基于OBE-CDIO模式的物联网导论课程教学改革与实践

廖琳

摘  要：针对课程中存在的问题，将OBE与CDIO引入课程教学中，以科研项目和学科竞赛为载体，优化教学内容，改革教学方法，并通过MOOC本地化改造构建基于OBE-CDIO模式的“研-教-赛”课程教学新模式。新的课程体系有效改善学生的学习自主性，显著提高教学效果，实现课程教学目标。

关键词：OBE-CDIO;课程改革;物联网

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2022）18-0150-04

Abstract： In view of the problems existing in the course， OBE and CDIO are introduced into the course teaching. A new teaching mode of "research-teaching-competition" course based on OBE-CDIO system is constructed through the scientific research projects and discipline competitions as the carrier with optimization teaching content and reformation teaching methods， which combined with the localization transformation of MOOC. This new system effectively improves students' learning autonomy， significantly improves the teaching effect and achieves the teaching objectives.

Keywords： OBE-CDIO; reform in course; Internet of things

物联网技术是信息技术的第三次技术革命，它是链接信息世界与现实世界的关键桥梁，应用越来越广泛。为适应时代发展和国家需求，许多高校在计算机类专业中都开设了物联网相关课程，其中物联网导论课程是重要的专业先导课程。该课程涉及通信技术、网络技术、RFID技术、传感技术、嵌入式系统等多项技术知识，以培养学生的专业素质和对物物互联技术具备运用理论知识解决物联网应用系统构建能力为目标，是引导学生学习专业兴趣，培养应用型人才的重要课程。

一、物联网导论课程教学现状

目前，许多高校开设的物联网导论课程教学课时普遍在32～56学时之间，主要存在着以下问题：（1）课程教学内容涉及知识点多而繁杂，导致学生抓不住重点、缺乏学习兴趣。（2）教学课时量偏少，且授课模式单一，导致课程教学效果差。（3）课程内容与科研、生产等实践环节脱节。（4）课程考核评价方式单一，不利于促进学生学习。

OBE（Outcome Based Education）是集中围绕学生在毕业时候应取得的成果来组织和评价的一种面向目标、能力和需求的教育模式，以预期的学习结果来驱动课程教学过程。CDIO，即构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），是CDIO能力大纲代表的预期学习结果来驱动课程教学模式。两者在形式上和精神上是融通的。OBE强调以学生为本，注重师生互动等;CDIO则注重以项目为载体的主动性教学方法，重视工程文化教育[1]，能极大提高学生的创新意识和工程应用能力[2-3]。目前，将OBE与CDIO结合起来对课程教学改革研究相对较少，特别是在物联网导论课程教学中，未见报道。

另一方面，课程思政在课程教学中越来越受到重视和关注。如何在课程教学过程中融入爱国主义教育、劳动教育和德智教育是实现课程教学目标的关键因素之一。目前，物联网导论课程教学过程中，虽涉及思政教育内容，但不够具体，不够系统。

鉴于此，结合本课程存在的问题，提出将OBE理念融入到CDIO模式中，突出学生自主性，并将科研项目、学科竞赛融入与课程教学内容结合，形成了物联网导论课程“研-教-赛”教学新模式，提高学生学习主动性和学习成效。与此同时，将德智教育内容融入课程理论和实践教学中，培养学生使命感、责任感、荣誉感和自豪感。现将课程教学目标、课程教学内容构建、教学方法、考核方式和教学效果介绍如下。

二、课程教学目标

依据我校网络工程专业培养目标，并结合毕业要求和本课程的特点，采用反向设计，建立以德智素质、基础知识、设计能力和成果素质四个维度的物联网导论课程教学目标：（1）德智素质目标，培养学生爱国精神、德智发展、勤于思考、科技自信、团结合作和科学严谨的治学态度。（2）基础知识目标，具有扎实的物联网知识基本概念和理论;（3）设计能力目标，具备运用物联网终端设备解決实际“物物互联”的应用系统设计或构建能力;（4）成果素质目标，掌握物联网系统工程项目设计方法，能够具有分析、系统设计能力。

三、课程教学内容构建

（一）理论教学内容

物联网技术发展日新月异，新技术不断涌现，且涉及的技术非常多，意味着需要学习和掌握的技术知识较多[4]。为便于学习，就需要对课程知识点内容进行分类、归纳和整合。根据物联网发展的知识体系、层次结构和相关技术，可将教学内容划分为三大块，即基础理论技术、行业应用典型案例和新技术，具体如图1所示。根据三大块知识体系，优化教学内容，同时为解决课时少，知识点多导致教学难以完成的问题，通过MOOC本地化改造，搭建课程教学网络资源库，以方便学生线下自学完指定的知识点。

（二）实践教学内容

物联网导论是物联网专业的先导性课程，通常安排在大一进行教授，学生缺乏专业基础，因此，许多高校都没有实践教学环节[5]。针对非物联网专业，如网络工程，由于是专业方向课程，通常安排在大三进行学习，学生具有一定的专业基础，因此增加实践教学将有助于实现课程教学目标，提高学生学习效果。鉴于此，我们一方面增加实验项目的同时，另一方面，将科研项目纳入到实践教学中，结合科研项目，提炼出一些探索性实验项目，构建实践教学体系，以增加课程教学内容，与时俱进，具体见表1。学生通过完成科研项目，经过分析和总结后参加相应的学科竞赛或发表学术论文，进一步得到锻炼和提升，实现良性循环，提高课程教学质量。

（三）德智教育的融合

将德智教育内容融入到理论教学和实践教学中，培训学生爱国、自信、团结合作、科学严谨和勇于创新的精神。具体做法是结合课程思政目标，以国际领先的信息技术，如5G技术为例介绍我国的科技优势，树立民族自信。以行业领域典型科技专家的科技攻关事迹为例，激励学生艰苦奋斗、勤于实践和勇于创新的精神。学生通过参与科研项目和学科竞赛，从行动上真真切切体验团结合作、科学严谨和敢于创新，提高课程教学效果。

四、教学方法

（一）基于CDIO模式的教学方法

课程教学中，采用CDIO模式进行教学，将知识点按该模式进行设计和分类以便于教学实施，见表2。以“基于RFID技术在食品安全中的应用”为例。

（1）构思阶段：教师抛出问题“如何能做到最大化的食品安全”，引导学生查询并思考分析“食品安全”项目的市场需求和实现需要涉及的主要技术。让学生了解到，现阶段食品能追本溯源、拥有供应链中各阶段的食品制造商和销售商的记录，以及食品或原材料源头加入RFID标签并写入产地、出产日期等。

（2）设计阶段：结合单片机，引入液晶显示、串口通信模块等实现食品全程跟踪。教师精讲RFID电路原理、特点及应用场合，让学生设计食品追本溯源方案。

（3）实施阶段：要进行软硬件调试及测试，在RFID读写模块识别电子标签数据后在显示屏上显示卡号，经过串口通信将信息上传至电脑实现对食品的溯源及远程监控。学生这一阶段会理解如何在硬件条件下更好地编程实现功能要求，将理论与实践结合。

（4）运行阶段：主要让学生综合考虑硬软件和产品的综合测试，学习如何与市场对接，据反馈意见，进行产品的后续改进和优化。还要求学生根据市场行情撰写市场策划或运营计划书等，培养学生创新思维。

（二）线上自学完成指定的知识点

以学生为中心，提前布置好线上完成的知识点，学生通过观看网络资源库视频完成。线下教学通过作业、提问和讨论等方式检验线上学习效果，同时对知识难点进行补充讲解。

（三）教师指导下的翻转课堂

将学生分成若干小组，提前分配不同的知识点，让学生小组完成资料搜集、课件制作等，按讲课进度安排每个小组学生代表进行3分钟的知识点分享，针对讲授情况，教师进行点评、补充等。开展学生知识点分享比赛，学生展示3分钟知识点分享，由教师和学生做裁判进行点评，评出一等奖、二等奖、三等奖，并给予一定的物质奖励。在翻转课堂教学准备过程中，学生可随时与老师交流、探讨以提高翻转课堂质量，具体安排细节见表3。开展教师指导下的翻转课堂有效调动了学生学习课程的主动性，同时也丰富了课堂教学模式，教与学的效果显著提高。

（四）项目文献分享

将科研项目引入课堂，并按小组分配。教师从科研项目中提炼出教学内容对应的知识点，进行合理的讲授，使得学生积累项目知识储备。同时，学生通过文献调研、实验设计等方式参与项目实施，让学生逐步地了解和掌握项目实施的整个环节。经过一段时间的项目实施后，安排每个小组进行一次3～5分钟的课堂项目文献分享，学生和老师一起点评和讨论。

五、考核方式

课程考核按理论教学：实践教学=70∶30进行划分，且采用分类考核方式评价教学效果。对于理论课程考核，按表4进行实施。对于实践内容，按实验和项目实施两部分进行考核，具体如图2所示。

六、教学效果

在网络工程专业2017和2018届学生中遴选了2个班进行实践教学，经对比发现，该教学模式教学效果更佳，具体表现在：

（1）学生对知识的理解明显深刻，求知欲更强。

（2）学生选择物联网相关的题目作为毕业设计明显增加。

（3）激发了学生的创新意识和热情，课外积极与教师讨论物联网技术方面和一些新领域的发展，如无人机。

（4）学生参加省级以上学科竞赛人数明显增加，且获奖人次超过15人次。

七、结束语

针对物联网导论课程教学过程中存在的问题，结合本校实践情况，将OBE与CDIO教育理念引入课程教学中，明确了课程教学目标，将科研项目引入课堂，并优化了课程教学内容，改革了课程教学方法。实践证明，新的课程体系能更好地提高课程教学效果，实现课程教学目标。

参考文献：

[1]王娜，霍英.“互聯网+”时代嵌入式课程教学改革研究与实践[J].中国教育信息化，2017（4）：37-40.

[2]王志强，管恩京，巩秀钢，等.高校的混合式CDIO教学——以“高校单片机原理”课程为例[J].现代教育技术，2016，26（9）：113-119.

[3]王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高校研究，2009（5）：86-87.

[4]叶小亮，王海军.RFID原理及应用课程教学改革与实践[J].福建电脑，2020（10）：177-178.

[5]皮大伟.基于OBE的智能网联汽车技术课程项目引导式教学设计[J]高教学刊，2021，7（29）：70-73+79.