OBE理念下的嵌入式系統(tǒng)課程評價(jià)與考核體系探究

竇亞玲 陳明 蔡美玲 徐鵬飛

摘要：OBE教育理念以學(xué)生為本，以成果為目標(biāo)導(dǎo)向，采用逆向思維的方式進(jìn)行課程體系建設(shè)。近年來，嵌入式系統(tǒng)課程在OBE理念下進(jìn)行持續(xù)性教學(xué)改革，不斷迭代過程評價(jià)與考核體系，主要包括圍繞教學(xué)過程中的階段性子任務(wù)的完成度進(jìn)行評價(jià)；對項(xiàng)目階段的成果進(jìn)行綜合評價(jià)；對課程全目標(biāo)完成度進(jìn)行考核。實(shí)踐表明，學(xué)生對于目標(biāo)明確、要求清晰的分階段評價(jià)與考核體系接受程度良好，學(xué)習(xí)積極性顯著提升；評價(jià)與考核的結(jié)果與學(xué)生工程能力高低正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：OBE教育理念；嵌入式系統(tǒng)；過程評價(jià)；考核體系；工程能力

中圖分類號：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）35-0151-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

0 引言

成果導(dǎo)向教育（Outcomes-based Education） 簡稱OBE，強(qiáng)調(diào)教育應(yīng)將成果和目標(biāo)作為基本導(dǎo)向，出現(xiàn)于 20 世紀(jì) 80 年代美澳的基礎(chǔ)教育改革中。1981 年，Spady等人深入研究發(fā)現(xiàn)：學(xué)生“學(xué)到什么”比“學(xué)什么”重要。OBE理念因此得到廣泛重視與認(rèn)可，成為歐美國家教育改革的主流理念[1]。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念是“成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)”[2] ，因此，OBE以學(xué)生課程學(xué)習(xí)所取得的成果為教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施目標(biāo)與工程教育專業(yè)認(rèn)證理念一致。

嵌入式系統(tǒng)是一門實(shí)踐程度高的工科專業(yè)課程，知行合一。作者在近8年的嵌入式系統(tǒng)課程一線教學(xué)實(shí)踐中，結(jié)合技術(shù)發(fā)展與學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)，對嵌入式系統(tǒng)課程內(nèi)容進(jìn)行了不斷調(diào)整，形成了可持續(xù)發(fā)展的培養(yǎng)工程能力的課程體系[3]。嵌入式系統(tǒng)的課程教學(xué)以“學(xué)生為主體”、學(xué)生在“做中學(xué)”。在OBE理念作用下重構(gòu)了課程目標(biāo)、內(nèi)容、模式等方面內(nèi)容[3]，2023年進(jìn)一步構(gòu)建完善教學(xué)過程評價(jià)與考核體系，切實(shí)提高學(xué)生的工程能力和專業(yè)素養(yǎng)。

1 OBE理念下嵌入式系統(tǒng)課程過程評價(jià)與考核體系的設(shè)計(jì)

課程評價(jià)與考核是OBE理念中的重要環(huán)節(jié)。在成果為導(dǎo)向的指導(dǎo)思想下關(guān)注兩個(gè)方面：一是客觀評價(jià)考核“學(xué)生是否學(xué)到什么，而非學(xué)了什么”；二是通過有效的評價(jià)考核體系激發(fā)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生愿意學(xué)、積極學(xué)、樂于學(xué)。接下來，分析傳統(tǒng)的評價(jià)考核方式的不足，給出不斷迭代更新的評價(jià)與考核體系的設(shè)計(jì)。

1.1 傳統(tǒng)評價(jià)與考核體系的不足與對策

傳統(tǒng)的評價(jià)考核方式多以課堂考勤、平時(shí)作業(yè)和期末考試分?jǐn)?shù)作為評價(jià)依據(jù)，評價(jià)方法主要是從學(xué)生個(gè)體和整體的角度進(jìn)行定量計(jì)算和分析[4]?？记诎创螖?shù)、作業(yè)按等級、期末考試中考核知識點(diǎn)的記憶程度，這些簡單的考核很難檢驗(yàn)學(xué)生的真實(shí)水平和能力。一個(gè)卷面成績高的學(xué)生，不一定就是程序?qū)嵺`能力強(qiáng)的。一個(gè)實(shí)踐能力強(qiáng)的學(xué)生可能不擅長記憶書本知識點(diǎn)，低分對他提升能力有消極作用，不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。簡單的“算分”不能反映學(xué)生學(xué)習(xí)成果的真實(shí)情況，導(dǎo)致評價(jià)指標(biāo)與能力脫節(jié)，與導(dǎo)出成果脫鉤。

OBE 理念下對課程教學(xué)實(shí)踐探究，對學(xué)生基本知識、工程能力和專業(yè)素養(yǎng)進(jìn)行綜合考量[4]。在嵌入式系統(tǒng)課程中，取消考勤計(jì)分，引入過程評價(jià)，在過程評價(jià)中包括課程作業(yè)、分項(xiàng)實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)、項(xiàng)目答辯四個(gè)部分，其中課程作業(yè)、分項(xiàng)實(shí)驗(yàn)與課程模塊一一對應(yīng)，以個(gè)人為評價(jià)單位；項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)、項(xiàng)目答辯是課程模塊的綜合應(yīng)用能力評估，以小組為評價(jià)單位；最后是期末閉卷考試考核，考核內(nèi)容與課程目標(biāo)契合，題型為綜合設(shè)計(jì)分析題。OBE 理念下課程體系是以成果產(chǎn)出為導(dǎo)向，課程目標(biāo)與能力對應(yīng)，評價(jià)與考核是衡量成果產(chǎn)出的重要環(huán)節(jié)，圖1給出嵌入式系統(tǒng)課程評價(jià)與考核體系示意圖。

1.2 嵌入式系統(tǒng)課程過程評價(jià)體系

OBE 理念是采用逆向思維的方式構(gòu)建課程體系，過程評價(jià)體系的設(shè)計(jì)與課程模塊對應(yīng)。表1中給出課程模塊與過程評價(jià)中課堂作業(yè)和分項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的對應(yīng)關(guān)系和評價(jià)要點(diǎn)，編號KB表示課程基本模塊，重要程度與難易程度是針對課程考核給出的參考值，“+”的數(shù)量表示程度，數(shù)量越多程度越深[3]。表1給出課程模塊與過程評價(jià)中課程作業(yè)和分項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的評價(jià)要點(diǎn)。

KB_1：教學(xué)在實(shí)訓(xùn)教室進(jìn)行，作業(yè)1現(xiàn)時(shí)提交，學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)平臺(tái)即時(shí)發(fā)送，教師也可以在平臺(tái)上隨機(jī)查看。作業(yè)2需要學(xué)生運(yùn)用所學(xué)查詢資料完成，定時(shí)提交在QQ課程群內(nèi)，通常時(shí)間不超過下一次上課前。

KB_2：作業(yè)3在Keil5工程中編寫ARM匯編啟動(dòng)代碼，現(xiàn)時(shí)提交，運(yùn)行結(jié)果截屏。采用“做中學(xué)”的方式學(xué)習(xí)ARM通用指令，完成作業(yè)4的匯編語言編程任務(wù)，課后1～2天定時(shí)提交。利用C語言與匯編語言混合編程的方法完成作業(yè)5的綜合編程任務(wù)，延時(shí)提交，一般設(shè)定為KB_2部分課程結(jié)束后1周。KB_1、KB_2的過程評價(jià)集中在五次作業(yè)中，定時(shí)和延時(shí)提交均在課程QQ群內(nèi)，同學(xué)間互評，點(diǎn)贊與下載量會(huì)在一定程度上考量。

KB_3：GPIO固件庫編程是課程最基礎(chǔ)重要的模塊，實(shí)驗(yàn)2功能實(shí)現(xiàn)要求錄制視頻，代碼按照工程代碼規(guī)范編寫執(zhí)行，教師逐一檢驗(yàn)糾錯(cuò)。

KB_4：實(shí)驗(yàn)3的評價(jià)要點(diǎn)包括兩點(diǎn)：一是外部中斷初始化編寫流程的正確性，二是外部中斷響應(yīng)函數(shù)編寫的規(guī)范與正確性。

KB_5：實(shí)驗(yàn)4的評價(jià)要點(diǎn)是SYSTICK中斷的實(shí)驗(yàn)原理如何編程實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)5評價(jià)要點(diǎn)是時(shí)基單元、輸出通道的初始化編程。

KB_6：實(shí)驗(yàn)6將實(shí)驗(yàn)2-5綜合起來，評價(jià)要點(diǎn)是通過串口助手小工具實(shí)現(xiàn)PC機(jī)給開發(fā)板發(fā)字符命令定時(shí)啟動(dòng)流水燈、蜂鳴器。學(xué)生需要具備知識整合能力，知識的前后連貫和系統(tǒng)性。

2020-2022年評價(jià)考核體系中的總分100分，其中過程評價(jià)40分，考試考核60分[3]。2023年春季引入項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)與項(xiàng)目答辯之后，課程作業(yè)和分項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在整個(gè)過程評價(jià)中占比從50%降到25%，在整個(gè)評價(jià)考核體系中的權(quán)重從0.2降到0.1。表2給出項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)與項(xiàng)目答辯在過程評價(jià)中的要點(diǎn)。

2023年春季將課程可選（KS） 模板[3]置換成12學(xué)時(shí)的智能小車項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，集中在連續(xù)的時(shí)間段，如周六，周日限時(shí)完成。學(xué)生以小組為單位，每組2-3人，配小車1、電機(jī)模塊1、藍(lán)牙模塊1、紅外對管2-4，控制塊1，杜邦線、螺絲若干。學(xué)生根據(jù)功能要求自主閱讀器件手冊、組裝小車、安裝模塊、建立工程編寫代碼完成調(diào)試。

項(xiàng)目答辯4學(xué)時(shí)，答辯評委由主講教師和第三方一起承擔(dān)，第三方可以是校企合作的企業(yè)方工程師或?qū)I(yè)相關(guān)的校友，這個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)行教評適當(dāng)分離。項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)在過程評價(jià)中占25%，權(quán)重0.1，以小組為評價(jià)單位。項(xiàng)目答辯占比25%，權(quán)重0.1，小組成員按貢獻(xiàn)分別計(jì)分。

1.3 嵌入式系統(tǒng)課程考試考核體系

“期末考試考核”在嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)中一直在改進(jìn)：考試的權(quán)重從最初的0.8到0.7再降到0.6，逐年下降；考試的內(nèi)容題型也在發(fā)生改變：在OBE理念下，貫徹新工科的培養(yǎng)方針，考試內(nèi)容與課程目標(biāo)對應(yīng)，考試題型均為綜合設(shè)計(jì)分析題。表3給出2023春季考試考核要點(diǎn)與課程教學(xué)、過程評價(jià)的對應(yīng)關(guān)系，其中占比是該部分在考試考核部分的比例，權(quán)重是在整個(gè)體系中的比重。具體措施上有如下兩個(gè)特色：

其一，試卷中列出相關(guān)函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)模板和相關(guān)參數(shù)。只要學(xué)生深入理解原理，在課程學(xué)習(xí)過程中獨(dú)立完成作業(yè)，在分項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中完成實(shí)驗(yàn)并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，在項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)中調(diào)試了代碼，經(jīng)過了三番五次的訓(xùn)練強(qiáng)化，那么在考核中，學(xué)生就可以準(zhǔn)確高效完成程序編寫、補(bǔ)全題項(xiàng)的考核。

其二，程序改錯(cuò)來源于學(xué)生在實(shí)踐中的錯(cuò)誤，如GPIO分組、引腳編號、模式錯(cuò)誤、響應(yīng)函數(shù)名稱錯(cuò)誤等，實(shí)踐中的程序排錯(cuò)對應(yīng)在試卷上的代碼改錯(cuò)。

2 OBE理念下過程評價(jià)與考核體系的實(shí)施與成效

OBE理念下學(xué)生處于中心環(huán)節(jié)[5]，主體地位；教師是整個(gè)學(xué)習(xí)產(chǎn)出過程中主導(dǎo)者、引領(lǐng)與推動(dòng)者。教師通過前置的綜合分析，對學(xué)生需要達(dá)到的產(chǎn)出成果逆向推導(dǎo)，設(shè)定的課程目標(biāo)對應(yīng)新工科人才培養(yǎng)的畢業(yè)要求。并在實(shí)際教學(xué)過程中持續(xù)、動(dòng)態(tài)、多元化地進(jìn)行評價(jià)與考核，合理地分階段、分層次安排評價(jià)周期、考核指標(biāo)與占比權(quán)重，漸進(jìn)式達(dá)到成果導(dǎo)出的最好狀態(tài)。合理有效的評價(jià)與考核體系的實(shí)施會(huì)持續(xù)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性。下面給出了實(shí)施過程中的主要要素：

①學(xué)期開始前將過程評價(jià)、考試考核的實(shí)施細(xì)節(jié)與具體要求在課程群中發(fā)布，并在第一堂課上申明重要性，答疑解惑。

②課程作業(yè)、分項(xiàng)實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)、項(xiàng)目答辯是隨著課程教學(xué)進(jìn)程分階段進(jìn)行的，時(shí)間上不會(huì)沖突。

③課程作業(yè)強(qiáng)調(diào)時(shí)效性，作業(yè)1、作業(yè)3就是課堂內(nèi)即時(shí)完成，完成即發(fā)布；作業(yè)2、作業(yè)4是限定完成時(shí)間，早發(fā)布早關(guān)注。課程內(nèi)點(diǎn)贊、下載量都會(huì)成為評價(jià)的潛在考量指標(biāo)。

④分項(xiàng)實(shí)驗(yàn)如同實(shí)驗(yàn)日志，鼓勵(lì)學(xué)生邊做邊記錄，更鼓勵(lì)學(xué)生完成之后持續(xù)反思，補(bǔ)充完善，實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間延長到期末考試前，實(shí)驗(yàn)報(bào)告等同為一份學(xué)習(xí)總結(jié)資料。

⑤項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)是集中在12學(xué)時(shí)內(nèi)持續(xù)完成的，統(tǒng)計(jì)2023年春季5個(gè)班級260+人次的數(shù)據(jù)，最短耗時(shí)8小時(shí)，最長耗時(shí)16小時(shí)，預(yù)設(shè)12學(xué)時(shí)是合理的。

⑥項(xiàng)目答辯的教評適當(dāng)分離，有利于提升評價(jià)的公平性和提高學(xué)生的重視程度。要求參與答辯的小組成員分工明確，團(tuán)結(jié)協(xié)作；突出代碼規(guī)范，強(qiáng)調(diào)工程能力。

⑦專業(yè)班級的層次不同，試卷就不同，時(shí)間120分鐘，閉卷形式。

在整個(gè)體系中，過程評價(jià)與考試考核貫穿整個(gè)課程教學(xué)中，實(shí)施中教師發(fā)揮了觀察與陪伴的作用。在項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)中，教師的陪伴對最后完成的小組學(xué)生的激勵(lì)作用是很大的。課程結(jié)束后對2023年春季學(xué)期中軟件工程、計(jì)算機(jī)師范、計(jì)算機(jī)非師范3個(gè)專業(yè)5個(gè)班級累計(jì)260+學(xué)生的考評結(jié)果與問卷反饋?zhàn)隽私y(tǒng)計(jì)分析，陳述如下：

①全學(xué)期滿勤率98%，學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性，積極性被激發(fā)：80%學(xué)生表示對嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生興趣；30%學(xué)生用了“很喜歡”的字樣；60%學(xué)生自主對智能小車在產(chǎn)業(yè)界的進(jìn)一步應(yīng)用做了調(diào)研，并在項(xiàng)目PPT中做了陳述。

②課程目標(biāo)明確，通過不同層次不同階段不同形式評價(jià)考核，成果導(dǎo)向容易落地實(shí)現(xiàn)。軟件工程通過率98.4%，免費(fèi)師范班通過率92.6%，其他3個(gè)班通過率100%，優(yōu)秀率超過25%。

③比較分析過程評價(jià)與考試考核的分?jǐn)?shù)，發(fā)現(xiàn)兩大類分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)正相關(guān)。即過程實(shí)踐優(yōu)秀者，考試考核分值高。

④項(xiàng)目答辯教評適當(dāng)分離，來自企業(yè)的工程師會(huì)按照工程要求考核，對學(xué)生而言是壓力也是動(dòng)力。

⑤答辯過程中多組學(xué)生談及實(shí)踐細(xì)節(jié)嚴(yán)重超時(shí)，學(xué)生對于實(shí)踐中的心得體會(huì)有很強(qiáng)的表達(dá)欲望。

⑥96%學(xué)生認(rèn)為嵌入式系統(tǒng)課程過程評價(jià)和考試考核的體系合理可行，認(rèn)可多元化評價(jià)考核模式。

3 結(jié)論

OBE理念下重視學(xué)生學(xué)習(xí)成果，以成果為導(dǎo)向，采用逆向思維的方式構(gòu)建課程目標(biāo)內(nèi)容，重構(gòu)過程評價(jià)和考試考核體系，嵌入式系統(tǒng)教學(xué)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)可持續(xù)性發(fā)展的趨勢。該體系進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感，學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，實(shí)際中切實(shí)提升了學(xué)生工程能力與專業(yè)素養(yǎng)。

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【通聯(lián)編輯：王 力】