基于 OBE 的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革研究

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一個(gè)融合計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、軟件等多方向的集成專業(yè)，是一個(gè)典型的工程應(yīng)用型專業(yè)，如何培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力是其首要的任務(wù) [1]。近年來(lái)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(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)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(xué)過(guò)程中存在很多問(wèn)題和困難。例如 ：教學(xué)課程體系偏向?qū)W科理論知識(shí)講解，專業(yè)課程考核標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)單一，實(shí)踐教學(xué)案例滯后于工程應(yīng)用項(xiàng)目等。在工程教育認(rèn)證的背景下，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)必須進(jìn)行改革，必須將 OBE（基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式）引入實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，以成果導(dǎo)向的標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革。

1 歷程與現(xiàn)狀

工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)受高等教育的學(xué)生的工程實(shí)踐能力有明確規(guī)定。規(guī)定中出現(xiàn)了“復(fù)雜工程問(wèn)題”，說(shuō)明本科教育的基本定位就是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力 [3]。除了理論教學(xué)方面，更加強(qiáng)調(diào)了對(duì)學(xué)生的實(shí)踐工程能力培養(yǎng)，以及實(shí)踐教學(xué)的重要性。OBE 教育是以成果為導(dǎo)向的工程教育模式，將其引入到物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教學(xué)中，采用以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和項(xiàng)目成果為導(dǎo)向的教學(xué)方式將大大提高學(xué)生的實(shí)踐工程能力。這涉及到合理設(shè)立實(shí)踐課程體系和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，采用多種形式的實(shí)踐教學(xué)方法和全面的實(shí)踐教學(xué)考核方式，積極開(kāi)展學(xué)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(kāi)辦會(huì)繼續(xù)壯大。湖北理工學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院自開(kāi)辦物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)以來(lái)，針對(duì)該專業(yè)制定了完整的培養(yǎng)方案，并創(chuàng)建了多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室為課程的實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)提供較好的環(huán)境。學(xué)院堅(jiān)持以工程教育專業(yè)認(rèn)證為指導(dǎo)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。以上教學(xué)模式在一定程度上提高了學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力，但是仍然存在一些問(wèn)題。因此，必須從物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)踐課程教學(xué)的實(shí)踐課程體系、課程內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)考核，特別是學(xué)生的第二課堂等多方面進(jìn)行修訂和完善。力求將 OBE 教育模式帶入到整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，有效提高本專業(yè)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

2 實(shí)踐課程教學(xué)體系

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一個(gè)跨學(xué)科的專業(yè)，要達(dá)到工程教育認(rèn)證的畢業(yè)要求標(biāo)準(zhǔn)，必須明確實(shí)踐教學(xué)體系中每門實(shí)踐課程的教學(xué)目標(biāo)，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(gè)方面的知識(shí) ：網(wǎng)絡(luò)通信、信息處理、傳感器、嵌入式等。因此，學(xué)院根據(jù)工程教育認(rèn)證要求、專業(yè)技術(shù)特點(diǎn)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)累積等，確立了多層次實(shí)踐教學(xué)體系 [7]。學(xué)院的實(shí)踐課程主要包括以下幾個(gè)方面 ：專業(yè)認(rèn)識(shí)與實(shí)踐類、物聯(lián)網(wǎng)傳輸和數(shù)據(jù)處理類、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)類等。由于軟、硬件技術(shù)結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)涉及到的內(nèi)容廣泛，因此嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)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(gè)難點(diǎn)。學(xué)院重點(diǎn)將提高物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的實(shí)踐能力所需的新教學(xué)內(nèi)容和方法引入到第三學(xué)年與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的專業(yè)課程教學(xué)過(guò)程中，增設(shè)了面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)學(xué)科基礎(chǔ)課程，例如 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用、嵌入式原理與應(yīng)用等，加強(qiáng)了嵌入式系統(tǒng)核心課程的學(xué)習(xí) ；面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等，并采用新型的教學(xué)方法將 OBE 教育模式引入到實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，稱為能力方向課程學(xué)習(xí)。表 1 為學(xué)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(xué)生更好地銜接第四學(xué)年的專業(yè)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)際的項(xiàng)目。

3 改革目標(biāo)

任何教學(xué)改革只有針對(duì)目前的教學(xué)問(wèn)題確立明確的改革目標(biāo)才能更好地制定計(jì)劃和實(shí)施步驟，并獲得良好的教學(xué)效果。目前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中存在的主要問(wèn)題可以歸納如下。

（1）實(shí)踐訓(xùn)練較少，學(xué)生在課堂上更多是進(jìn)行理論知識(shí)學(xué)習(xí)，實(shí)際動(dòng)手完成實(shí)踐的機(jī)會(huì)較少，難以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和知識(shí)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(xué)習(xí)結(jié)束后進(jìn)行筆試或完成課程論文等。

（3）參與課外實(shí)踐活動(dòng)（學(xué)科專業(yè)競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)新性項(xiàng)目等）的學(xué)生比例較低。雖然近年來(lái)學(xué)院參與課外實(shí)踐活動(dòng)的學(xué)生人數(shù)逐年增長(zhǎng)，但是相較于整個(gè)學(xué)生人數(shù)所占比例還是偏低。

針對(duì)以上問(wèn)題，教學(xué)改革目標(biāo)確立為以培養(yǎng)專業(yè)創(chuàng)新動(dòng)手能力為核心，以培養(yǎng)實(shí)用型人才為根本來(lái)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系改革。

4 改革措施與實(shí)施效果

4.1 大量增加實(shí)踐訓(xùn)練課時(shí)

學(xué)院已經(jīng)從 2017 年起增設(shè)了能力方向課程學(xué)習(xí)，要求學(xué)生在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行連續(xù)性的學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練操作，并分組合作完成一個(gè)完整的綜合項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。另外，在暑期也鼓勵(lì)學(xué)生留校參與學(xué)科競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)新性項(xiàng)目和“互聯(lián)網(wǎng) +”項(xiàng)目等，并全程為學(xué)生提供學(xué)習(xí)場(chǎng)地。以上實(shí)踐課程教學(xué)改革措施起到了良好的作用，例如 ：學(xué)生在各類專業(yè)競(jìng)賽中榮獲多項(xiàng)省級(jí)、國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng) ；學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程第一批畢業(yè)生就業(yè)率位居學(xué)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(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)能力，突出本專業(yè)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。對(duì)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(shí)，再一次增加了實(shí)踐課程課時(shí)。在進(jìn)入到大二專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課學(xué)習(xí)后，就將課程都制定為能力方向課程學(xué)習(xí)模式。教學(xué)過(guò)程中貼近 OBE 教學(xué)模式中的成果導(dǎo)向性，要求學(xué)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(xué)習(xí)期間獲得專業(yè)成果（國(guó)家級(jí)、省級(jí)專業(yè)競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)或?qū)I(yè)資質(zhì)證書(shū)等）。

4.2 自主學(xué)習(xí)與多元化考核

針對(duì)本專業(yè)課程學(xué)習(xí)的特殊性，依據(jù)工程教育認(rèn)證對(duì)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的要求，傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)和課程考核模式已經(jīng)完全不適合對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)。要重視學(xué)生對(duì)問(wèn)題的研究能力、解決能力，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力。因此，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主導(dǎo)，學(xué)生成立學(xué)習(xí)小組制定項(xiàng)目功能和實(shí)施計(jì)劃，并合理分工完成 [8]。摒棄傳統(tǒng)的單向課程考核模式，學(xué)生在某門課程獲得的分?jǐn)?shù)應(yīng)由多項(xiàng)考核指標(biāo)確定，例 如 ：課堂互動(dòng)表現(xiàn)、掌握知識(shí)的全面性、設(shè)計(jì)作品創(chuàng)新性和實(shí)用性、作品演示講述的完整性等。針對(duì)于專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，特別是能力方向課，不再使用期末考核的形式，而是將學(xué)生在學(xué)習(xí)本門課程過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。最終成績(jī)由課堂表現(xiàn)、作業(yè)、實(shí)踐練習(xí)和課程報(bào)告等組合而成。把過(guò)程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)結(jié)合，并且側(cè)重以學(xué)生是否將知識(shí)轉(zhuǎn)為實(shí)踐能力和課程作品作為標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 積極組織學(xué)生參與課外實(shí)踐活動(dòng)

將現(xiàn)有的鼓勵(lì)學(xué)生參與課外實(shí)踐的標(biāo)準(zhǔn)提高到規(guī)?；M織和訓(xùn)練學(xué)生參加。大學(xué)生專業(yè)學(xué)科競(jìng)賽圍繞著相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)，學(xué)生在參與過(guò)程中可以提升學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，并增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí) [9]。通過(guò)對(duì)學(xué)生參與課外實(shí)踐活動(dòng)的組織和引導(dǎo)，在實(shí)踐教學(xué)中充分發(fā)揮課外實(shí)踐活動(dòng)的意義。事實(shí)證明，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)性的強(qiáng)化訓(xùn)練激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的專業(yè)能力等，學(xué)生的綜合素質(zhì)得到了全面的提升。圖 1、圖 2 為近兩年學(xué)生在專業(yè)學(xué)科競(jìng)賽獲得的部分獎(jiǎng)項(xiàng)。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文論述了基于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)的目標(biāo)和問(wèn)題，學(xué)院更新實(shí)踐教學(xué)體系，在整個(gè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，以常規(guī)實(shí)踐教學(xué)為基礎(chǔ)，以課外實(shí)踐活動(dòng)為驅(qū)動(dòng)，以新型考核