新工科背景下基于OBE理念的物聯(lián)網(wǎng)工程綜合實(shí)踐課程改革與探索

摘要：物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)踐課程作為學(xué)業(yè)結(jié)束前的最后課程，在工科專業(yè)教學(xué)質(zhì)量方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文在分析OBE教學(xué)理念內(nèi)涵基礎(chǔ)上，探討了新工科背景下基于OBE教學(xué)理念的綜合實(shí)踐課程的實(shí)施路徑，即以成果為導(dǎo)向、建設(shè)以課程競賽為驅(qū)動(dòng)的多元化評(píng)價(jià)體系、依托校企合作建立案例庫，創(chuàng)新設(shè)計(jì)以學(xué)生為主體、分階段實(shí)施的教學(xué)新模式。對(duì)提高學(xué)生的系統(tǒng)觀、學(xué)習(xí)主動(dòng)性和專業(yè)能力做出了探索性研究。

關(guān)鍵詞：新工科；OBE理念；物聯(lián)網(wǎng)工程；綜合實(shí)踐；競賽驅(qū)動(dòng)

引言

自2017年起，為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)工業(yè)化和信息化的融合發(fā)展，主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪的科技與產(chǎn)業(yè)革命，我國先后出臺(tái)了“天大行動(dòng)”“復(fù)旦共識(shí)”“北京指南”等綱領(lǐng)性文件，將新工科建設(shè)作為高校教育教學(xué)改革的重點(diǎn)。關(guān)于新工科內(nèi)涵，鐘登華院士認(rèn)為新工科的內(nèi)涵是應(yīng)對(duì)變化，培養(yǎng)具有創(chuàng)新性、系統(tǒng)觀的卓越工程專業(yè)學(xué)生[1]，而根本目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。因此，探索培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的途徑和策略，是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)問題。

一、物聯(lián)網(wǎng)工程綜合實(shí)踐課程概述

物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)踐課程開設(shè)的時(shí)間點(diǎn)，通常是在學(xué)生完成了所有專業(yè)課程學(xué)習(xí)之后，旨在鞏固所學(xué)的知識(shí)，將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系的建構(gòu)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前大多數(shù)高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)均開設(shè)了此課程，但大多沿用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，在教學(xué)方式方法和教學(xué)內(nèi)容上，均存在一些亟待解決的問題，主要表現(xiàn)為：教學(xué)目標(biāo)定位不夠清晰，項(xiàng)目所用技術(shù)和模式均過于陳舊；過程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、內(nèi)容不全面；學(xué)生參與項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)的積極性不高，創(chuàng)新能力培養(yǎng)不夠等[2]。

為解決上述問題，多名研究者探索基于OBE理念的綜合實(shí)踐類課程教學(xué)模式，取得了豐富的成果。提出了基于PBL和OBE理念的“四類型六環(huán)節(jié)”的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，以競賽驅(qū)動(dòng)新工科專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)，提高了學(xué)生的科研創(chuàng)新能力?；贠BE理念設(shè)計(jì)了階梯式的教學(xué)模式和評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)體化的分層教學(xué)和個(gè)體化進(jìn)程式評(píng)價(jià)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成度。以O(shè)BE為導(dǎo)向構(gòu)建了物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)案例庫，貫通能力目標(biāo)的達(dá)成，集中培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。基于OBE教學(xué)理念進(jìn)行的教學(xué)改革，提出了“OBE+‘雙團(tuán)隊(duì)’”的綜合實(shí)踐課程教學(xué)模式，通過組建校企聯(lián)合的導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)，采用具有企業(yè)背景、跨學(xué)科的綜合實(shí)踐任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。這些改革與創(chuàng)新，從不同側(cè)面為“綜合實(shí)踐”課程教學(xué)改革提供了可以借鑒的思路。

OBE教學(xué)理念強(qiáng)調(diào)在教學(xué)中通過反向設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo)來指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，目標(biāo)涉及掌握知識(shí)、提高能力、培養(yǎng)素質(zhì)3個(gè)方面，而提高能力是其主要目標(biāo)，可見基于OBE的教學(xué)模式非常適用于綜合實(shí)踐類課程。本文以蚌埠醫(yī)科大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)為例，探索課程的總體設(shè)計(jì)和實(shí)施路徑。

二、課程的總體設(shè)計(jì)、實(shí)施與評(píng)價(jià)

OBE教育理念的核心是反向設(shè)計(jì)、以學(xué)生為中心和持續(xù)改進(jìn)，其特點(diǎn)是以成果為導(dǎo)向，以學(xué)生為主體，以最終的作品評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)成果，強(qiáng)調(diào)知識(shí)整合與靈活運(yùn)用。

（一）教學(xué)目標(biāo)

蚌埠醫(yī)科大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)具有扎實(shí)的理論知識(shí)，掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，具備軟件開發(fā)、系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)分析和處理等專業(yè)知識(shí)和技能，能夠?qū)⒗碚撆c工程實(shí)踐相結(jié)合，可在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域勝任工程師工作的復(fù)合型工科人才。據(jù)此，在廣泛征求同行和企業(yè)工程師意見的基礎(chǔ)上，確定了蚌埠醫(yī)科大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)踐課程的教學(xué)目標(biāo)是：整合所學(xué)專業(yè)知識(shí)，變零散為統(tǒng)一；通過完成具有現(xiàn)實(shí)意義的綜合實(shí)踐項(xiàng)目，使理論知識(shí)與實(shí)踐有效銜接，從而提高實(shí)踐能力、學(xué)科交叉能力、創(chuàng)新能力和溝通協(xié)作能力，最終具備一定地解決復(fù)雜工程問題的能力。

（二）教學(xué)內(nèi)容

作為實(shí)踐類課程，采用以學(xué)生為主體的項(xiàng)目式教學(xué)，通過項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)，將相關(guān)知識(shí)串聯(lián)起來，使理論與實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用知識(shí)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?？紤]到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)通常涉及多學(xué)科知識(shí)，且十分復(fù)雜，因此采用小組合作的方式完成項(xiàng)目。

本課程的先修知識(shí)涉及電子、計(jì)算機(jī)、通信等多學(xué)科知識(shí)等，教師可根據(jù)需要串講項(xiàng)目涉及的專業(yè)知識(shí)，補(bǔ)缺補(bǔ)差。在串講專業(yè)知識(shí)后，立刻進(jìn)入以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)階段，在此階段，學(xué)生需要自主學(xué)習(xí)、整合相關(guān)知識(shí)，完成一個(gè)名為“××物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)”設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目。項(xiàng)目選題應(yīng)具有綜合性、前沿性和實(shí)用性，且工作量適中。選題由教師團(tuán)隊(duì)共同討論確定，企業(yè)工程師參與遴選、審核，共同撰寫項(xiàng)目文檔，通過項(xiàng)目文檔初步給出項(xiàng)目需求、涉及的技術(shù)、設(shè)計(jì)建議等內(nèi)容。

（三）學(xué)習(xí)成果設(shè)定

本課程要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)涉及物聯(lián)網(wǎng)的幾個(gè)層次，即作品應(yīng)該具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、數(shù)據(jù)傳輸與通信、數(shù)據(jù)處理與分析、應(yīng)用軟件系統(tǒng)控制等功能。學(xué)生需提交該作品的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)文檔，演示系統(tǒng)功能，以設(shè)計(jì)文檔、匯報(bào)PPT等資料和實(shí)物模型等作為學(xué)習(xí)成果。

（四）學(xué)習(xí)的正向?qū)嵤?/p>

正向?qū)嵤┦侵冈诿鞔_學(xué)習(xí)目標(biāo)與內(nèi)容的前提下，按照流程有步驟地完成各階段的任務(wù)。項(xiàng)目訓(xùn)練過程參照企業(yè)實(shí)際研發(fā)流程設(shè)計(jì)，見圖1。

正向?qū)嵤┑拿總€(gè)階段都有明確的學(xué)習(xí)成果，針對(duì)一個(gè)具體的復(fù)雜工程問題，要求學(xué)生綜合運(yùn)用本科階段學(xué)習(xí)的大量專業(yè)知識(shí)和專業(yè)工具，分析問題、解決問題，最終得到一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一次理論到實(shí)踐的質(zhì)的飛躍。

（五）考核與評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

課程的考核與評(píng)價(jià)采用形成性考核與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，且考核貫穿學(xué)習(xí)的全過程。老師和小組組長分別記錄學(xué)生在完成項(xiàng)目的整個(gè)過程中的表現(xiàn)及成果，作為考核的依據(jù)。重點(diǎn)考核學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、知識(shí)能力、創(chuàng)新能力、系統(tǒng)能力等。為使評(píng)價(jià)有依據(jù)，針對(duì)項(xiàng)目完成度、工作態(tài)度、學(xué)習(xí)能力、知識(shí)掌握程度等方面，構(gòu)建考核與評(píng)價(jià)指標(biāo)，見表1。

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)制定的考核要素，除了考核專業(yè)知識(shí)，增加了對(duì)每位小組成員的參與度以及團(tuán)隊(duì)合作的考核，力爭做到目標(biāo)方向明確、考核全面。

三、課程教學(xué)改革的理念與措施

（一）以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

傳統(tǒng)的教學(xué)過程是以老師為中心，學(xué)生根據(jù)老師的設(shè)計(jì)和要求，按照實(shí)驗(yàn)步驟逐步完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這樣的實(shí)踐課，只是根據(jù)老師的實(shí)驗(yàn)要求復(fù)制老師的設(shè)計(jì)，缺乏事先對(duì)項(xiàng)目背景的調(diào)查研究，缺少對(duì)項(xiàng)目需求的深入分析與系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，不需要?jiǎng)?chuàng)新，缺乏挑戰(zhàn)性，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高。

基于OBE理念的教學(xué)模式，以學(xué)生為中心，從學(xué)習(xí)小組的組建、項(xiàng)目選題、分工協(xié)作到項(xiàng)目設(shè)計(jì)和成果匯報(bào)，均由學(xué)生自主完成。小組人數(shù)通常為5人左右，每個(gè)小組設(shè)組長1名，負(fù)責(zé)團(tuán)隊(duì)成員的協(xié)調(diào)組織、方案討論、任務(wù)分配、記錄成員的表現(xiàn)等工作。團(tuán)隊(duì)成員分工明確，相互協(xié)作，共同完成目標(biāo)。教師由“綜合實(shí)踐”課程的組織者變?yōu)榉?wù)者和引導(dǎo)者，主要負(fù)責(zé)提供項(xiàng)目參考選題、提出實(shí)踐目標(biāo)要求、技術(shù)指導(dǎo)以及成績?cè)u(píng)定等方面的工作。為了更貼近生產(chǎn)實(shí)際，使項(xiàng)目具有一定的社會(huì)價(jià)值和前沿性，參考選題事先經(jīng)過企業(yè)工程師的篩選和修訂。同時(shí)對(duì)學(xué)生的考核貫穿了學(xué)習(xí)的全過程，一方面能夠促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)，另一方面也規(guī)范了學(xué)習(xí)過程。

（二）分段實(shí)施，達(dá)成課程目標(biāo)

根據(jù)“綜合實(shí)踐”課程的特點(diǎn)，課程教學(xué)分3個(gè)階段實(shí)施，即宣傳動(dòng)員階段、項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段、成果匯報(bào)階段。宣傳動(dòng)員階段主要完成團(tuán)隊(duì)組建、任務(wù)分工、明確目標(biāo)，此項(xiàng)工作在第六學(xué)期初通過召開動(dòng)員大會(huì)的方式落實(shí)。接下來，學(xué)習(xí)小組利用課余時(shí)間完成選題，通過查閱文獻(xiàn)和項(xiàng)目調(diào)查，了解項(xiàng)目背景、發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)行方案討論、創(chuàng)意設(shè)計(jì)等。在此階段，學(xué)生還要完成一些專業(yè)課的學(xué)習(xí)，如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐、移動(dòng)開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)通信與控制技術(shù)等，這些知識(shí)是完成項(xiàng)目的基礎(chǔ)，則此時(shí)的學(xué)習(xí)是帶著問題地學(xué)習(xí)，任課教師自然地承擔(dān)了部分指導(dǎo)工作，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。隨后進(jìn)入項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，指導(dǎo)教師再適時(shí)地介入到學(xué)生的項(xiàng)目活動(dòng)中，指導(dǎo)學(xué)生完善設(shè)計(jì)方案。項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段安排在全部理論課學(xué)習(xí)完成后進(jìn)行，用兩周的時(shí)間集中進(jìn)行項(xiàng)目的軟硬件開發(fā)、測試與改進(jìn)、文檔編寫等工作，最后統(tǒng)一安排時(shí)間進(jìn)行成果展示和競賽。

（三）以成果為導(dǎo)向，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

以成果為導(dǎo)向，是OBE教學(xué)理念的核心思想，“綜合實(shí)踐”課程的學(xué)習(xí)成果就是小組共同設(shè)計(jì)的應(yīng)用系統(tǒng)。一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)包含硬件和軟件兩大部分，融合了數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析處理、自動(dòng)控制等多項(xiàng)技術(shù)，一個(gè)成功的應(yīng)用系統(tǒng)既要考慮完整性、系統(tǒng)性，又要考慮用戶體驗(yàn)。隨著科技發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，及時(shí)引入新技術(shù)是不斷創(chuàng)新、不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，學(xué)生需要有強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)，積極主動(dòng)學(xué)習(xí)新技術(shù)、新工具，才有可能做出優(yōu)秀的作品。為在競賽中取得好成績，在答辯前，學(xué)習(xí)小組會(huì)不斷修改和優(yōu)化作品，在達(dá)到外觀和功能要求的同時(shí)，還會(huì)注重作品的創(chuàng)新性和先進(jìn)性，力爭答辯時(shí)有好的表現(xiàn)，取得更好成績。在此過程中，教師的指導(dǎo)，能夠幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而提高學(xué)生解決復(fù)雜工程實(shí)踐問題的能力。

（四）完善評(píng)價(jià)機(jī)制，培養(yǎng)進(jìn)取精神

為激發(fā)小組成員的參與意識(shí)，在評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)引入了競賽機(jī)制，成立“綜合實(shí)踐”課程互評(píng)式競賽評(píng)委組，成員由指導(dǎo)老師、企業(yè)工程師和各小組組長組成，依據(jù)考核指標(biāo)打分，每個(gè)小組作為一個(gè)參賽單位，進(jìn)行成果匯報(bào)、展示和答辯。

課程成績的評(píng)定采用兩級(jí)評(píng)定制度，第一級(jí)是通過競賽評(píng)定每個(gè)小組的名次；第二級(jí)是在團(tuán)隊(duì)內(nèi)進(jìn)行貢獻(xiàn)度排名，依據(jù)是工作記錄和團(tuán)隊(duì)成員互評(píng)。小組名次決定了團(tuán)隊(duì)獲得優(yōu)良率的指標(biāo)，團(tuán)隊(duì)成員的成績根據(jù)團(tuán)隊(duì)的優(yōu)良率指標(biāo)按貢獻(xiàn)排名確定。團(tuán)隊(duì)成員想獲得好成績的方法是：一方面，個(gè)人貢獻(xiàn)大、排名靠前可以得到團(tuán)隊(duì)內(nèi)的好成績；另一方面，在競賽中團(tuán)隊(duì)名次好，團(tuán)隊(duì)可以得到更多的優(yōu)良率指標(biāo)，團(tuán)隊(duì)成員的起評(píng)分和總體成績更高。

建立這種互評(píng)式的課程競賽機(jī)制，能夠激發(fā)小組成員的責(zé)任感、參與意識(shí)和參與熱情。充分調(diào)動(dòng)爭先創(chuàng)優(yōu)的激情，助力培養(yǎng)良好的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，由“要我做”變?yōu)椤拔乙觥保谌巳藶榧w做貢獻(xiàn)的過程中獲得滿足感和成就感。通過評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)的組織策劃，學(xué)生的表達(dá)能力和協(xié)作能力也得到了提升。

結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“綜合實(shí)踐”課程的教學(xué)改革，著眼于解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)，不斷進(jìn)行探索實(shí)踐，取得了明顯成效。實(shí)踐表明，以學(xué)生為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)，能夠有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；完善評(píng)價(jià)機(jī)制，引入互評(píng)式的競賽機(jī)制，增加評(píng)價(jià)維度，激發(fā)了學(xué)生的進(jìn)取精神；分階段實(shí)施項(xiàng)目，明確各階段任務(wù)要求，促進(jìn)了培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成；以成果為導(dǎo)向，既注重項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)，也注重作品創(chuàng)意、技術(shù)創(chuàng)新和新工具的運(yùn)用，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。近年來，受益學(xué)生180余人，學(xué)生設(shè)計(jì)制作作品20余項(xiàng)，以這些作品為基礎(chǔ)，培育參加安徽省物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽、挑戰(zhàn)杯、“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽等賽事，獲得3項(xiàng)省級(jí)一等獎(jiǎng)、20余項(xiàng)省級(jí)三等獎(jiǎng)以上獎(jiǎng)項(xiàng)。通過不斷地探索與持續(xù)改革，形成了獨(dú)具特色的課程教學(xué)改革新模式，為培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的畢業(yè)生打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

本文系1.2020年度安徽省高等學(xué)校質(zhì)量工程項(xiàng)目《基于專業(yè)評(píng)估的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)研究與探索》（項(xiàng)目編號(hào)：2020jyxm1814）；2.2022年度安徽省高等學(xué)校質(zhì)量工程項(xiàng)目《蚌埠醫(yī)學(xué)院+安徽和能科技公司校企合作實(shí)踐教育基地》（項(xiàng)目編號(hào)：2022xqhz045）的研究成果。

參考文獻(xiàn)：

[1]殷俊，施衛(wèi)娟，胡夏蕓，等.面向OBE的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例庫建設(shè)研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2020，（04）：145-149.

[2]王文，佀同光，邵瀟漩，等.基于OBE+”雙團(tuán)隊(duì)”的信息系統(tǒng)開發(fā)類綜合實(shí)踐課程改革與建設(shè)[J].情報(bào)探索，2022，（10）：106-110.

（作者單位：蚌埠醫(yī)科大學(xué)公共基礎(chǔ)學(xué)院）

（責(zé)任編輯：宋宇靜