，其包括信号与系统、自动控制原理、现代控制理论、计算机控制技术等四门课程，理论性课程是专业技术的“灵魂”，也是完成测控系统的坚实根基。 实验室现有的“综合性虚拟测控平台”采用模块化形式构建，以常见的电机、温控系统、储液系统等为被控对象，以转速、电流、温度、液位、流量等为被控参数，基于虚拟仪器“软件即是仪器”的思想，平台除必要硬件外，均为软件实现，易于改进、扩展和更新。融合式教学能够促进平台的建设，平台亦会为融合式教学提供有力的实际依据。多课程的融合采用先局部后整体，先纵向再横向的方式，逐渐扩展到整个专业教学体系。
三、多课程融合式教学实施方法
任何一个实际工程项目的都需要专业领域内多方面知识作为支撑，而任何单方面的知识都无法独立支撑一个实际项目。教学过程也是如此，多个课程之间本就环环相扣，只有在教学和实践过程中将其紧密地融合在一起，才能使学生真正系统地认识、理解、掌握专业技术，并进行创新。基于CDIO理念的多课程融合的原则是：采用总－分－总的方式进行教与学，即以同一综合性实践对象为依托，在独立教学过程中重点突出并详细分析与课程内容相关部分，适当略去非相关部分的细节。下面将具体说明多课程融合式教学的实施方法。
1.课程群内纵向融合
在前文中已经探讨过，串行的课程间的融合易受到重视，但一般是在知识体系方面，即前续课程的理论将作为后续课程的基础。但这种融合仅停留在了理论方面，真正在实践环节，往往又将教学独立开来。本研究力图将课程在理论和实践方面均做到紧密融合。
这里以电路、模拟电子技术和数字电子技术所组成的课程群为例，介绍其课程融合教学的思路与方法。此课程群主要用于电子电路的设计与开发，电路是其中最基础最前续的课程，它是电子电路设计的基础，因此也是构建模拟电路和数字电路及其综合电路的基础。以设计开发功放电路为例，在电路课程课堂或实践教学过程中，虽然还没有学习模拟电路，学生对运放毫不知晓，但也不妨以此类功能完整的电路为例进行相关的教学，可将运放视为“黑箱”，将其输入输出信号作为已知条件列出，并忽略运放的内部原理及细节，让学生在对功能性电路有总体认识的基础上，进行电路分析，更有助于其理解运用所学知识。同样的功放电路，在后续的模拟电子技术课程中仍然可以作为实例进行分析，只是此时应将分析设计的重点转移到运放等功能电路部分。实际应用中针对某一功能设计的电路，一般均为模拟电路与数字电路混合而成，虽然数字电子技术是后续课程，仍然可以将此类电路作为教学的示例，只是在模拟电子技术的教学过程中，将数字电路那一部分功能以已知的形式提出，待到数字电子技术教学时，再将重点转移至数字电路部分。这样做，可以使学生清楚地了解所学知识的实际应用，并很容易地建立起课程与课程间的联系，有利于知识的综合运用，同时也体现了CDIO的工程型教育理念。
同理，各课程群内的课程之间可以遵循类似的融合模式，进行课堂与实践教学内容上的融合，在此基础上，进而实现课程群之间的横向融合，即融合式教学将从课程群内逐渐扩展至课程群间，乃至整个课程体系。
2.课程群间横向融合
下面以控制原理课程群和电子电路课程群的融合为例，进行课程群间横向融合方法的说明。如前所述，控制原理课程群本身一般仅基于基本运放电路或MATLAB等软件开展相关实验，学生很难对其具体工程应用形成系统性的认识，而电路开发课程群在设计过程中又需要控制原理辅助分析，比如滤波器以及放大电路的设计，因此两课程群的融合式教学是十分必要的。
在教学过程中，两类课程群可以依托共同的实际对象，基于同一个实验系统，在不同课程教学与实践中各有侧重。如设计制作滤波电路，在控制原理课程群的课程教学中可以将系统的频域特性、时域特性、稳定性等作为重点内容进行分析，而在电子电路课程群的教学中，则可将其电路组成以及其单元器件的设计作为教学重点；再如制作“综合性虚拟测控平台”所需要的参数检测电路、信号调理电路、数据采集卡等，均需要多课程群知识的共同完成，可以在原理性课程中对其进行设计分析，如检测技术、自动控制原理、计算机控制技术等，在电子电路设计开发课程群和微机原理及应用、单片机原理及应用、嵌入式系统原理及应用等硬件开发类课程群的教学中，则依据前续的理论分析进行硬件电路的具体设计，完成实物电路的开发验证。
也就是说，依托诸如“综合性虚拟测控平台”这样的综合性的测控系统，将其组成部分（或硬件或软件）作为少部分课程融合教学与实践的对象，并将其作为阶段性课程综合实践的内容，让学生们在学习中实践，在实践中学习。
基于上述课程群内的纵向融合以及课程群间的横向融合，可以使教与学都做到有的放矢，“综合性虚拟测控平台”只是测控专业融合式教学工程实践对象的一种，并且根据测控对象的不同，系统的软硬件组成也会随之发生一定的变化，但依托工程实践的CDIO教学理念是不变的。多课程融合式教学的实质是多课程间理论与实践教学的充分融合，课程间要做到“你中有我，我中有你”，从局部到整体地将测控专业的知識整合起来，使之可以作为一种专业技术得到更好的运用。
四、结论
本文阐述了基于CDIO理念的多课程融合式教学的目的、思路和方法，并基于自行设计构建的“综合性虚拟测控平台”实施了本文所述内容，使得本专业课程的知识体系与教学内容，更易于综合与灵活运用。学生的学习效果和就业情况充分体现了该教学模式的有效性。当然，这样的教学模式对专业教师也提出了更高的要求，其不仅要掌握课程所需的独立性知识，更要能够深入理解本专业的综合性技术，并具备专业工程实践的能力。
参考文献：
[1]查建中.面向经济全球化的工程教育改革战略——兼谈CDIO工程教育模式实施[J].计算机教育,2010,(11).
[2]康全礼,陆小华,熊光晶.CDIO大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报,2008,(4).
（责任编辑：刘辉）
关键词：CDIO；课程融合；综合性测控系统
作者简介：田志波（1981-），女，辽宁鞍山人，广东石油化工学院自动化系，讲师；刘美（1967-），女，广东廉江人，广东石油化工学院自动化系，教授。（广东?茂名?525000）
基金项目：本文系广东省高等教育教学改革工程项目（BKZZ2011041）、广东省高等教育教学成果奖培育项目（201139277）的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）29-0060-02
CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）的简称，其源于实际工程项目的实施过程，旨在使学生在具有专业理论知识的基础上，能够将其融会贯通，综合运用于实际生产。CDIO理念形成于欧美，但同样适用于中国，相关研究表明，中国目前的教育较为理论化，缺乏真正的工程教育。[1]目前，CDIO教育模式已成为中国高校教育讨论与改革的热点。[2]
高等教育与一般职业教育的最大区别在于其知识体系的全面性与综合性，然而在面对庞杂的课程时，教师和学生似乎都形成了逐个击破的习惯和方法，呈现出一种单科成绩优秀而综合实践创新能力薄弱的局面。现今，课程已经被严格细分，单一课程仅能支撑一个专业工程项目的一小部分，没有课程间的“协作”，无法完成任何一个实际工程项目。
测控技术与仪器是工程类专业的典型代表，要构建一个完整的测控系统需要整合全部专业知识和技能，包括基础理论、专业理论、软件应用、动手实践等多个方面。如果在教学过程中，以工程实践为导向，将多门课程内容相融合进行课堂及实践教学，学生在了解课程体系的基础上，从全局的角度学习局部的知识，相信无论是实践能力还是创新能力都会得到大幅度的提高。当然，融合不能一蹴而就，要形成从局部到整体的网状融合，即将关联性最强的课程先融合，再逐渐扩展到整个课程体系。
CDIO为工程教育提供了行之有效的理念与方法，以此为依据，本文在分析当前测控专业独立式教学存在问题的基础上，介绍多课程融合式教学的思路与框架，并讨论其在课堂和实践教学中实施的一些具体方法，最后对此教学方法的有效性和可拓展性进行了总结与展望。
一、课程独立式教学存在的问题
高校一般为独立式教学模式，即每个课程均由不同的教师讲授，课堂和实践教学内容均根据本课程独立设置，课程考核也仅针对本课程所学内容。从学生最终对专业知识的掌握程度和实践能力来看，目前的这种教学模式似乎存在一些问题。[1]
1.串行课程间联系受重视，并行课程间综合被忽略
课程教学过程中，除自有内容外，最易被提及的往往是其前续（串行）课程的知识。事实上，整个专业课程体系下的课程间均存在着或多或少的联系，然而对于那些同时讲授的并行课程间的联系，特别是在不同教师讲授的情况下，若非有意地设置一些内容去帮助学生理解，则势必被忽略。完全独立地学习某门课程的知识，很难清晰地了解其具体的应用价值，也就很难激发学习的兴趣，也必将影响综合运用能力的提高。
2.课程体系架构不清晰，对专业总体认识不足
无论教或者学，对于专业知识体系的理解都是非常必要的，只有清楚地知道所学每门课程的地位与重要性，才能够有热情有目的地去学习。学生是从入学初的“专业介绍”开始了解这些的，但综合性的介绍一般仅此一次。很多学生对自己所学习的专业缺乏总体认识，认真学习的目的只是为了通过期末考核。这种盲目学习的方式降低了学习的主动性，也阻碍了综合运用和创新思维等能力的发展。
3.单科成绩得到保证，综合创新能力受到限制
独立式教学中的独立式考核方式使得认真努力的学生获得了较好的成绩，高分学生中大多数是“只知其然，不知其所以然”，只会做一些简单的课程实验，不知道要如何与其他专业知识结合才能发挥其作用，更不知道要如何在实际工程中应用这些理论。面对“突然出现”的综合性实践环节，学生们常不知所措。也许“综合”更应该渗透到课程教学的每一个环节。
二、多課程融合式教学模式的思路与框架
本研究源于CDIO理念，即从工程角度出发，以综合性测控系统为依托，将测控专业的部分专业基础课程和专业课程进行融合式教学，主旨为“在教学中相互渗透，在实践中相互协作”。综合性测控系统的构建基于虚拟仪器技术和计算机控制技术，其实体为“综合性虚拟测控平台”，意图以平台为载体，运用多课程内容设计、开发、扩展和维护该平台，并基于该平台有目的性地开展多课程融合式教学。
综合性测控系统由传感器、信号调理电路、数据采集卡、计算机、执行机构、测控对象等硬件构成，平台的应用程序部分采用LabVIEW软件开发，具有多点同步数据采集和实时控制等功能，设计、开发、扩展和维护该平台需要测控专业领域内多课程的知识。本研究针对具体课程在测控系统可能典型支撑的系统部分（包括硬件、软件、理论），将其粗略分为几个课程群。
图1表达了综合性测控系统的总体框架与多课程融合式教学的形式与思路，图中带阴影的方框表示某一具体课程，竖向排列的为课程群，其可重点支撑测控系统的一个组成部分，这类课程小范围内先融合，在此基础上，再融合横向排列的课程群。如，测控系统中传感器及其转换电路的选择、设计、制作，主要由传感器技术、检测技术两门课程作为支撑，当然很可能还将涉及一些其他课程知识的协助，但提及的两门课程是最主要的；还有主要用于完成信号调理电路方面设计与制作的课程群，包括电路、模拟电子技术和数字电子技术三门课程，用于设计和开发数据采集硬件的课程群，包括微机原理及应用、单片机原理及应用和嵌入式原理及应用三门课程，当然在实际应用中这两个课程群的知识运用会有所交叉，故将两个课程群表示为“绑定”模式；软件技术基础、虚拟仪器技术、VC应用开发技术所组成的课程群用以设计和开发协调整个系统正常工作的应用软件，即人机交互软件平台；测控系统的广义被控对象可能涉及到电机及拖动基础和化工仪表自动化两门课程，因此将其列入同一课程群；最后还有一类最重要的课程，属于支撑系统设计与分析的理论性课程群，其包括信号与系统、自动控制原理、现代控制理论、计算机控制技术等四门课程，理论性课程是专业技术的“灵魂”，也是完成测控系统的坚实根基。 实验室现有的“综合性虚拟测控平台”采用模块化形式构建，以常见的电机、温控系统、储液系统等为被控对象，以转速、电流、温度、液位、流量等为被控参数，基于虚拟仪器“软件即是仪器”的思想，平台除必要硬件外，均为软件实现，易于改进、扩展和更新。融合式教学能够促进平台的建设，平台亦会为融合式教学提供有力的实际依据。多课程的融合采用先局部后整体，先纵向再横向的方式，逐渐扩展到整个专业教学体系。
三、多课程融合式教学实施方法
任何一个实际工程项目的都需要专业领域内多方面知识作为支撑，而任何单方面的知识都无法独立支撑一个实际项目。教学过程也是如此，多个课程之间本就环环相扣，只有在教学和实践过程中将其紧密地融合在一起，才能使学生真正系统地认识、理解、掌握专业技术，并进行创新。基于CDIO理念的多课程融合的原则是：采用总－分－总的方式进行教与学，即以同一综合性实践对象为依托，在独立教学过程中重点突出并详细分析与课程内容相关部分，适当略去非相关部分的细节。下面将具体说明多课程融合式教学的实施方法。
1.课程群内纵向融合
在前文中已经探讨过，串行的课程间的融合易受到重视，但一般是在知识体系方面，即前续课程的理论将作为后续课程的基础。但这种融合仅停留在了理论方面，真正在实践环节，往往又将教学独立开来。本研究力图将课程在理论和实践方面均做到紧密融合。
这里以电路、模拟电子技术和数字电子技术所组成的课程群为例，介绍其课程融合教学的思路与方法。此课程群主要用于电子电路的设计与开发，电路是其中最基础最前续的课程，它是电子电路设计的基础，因此也是构建模拟电路和数字电路及其综合电路的基础。以设计开发功放电路为例，在电路课程课堂或实践教学过程中，虽然还没有学习模拟电路，学生对运放毫不知晓，但也不妨以此类功能完整的电路为例进行相关的教学，可将运放视为“黑箱”，将其输入输出信号作为已知条件列出，并忽略运放的内部原理及细节，让学生在对功能性电路有总体认识的基础上，进行电路分析，更有助于其理解运用所学知识。同样的功放电路，在后续的模拟电子技术课程中仍然可以作为实例进行分析，只是此时应将分析设计的重点转移到运放等功能电路部分。实际应用中针对某一功能设计的电路，一般均为模拟电路与数字电路混合而成，虽然数字电子技术是后续课程，仍然可以将此类电路作为教学的示例，只是在模拟电子技术的教学过程中，将数字电路那一部分功能以已知的形式提出，待到数字电子技术教学时，再将重点转移至数字电路部分。这样做，可以使学生清楚地了解所学知识的实际应用，并很容易地建立起课程与课程间的联系，有利于知识的综合运用，同时也体现了CDIO的工程型教育理念。
同理，各课程群内的课程之间可以遵循类似的融合模式，进行课堂与实践教学内容上的融合，在此基础上，进而实现课程群之间的横向融合，即融合式教学将从课程群内逐渐扩展至课程群间，乃至整个课程体系。
2.课程群间横向融合
下面以控制原理课程群和电子电路课程群的融合为例，进行课程群间横向融合方法的说明。如前所述，控制原理课程群本身一般仅基于基本运放电路或MATLAB等软件开展相关实验，学生很难对其具体工程应用形成系统性的认识，而电路开发课程群在设计过程中又需要控制原理辅助分析，比如滤波器以及放大电路的设计，因此两课程群的融合式教学是十分必要的。
在教学过程中，两类课程群可以依托共同的实际对象，基于同一个实验系统，在不同课程教学与实践中各有侧重。如设计制作滤波电路，在控制原理课程群的课程教学中可以将系统的频域特性、时域特性、稳定性等作为重点内容进行分析，而在电子电路课程群的教学中，则可将其电路组成以及其单元器件的设计作为教学重点；再如制作“综合性虚拟测控平台”所需要的参数检测电路、信号调理电路、数据采集卡等，均需要多课程群知识的共同完成，可以在原理性课程中对其进行设计分析，如检测技术、自动控制原理、计算机控制技术等，在电子电路设计开发课程群和微机原理及应用、单片机原理及应用、嵌入式系统原理及应用等硬件开发类课程群的教学中，则依据前续的理论分析进行硬件电路的具体设计，完成实物电路的开发验证。
也就是说，依托诸如“综合性虚拟测控平台”这样的综合性的测控系统，将其组成部分（或硬件或软件）作为少部分课程融合教学与实践的对象，并将其作为阶段性课程综合实践的内容，让学生们在学习中实践，在实践中学习。
基于上述课程群内的纵向融合以及课程群间的横向融合，可以使教与学都做到有的放矢，“综合性虚拟测控平台”只是测控专业融合式教学工程实践对象的一种，并且根据测控对象的不同，系统的软硬件组成也会随之发生一定的变化，但依托工程实践的CDIO教学理念是不变的。多课程融合式教学的实质是多课程间理论与实践教学的充分融合，课程间要做到“你中有我，我中有你”，从局部到整体地将测控专业的知識整合起来，使之可以作为一种专业技术得到更好的运用。
四、结论
本文阐述了基于CDIO理念的多课程融合式教学的目的、思路和方法，并基于自行设计构建的“综合性虚拟测控平台”实施了本文所述内容，使得本专业课程的知识体系与教学内容，更易于综合与灵活运用。学生的学习效果和就业情况充分体现了该教学模式的有效性。当然，这样的教学模式对专业教师也提出了更高的要求，其不仅要掌握课程所需的独立性知识，更要能够深入理解本专业的综合性技术，并具备专业工程实践的能力。
参考文献：
[1]查建中.面向经济全球化的工程教育改革战略——兼谈CDIO工程教育模式实施[J].计算机教育,2010,(11).
[2]康全礼,陆小华,熊光晶.CDIO大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报,2008,(4).
（责任编辑：刘辉）