基于OBE理念的专业综合实训教学研究与实践

摘  要：文章以嵌入式技术与应用专业综合实训课程为例，介绍基于OBE理念设计综合实训类课程的教学设计和实施过程。该课程以《智能家居》项目案例为依托，并合理分解和重构案例，同时基于超星平台建设线上第二课堂，设计合理的评价考核方案。从教学反馈上看，该模式不仅能提升学生的专业学习兴趣，同时也提高了学生综合运用知识和实践动手创新的能力。

关键词：OBE理念;专业综合实训;线上线下

中图分类号：TP39;G434         文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）24-0190-04

Abstract： Taking the comprehensive training course of embedded technology and application specialty as an example， this paper introduces the teaching design and implementation process of designing comprehensive practical training courses based on OBE concept. The course selects the smart home project as the case， decomposes and reconstructs the case reasonably， builds online second classrooms based on Chaoxing platform， and designs reasonable evaluation and assessment scheme. From the perspective of teaching feedback， this model can not only enhance students interest in professional learning， but also improve students ability to use knowledge comprehensively and practical innovation.

Keywords： OBE concept; professional comprehensive training; online and offline

0  引  言

OBE理念是以学生为中心，成果为导向的教育理念，而综合实训课程需要综合运用所学课程的理论知识、设计软件和实验经验，完成实际系统的硬件设计、安装与调试、软件系统的集成，它涉及的知识面广，需要综合运用相关知识。本文以OBE理念为起点，针对专业综合实训的课程特点和学生特点，重构教学课程体系，合理拆分知识点和能力点，采取线上平台与线下课堂的混合式教学深模式，构建新的课堂教学形态，进而达成产出目标，最终提升学生的学习积极性和主动性以及创造性，综合利用专业知识解决实际问题的实践动手能力。

1  课程教学模式设计

1.1  学习成果

OBE理念教学是以学生为主体的成果导向教育，学生需要明确学习目标。嵌入式技术与应用专业的综合实训课程，根据人才培养方案对职业岗位及能力的定位，选取企业在用智能家居项目案例为基础进行实训教学，同时将软件测试融合到各项目案例中，学生通过整学期的综合实训完成智能家居项目开发和测试。学生在课前需要明确了解本课程的学习任务：移动控制门锁、移动获取温、湿度、烟雾报警信息、移动控制报警器、风扇等设备，以及知识和能力要求，并通过课程的分组明确个人需要完成什么样的项目任务，增强学生学习的兴趣、增加学习的动力。

1.2 课程教学目标

根据OBE理念“反向设计、正向实施”的思路，结合专业培养目标及课程支撑毕业能力的要素，综合考虑专业综合实训课程特点，提出了课程培养目标。（1）素质目标：具备良好而规范的编码习惯;具有项目文档规范意识;具备较强的团队合作精神，能与团队协作共同完成任务;具备强烈的责任感、吃苦耐劳的精神和较强的抗压素养;具备良好的自主學习能力。（2）知识目标：熟悉嵌入式系统软件开发过程;掌握项目计划方法;掌握项目质量保证的方法;掌握项目代码版本控制与管理;掌握单片机、android和QT应用开发技术。（3）能力目标：具备系统需求分析的能力;具备单片机应用系统和上层应用程序的开发和测试能力;具备数据库管理与设计的能力;具备项目管理的能力;能根据应用场景完成系统需求分析;能分析系统功能并完成系统设计;能开发C/S模式应用程序;能根据应用系统设计数据库并管理数据库;能开展项目管理工作;能将所学知识综合运用，根据自身优势及兴趣，完成单片机与数据采集项目、上层应用系统开发项目、服务器数据处理项目的开发和测试。

2  课程案例选取与重构

智能家居是嵌入式技术应用的一个典型案例，它通过物联网技术将家中的各种设备（如照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、门锁系统、环境检测系统）连接到一起，并提供门锁控制、照明控制、防盗报警、环境监测以及可编程定时控制等多种功能和控制手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，同时具有网络通信、设备自动化，提供全方位的信息交互功能。具体包含：（1）远程控制。照明设备、报警器等通过Wi-Fi等通信方式接入服务器接，通过APP相连，实现远程控制操作，在保证屋内的安全和节能要求的同时，也提供给用户便捷的操作。（2）环境检测。采温湿度传感器、空气质量检测传感器等实时采集家居环境信息，并根据用户设置的阈值进行智能报警，保障用户家居环境安全。（3）智能防火。通过对烟火等感应检测系统、灭火系统、报警系统以及网络控制系统的连动，实现防火监测和智能报警。

课程以“智能家居”项目贯穿整个综合实训过程，对项目进行合理的分解与重组，划分为硬件控制子系统、服务器子系统和移动监控子系统等3个子系统，其中移动监控子系统主要功能应该包括含用户的登录和注册功能、实时显示家居环境信息、照明和门锁等设备的远程开关控制;服务器子系统主要功能应该包括解析和存储硬件子系统、移动控制子系统上传数据信息，提供调用接口和控制页面;硬件控制子系统主要完成智能家居硬件设计与集成和功能实现应该包括设备控制、环境检测、数据上传等功能。学生以组为单位，根据特点与兴趣导向，分工完成子系统开发，最后将3个子系统集成完整的智能家居项目，结构图如图1到图4所示。

3  线上资源建设

3.1  线上线下混合式教学设计

针对线上线下混合教学模式，将现有的教学资源，项目案例拆解成合理的教学模块及知识点，设计并制作对应的教案、PPT、视频等教学相关材料，线上课程界面如图5所示。

3.2  利用超星教学平台完成线上学习内容的建设

根据全新的线上和线下的混合式教学过程，同时结合线上平台多样化、灵活性强、移动式学习等优势，设计微背景、微目标、微案例、微互动、微拓展、微实训、微小结、微视频、微资源九微环节。充分利用线上建设的资源及功能帮助实施课堂教学中的互动讨论法、理论补充、课堂效果评价等，引导学生自主学习。如第三方框架的OkHttp的学习和使用通过微拓展方式，引导学生自主学习，提升解决问题的能力。

3.3  线上学习与线下实践操作结合的实施方式

利用超星线上平台给学生必要的短视频学习资源，通过试题检测，互动讨论检验基础知识的掌握程度，让学生在提升动手实践能力的基础上，加强课程关联知识的自我升华，进而实现 “基础知识—职业技能—素养”的综合提升。将案例开发实现的关键的技术制作5 ～ 10分钟的小视频，简单的动画等，如使用继电器实现照明设备的控制的连线和功能实现等。

3.4  成绩评定的阶段化、过程化

综合实训的课程侧重于项目的完成度，学生的动手能力的提升上。设计合理的考核评价体系统，将成绩分为线上考核和线下阶段考核成绩，其中线上成绩包含线上作业、课程视频学习的学习次数、学习时长、签到、互动次数等。线下阶段成绩根据项目的完成度来综合评价。

4  教学实施

教学的实施划分为：项目的需求分析与管理、系统硬件子系统设计与集成、服务器子系统设计与实现、移动控制子系统设计与实现和系统集成与测试等五部分内容。 其中：项目的需求分析与管理阶段：包括系统的需求分析和概要设计、软件项目管理的概念以及搭建码云代码管理平台及内网穿透方案实现，在本阶段不仅从技术上选择合理的方案完成项目的整体设计，也从项目管理的角度启动项目管理。完成项目的需要分析并编写需求分析报告，完成码云GIT代码托管平台的创建和使用，完成内网穿透平台的搭建与使用。系统硬件子系统设计与集成阶段：根据项目的需求分析选择合适的模块，完成智能家居项目所需要的硬件支撑平台的搭建与集成。完成选择STC89C52、Ardunio、STM32等为主控制单元，集成继电器模块、普通照明LED灯、DT06 Wi-Fi模块、5 V风扇模块、12 V烟雾检测模块、报警器模块、DHT11温湿度检测模块、万能板或HOT51单片机开发箱等模块完成硬件子系统的硬件设计与集成，并完成硬件子系统功能程序设计。服务器子系统设计与实现阶段：搭建系统所需服务器平台，支持本地访问和远程访问（内网穿透），学生完成采用QtCreator开发工具，搭建项目的服务器平台，分别采用TCP和HTTP通信实现与硬件子系统与移动子系统的数据交互。设计服务器与硬件平台的16进制数据通信协议，服务器与移动子系统的基于JSON格式的数据通信协议，完成ER图的绘制，数据库的设计与实现，完成功能代码的编写与实现等。移动控制子系统设计与实现阶段：实现环境信息的移动实时显示和历史功能，以及设备的移动控制功能，学生完成移动控制子系统的需求分析、UI设计，采用OkHttp框架实现与服务器子系统的HTTP数据通信，实现温、湿度、光强等环境信息的实时数据显示、历史数据查询显示和门锁、报警等设备的远程开关控制等功能的编码和实现。系统集成与测试阶段：集成硬件子系统、服务器子系统和移动子系统的集成，并采用黑盒测试方法，编写测试用例，对系统的功能进行测试，发现并修复BUG，同时根据文档模块编写测试报告和实训报告等，学生作品如图6所示。

5  考核评价研究

专业综合实训课程以培养学生的综合运用专业知识，完成智能家居项目的开发的能力为目标，課程考核方式以过程考核为主，理论考核为辅，将考核分为线上和线下两个模块进行，具体如表1所示。

6  结  论

本文以嵌入式技术与应用专业的综合实训课程为例，介绍基于 OBE 理念进行专业结案合课程设计和实施过程。该课程通过完成能家居项目开发为结果导向和以学生实践能力提升为中心，确定课程的教学目标，将项目案例合理的拆分和重构，并依托超星平台建设线上教学第二课堂，实现线上线下的混合式教学，重视教学的实施全过程，设计合理的教学考核评价标准，结合实际的教学过程构建专业综合实训的教学方法，从教学反馈分析可知基于OBE理念的专业综合实训教学改革不仅能激发学生的学习兴趣，而且能提学生的创新能力和实践动手能力。

参考文献：

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作者简介：艾琼龙（1982—），男，汉族，湖南长沙人，讲师，硕士研究生，研究方向：嵌入式应用技术。