基于 OBE 的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學改革研究

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一個融合計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)、軟件等多方向的集成專業(yè)，是一個典型的工程應(yīng)用型專業(yè)，如何培養(yǎng)學生的工程實踐能力是其首要的任務(wù) [1]。近年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)成為新增院校數(shù)量最多的專業(yè) [2]。湖北理工學院計算機學院也于 2014 年成功申辦物聯(lián)網(wǎng)工程本科新專業(yè)。但是在這幾年的專業(yè)教學過程中存在很多問題和困難。例如 ：教學課程體系偏向?qū)W科理論知識講解，專業(yè)課程考核標準傳統(tǒng)單一，實踐教學案例滯后于工程應(yīng)用項目等。在工程教育認證的背景下，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學必須進行改革，必須將 OBE（基于學習產(chǎn)出的教育模式）引入實踐教學過程中，以成果導向的標準指導物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學改革。

1 歷程與現(xiàn)狀

工程教育專業(yè)認證對受高等教育的學生的工程實踐能力有明確規(guī)定。規(guī)定中出現(xiàn)了“復雜工程問題”，說明本科教育的基本定位就是培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力 [3]。除了理論教學方面，更加強調(diào)了對學生的實踐工程能力培養(yǎng)，以及實踐教學的重要性。OBE 教育是以成果為導向的工程教育模式，將其引入到物聯(lián)網(wǎng)工程實踐教學中，采用以學生自主學習和項目成果為導向的教學方式將大大提高學生的實踐工程能力。這涉及到合理設(shè)立實踐課程體系和實踐教學內(nèi)容，采用多種形式的實踐教學方法和全面的實踐教學考核方式，積極開展學生的第二課堂等。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及，該專業(yè)的開辦會繼續(xù)壯大。湖北理工學院計算機學院自開辦物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)以來，針對該專業(yè)制定了完整的培養(yǎng)方案，并創(chuàng)建了多個物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗室為課程的實踐教學指導提供較好的環(huán)境。學院堅持以工程教育專業(yè)認證為指導，重點培養(yǎng)學生的實踐動手能力。以上教學模式在一定程度上提高了學生的專業(yè)實踐能力，但是仍然存在一些問題。因此，必須從物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐課程教學的實踐課程體系、課程內(nèi)容、教學方法、教學考核，特別是學生的第二課堂等多方面進行修訂和完善。力求將 OBE 教育模式帶入到整個物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學過程中，有效提高本專業(yè)學生的工程實踐能力。

2 實踐課程教學體系

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一個跨學科的專業(yè)，要達到工程教育認證的畢業(yè)要求標準，必須明確實踐教學體系中每門實踐課程的教學目標，并確定課程之間能力培養(yǎng)的關(guān)聯(lián) [4]。從專業(yè)角度出發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層 [5-6]，涉及到以下幾個方面的知識 ：網(wǎng)絡(luò)通信、信息處理、傳感器、嵌入式等。因此，學院根據(jù)工程教育認證要求、專業(yè)技術(shù)特點和教學經(jīng)驗累積等，確立了多層次實踐教學體系 [7]。學院的實踐課程主要包括以下幾個方面 ：專業(yè)認識與實踐類、物聯(lián)網(wǎng)傳輸和數(shù)據(jù)處理類、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)類等。由于軟、硬件技術(shù)結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)涉及到的內(nèi)容廣泛，因此嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實踐能力培養(yǎng)是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的一個難點。學院重點將提高物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的實踐能力所需的新教學內(nèi)容和方法引入到第三學年與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的專業(yè)課程教學過程中，增設(shè)了面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)學科基礎(chǔ)課程，例如 ：單片機應(yīng)用、嵌入式原理與應(yīng)用等，加強了嵌入式系統(tǒng)核心課程的學習 ；面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用等，并采用新型的教學方法將 OBE 教育模式引入到實踐教學過程中，稱為能力方向課程學習。表 1 為學院能力方向課程安排。課程將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用更好的結(jié)合，讓學生更好地銜接第四學年的專業(yè)實習、生產(chǎn)實習、畢業(yè)設(shè)計等實際的項目。

3 改革目標

任何教學改革只有針對目前的教學問題確立明確的改革目標才能更好地制定計劃和實施步驟，并獲得良好的教學效果。目前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學中存在的主要問題可以歸納如下。

（1）實踐訓練較少，學生在課堂上更多是進行理論知識學習，實際動手完成實踐的機會較少，難以提高學生的學習積極性和知識應(yīng)用能力。

（2）課程考核方式單一，目前多數(shù)專業(yè)課程仍然沿用傳統(tǒng)單一的考核方式，例如 ：課程學習結(jié)束后進行筆試或完成課程論文等。

（3）參與課外實踐活動（學科專業(yè)競賽、大學生創(chuàng)新性項目等）的學生比例較低。雖然近年來學院參與課外實踐活動的學生人數(shù)逐年增長，但是相較于整個學生人數(shù)所占比例還是偏低。

針對以上問題，教學改革目標確立為以培養(yǎng)專業(yè)創(chuàng)新動手能力為核心，以培養(yǎng)實用型人才為根本來進行物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學體系改革。

4 改革措施與實施效果

4.1 大量增加實踐訓練課時

學院已經(jīng)從 2017 年起增設(shè)了能力方向課程學習，要求學生在專業(yè)實驗室進行連續(xù)性的學習和實踐訓練操作，并分組合作完成一個完整的綜合項目的設(shè)計。另外，在暑期也鼓勵學生留校參與學科競賽、大學生創(chuàng)新性項目和“互聯(lián)網(wǎng) +”項目等，并全程為學生提供學習場地。以上實踐課程教學改革措施起到了良好的作用，例如 ：學生在各類專業(yè)競賽中榮獲多項省級、國家級獎項 ；學院物聯(lián)網(wǎng)工程第一批畢業(yè)生就業(yè)率位居學校第一，平均工資也位列前茅。

基于現(xiàn)在大類招生的改革背景，高校更需要強化學生的專業(yè)能力，突出本專業(yè)的特點和優(yōu)勢。對于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，需要培養(yǎng)具有應(yīng)用創(chuàng)新能力的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才。因此，在2018 年培養(yǎng)方案制定和專業(yè)課程大綱修改時，再一次增加了實踐課程課時。在進入到大二專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課學習后，就將課程都制定為能力方向課程學習模式。教學過程中貼近 OBE 教學模式中的成果導向性，要求學生在系列能力方向課程結(jié)束后必須能完成自己的綜合作品，能夠在校學習期間獲得專業(yè)成果（國家級、省級專業(yè)競賽獎勵或?qū)I(yè)資質(zhì)證書等）。

4.2 自主學習與多元化考核

針對本專業(yè)課程學習的特殊性，依據(jù)工程教育認證對解決復雜工程問題的要求，傳統(tǒng)的學習和課程考核模式已經(jīng)完全不適合對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學。要重視學生對問題的研究能力、解決能力，培養(yǎng)學生的設(shè)計和開發(fā)能力。因此，以學生自主學習為主導，學生成立學習小組制定項目功能和實施計劃，并合理分工完成 [8]。摒棄傳統(tǒng)的單向課程考核模式，學生在某門課程獲得的分數(shù)應(yīng)由多項考核指標確定，例 如 ：課堂互動表現(xiàn)、掌握知識的全面性、設(shè)計作品創(chuàng)新性和實用性、作品演示講述的完整性等。針對于專業(yè)課程的學習，特別是能力方向課，不再使用期末考核的形式，而是將學生在學習本門課程過程中的每個環(huán)節(jié)都進行量化評價。最終成績由課堂表現(xiàn)、作業(yè)、實踐練習和課程報告等組合而成。把過程性評價和總結(jié)性評價結(jié)合，并且側(cè)重以學生是否將知識轉(zhuǎn)為實踐能力和課程作品作為標準。

4.3 積極組織學生參與課外實踐活動

將現(xiàn)有的鼓勵學生參與課外實踐的標準提高到規(guī)?；M織和訓練學生參加。大學生專業(yè)學科競賽圍繞著相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點和前沿技術(shù)，學生在參與過程中可以提升學習興趣和創(chuàng)新能力，并增強團隊合作意識 [9]。通過對學生參與課外實踐活動的組織和引導，在實踐教學中充分發(fā)揮課外實踐活動的意義。事實證明，經(jīng)過系統(tǒng)性的強化訓練激發(fā)了學生的學習興趣，促進了專業(yè)課程的學習，提高了學生的專業(yè)能力等，學生的綜合素質(zhì)得到了全面的提升。圖 1、圖 2 為近兩年學生在專業(yè)學科競賽獲得的部分獎項。

5 結(jié) 語

本文論述了基于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學培養(yǎng)的目標和問題，學院更新實踐教學體系，在整個實踐教學過程中，以常規(guī)實踐教學為基礎(chǔ)，以課外實踐活動為驅(qū)動，以新型考核