新工科背景下基于OBE理念的物聯網工程綜合實踐課程改革與探索

摘要：物聯網綜合實踐課程作為學業結束前的最后課程，在工科專業教學質量方面發揮著至關重要的作用。本文在分析OBE教學理念內涵基礎上，探討了新工科背景下基于OBE教學理念的綜合實踐課程的實施路徑，即以成果為導向、建設以課程競賽為驅動的多元化評價體系、依托校企合作建立案例庫，創新設計以學生為主體、分階段實施的教學新模式。對提高學生的系統觀、學習主動性和專業能力做出了探索性研究。

關鍵詞：新工科；OBE理念；物聯網工程；綜合實踐；競賽驅動

引言

自2017年起，為實現制造業轉型升級，促進工業化和信息化的融合發展，主動應對新一輪的科技與產業革命，我國先后出臺了“天大行動”“復旦共識”“北京指南”等綱領性文件，將新工科建設作為高校教育教學改革的重點。關于新工科內涵，鐘登華院士認為新工科的內涵是應對變化，培養具有創新性、系統觀的卓越工程專業學生[1]，而根本目標是培養學生解決復雜工程問題的能力。因此，探索培養學生解決復雜工程問題能力的途徑和策略，是當下研究的熱點問題。

一、物聯網工程綜合實踐課程概述

物聯網綜合實踐課程開設的時間點，通常是在學生完成了所有專業課程學習之后，旨在鞏固所學的知識，將理論知識應用于實踐，實現知識體系的建構。調查發現，當前大多數高校物聯網工程專業均開設了此課程，但大多沿用傳統的教學模式，在教學方式方法和教學內容上，均存在一些亟待解決的問題，主要表現為：教學目標定位不夠清晰，項目所用技術和模式均過于陳舊；過程評價標準不統一、內容不全面；學生參與項目設計實踐活動的積極性不高，創新能力培養不夠等[2]。

為解決上述問題，多名研究者探索基于OBE理念的綜合實踐類課程教學模式，取得了豐富的成果。提出了基于PBL和OBE理念的“四類型六環節”的物聯網工程專業實驗教學體系，以競賽驅動新工科專業學生的培養，提高了學生的科研創新能力。基于OBE理念設計了階梯式的教學模式和評價體系，實現學生個體化的分層教學和個體化進程式評價，調動學生的學習熱情，提高了培養目標的達成度。以OBE為導向構建了物聯網實踐教學案例庫，貫通能力目標的達成，集中培養學生解決復雜工程問題的能力。基于OBE教學理念進行的教學改革，提出了“OBE+‘雙團隊’”的綜合實踐課程教學模式，通過組建校企聯合的導師團隊，采用具有企業背景、跨學科的綜合實踐任務，激發學生的學習興趣和創新能力。這些改革與創新，從不同側面為“綜合實踐”課程教學改革提供了可以借鑒的思路。

OBE教學理念強調在教學中通過反向設計學習目標來指導學生的學習，目標涉及掌握知識、提高能力、培養素質3個方面，而提高能力是其主要目標，可見基于OBE的教學模式非常適用于綜合實踐類課程。本文以蚌埠醫科大學物聯網工程專業為例，探索課程的總體設計和實施路徑。

二、課程的總體設計、實施與評價

OBE教育理念的核心是反向設計、以學生為中心和持續改進，其特點是以成果為導向，以學生為主體，以最終的作品評價學習成果，強調知識整合與靈活運用。

（一）教學目標

蚌埠醫科大學物聯網工程專業的培養目標是：培養具有扎實的理論知識，掌握物聯網相關技術，具備軟件開發、系統集成、數據分析和處理等專業知識和技能，能夠將理論與工程實踐相結合，可在物聯網應用領域勝任工程師工作的復合型工科人才。據此，在廣泛征求同行和企業工程師意見的基礎上，確定了蚌埠醫科大學物聯網綜合實踐課程的教學目標是：整合所學專業知識，變零散為統一；通過完成具有現實意義的綜合實踐項目，使理論知識與實踐有效銜接，從而提高實踐能力、學科交叉能力、創新能力和溝通協作能力，最終具備一定地解決復雜工程問題的能力。

（二）教學內容

作為實踐類課程，采用以學生為主體的項目式教學，通過項目實戰，將相關知識串聯起來，使理論與實踐相結合，實現應用知識能力和創新能力的培養。考慮到物聯網應用系統通常涉及多學科知識，且十分復雜，因此采用小組合作的方式完成項目。

本課程的先修知識涉及電子、計算機、通信等多學科知識等，教師可根據需要串講項目涉及的專業知識，補缺補差。在串講專業知識后，立刻進入以學生為主體的學習階段，在此階段，學生需要自主學習、整合相關知識，完成一個名為“××物聯網應用系統”設計與實現的項目。項目選題應具有綜合性、前沿性和實用性，且工作量適中。選題由教師團隊共同討論確定，企業工程師參與遴選、審核，共同撰寫項目文檔，通過項目文檔初步給出項目需求、涉及的技術、設計建議等內容。

（三）學習成果設定

本課程要求學生設計一個完整的物聯網應用系統。系統涉及物聯網的幾個層次，即作品應該具有數據采集、數據存儲與管理、數據傳輸與通信、數據處理與分析、應用軟件系統控制等功能。學生需提交該作品的需求分析、系統設計相關文檔，演示系統功能，以設計文檔、匯報PPT等資料和實物模型等作為學習成果。

（四）學習的正向實施

正向實施是指在明確學習目標與內容的前提下，按照流程有步驟地完成各階段的任務。項目訓練過程參照企業實際研發流程設計，見圖1。

正向實施的每個階段都有明確的學習成果，針對一個具體的復雜工程問題，要求學生綜合運用本科階段學習的大量專業知識和專業工具，分析問題、解決問題，最終得到一個完整的物聯網應用系統，實現一次理論到實踐的質的飛躍。

（五）考核與評價指標的確定

課程的考核與評價采用形成性考核與終結性評價相結合的方式，且考核貫穿學習的全過程。老師和小組組長分別記錄學生在完成項目的整個過程中的表現及成果，作為考核的依據。重點考核學生的學習態度、知識能力、創新能力、系統能力等。為使評價有依據，針對項目完成度、工作態度、學習能力、知識掌握程度等方面，構建考核與評價指標，見表1。

根據評價指標制定的考核要素，除了考核專業知識，增加了對每位小組成員的參與度以及團隊合作的考核，力爭做到目標方向明確、考核全面。

三、課程教學改革的理念與措施

（一）以學生為中心，激發學習興趣

傳統的教學過程是以老師為中心，學生根據老師的設計和要求，按照實驗步驟逐步完成實驗項目。這樣的實踐課，只是根據老師的實驗要求復制老師的設計，缺乏事先對項目背景的調查研究，缺少對項目需求的深入分析與系統功能設計，不需要創新，缺乏挑戰性，導致學生的學習積極性不高。

基于OBE理念的教學模式，以學生為中心，從學習小組的組建、項目選題、分工協作到項目設計和成果匯報，均由學生自主完成。小組人數通常為5人左右，每個小組設組長1名，負責團隊成員的協調組織、方案討論、任務分配、記錄成員的表現等工作。團隊成員分工明確，相互協作，共同完成目標。教師由“綜合實踐”課程的組織者變為服務者和引導者，主要負責提供項目參考選題、提出實踐目標要求、技術指導以及成績評定等方面的工作。為了更貼近生產實際，使項目具有一定的社會價值和前沿性，參考選題事先經過企業工程師的篩選和修訂。同時對學生的考核貫穿了學習的全過程，一方面能夠促進學生的自主學習與合作學習，另一方面也規范了學習過程。

（二）分段實施，達成課程目標

根據“綜合實踐”課程的特點，課程教學分3個階段實施，即宣傳動員階段、項目設計階段、成果匯報階段。宣傳動員階段主要完成團隊組建、任務分工、明確目標，此項工作在第六學期初通過召開動員大會的方式落實。接下來，學習小組利用課余時間完成選題，通過查閱文獻和項目調查，了解項目背景、發展現狀，進行方案討論、創意設計等。在此階段，學生還要完成一些專業課的學習，如物聯網設計與實踐、移動開發、物聯網通信與控制技術等，這些知識是完成項目的基礎，則此時的學習是帶著問題地學習，任課教師自然地承擔了部分指導工作，引導學生進行探究性學習。隨后進入項目設計階段，指導教師再適時地介入到學生的項目活動中，指導學生完善設計方案。項目設計階段安排在全部理論課學習完成后進行，用兩周的時間集中進行項目的軟硬件開發、測試與改進、文檔編寫等工作，最后統一安排時間進行成果展示和競賽。

（三）以成果為導向，培養創新能力

以成果為導向，是OBE教學理念的核心思想，“綜合實踐”課程的學習成果就是小組共同設計的應用系統。一個完整的物聯網應用系統包含硬件和軟件兩大部分，融合了數據采集、傳輸、分析處理、自動控制等多項技術，一個成功的應用系統既要考慮完整性、系統性，又要考慮用戶體驗。隨著科技發展，新技術不斷涌現，及時引入新技術是不斷創新、不斷提高產品質量的關鍵。因此，學生需要有強烈的創新意識，積極主動學習新技術、新工具，才有可能做出優秀的作品。為在競賽中取得好成績，在答辯前，學習小組會不斷修改和優化作品，在達到外觀和功能要求的同時，還會注重作品的創新性和先進性，力爭答辯時有好的表現，取得更好成績。在此過程中，教師的指導，能夠幫助學生發現問題、解決問題，從而提高學生解決復雜工程實踐問題的能力。

（四）完善評價機制，培養進取精神

為激發小組成員的參與意識，在評價環節引入了競賽機制，成立“綜合實踐”課程互評式競賽評委組，成員由指導老師、企業工程師和各小組組長組成，依據考核指標打分，每個小組作為一個參賽單位，進行成果匯報、展示和答辯。

課程成績的評定采用兩級評定制度，第一級是通過競賽評定每個小組的名次；第二級是在團隊內進行貢獻度排名，依據是工作記錄和團隊成員互評。小組名次決定了團隊獲得優良率的指標，團隊成員的成績根據團隊的優良率指標按貢獻排名確定。團隊成員想獲得好成績的方法是：一方面，個人貢獻大、排名靠前可以得到團隊內的好成績；另一方面，在競賽中團隊名次好，團隊可以得到更多的優良率指標，團隊成員的起評分和總體成績更高。

建立這種互評式的課程競賽機制，能夠激發小組成員的責任感、參與意識和參與熱情。充分調動爭先創優的激情，助力培養良好的團隊合作意識，由“要我做”變為“我要做”，在人人為集體做貢獻的過程中獲得滿足感和成就感。通過評價環節的組織策劃，學生的表達能力和協作能力也得到了提升。

結語

物聯網工程專業“綜合實踐”課程的教學改革，著眼于解決復雜工程問題能力的培養，不斷進行探索實踐，取得了明顯成效。實踐表明，以學生為中心的教學設計，能夠有效地激發了學生的學習興趣；完善評價機制，引入互評式的競賽機制，增加評價維度，激發了學生的進取精神；分階段實施項目，明確各階段任務要求，促進了培養目標的達成；以成果為導向，既注重項目實現，也注重作品創意、技術創新和新工具的運用，提高了學生的創新能力。近年來，受益學生180余人，學生設計制作作品20余項，以這些作品為基礎，培育參加安徽省物聯網設計大賽、挑戰杯、“互聯網+”大賽等賽事，獲得3項省級一等獎、20余項省級三等獎以上獎項。通過不斷地探索與持續改革，形成了獨具特色的課程教學改革新模式，為培養滿足社會需求的畢業生打下了堅實基礎。

本文系1.2020年度安徽省高等學校質量工程項目《基于專業評估的物聯網工程專業建設研究與探索》（項目編號：2020jyxm1814）；2.2022年度安徽省高等學校質量工程項目《蚌埠醫學院+安徽和能科技公司校企合作實踐教育基地》（項目編號：2022xqhz045）的研究成果。

參考文獻：

[1]殷俊，施衛娟，胡夏蕓，等.面向OBE的物聯網專業實驗教學案例庫建設研究[J].計算機教育，2020，（04）：145-149.

[2]王文，佀同光，邵瀟漩，等.基于OBE+”雙團隊”的信息系統開發類綜合實踐課程改革與建設[J].情報探索，2022，（10）：106-110.

（作者單位：蚌埠醫科大學公共基礎學院）

（責任編輯：宋宇靜