基于OBE的無線傳感器網絡教學研究

張海洋 趙歡歡

摘要：將OBE理念引入到《無線傳感器網絡》課程教學中，從教學目標、教學內容及考核評價3方面進行了設計與實施，經實踐證明，采取這種課程設計可以有效激發學生興趣，培養學生解決問題能力，從而提高教學質量。

關鍵詞：OBE;無線傳感器網絡;實踐教學

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）16-0172-02

OBE（Out-comes-Based Education，簡稱 OBE）教育模式起源于西方國家的教育改革，是20 世紀 90 年代，美國教育家William G. Spady 提出的，其核心思想是“以學生為主體、以成果為驅動”的成效為本教育理念[1]。OBE工程教育模式強調以學習產出為目標，著重培養學生多方面、多層次應用開發能力。

《無線傳感器網絡》是物聯網工程專業的專業選修課程，通常在大四下學期開設，是培養學生物聯網應用開發能力的重要課程之一。旨在通過具體的案例使學生了解物聯網相關標準，掌握開發的基本原則與方法，能夠基于工程規范選擇合適的技術、設備及網絡結構，設計、實施適應實際需求的物聯網系統解決方案[2]。本課程通過設計、實現多個實踐項目展開教學，培養學生的物聯網組網與應用開發的實踐應用能力，使學生認識物聯網系統的相關特征，并熟練掌握綜合應用系統的開發過程，從需求分析、編碼開發、測試等方面讓學生運用所學的理論實踐知識設計一個綜合應用系統。因此，本課程對學生的動手開發能力有很高的要求，也同時要求教師合理組織教學，充分的調動學生興趣和積極性，能夠有條理、高效地解決問題。

為提高教學質量，我們在無線傳感器網絡課程中引入 OBE 教學理念，根據學生的學習目標制定不同的教學內容，對無線傳感器網絡的教學目標與實踐教學及課程考核方案等進行教學改革研究與探索。

1無線傳感器網絡目前存在的問題

1.1學生編程能力參差不齊

無線傳感器網絡課程需要學生通過前期課程的學習，應當具備較高的編程開發能力及思維，然而不同學生對于課程知識的掌握程度不同，其編程能力也參差不齊，使得教師在教學過程中不好把握分寸，想上好無線傳感器網絡課程其實并不容易。

1.2實踐教學缺乏系統性

由于本課程的實踐性比較強，在以往實踐教學中，實踐課自主設計環節較少，學生驗證性實驗掌握程度還可以，但是對于問題的發現、分析、解決的能力不高，仍然對系統的開發中涉及的概念及方法沒有較為完整深刻的認識，做不到融會貫通，沒有綜合實訓項目的支撐學生對系統整體的掌握程度也不夠。

1.3考核評估機制不完善

考核方式方法的單一及不完善，導致高分并不能體現出真正的教學效果，同時學生的職業能力以及團隊協作能力也沒有得到培養和發展，因而需要根據OBE的理念，針對課程的特點設計合理的考核評估機制，預防“高分低能”[3]。

2基于OBE的無線傳感器網絡教學改革

2.1合理設計課程目標，聚焦學生能力培養

基于成果導向的課程目標設計，包括：（1）掌握無線傳感器網絡的基礎知識，了解相關標準，能夠將物聯網工程專業知識用于物聯網應用領域復雜工程問題解決方案的比較、綜合與改進。（2）通過文獻收集和研究掌握物聯網應用開發復雜工程問題的需求分析，能夠按照規范撰寫用戶需求文檔。（3）掌握物聯網應用開發的設計原則和方法，并掌握系統設計開發過程中典型的軟硬件的選型、使用和配置方法，具備設計與開發系統的軟硬件開發能力等。（4）能夠正確采集并整理傳感器數據，運用主流的開發工具根據實際需求以及軟件工程規范編寫風格良好的應用程序，并能夠對已有的程序進行測試與調試。（5）能夠根據工程設計的基本思想與方法，組隊完成設計開發基于多種感知、無線傳輸以及數據處理技術融合的簡單物聯網應用系統。

2.2以團隊綜合實踐項目為抓手，優化教學內容

無線傳感器網絡是一門對實踐性和動手能力要求較高的課程，實踐課的目的在于提高學生的動手能力和知識綜合運用的能力，故而，改革實踐教學尤其重要[4]。

將實踐教學分為4步：系統需求及概要設計，通過討論、文獻收集等讓學生熟悉應用開發系統需求及概要設計的方法及過程;系統總體方案設計，使學生能夠熟練系統硬件模塊的選擇方法，能夠針對特定需求設計物聯網應用系統;系統詳細設計，讓學生能夠正確采集、處理、分析傳感器數據，運用項目管理方法，對系統進行詳細設計;系統軟硬件調試與測試，學生能夠熟練掌握系統硬件調試、軟件測試及軟硬件聯調。同時將學生分成3～4人小組分工協作完成具體綜合項目的開發，提高學生的團隊協作能力[5]。設計的綜合實踐項目如表1所示。

2.3改進考核評價方式，注重學生學習成果

最終成績由平時成績、實驗成績和期末考查成績等組合而成，各部分所占比例如下：

平時成績（占25%）：平時表現考核：課堂考勤，參與需求分析等話題討論，中期檢查及報告。教師評判中期檢查報告稿并根據報告內容的正確性、完成認真度及規范性給出評定成績。

實驗（占25%）：主要考核根據學生熟悉硬件如單片機、無線模塊、各類傳感器的使用能力，物聯網綜合應用開發系統的設計、實現及測試能力，學生可根據任課教師布置的實驗題目與目標，通過結合理論知識，進行設計、代碼編寫、測試與分析，給出一定形式的實驗結果及分析說明。上機與實驗考核：根據實驗結果正確性的完成情況及實驗報告的規范性給出評定成績。

期末考查（占50%）：重點考核解決物聯網應用工程項目中相關復雜工程問題的能力，以分組答辯的形式進行考核。考查材料包括答辯PPT，系統軟硬件系統現場演示講解及后續拍攝演示視頻，系統代碼及按照模板撰寫課程報告。教師根據考查材料的正確性、完成認真度及規范性給出評定成績。

根據圖1可見，課程目標4的達成度值最高，課程目標3的達成度次之，課程目標2的達成度情況卻稍差。由于目標1主要反映學生利用所學的相關基礎知識對物聯網應用領域復雜工程問題的解決方案的比較、綜合與改進。而目標2和3反映學生對物聯網相關系統的應用及設計開發能力，通過此次對比，在很大程度上顯示出學生利用相關知識對復雜工程問題的方案設計能力還比較薄弱。

本課程的實踐性較強，僅靠課堂上的學習與實踐，是不夠的。因此，要充分利用好業余時間，擬針對復雜工程問題綜合考慮系統方案設計，采用多閱讀相關文獻方案，來增加知識面和知識積累，同時重視學生學習主動性和創新能力的培養，提高學生的系統設計與開發等能力。

3結束語

OBE教育理念，是對傳統教育方式的變革，本文將OBE理念引入到無線傳感器網絡課程中，基于OBE教育模式對無線傳感器網絡課程中的課程目標、實踐教學、考核評價方式進行改革，這種新的教學模式雖然這大大增加了教師的工作量，但以學生的學習結果為導向，使得學生真正可以在課堂上學到知識、提升能力。教學改革任重道遠，一切改革工作都要以促進學生成長為目的[6]。

參考文獻：

[1] SPAD Y W G.Outcome-based education：critical issues and an- swers [M].Arlington：American Association of School Administra- tors，1994.

[2] 邵春瑾.基于應用型人才培養的綜合實踐活動課程開發策略[J].產業與科技論壇，2019，18（2）：205-206.

[3] 顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[4] 楊毅剛，孟斌，王偉楠.基于OBE模式的技術創新能力培養[J].高等工程教育研究，2015（6）：24-30.

[5] 劉春娟.實訓項目教學模式在教學實踐中的應用[J].陜西學前師范學院學報，2013，29（3）：23-26.

[6] 李啟銳.基于OBE教育理念的應用型計算機專業人才培養機制[J].計算機教育，2018（9）：25-29.

【通聯編輯：光文玲】