基于OBE理念的阿里云物聯(lián)網(wǎng)特色課程群教學(xué)探索

王新華 王建芬 張磊 豐明坤

［摘 要］ 產(chǎn)業(yè)升級(jí)和信息化的發(fā)展要求高校培養(yǎng)計(jì)算機(jī)軟硬件和通信技術(shù)綜合性人才，為此探索了OBE理念下阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)特色課程群的教學(xué)模式。課程群圍繞具備通信能力的數(shù)字化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的應(yīng)用開(kāi)展教學(xué)，設(shè)置了三門課程“Arduino系統(tǒng)設(shè)計(jì)”“STM32系統(tǒng)設(shè)計(jì)”和“綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)”，按照OBE“以學(xué)生為主導(dǎo)，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)”的思想規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，在課程中強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，設(shè)計(jì)重過(guò)程的考核方式，理論和實(shí)踐并重，提高了學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)水平，培養(yǎng)了實(shí)踐創(chuàng)新能力，獲得了良好的教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］ OBE教學(xué)；Arduino系統(tǒng)；STM32系統(tǒng)；阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

［基金項(xiàng)目］ 2019年度浙江省高等教育“十三五”第二批教學(xué)改革研究項(xiàng)目“阿里云智能物聯(lián)產(chǎn)教融合教學(xué)研究”（jg20190317）；2020年度浙江省一流課程建設(shè)“數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用”（2020521）；2020年度浙江科技學(xué)院教改課題“基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)過(guò)程管理與評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究”（2020-j14）

［作者簡(jiǎn)介］ 王新華（1968—），男，山西太原人，碩士，浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院副教授，主要從事通信系統(tǒng)研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.3 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1674-9324（2023）10-0109-04［收稿日期］ 2022-04-22

引言

隨著信息化的大力發(fā)展，我國(guó)開(kāi)始加快推進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)改造提升和企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，各行業(yè)對(duì)于計(jì)算機(jī)軟硬件和電子通信技術(shù)的跨學(xué)科人才需求日益增長(zhǎng)，要求也越來(lái)越高，需具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和很強(qiáng)的實(shí)踐能力，因此，高校在學(xué)生的培養(yǎng)模式和教學(xué)內(nèi)容上需要不斷探索以適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的需求［1］。為了探索不同工科專業(yè)信息化人才綜合能力的培養(yǎng)方法，我校與阿里云計(jì)算有限公司合作建設(shè)了阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室，面向全校工科專業(yè)開(kāi)設(shè)了阿里云物聯(lián)網(wǎng)特色課程群，按照工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的四個(gè)畢業(yè)基本要求“工程知識(shí)、工程能力、通用技能、工程態(tài)度”，再結(jié)合大量工程實(shí)踐來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的阿里云物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)，從而有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展知識(shí)面，增強(qiáng)實(shí)踐能力［2］。

一、課程群目標(biāo)與體系規(guī)劃

（一）課程目標(biāo)設(shè)置

OBE教育理念的首要問(wèn)題是“想讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么”，因此要先設(shè)定教學(xué)目標(biāo)，明確預(yù)期的學(xué)習(xí)成果，教學(xué)活動(dòng)以此為依據(jù)開(kāi)展［3］。信息化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)需要的知識(shí)涉及微控制器軟硬件、傳感器、通信知識(shí)、網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建等。由此，從OBE實(shí)踐能力要求出發(fā)，確定了阿里云物聯(lián)網(wǎng)特色課程群的四個(gè)總體目標(biāo)：（1）掌握數(shù)字化系統(tǒng)的軟硬件基礎(chǔ)知識(shí)，初步具備信息化終端設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力，掌握相關(guān)軟硬件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和測(cè)試工具。（2）掌握基礎(chǔ)通信知識(shí)，初步具備建立通信連接的能力，并能實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備和云平臺(tái)的雙向通信。（3）具備阿里云IoT平臺(tái)的系統(tǒng)應(yīng)用能力，能夠設(shè)計(jì)阿里云平臺(tái)的功能，并能將硬件設(shè)備連接到阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)小型綜合性信息化系統(tǒng)。（4）掌握項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方法，初步具備跨專業(yè)的信息化系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力，具有更寬廣的視野和更強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)。

課程群面向不同專業(yè)的學(xué)生，跨專業(yè)的學(xué)習(xí)能培養(yǎng)學(xué)生健全的人格，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力，更好地發(fā)揮創(chuàng)造力。因此，培養(yǎng)目標(biāo)也符合OBE理念所特別強(qiáng)調(diào)的“學(xué)生在知識(shí)、能力、素質(zhì)三個(gè)方面的協(xié)同發(fā)展”［4］。

（二）教學(xué)體系規(guī)劃

OBE聚焦的另一個(gè)問(wèn)題是“如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果”。為了達(dá)成設(shè)定的課程目標(biāo)，需要在課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)過(guò)程和評(píng)價(jià)上進(jìn)行研究，以獲得預(yù)期的成果［5］。具體實(shí)施需以課程目標(biāo)為起點(diǎn)，反向進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。在課程規(guī)劃時(shí)依據(jù)設(shè)定的四點(diǎn)目標(biāo)，考慮不同專業(yè)和年級(jí)的學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)差異較大，為在時(shí)間和資源上能保障每個(gè)學(xué)生都有取得學(xué)習(xí)成果的機(jī)會(huì)，采用循序漸進(jìn)，分層提高的方案，課程群規(guī)劃了“Arduino系統(tǒng)設(shè)計(jì)”“STM32系統(tǒng)設(shè)計(jì)”和“綜合實(shí)踐課程設(shè)計(jì)”三門課程。“Arduino系統(tǒng)”和“STM32系統(tǒng)設(shè)計(jì)”兩個(gè)課程平臺(tái)都設(shè)定相近的三部分教學(xué)內(nèi)容，但學(xué)習(xí)的深入層次不同，如圖1，具體包括硬件系統(tǒng)原理學(xué)習(xí)、通信原理學(xué)習(xí)、阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)學(xué)習(xí)，最后再通過(guò)一個(gè)“綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)”課程，完成一個(gè)綜合性強(qiáng)的阿里云物聯(lián)網(wǎng)功能系統(tǒng)，培養(yǎng)初步的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)能力。

二、課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

（一）“Arduino系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程

“Arduino系統(tǒng)設(shè)計(jì)”面向大一年級(jí)或大二年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)，是入門級(jí)課程。Arduino作為當(dāng)前非常流行的開(kāi)源平臺(tái)，入門門檻低，學(xué)習(xí)曲線平滑，軟硬件網(wǎng)絡(luò)資源非常豐富，是低年級(jí)或者非信息專業(yè)學(xué)生入門學(xué)習(xí)的理想選擇［6］。“Arduino系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程的內(nèi)容分為七個(gè)部分，如圖2所示。課程講授按照先后順序進(jìn)行，并如圖虛線指向規(guī)劃了各部分的教學(xué)重點(diǎn)。

（二）“STM32系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程

“STM32系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程針對(duì)具備一定基礎(chǔ)的大三年級(jí)以上學(xué)生開(kāi)設(shè)，涉及更深入和廣泛的軟硬件知識(shí)，目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的綜合設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力。課程內(nèi)容包括5個(gè)主題，每個(gè)主題及相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容如圖3所示。在內(nèi)容安排上，LoRa通信在主題2中安排較多學(xué)時(shí)重點(diǎn)講解，再通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能；MQTT協(xié)議在主題3中詳細(xì)介紹協(xié)議的內(nèi)容，并采用測(cè)試工具M(jìn)QTT.fx進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證；主題5采用MQTT協(xié)議連接阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的通信和管理。

（三）“綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)”課程

“STM32系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程之后設(shè)置了一個(gè)“綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)”課程，學(xué)生自由選擇不同的傳感器模塊，在STM32平臺(tái)上將LoRa和WiFi通信結(jié)合設(shè)計(jì)成一個(gè)通信網(wǎng)關(guān)，再連接多個(gè)LoRa傳感節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)并連接阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過(guò)手機(jī)App和網(wǎng)絡(luò)界面進(jìn)行通信控制和管理。課程使學(xué)生能更好地理解和綜合應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)，強(qiáng)化了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，對(duì)提高學(xué)生的信息化系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平有很大的促進(jìn)作用。

三、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)與考核設(shè)計(jì)

（一）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)

阿里云物聯(lián)網(wǎng)特色課程群的教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展緊密結(jié)合，理論實(shí)踐并重，并貫徹“以學(xué)生為中心，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)”的OBE理念，以項(xiàng)目引導(dǎo)來(lái)開(kāi)展教學(xué)。

“Arduino系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程設(shè)置了8個(gè)復(fù)雜程度不同的設(shè)計(jì)型項(xiàng)目，如表1；“STM32系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程設(shè)置了6個(gè)綜合性和復(fù)雜性較高的設(shè)計(jì)型項(xiàng)目，如表2，兩門課程各自的實(shí)踐學(xué)時(shí)都占到了總學(xué)時(shí)的50%；“綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)”課程設(shè)置2周課時(shí)，進(jìn)一步通過(guò)實(shí)踐鞏固所學(xué)知識(shí)。因此整體的課程都側(cè)重于實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

（二）課程考核與測(cè)評(píng)

OBE教學(xué)過(guò)程重視培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力及解決問(wèn)題的能力，傳統(tǒng)的考核模式已經(jīng)不適合以實(shí)踐教學(xué)為主的阿里云物聯(lián)網(wǎng)特色課程。課程考核結(jié)果應(yīng)由多項(xiàng)考核指標(biāo)構(gòu)成，包括課堂互動(dòng)表現(xiàn)、掌握知識(shí)的全面性、設(shè)計(jì)作品的創(chuàng)新性和實(shí)用性、解決問(wèn)題的能力、作品演示講述的完整性等［7］。依此理念改革了考核方式，在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)過(guò)程的不同階段設(shè)計(jì)測(cè)評(píng)指標(biāo)點(diǎn)，依據(jù)課程每個(gè)項(xiàng)目的完成過(guò)程、結(jié)果記錄、評(píng)價(jià)學(xué)生的表現(xiàn)，給出相應(yīng)的成績(jī)等級(jí)，最后匯總成課程成績(jī)。這樣的評(píng)價(jià)方式符合以實(shí)踐能力為主導(dǎo)的教學(xué)理念，比單純的試卷考試更能綜合反映學(xué)生的能力和對(duì)知識(shí)的掌握程度。

結(jié)語(yǔ)

阿里云物聯(lián)網(wǎng)特色課程群以O(shè)BE教學(xué)理念為指導(dǎo)，采用項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)模式，按照“重過(guò)程、促創(chuàng)新”的教學(xué)方式，探索了以工程實(shí)踐能力為培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)方法。課程能使工科專業(yè)的學(xué)生了解數(shù)字信息系統(tǒng)的構(gòu)成，構(gòu)建更完整的“面上寬廣、點(diǎn)上深入”知識(shí)體系，初步具備在本專業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的信息系統(tǒng)的能力，有效提高了學(xué)生的應(yīng)用設(shè)計(jì)水平。選課學(xué)生在浙江省電子設(shè)計(jì)大賽、物理競(jìng)賽、挑戰(zhàn)杯、新苗、春萌等各類學(xué)科競(jìng)賽和創(chuàng)新性項(xiàng)目中獲得獎(jiǎng)項(xiàng)20余個(gè)，課程的開(kāi)設(shè)達(dá)到了培養(yǎng)實(shí)踐能力的教學(xué)目標(biāo)，取得了很好的成效。根據(jù)授課情況和學(xué)生的反饋，后續(xù)在課程教學(xué)內(nèi)容、方法和教學(xué)思想上仍需不斷改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

［1］阿里巴巴.需求導(dǎo)向、數(shù)智驅(qū)動(dòng)、平臺(tái)賦能帶來(lái)浙江新制造［J］.信息化建設(shè)，2019（12）：32-33.

［2］陳利華，趙津婷，姚立敏，等.基于《華盛頓協(xié)議》的高等工程教育的探索與實(shí)踐［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2017（10）：50-54.

［3］教育部學(xué)校規(guī)劃建設(shè)發(fā)展中心.新工科下人才培養(yǎng)“OBE”模式［EB/OL］.（2017-07-13）［2022-03-22］.https：//www.csdp.edu.cn/article/2767.html.

［4］張文柱，熊福力，趙素文.基于OBE的通信工程專業(yè)課程體系研究與優(yōu)化［J］.教育教學(xué)論壇，2021（37）：29-32.

［5］陳美娟，朱曉榮，沈建華，等.基于成果導(dǎo)向教育理念的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐課程教學(xué)模式探索［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2020（8）：166-170+227.

［6］張崇明，葉宏，倪繼鋒，等.本科一年級(jí)開(kāi)設(shè)Arduino選修課的教學(xué)實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2018，35（3）：169-171+194.

［7］姚莉，鄧丹君，倪波.基于OBE的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革研究［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2019（8）：106-108.

Teaching Exploration of Alibaba Cloud IoT Featured Course Group Based on OBE Concept

WANG Xin-hua， WANG Jian-fen， ZHANG Lei， FENG Ming-kun

（School of Information and Electronic Engineering， Zhejiang University of Science and Technology， Hangzhou， Zhejiang 310023， China）

Abstract： The development of industrial upgrading and informatization requires colleges and universities to cultivate comprehensive talents in computer software， hardware and communication technology. Therefore， this paper explores the teaching model of Alibaba cloud Internet of things featured course group under the concept of OBE. The course group focuses on the digital system design with communication capability and the application ? of Alibaba cloud IoT platform. It sets up three courses： Arduino System Design， STM32 System Design and Comprehensive Practical Design. According to OBEs idea of “student-oriented， project-driven and continuous improvement”， it strengthens practical teaching in the course， and designs a process-oriented assessment method. With equal attention to theory and practice， it has improved students comprehensive design level， cultivated their practical and innovative ability， obtaining a good teaching effect.

Key words： OBE teaching; Arduino system; STM32 system; Alibaba Cloud Internet of Things（IoT） platform