基于OBE理念的傳感器課程教學(xué)改革實(shí)踐探析

賈應(yīng)彪

（韶關(guān)學(xué)院信息工程學(xué)院，廣東韶關(guān) 512000)

0 引言

成果導(dǎo)向教育(OBE，Outcomes-Based Education)，是以預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出為中心來組織、實(shí)施和評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)教育模式，也是新時(shí)代背景下“新工科”教育改革的發(fā)展方向。OBE 教育的核心目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力，基于OBE 理念的教學(xué)模式，在課堂教學(xué)中主要強(qiáng)調(diào)以下四個(gè)基本問題[1]：①對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)期望，應(yīng)該讓學(xué)生取得什么樣的學(xué)習(xí)成果；②學(xué)生需要獲得這些學(xué)習(xí)成果的原因；③在教學(xué)中能有效幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)成果的措施；④判斷學(xué)生是否已取得相應(yīng)學(xué)習(xí)成果的手段方法。

傳感器在信息技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域具有重要地位，獲取信息的主要手段就是通過傳感器。在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中，傳感器原理及應(yīng)用是極其重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在專業(yè)課程體系中處于承上啟下的地位，對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力要求比較高[2-3]。課程的復(fù)雜性與目前單一的培養(yǎng)機(jī)制之間存在一定矛盾，而工程教育認(rèn)證大環(huán)境下課程將面臨教育理念、教育方式、教育關(guān)系等各方面挑戰(zhàn)，這就迫切要求對(duì)傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)體系進(jìn)行理論創(chuàng)新與實(shí)踐探索。本文基于OBE教學(xué)理念，結(jié)合韶關(guān)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程等信息類專業(yè)即將開展工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景，對(duì)傳感器原理及應(yīng)用課程進(jìn)行教學(xué)改革研究探索。

1 教學(xué)反思

通過反思傳感器原理及應(yīng)用課程的教學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題：

1)課程設(shè)計(jì)不夠全面，缺乏整體性，沒有對(duì)所涉及的教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃。教學(xué)過程側(cè)重傳授知識(shí)，容易演變成各種類型傳感器的簡(jiǎn)單串講，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)功能相似而工作原理又不同的各類傳感器缺少感性認(rèn)識(shí)，覺得枯燥乏味，學(xué)習(xí)缺乏積極性和主動(dòng)性。

2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)多以驗(yàn)證型的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是對(duì)傳感器工作原理和性能參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證和測(cè)試，教學(xué)目標(biāo)主要是加深學(xué)生對(duì)相關(guān)傳感器基本工作原理的掌握[4]。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生只需按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書描述的步驟進(jìn)行操作后觀察記錄數(shù)據(jù)即可，很難培養(yǎng)工程應(yīng)用能力，學(xué)生不具備利用傳感器來解決工程實(shí)際問題的能力。

3)課程評(píng)價(jià)方式單一。與其他課程相似，一直以來，傳感器課程評(píng)價(jià)機(jī)制更注重學(xué)生的考試成績(jī)，對(duì)學(xué)生實(shí)際能力考查評(píng)估不夠全面，也沒有針對(duì)學(xué)生個(gè)體特點(diǎn)進(jìn)行個(gè)性化評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)機(jī)制存在偏頗。這種以考核學(xué)生對(duì)課程基本知識(shí)、基本方法掌握情況為主而輕視學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)進(jìn)展情況的評(píng)價(jià)模式與OBE理念存在一定的差距。

這些問題有一些是所有課程面臨的共性問題，有一些則是傳感器課程的個(gè)性問題。它們嚴(yán)重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，阻礙學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，需要引入新的教學(xué)理念和教學(xué)模式，以期在更大程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和教學(xué)質(zhì)量。

2 基于OBE導(dǎo)向優(yōu)化教學(xué)資源

根據(jù)OBE理念，確定課程學(xué)習(xí)指標(biāo)是必要的。基于課程學(xué)習(xí)指標(biāo)，優(yōu)化并完善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源及實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容資源，有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和體驗(yàn)。

2.1 確定課程學(xué)習(xí)指標(biāo)

依據(jù)工程教育認(rèn)證要求，學(xué)校組織課程組老師對(duì)專業(yè)畢業(yè)對(duì)各課程之間的指標(biāo)要求做了詳細(xì)分析，課程組認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)畢業(yè)要求與《傳感器原理及應(yīng)用》有關(guān)的指標(biāo)項(xiàng)包括以下內(nèi)容：

1)具備傳感器原理與應(yīng)用的知識(shí)和技能，能夠理解和應(yīng)用傳感器的基本原理、工作方式、分類和特點(diǎn)，掌握傳感器的性能測(cè)試方法和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

2)能夠獨(dú)立進(jìn)行傳感器的選擇和優(yōu)化，能夠分析和解決傳感器系統(tǒng)的實(shí)際問題，具備開發(fā)傳感器應(yīng)用程序的能力。

3)能夠應(yīng)用傳感器技術(shù)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本架構(gòu)和相關(guān)技術(shù)，掌握傳感器與物聯(lián)網(wǎng)的融合應(yīng)用原理和技術(shù)。

依據(jù)以上指標(biāo)項(xiàng)，課程組為該課程制定了課程標(biāo)準(zhǔn)，明確學(xué)生應(yīng)該掌握的知識(shí)點(diǎn)、技能和能力要求，并將其分解成每個(gè)課時(shí)的具體學(xué)習(xí)目標(biāo)?？偟恼f來，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在傳感器這門課程上的學(xué)習(xí)重點(diǎn)目標(biāo)，由傳感器的基本工作原理和測(cè)量知識(shí)的掌握，轉(zhuǎn)移到如何進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)采集、處理和分析上來了。

2.2 優(yōu)化完善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源

在確定課程目標(biāo)和內(nèi)容基礎(chǔ)上，按照學(xué)校統(tǒng)一安排，課題組選擇了超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)建立了課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。

1)制作了多媒體教學(xué)資源：在課件中加入相關(guān)的圖片、視頻、音頻等多媒體教學(xué)資源，以便更好地幫助學(xué)生理解和掌握知識(shí)點(diǎn)。

2)在學(xué)習(xí)通平臺(tái)上創(chuàng)建一些互動(dòng)式的學(xué)習(xí)資源，如在線測(cè)試、小組討論等。利用在線教學(xué)平臺(tái)布置作業(yè)，作業(yè)主要以選擇題、填空題、判斷題等客觀題型為主。通過作業(yè)檢測(cè)學(xué)生對(duì)于各知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，同時(shí)也可以通過批改作業(yè)來及時(shí)糾正學(xué)生存在的問題。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間安排在線測(cè)試，以便測(cè)試學(xué)生的綜合能力。

3)在學(xué)習(xí)通平臺(tái)上提供了在線輔導(dǎo)和答疑：開設(shè)在線輔導(dǎo)時(shí)間，設(shè)置課程討論區(qū)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題得到及時(shí)的解答和幫助。

2.3 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容資源

在本次教學(xué)改革前本專業(yè)的傳感器實(shí)驗(yàn)主要為驗(yàn)證型的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的主要是考查學(xué)生對(duì)某種傳感器基本工作原理的掌握程度，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)置如表1所示。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)需要培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合多種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、分析，并解決復(fù)雜問題的能力。而設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的就是培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。本課程設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)采用武漢創(chuàng)維特信息技術(shù)有限公司提供的2019 版物聯(lián)網(wǎng)無線傳感教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱(CVT-WSN-S) ，該實(shí)驗(yàn)箱有傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，學(xué)生可通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同傳感器數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。構(gòu)建個(gè)性化、層次化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生利用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理分析的能力。具體實(shí)驗(yàn)設(shè)置如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)

結(jié)合專業(yè)對(duì)該課程的教學(xué)指標(biāo)要求，課程實(shí)驗(yàn)調(diào)整為：縮減驗(yàn)證性的基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)至1-2 個(gè)，其余實(shí)驗(yàn)改成設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)采用組隊(duì)方式進(jìn)行，要求2個(gè)學(xué)生一組，基于實(shí)驗(yàn)室提供的硬件設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上編程實(shí)現(xiàn)相關(guān)傳感器數(shù)據(jù)的采集并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)過程分三個(gè)階段：

1)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段。任課教師通過學(xué)習(xí)通平臺(tái)，發(fā)布具體的實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笠约霸敿?xì)步驟，以幫助學(xué)生更好地理解和掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。要求學(xué)生依據(jù)老師提供的實(shí)驗(yàn)例程，編寫相應(yīng)傳感器的數(shù)據(jù)采集程序。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的發(fā)布一般提前一個(gè)星期，讓學(xué)生有充足的時(shí)間在實(shí)驗(yàn)課前提前完成數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)的編程實(shí)現(xiàn)。

2)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行階段。檢查學(xué)生編寫的程序代碼，要求學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室將自己編寫程序代碼經(jīng)過編譯開發(fā)系統(tǒng)燒入芯片，再通過計(jì)算機(jī)串口測(cè)試傳感器采集的數(shù)據(jù)，要求學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)修改代碼，實(shí)現(xiàn)調(diào)整數(shù)據(jù)采集頻率、顯示格式以及進(jìn)行線性化處理。

3)實(shí)驗(yàn)反思階段。學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)詳細(xì)的程序設(shè)計(jì)思路（要求學(xué)生畫出程序流程圖），分析實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決辦法。

除了設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)還可以結(jié)合各類專業(yè)競(jìng)賽進(jìn)行。為了培養(yǎng)學(xué)生利用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、分析解決問題的能力，可組織學(xué)生參加有關(guān)競(jìng)賽（如：電子設(shè)計(jì)大賽）或者課外活動(dòng)，目前該方案正在初步探索中。

3 引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

自主學(xué)習(xí)是現(xiàn)代教育的重要目標(biāo)之一，通過自主學(xué)習(xí)，學(xué)生可以更好地掌握知識(shí)和技能，提高學(xué)習(xí)效果。在OBE理念下，教師應(yīng)該充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力,采用以學(xué)生為主體的研究型教學(xué)方法[5]。在傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)中，為了引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主要從以下幾個(gè)方面著手：

1)提供多樣化的學(xué)習(xí)資源和工具。在課程開始時(shí)，向?qū)W生介紹詳細(xì)的教學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的學(xué)習(xí)安排，讓學(xué)生清楚了解學(xué)習(xí)的目標(biāo)和內(nèi)容，并能夠獨(dú)立進(jìn)行學(xué)習(xí)。為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)資源和工具，在線教學(xué)平臺(tái)上提供了課程視頻和電子書、課程作業(yè)、課程測(cè)試等，鼓勵(lì)學(xué)生自主選擇適合自己的學(xué)習(xí)材料和工具。

2)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課堂討論。在課堂上，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與討論，將課堂表現(xiàn)納入過程性評(píng)價(jià)，學(xué)生主動(dòng)提出問題、進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)和觀點(diǎn)分享都可計(jì)入平時(shí)分，從而創(chuàng)造一個(gè)積極互動(dòng)的學(xué)習(xí)氛圍。

3)指導(dǎo)學(xué)生制定學(xué)習(xí)計(jì)劃。指導(dǎo)學(xué)生制定個(gè)人學(xué)習(xí)計(jì)劃，包括學(xué)習(xí)目標(biāo)、時(shí)間規(guī)劃、學(xué)習(xí)方法等，讓學(xué)生有計(jì)劃地進(jìn)行學(xué)習(xí)，并逐漸培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力。

4)提供反饋和指導(dǎo)。在學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)時(shí)，依據(jù)在線教學(xué)平臺(tái)及時(shí)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和表現(xiàn)進(jìn)行反饋和指導(dǎo)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，同時(shí)也可以激勵(lì)學(xué)生更好地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

5)鼓勵(lì)學(xué)生互相合作學(xué)習(xí)。組織學(xué)生進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)，讓學(xué)生之間互相交流、互相學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

4 優(yōu)化評(píng)價(jià)與學(xué)習(xí)反饋機(jī)制

OBE的教學(xué)評(píng)價(jià)中心是學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，而不是老師的教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)采用多元化和分層次的評(píng)價(jià)機(jī)制，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)進(jìn)步和個(gè)人獲取的學(xué)習(xí)成果，應(yīng)該按照每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)的具體情況進(jìn)行針對(duì)性的評(píng)價(jià)。OBE 理念強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的評(píng)價(jià)和反饋，因此教師需要制定科學(xué)合理的評(píng)價(jià)體系，并及時(shí)給予學(xué)生反饋。評(píng)價(jià)體系應(yīng)覆蓋學(xué)生知識(shí)、技能、態(tài)度等多方面，以確保學(xué)生達(dá)到預(yù)期學(xué)習(xí)效果。

結(jié)合OBE 理念，課程組采用多元化評(píng)價(jià)方式，進(jìn)行了試卷改革，注重過程性評(píng)價(jià)和個(gè)性化評(píng)價(jià)，進(jìn)行評(píng)價(jià)機(jī)制改革嘗試。在充分考慮學(xué)生的個(gè)性化差異與發(fā)展需求基礎(chǔ)上，初步建立了多元化的評(píng)價(jià)方式，包括小組討論、報(bào)告展示、實(shí)驗(yàn)、期末考試等。通過多樣化的評(píng)價(jià)方式，可以全面地了解學(xué)生的綜合能力和學(xué)習(xí)效果。

1)試卷內(nèi)容調(diào)整。根據(jù)OBE理念，按照新的課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，在多元評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，對(duì)期末試卷內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)優(yōu)化。在保證考核的知識(shí)點(diǎn)符合課程標(biāo)準(zhǔn)的前提下，出題的形式進(jìn)行了一定的調(diào)整。試卷中除了保留傳統(tǒng)檢測(cè)對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)掌握情況的題型，如填空題、判斷題、選擇題和簡(jiǎn)答題等外，考慮以實(shí)際物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中一個(gè)傳感器數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目為題，要求學(xué)生通過傳感器選型到系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，如硬件如何實(shí)現(xiàn)，軟件設(shè)計(jì)流程等，實(shí)現(xiàn)一個(gè)傳感器完整應(yīng)用流程。

2)注重過程性評(píng)價(jià)。過程性評(píng)價(jià)是一種注重評(píng)價(jià)對(duì)象發(fā)展過程中變化的教育評(píng)價(jià)方法，在學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)現(xiàn)學(xué)生優(yōu)點(diǎn)與不足、及時(shí)調(diào)整教學(xué)方案。傳感器原理及應(yīng)用教學(xué)中，可以多使用課堂測(cè)試、課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)操作等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決學(xué)生的難點(diǎn)問題。

3)開設(shè)個(gè)性化評(píng)價(jià)溝通渠道。個(gè)性化評(píng)價(jià)是一種針對(duì)學(xué)生個(gè)人差異和需求的評(píng)價(jià)方式，能夠更好地了解學(xué)生成績(jī)、興趣、學(xué)習(xí)風(fēng)格等方面的特點(diǎn)，個(gè)性化評(píng)價(jià)措施包括：①行為記錄。任課教師通過觀察學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)和態(tài)度，包括聽講情況、參與度、合作精神等方面。通過行為記錄來了解學(xué)生在課堂中存在的問題，并給出表現(xiàn)成績(jī)。②問卷調(diào)查：通過學(xué)習(xí)通平臺(tái)發(fā)布不同類型的問卷調(diào)查，了解學(xué)生對(duì)于課程的學(xué)習(xí)情況、難點(diǎn)、興趣等方面的反饋，收集學(xué)生的建議和意見以及對(duì)于教學(xué)措施的評(píng)價(jià)。依據(jù)學(xué)生反饋的響應(yīng)程度給出相應(yīng)成績(jī)。③學(xué)習(xí)日志：學(xué)習(xí)通平臺(tái)的學(xué)習(xí)日志可以記錄學(xué)生在學(xué)習(xí)、測(cè)試過程中所花的時(shí)間，包括遇到的問題、解決方案、心得體會(huì)等。通過分析學(xué)習(xí)日志教師可以給出相應(yīng)成績(jī)，也可以了解學(xué)生學(xué)習(xí)的狀態(tài)和效果，并根據(jù)學(xué)生的情況進(jìn)行個(gè)性化的指導(dǎo)和幫助。④鼓勵(lì)學(xué)生參加專業(yè)競(jìng)賽，可以允許學(xué)生將自己正在從事的電子設(shè)計(jì)大賽等與傳感器有關(guān)的比賽項(xiàng)目充作本學(xué)期的傳感器實(shí)驗(yàn)成績(jī)參考，參賽成績(jī)以附加分的形式加入實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

5 結(jié)束語(yǔ)

傳感器原理及應(yīng)用課程的教學(xué)改革需要基于OBE 理念，注重學(xué)生的實(shí)踐操作能力、優(yōu)化完善教學(xué)資源、引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、制定科學(xué)合理的評(píng)價(jià)體系并及時(shí)反饋等方面的措施，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實(shí)際能力水平。通過建立個(gè)性化評(píng)價(jià)溝通渠道，讓學(xué)生與老師之間有更多的互動(dòng)交流，能夠更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和個(gè)性差異。教學(xué)實(shí)踐表明教學(xué)效果得到了改善，學(xué)生工程實(shí)踐能力得到提升。