基于OBE-CDIO模式的物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程教學(xué)改革與實踐

廖琳

摘 ?要：針對課程中存在的問題，將OBE與CDIO引入課程教學(xué)中，以科研項目和學(xué)科競賽為載體，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，并通過MOOC本地化改造構(gòu)建基于OBE-CDIO模式的“研-教-賽”課程教學(xué)新模式。新的課程體系有效改善學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，顯著提高教學(xué)效果，實現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：OBE-CDIO;課程改革;物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）18-0150-04

Abstract： In view of the problems existing in the course， OBE and CDIO are introduced into the course teaching. A new teaching mode of "research-teaching-competition" course based on OBE-CDIO system is constructed through the scientific research projects and discipline competitions as the carrier with optimization teaching content and reformation teaching methods， which combined with the localization transformation of MOOC. This new system effectively improves students' learning autonomy， significantly improves the teaching effect and achieves the teaching objectives.

Keywords： OBE-CDIO; reform in course; Internet of things

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息技術(shù)的第三次技術(shù)革命，它是鏈接信息世界與現(xiàn)實世界的關(guān)鍵橋梁，應(yīng)用越來越廣泛。為適應(yīng)時代發(fā)展和國家需求，許多高校在計算機(jī)類專業(yè)中都開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程，其中物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程是重要的專業(yè)先導(dǎo)課程。該課程涉及通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、RFID技術(shù)、傳感技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)等多項技術(shù)知識，以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和對物物互聯(lián)技術(shù)具備運(yùn)用理論知識解決物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建能力為目標(biāo)，是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)興趣，培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要課程。

一、物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前，許多高校開設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程教學(xué)課時普遍在32～56學(xué)時之間，主要存在著以下問題：（1）課程教學(xué)內(nèi)容涉及知識點多而繁雜，導(dǎo)致學(xué)生抓不住重點、缺乏學(xué)習(xí)興趣。（2）教學(xué)課時量偏少，且授課模式單一，導(dǎo)致課程教學(xué)效果差。（3）課程內(nèi)容與科研、生產(chǎn)等實踐環(huán)節(jié)脫節(jié)。（4）課程考核評價方式單一，不利于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。

OBE（Outcome Based Education）是集中圍繞學(xué)生在畢業(yè)時候應(yīng)取得的成果來組織和評價的一種面向目標(biāo)、能力和需求的教育模式，以預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果來驅(qū)動課程教學(xué)過程。CDIO，即構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），是CDIO能力大綱代表的預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果來驅(qū)動課程教學(xué)模式。兩者在形式上和精神上是融通的。OBE強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為本，注重師生互動等;CDIO則注重以項目為載體的主動性教學(xué)方法，重視工程文化教育[1]，能極大提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和工程應(yīng)用能力[2-3]。目前，將OBE與CDIO結(jié)合起來對課程教學(xué)改革研究相對較少，特別是在物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程教學(xué)中，未見報道。

另一方面，課程思政在課程教學(xué)中越來越受到重視和關(guān)注。如何在課程教學(xué)過程中融入愛國主義教育、勞動教育和德智教育是實現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵因素之一。目前，物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程教學(xué)過程中，雖涉及思政教育內(nèi)容，但不夠具體，不夠系統(tǒng)。

鑒于此，結(jié)合本課程存在的問題，提出將OBE理念融入到CDIO模式中，突出學(xué)生自主性，并將科研項目、學(xué)科競賽融入與課程教學(xué)內(nèi)容結(jié)合，形成了物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程“研-教-賽”教學(xué)新模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和學(xué)習(xí)成效。與此同時，將德智教育內(nèi)容融入課程理論和實踐教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生使命感、責(zé)任感、榮譽(yù)感和自豪感。現(xiàn)將課程教學(xué)目標(biāo)、課程教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建、教學(xué)方法、考核方式和教學(xué)效果介紹如下。

二、課程教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)我校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，并結(jié)合畢業(yè)要求和本課程的特點，采用反向設(shè)計，建立以德智素質(zhì)、基礎(chǔ)知識、設(shè)計能力和成果素質(zhì)四個維度的物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程教學(xué)目標(biāo)：（1）德智素質(zhì)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生愛國精神、德智發(fā)展、勤于思考、科技自信、團(tuán)結(jié)合作和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。（2）基礎(chǔ)知識目標(biāo)，具有扎實的物聯(lián)網(wǎng)知識基本概念和理論;（3）設(shè)計能力目標(biāo)，具備運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備解決實際“物物互聯(lián)”的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計或構(gòu)建能力;（4）成果素質(zhì)目標(biāo)，掌握物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程項目設(shè)計方法，能夠具有分析、系統(tǒng)設(shè)計能力。

三、課程教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建

（一）理論教學(xué)內(nèi)容

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展日新月異，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，且涉及的技術(shù)非常多，意味著需要學(xué)習(xí)和掌握的技術(shù)知識較多[4]。為便于學(xué)習(xí)，就需要對課程知識點內(nèi)容進(jìn)行分類、歸納和整合。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的知識體系、層次結(jié)構(gòu)和相關(guān)技術(shù)，可將教學(xué)內(nèi)容劃分為三大塊，即基礎(chǔ)理論技術(shù)、行業(yè)應(yīng)用典型案例和新技術(shù)，具體如圖1所示。根據(jù)三大塊知識體系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，同時為解決課時少，知識點多導(dǎo)致教學(xué)難以完成的問題，通過MOOC本地化改造，搭建課程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源庫，以方便學(xué)生線下自學(xué)完指定的知識點。

（二）實踐教學(xué)內(nèi)容

物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的先導(dǎo)性課程，通常安排在大一進(jìn)行教授，學(xué)生缺乏專業(yè)基礎(chǔ)，因此，許多高校都沒有實踐教學(xué)環(huán)節(jié)[5]。針對非物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，如網(wǎng)絡(luò)工程，由于是專業(yè)方向課程，通常安排在大三進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生具有一定的專業(yè)基礎(chǔ)，因此增加實踐教學(xué)將有助于實現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果。鑒于此，我們一方面增加實驗項目的同時，另一方面，將科研項目納入到實踐教學(xué)中，結(jié)合科研項目，提煉出一些探索性實驗項目，構(gòu)建實踐教學(xué)體系，以增加課程教學(xué)內(nèi)容，與時俱進(jìn)，具體見表1。學(xué)生通過完成科研項目，經(jīng)過分析和總結(jié)后參加相應(yīng)的學(xué)科競賽或發(fā)表學(xué)術(shù)論文，進(jìn)一步得到鍛煉和提升，實現(xiàn)良性循環(huán)，提高課程教學(xué)質(zhì)量。

（三）德智教育的融合

將德智教育內(nèi)容融入到理論教學(xué)和實踐教學(xué)中，培訓(xùn)學(xué)生愛國、自信、團(tuán)結(jié)合作、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和勇于創(chuàng)新的精神。具體做法是結(jié)合課程思政目標(biāo)，以國際領(lǐng)先的信息技術(shù)，如5G技術(shù)為例介紹我國的科技優(yōu)勢，樹立民族自信。以行業(yè)領(lǐng)域典型科技專家的科技攻關(guān)事跡為例，激勵學(xué)生艱苦奮斗、勤于實踐和勇于創(chuàng)新的精神。學(xué)生通過參與科研項目和學(xué)科競賽，從行動上真真切切體驗團(tuán)結(jié)合作、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和敢于創(chuàng)新，提高課程教學(xué)效果。

四、教學(xué)方法

（一）基于CDIO模式的教學(xué)方法

課程教學(xué)中，采用CDIO模式進(jìn)行教學(xué)，將知識點按該模式進(jìn)行設(shè)計和分類以便于教學(xué)實施，見表2。以“基于RFID技術(shù)在食品安全中的應(yīng)用”為例。

（1）構(gòu)思階段：教師拋出問題“如何能做到最大化的食品安全”，引導(dǎo)學(xué)生查詢并思考分析“食品安全”項目的市場需求和實現(xiàn)需要涉及的主要技術(shù)。讓學(xué)生了解到，現(xiàn)階段食品能追本溯源、擁有供應(yīng)鏈中各階段的食品制造商和銷售商的記錄，以及食品或原材料源頭加入RFID標(biāo)簽并寫入產(chǎn)地、出產(chǎn)日期等。

（2）設(shè)計階段：結(jié)合單片機(jī)，引入液晶顯示、串口通信模塊等實現(xiàn)食品全程跟蹤。教師精講RFID電路原理、特點及應(yīng)用場合，讓學(xué)生設(shè)計食品追本溯源方案。

（3）實施階段：要進(jìn)行軟硬件調(diào)試及測試，在RFID讀寫模塊識別電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)后在顯示屏上顯示卡號，經(jīng)過串口通信將信息上傳至電腦實現(xiàn)對食品的溯源及遠(yuǎn)程監(jiān)控。學(xué)生這一階段會理解如何在硬件條件下更好地編程實現(xiàn)功能要求，將理論與實踐結(jié)合。

（4）運(yùn)行階段：主要讓學(xué)生綜合考慮硬軟件和產(chǎn)品的綜合測試，學(xué)習(xí)如何與市場對接，據(jù)反饋意見，進(jìn)行產(chǎn)品的后續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化。還要求學(xué)生根據(jù)市場行情撰寫市場策劃或運(yùn)營計劃書等，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。

（二）線上自學(xué)完成指定的知識點

以學(xué)生為中心，提前布置好線上完成的知識點，學(xué)生通過觀看網(wǎng)絡(luò)資源庫視頻完成。線下教學(xué)通過作業(yè)、提問和討論等方式檢驗線上學(xué)習(xí)效果，同時對知識難點進(jìn)行補(bǔ)充講解。

（三）教師指導(dǎo)下的翻轉(zhuǎn)課堂

將學(xué)生分成若干小組，提前分配不同的知識點，讓學(xué)生小組完成資料搜集、課件制作等，按講課進(jìn)度安排每個小組學(xué)生代表進(jìn)行3分鐘的知識點分享，針對講授情況，教師進(jìn)行點評、補(bǔ)充等。開展學(xué)生知識點分享比賽，學(xué)生展示3分鐘知識點分享，由教師和學(xué)生做裁判進(jìn)行點評，評出一等獎、二等獎、三等獎，并給予一定的物質(zhì)獎勵。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)準(zhǔn)備過程中，學(xué)生可隨時與老師交流、探討以提高翻轉(zhuǎn)課堂質(zhì)量，具體安排細(xì)節(jié)見表3。開展教師指導(dǎo)下的翻轉(zhuǎn)課堂有效調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)課程的主動性，同時也豐富了課堂教學(xué)模式，教與學(xué)的效果顯著提高。

（四）項目文獻(xiàn)分享

將科研項目引入課堂，并按小組分配。教師從科研項目中提煉出教學(xué)內(nèi)容對應(yīng)的知識點，進(jìn)行合理的講授，使得學(xué)生積累項目知識儲備。同時，學(xué)生通過文獻(xiàn)調(diào)研、實驗設(shè)計等方式參與項目實施，讓學(xué)生逐步地了解和掌握項目實施的整個環(huán)節(jié)。經(jīng)過一段時間的項目實施后，安排每個小組進(jìn)行一次3～5分鐘的課堂項目文獻(xiàn)分享，學(xué)生和老師一起點評和討論。

五、考核方式

課程考核按理論教學(xué)：實踐教學(xué)=70∶30進(jìn)行劃分，且采用分類考核方式評價教學(xué)效果。對于理論課程考核，按表4進(jìn)行實施。對于實踐內(nèi)容，按實驗和項目實施兩部分進(jìn)行考核，具體如圖2所示。

六、教學(xué)效果

在網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)2017和2018屆學(xué)生中遴選了2個班進(jìn)行實踐教學(xué)，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，該教學(xué)模式教學(xué)效果更佳，具體表現(xiàn)在：

（1）學(xué)生對知識的理解明顯深刻，求知欲更強(qiáng)。

（2）學(xué)生選擇物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的題目作為畢業(yè)設(shè)計明顯增加。

（3）激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和熱情，課外積極與教師討論物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面和一些新領(lǐng)域的發(fā)展，如無人機(jī)。

（4）學(xué)生參加省級以上學(xué)科競賽人數(shù)明顯增加，且獲獎人次超過15人次。

七、結(jié)束語

針對物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程教學(xué)過程中存在的問題，結(jié)合本校實踐情況，將OBE與CDIO教育理念引入課程教學(xué)中，明確了課程教學(xué)目標(biāo)，將科研項目引入課堂，并優(yōu)化了課程教學(xué)內(nèi)容，改革了課程教學(xué)方法。實踐證明，新的課程體系能更好地提高課程教學(xué)效果，實現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)。

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