基于OBE理念的阿里云物联网特色课程群教学探索

王新华 王建芬 张磊 丰明坤

［摘 要］ 产业升级和信息化的发展要求高校培养计算机软硬件和通信技术综合性人才，为此探索了OBE理念下阿里云物联网平台特色课程群的教学模式。课程群围绕具备通信能力的数字化系统设计和阿里云物联网平台的应用开展教学，设置了三门课程“Arduino系统设计”“STM32系统设计”和“综合实践设计”，按照OBE“以学生为主导，项目驱动为导向，持续改进”的思想规划教学内容，在课程中强化实践教学，设计重过程的考核方式，理论和实践并重，提高了学生的综合设计水平，培养了实践创新能力，获得了良好的教学效果。

［关键词］ OBE教学；Arduino系统；STM32系统；阿里云物联网平台

［基金项目］ 2019年度浙江省高等教育“十三五”第二批教学改革研究项目“阿里云智能物联产教融合教学研究”（jg20190317）；2020年度浙江省一流课程建设“数据库原理与应用”（2020521）；2020年度浙江科技学院教改课题“基于物联网技术的教学过程管理与评价系统研究”（2020-j14）

［作者简介］ 王新华（1968—），男，山西太原人，硕士，浙江科技学院信息与电子工程学院副教授，主要从事通信系统研究。

［中图分类号］ G642.3 ［文献标识码］ A［文章编号］ 1674-9324（2023）10-0109-04［收稿日期］ 2022-04-22

引言

随着信息化的大力发展，我国开始加快推进传统制造业改造提升和企业数字化转型，各行业对于计算机软硬件和电子通信技术的跨学科人才需求日益增长，要求也越来越高，需具有坚实的理论基础和很强的实践能力，因此，高校在学生的培养模式和教学内容上需要不断探索以适应技术的发展和社会的需求［1］。为了探索不同工科专业信息化人才综合能力的培养方法，我校与阿里云计算有限公司合作建设了阿里云物联网平台实验室，面向全校工科专业开设了阿里云物联网特色课程群，按照工程教育专业认证标准的四个毕业基本要求“工程知识、工程能力、通用技能、工程态度”，再结合大量工程实践来实现基本的阿里云物联网通信系统，从而有效提高学生的学习兴趣，拓展知识面，增强实践能力［2］。

一、课程群目标与体系规划

（一）课程目标设置

OBE教育理念的首要问题是“想让学生取得的学习成果是什么”，因此要先設定教学目标，明确预期的学习成果，教学活动以此为依据开展［3］。信息化设计开发需要的知识涉及微控制器软硬件、传感器、通信知识、网络的构建等。由此，从OBE实践能力要求出发，确定了阿里云物联网特色课程群的四个总体目标：（1）掌握数字化系统的软硬件基础知识，初步具备信息化终端设备的设计开发能力，掌握相关软硬件开发设计和测试工具。（2）掌握基础通信知识，初步具备建立通信连接的能力，并能实现硬件设备和云平台的双向通信。（3）具备阿里云IoT平台的系统应用能力，能够设计阿里云平台的功能，并能将硬件设备连接到阿里云物联网平台实现小型综合性信息化系统。（4）掌握项目的开发设计方法，初步具备跨专业的信息化系统设计能力和实践创新能力，具有更宽广的视野和更强的创新意识。

课程群面向不同专业的学生，跨专业的学习能培养学生健全的人格，提高团队协作的能力，更好地发挥创造力。因此，培养目标也符合OBE理念所特别强调的“学生在知识、能力、素质三个方面的协同发展”［4］。

（二）教学体系规划

OBE聚焦的另一个问题是“如何有效地帮助学生取得这些学习成果”。为了达成设定的课程目标，需要在课程的教学内容、教学形式、教学过程和评价上进行研究，以获得预期的成果［5］。具体实施需以课程目标为起点，反向进行课程设计，开展教学活动。在课程规划时依据设定的四点目标，考虑不同专业和年级的学生知识基础差异较大，为在时间和资源上能保障每个学生都有取得学习成果的机会，采用循序渐进，分层提高的方案，课程群规划了“Arduino系统设计”“STM32系统设计”和“综合实践课程设计”三门课程。“Arduino系统”和“STM32系统设计”两个课程平台都设定相近的三部分教学内容，但学习的深入层次不同，如图1，具体包括硬件系统原理学习、通信原理学习、阿里云物联网平台学习，最后再通过一个“综合实践设计”课程，完成一个综合性强的阿里云物联网功能系统，培养初步的系统级设计能力。

二、课程教学内容设计

（一）“Arduino系统设计”课程

“Arduino系统设计”面向大一年级或大二年级学生开设，是入门级课程。Arduino作为当前非常流行的开源平台，入门门槛低，学习曲线平滑，软硬件网络资源非常丰富，是低年级或者非信息专业学生入门学习的理想选择［6］。“Arduino系统设计”课程的内容分为七个部分，如图2所示。课程讲授按照先后顺序进行，并如图虚线指向规划了各部分的教学重点。

（二）“STM32系统设计”课程

“STM32系统设计”课程针对具备一定基础的大三年级以上学生开设，涉及更深入和广泛的软硬件知识，目标是培养学生较强的综合设计和实践能力。课程内容包括5个主题，每个主题及相应的教学内容如图3所示。在内容安排上，LoRa通信在主题2中安排较多学时重点讲解，再通过项目设计实现网络通信功能；MQTT协议在主题3中详细介绍协议的内容，并采用测试工具MQTT.fx进行测试验证；主题5采用MQTT协议连接阿里云物联网平台，实现数字系统的通信和管理。

（三）“综合实践设计”课程

“STM32系统设计”课程之后设置了一个“综合实践设计”课程，学生自由选择不同的传感器模块，在STM32平台上将LoRa和WiFi通信结合设计成一个通信网关，再连接多个LoRa传感节点，构成复杂的数据传输系统并连接阿里云物联网平台，通过手机App和网络界面进行通信控制和管理。课程使学生能更好地理解和综合应用所学的知识，强化了学生的工程实践能力，对提高学生的信息化系统设计水平有很大的促进作用。

三、项目驱动教学与考核设计

（一）项目驱动教学

阿里云物联网特色课程群的教学内容与当前的技术发展紧密结合，理论实践并重，并贯彻“以学生为中心，项目驱动为导向，持续改进”的OBE理念，以项目引导来开展教学。

“Arduino系統设计”课程设置了8个复杂程度不同的设计型项目，如表1；“STM32系统设计”课程设置了6个综合性和复杂性较高的设计型项目，如表2，两门课程各自的实践学时都占到了总学时的50%；“综合实践设计”课程设置2周课时，进一步通过实践巩固所学知识。因此整体的课程都侧重于实践应用能力的培养。

（二）课程考核与测评

OBE教学过程重视培养学生的设计开发能力及解决问题的能力，传统的考核模式已经不适合以实践教学为主的阿里云物联网特色课程。课程考核结果应由多项考核指标构成，包括课堂互动表现、掌握知识的全面性、设计作品的创新性和实用性、解决问题的能力、作品演示讲述的完整性等［7］。依此理念改革了考核方式，在理论教学和实践教学过程的不同阶段设计测评指标点，依据课程每个项目的完成过程、结果记录、评价学生的表现，给出相应的成绩等级，最后汇总成课程成绩。这样的评价方式符合以实践能力为主导的教学理念，比单纯的试卷考试更能综合反映学生的能力和对知识的掌握程度。

结语

阿里云物联网特色课程群以OBE教学理念为指导，采用项目引导式教学模式，按照“重过程、促创新”的教学方式，探索了以工程实践能力为培养目标的教学方法。课程能使工科专业的学生了解数字信息系统的构成，构建更完整的“面上宽广、点上深入”知识体系，初步具备在本专业领域设计具有网络通信功能的信息系统的能力，有效提高了学生的应用设计水平。选课学生在浙江省电子设计大赛、物理竞赛、挑战杯、新苗、春萌等各类学科竞赛和创新性项目中获得奖项20余个，课程的开设达到了培养实践能力的教学目标，取得了很好的成效。根据授课情况和学生的反馈，后续在课程教学内容、方法和教学思想上仍需不断改进。

参考文献

［1］阿里巴巴.需求导向、数智驱动、平台赋能带来浙江新制造［J］.信息化建设，2019（12）：32-33.

［2］陈利华，赵津婷，姚立敏，等.基于《华盛顿协议》的高等工程教育的探索与实践［J］.中国大学教学，2017（10）：50-54.

［3］教育部学校规划建设发展中心.新工科下人才培养“OBE”模式［EB/OL］.（2017-07-13）［2022-03-22］.https：//www.csdp.edu.cn/article/2767.html.

［4］张文柱，熊福力，赵素文.基于OBE的通信工程专业课程体系研究与优化［J］.教育教学论坛，2021（37）：29-32.

［5］陈美娟，朱晓荣，沈建华，等.基于成果导向教育理念的无线通信网络实践课程教学模式探索［J］.实验室研究与探索，2020（8）：166-170+227.

［6］张崇明，叶宏，倪继锋，等.本科一年级开设Arduino选修课的教学实践［J］.实验技术与管理，2018，35（3）：169-171+194.

［7］姚莉，邓丹君，倪波.基于OBE的物联网工程专业实践教学改革研究［J］.物联网技术，2019（8）：106-108.

Teaching Exploration of Alibaba Cloud IoT Featured Course Group Based on OBE Concept

WANG Xin-hua， WANG Jian-fen， ZHANG Lei， FENG Ming-kun

（School of Information and Electronic Engineering， Zhejiang University of Science and Technology， Hangzhou， Zhejiang 310023， China）

Abstract： The development of industrial upgrading and informatization requires colleges and universities to cultivate comprehensive talents in computer software， hardware and communication technology. Therefore， this paper explores the teaching model of Alibaba cloud Internet of things featured course group under the concept of OBE. The course group focuses on the digital system design with communication capability and the application   of Alibaba cloud IoT platform. It sets up three courses： Arduino System Design， STM32 System Design and Comprehensive Practical Design. According to OBEs idea of “student-oriented， project-driven and continuous improvement”， it strengthens practical teaching in the course， and designs a process-oriented assessment method. With equal attention to theory and practice， it has improved students comprehensive design level， cultivated their practical and innovative ability， obtaining a good teaching effect.

Key words： OBE teaching; Arduino system; STM32 system; Alibaba Cloud Internet of Things（IoT） platform