基于OBE理念的傳感器課程教學改革實踐探析

賈應彪

（韶關學院信息工程學院，廣東韶關 512000)

0 引言

成果導向教育(OBE，Outcomes-Based Education)，是以預期學習產出為中心來組織、實施和評價的結構教育模式，也是新時代背景下“新工科”教育改革的發展方向。OBE 教育的核心目標是培養學生獨立解決問題的能力，基于OBE 理念的教學模式，在課堂教學中主要強調以下四個基本問題[1]：①對學生的學習期望，應該讓學生取得什么樣的學習成果；②學生需要獲得這些學習成果的原因；③在教學中能有效幫助學生實現學習成果的措施；④判斷學生是否已取得相應學習成果的手段方法。

傳感器在信息技術應用領域具有重要地位，獲取信息的主要手段就是通過傳感器。在物聯網工程專業的人才培養方案中，傳感器原理及應用是極其重要的一門專業基礎課，在專業課程體系中處于承上啟下的地位，對學生工程實踐能力要求比較高[2-3]。課程的復雜性與目前單一的培養機制之間存在一定矛盾，而工程教育認證大環境下課程將面臨教育理念、教育方式、教育關系等各方面挑戰，這就迫切要求對傳感器原理及應用課程教學體系進行理論創新與實踐探索。本文基于OBE教學理念，結合韶關學院物聯網工程等信息類專業即將開展工程教育專業認證的背景，對傳感器原理及應用課程進行教學改革研究探索。

1 教學反思

通過反思傳感器原理及應用課程的教學過程，發現主要存在以下問題：

1)課程設計不夠全面，缺乏整體性，沒有對所涉及的教學目標與內容進行系統規劃。教學過程側重傳授知識，容易演變成各種類型傳感器的簡單串講，導致學生對功能相似而工作原理又不同的各類傳感器缺少感性認識，覺得枯燥乏味，學習缺乏積極性和主動性。

2)實驗設計多以驗證型的基礎實驗為主，實驗內容主要是對傳感器工作原理和性能參數進行驗證和測試，教學目標主要是加深學生對相關傳感器基本工作原理的掌握[4]。實驗過程中，學生只需按照實驗指導書描述的步驟進行操作后觀察記錄數據即可，很難培養工程應用能力，學生不具備利用傳感器來解決工程實際問題的能力。

3)課程評價方式單一。與其他課程相似，一直以來，傳感器課程評價機制更注重學生的考試成績，對學生實際能力考查評估不夠全面，也沒有針對學生個體特點進行個性化評價，評價機制存在偏頗。這種以考核學生對課程基本知識、基本方法掌握情況為主而輕視學生的學習過程、學習進展情況的評價模式與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性問題。它們嚴重影響學生的學習積極性，阻礙學生工程實踐能力和創新能力的培養。因此，需要引入新的教學理念和教學模式，以期在更大程度上提高學生的學習主動性和教學質量。

2 基于OBE導向優化教學資源

根據OBE理念，確定課程學習指標是必要的。基于課程學習指標，優化并完善網絡教學資源及實驗教學內容資源，有利于提升學生的學習效果和體驗。

2.1 確定課程學習指標

依據工程教育認證要求，學校組織課程組老師對專業畢業對各課程之間的指標要求做了詳細分析，課程組認為，物聯網工程專業畢業要求與《傳感器原理及應用》有關的指標項包括以下內容：

1)具備傳感器原理與應用的知識和技能，能夠理解和應用傳感器的基本原理、工作方式、分類和特點，掌握傳感器的性能測試方法和數據處理技術。

2)能夠獨立進行傳感器的選擇和優化，能夠分析和解決傳感器系統的實際問題，具備開發傳感器應用程序的能力。

3)能夠應用傳感器技術進行物聯網系統的設計和應用，了解物聯網系統的基本架構和相關技術，掌握傳感器與物聯網的融合應用原理和技術。

依據以上指標項，課程組為該課程制定了課程標準，明確學生應該掌握的知識點、技能和能力要求，并將其分解成每個課時的具體學習目標。總的說來，物聯網工程專業在傳感器這門課程上的學習重點目標，由傳感器的基本工作原理和測量知識的掌握，轉移到如何進行傳感器數據采集、處理和分析上來了。

2.2 優化完善網絡教學資源

在確定課程目標和內容基礎上，按照學校統一安排，課題組選擇了超星學習通平臺建立了課程的網絡教學資源。

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

2)在學習通平臺上創建一些互動式的學習資源，如在線測試、小組討論等。利用在線教學平臺布置作業，作業主要以選擇題、填空題、判斷題等客觀題型為主。通過作業檢測學生對于各知識點的掌握情況，同時也可以通過批改作業來及時糾正學生存在的問題。在適當的時間安排在線測試，以便測試學生的綜合能力。

3)在學習通平臺上提供了在線輔導和答疑：開設在線輔導時間，設置課程討論區，讓學生在學習過程中遇到的問題得到及時的解答和幫助。

2.3 優化實驗教學內容資源

在本次教學改革前本專業的傳感器實驗主要為驗證型的基礎實驗，實驗教學目的主要是考查學生對某種傳感器基本工作原理的掌握程度，具體實驗設置如表1所示。

物聯網工程專業需要培養學生結合多種傳感器進行數據采集、處理、分析，并解決復雜問題的能力。而設計型實驗，實驗教學目的就是培養學生分析問題和解決問題的能力。本課程設計型實驗采用武漢創維特信息技術有限公司提供的2019 版物聯網無線傳感教學實驗箱(CVT-WSN-S) ，該實驗箱有傳感器數據采集模塊，學生可通過編寫程序實現對不同傳感器數據的采集、分析和處理。構建個性化、層次化的實驗教學目標，側重培養學生利用傳感器進行數據采集、處理分析的能力。具體實驗設置如表2所示。

表2 設計型實驗

結合專業對該課程的教學指標要求，課程實驗調整為：縮減驗證性的基礎型實驗至1-2 個，其余實驗改成設計型實驗。設計型實驗采用組隊方式進行，要求2個學生一組，基于實驗室提供的硬件設備，在計算機上編程實現相關傳感器數據的采集并對數據進行處理。實驗過程分三個階段：

1)實驗準備階段。任課教師通過學習通平臺，發布具體的實驗目的要求以及詳細步驟，以幫助學生更好地理解和掌握實驗內容。要求學生依據老師提供的實驗例程，編寫相應傳感器的數據采集程序。實驗內容的發布一般提前一個星期，讓學生有充足的時間在實驗課前提前完成數據采集實驗的編程實現。

2)實驗進行階段。檢查學生編寫的程序代碼，要求學生到實驗室將自己編寫程序代碼經過編譯開發系統燒入芯片，再通過計算機串口測試傳感器采集的數據，要求學生現場修改代碼，實現調整數據采集頻率、顯示格式以及進行線性化處理。

3)實驗反思階段。學生撰寫實驗報告，總結詳細的程序設計思路（要求學生畫出程序流程圖），分析實驗過程中遇到的問題及解決辦法。

除了設計型實驗，實驗教學還可以結合各類專業競賽進行。為了培養學生利用傳感器進行數據采集、處理、分析解決問題的能力，可組織學生參加有關競賽（如：電子設計大賽）或者課外活動，目前該方案正在初步探索中。

3 引導學生自主學習

自主學習是現代教育的重要目標之一，通過自主學習，學生可以更好地掌握知識和技能，提高學習效果。在OBE理念下，教師應該充分發揮學生的自主學習能力,采用以學生為主體的研究型教學方法[5]。在傳感器原理及應用課程教學中，為了引導學生自主學習，主要從以下幾個方面著手：

1)提供多樣化的學習資源和工具。在課程開始時，向學生介紹詳細的教學課程標準和相關的學習安排，讓學生清楚了解學習的目標和內容，并能夠獨立進行學習。為學生提供多樣化的學習資源和工具，在線教學平臺上提供了課程視頻和電子書、課程作業、課程測試等，鼓勵學生自主選擇適合自己的學習材料和工具。

2)鼓勵學生積極參與課堂討論。在課堂上，鼓勵學生積極參與討論，將課堂表現納入過程性評價，學生主動提出問題、進行經驗和觀點分享都可計入平時分，從而創造一個積極互動的學習氛圍。

3)指導學生制定學習計劃。指導學生制定個人學習計劃，包括學習目標、時間規劃、學習方法等，讓學生有計劃地進行學習，并逐漸培養自主學習的能力。

4)提供反饋和指導。在學生進行自主學習時，依據在線教學平臺及時對學生的學習進度和表現進行反饋和指導，幫助學生發現問題并解決問題，同時也可以激勵學生更好地進行學習。

5)鼓勵學生互相合作學習。組織學生進行小組合作學習，讓學生之間互相交流、互相學習，從而提高學生的自主學習能力。

4 優化評價與學習反饋機制

OBE的教學評價中心是學生的學習成果，而不是老師的教學內容，應采用多元化和分層次的評價機制，強調學生在學習過程中的學習進步和個人獲取的學習成果，應該按照每個學生學習的具體情況進行針對性的評價。OBE 理念強調對學生學習結果的評價和反饋，因此教師需要制定科學合理的評價體系，并及時給予學生反饋。評價體系應覆蓋學生知識、技能、態度等多方面，以確保學生達到預期學習效果。

結合OBE 理念，課程組采用多元化評價方式，進行了試卷改革，注重過程性評價和個性化評價，進行評價機制改革嘗試。在充分考慮學生的個性化差異與發展需求基礎上，初步建立了多元化的評價方式，包括小組討論、報告展示、實驗、期末考試等。通過多樣化的評價方式，可以全面地了解學生的綜合能力和學習效果。

1)試卷內容調整。根據OBE理念，按照新的課程學習目標，在多元評價基礎上，對期末試卷內容進行了適當優化。在保證考核的知識點符合課程標準的前提下，出題的形式進行了一定的調整。試卷中除了保留傳統檢測對相關知識點掌握情況的題型，如填空題、判斷題、選擇題和簡答題等外，考慮以實際物聯網應用中一個傳感器數據采集項目為題，要求學生通過傳感器選型到系統方案設計，如硬件如何實現，軟件設計流程等，實現一個傳感器完整應用流程。

2)注重過程性評價。過程性評價是一種注重評價對象發展過程中變化的教育評價方法，在學習過程中逐步發現學生優點與不足、及時調整教學方案。傳感器原理及應用教學中，可以多使用課堂測試、課后作業、實驗操作等方式對學生進行過程性評價，及時發現并解決學生的難點問題。

3)開設個性化評價溝通渠道。個性化評價是一種針對學生個人差異和需求的評價方式，能夠更好地了解學生成績、興趣、學習風格等方面的特點，個性化評價措施包括：①行為記錄。任課教師通過觀察學生在課堂上的表現和態度，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生在課堂中存在的問題，并給出表現成績。②問卷調查：通過學習通平臺發布不同類型的問卷調查，了解學生對于課程的學習情況、難點、興趣等方面的反饋，收集學生的建議和意見以及對于教學措施的評價。依據學生反饋的響應程度給出相應成績。③學習日志：學習通平臺的學習日志可以記錄學生在學習、測試過程中所花的時間，包括遇到的問題、解決方案、心得體會等。通過分析學習日志教師可以給出相應成績，也可以了解學生學習的狀態和效果，并根據學生的情況進行個性化的指導和幫助。④鼓勵學生參加專業競賽，可以允許學生將自己正在從事的電子設計大賽等與傳感器有關的比賽項目充作本學期的傳感器實驗成績參考，參賽成績以附加分的形式加入實驗成績。

5 結束語

傳感器原理及應用課程的教學改革需要基于OBE 理念，注重學生的實踐操作能力、優化完善教學資源、引導學生自主學習、制定科學合理的評價體系并及時反饋等方面的措施，以提高學生的學習效果和實際能力水平。通過建立個性化評價溝通渠道，讓學生與老師之間有更多的互動交流，能夠更好地了解學生的學習情況和個性差異。教學實踐表明教學效果得到了改善，學生工程實踐能力得到提升。