新工科背景下基于OBE理念的物联网工程综合实践课程改革与探索

摘要：物联网综合实践课程作为学业结束前的最后课程，在工科专业教学质量方面发挥着至关重要的作用。本文在分析OBE教学理念内涵基础上，探讨了新工科背景下基于OBE教学理念的综合实践课程的实施路径，即以成果为导向、建设以课程竞赛为驱动的多元化评价体系、依托校企合作建立案例库，创新设计以学生为主体、分阶段实施的教学新模式。对提高学生的系统观、学习主动性和专业能力做出了探索性研究。

关键词：新工科；OBE理念；物联网工程；综合实践；竞赛驱动

引言

自2017年起，为实现制造业转型升级，促进工业化和信息化的融合发展，主动应对新一轮的科技与产业革命，我国先后出台了“天大行动”“复旦共识”“北京指南”等纲领性文件，将新工科建设作为高校教育教学改革的重点。关于新工科内涵，钟登华院士认为新工科的内涵是应对变化，培养具有创新性、系统观的卓越工程专业学生[1]，而根本目标是培养学生解决复杂工程问题的能力。因此，探索培养学生解决复杂工程问题能力的途径和策略，是当下研究的热点问题。

一、物联网工程综合实践课程概述

物联网综合实践课程开设的时间点，通常是在学生完成了所有专业课程学习之后，旨在巩固所学的知识，将理论知识应用于实践，实现知识体系的建构。调查发现，当前大多数高校物联网工程专业均开设了此课程，但大多沿用传统的教学模式，在教学方式方法和教学内容上，均存在一些亟待解决的问题，主要表现为：教学目标定位不够清晰，项目所用技术和模式均过于陈旧；过程评价标准不统一、内容不全面；学生参与项目设计实践活动的积极性不高，创新能力培养不够等[2]。

为解决上述问题，多名研究者探索基于OBE理念的综合实践类课程教学模式，取得了丰富的成果。提出了基于PBL和OBE理念的“四类型六环节”的物联网工程专业实验教学体系，以竞赛驱动新工科专业学生的培养，提高了学生的科研创新能力。基于OBE理念设计了阶梯式的教学模式和评价体系，实现学生个体化的分层教学和个体化进程式评价，调动学生的学习热情，提高了培养目标的达成度。以OBE为导向构建了物联网实践教学案例库，贯通能力目标的达成，集中培养学生解决复杂工程问题的能力。基于OBE教学理念进行的教学改革，提出了“OBE+‘双团队’”的综合实践课程教学模式，通过组建校企联合的导师团队，采用具有企业背景、跨学科的综合实践任务，激发学生的学习兴趣和创新能力。这些改革与创新，从不同侧面为“综合实践”课程教学改革提供了可以借鉴的思路。

OBE教学理念强调在教学中通过反向设计学习目标来指导学生的学习，目标涉及掌握知识、提高能力、培养素质3个方面，而提高能力是其主要目标，可见基于OBE的教学模式非常适用于综合实践类课程。本文以蚌埠医科大学物联网工程专业为例，探索课程的总体设计和实施路径。

二、课程的总体设计、实施与评价

OBE教育理念的核心是反向设计、以学生为中心和持续改进，其特点是以成果为导向，以学生为主体，以最终的作品评价学习成果，强调知识整合与灵活运用。

（一）教学目标

蚌埠医科大学物联网工程专业的培养目标是：培养具有扎实的理论知识，掌握物联网相关技术，具备软件开发、系统集成、数据分析和处理等专业知识和技能，能够将理论与工程实践相结合，可在物联网应用领域胜任工程师工作的复合型工科人才。据此，在广泛征求同行和企业工程师意见的基础上，确定了蚌埠医科大学物联网综合实践课程的教学目标是：整合所学专业知识，变零散为统一；通过完成具有现实意义的综合实践项目，使理论知识与实践有效衔接，从而提高实践能力、学科交叉能力、创新能力和沟通协作能力，最终具备一定地解决复杂工程问题的能力。

（二）教学内容

作为实践类课程，采用以学生为主体的项目式教学，通过项目实战，将相关知识串联起来，使理论与实践相结合，实现应用知识能力和创新能力的培养。考虑到物联网应用系统通常涉及多学科知识，且十分复杂，因此采用小组合作的方式完成项目。

本课程的先修知识涉及电子、计算机、通信等多学科知识等，教师可根据需要串讲项目涉及的专业知识，补缺补差。在串讲专业知识后，立刻进入以学生为主体的学习阶段，在此阶段，学生需要自主学习、整合相关知识，完成一个名为“××物联网应用系统”设计与实现的项目。项目选题应具有综合性、前沿性和实用性，且工作量适中。选题由教师团队共同讨论确定，企业工程师参与遴选、审核，共同撰写项目文档，通过项目文档初步给出项目需求、涉及的技术、设计建议等内容。

（三）学习成果设定

本课程要求学生设计一个完整的物联网应用系统。系统涉及物联网的几个层次，即作品应该具有数据采集、数据存储与管理、数据传输与通信、数据处理与分析、应用软件系统控制等功能。学生需提交该作品的需求分析、系统设计相关文档，演示系统功能，以设计文档、汇报PPT等资料和实物模型等作为学习成果。

（四）学习的正向实施

正向实施是指在明确学习目标与内容的前提下，按照流程有步骤地完成各阶段的任务。项目训练过程参照企业实际研发流程设计，见图1。

正向实施的每个阶段都有明确的学习成果，针对一个具体的复杂工程问题，要求学生综合运用本科阶段学习的大量专业知识和专业工具，分析问题、解决问题，最终得到一个完整的物联网应用系统，实现一次理论到实践的质的飞跃。

（五）考核与评价指标的确定

课程的考核与评价采用形成性考核与终结性评价相结合的方式，且考核贯穿学习的全过程。老师和小组组长分别记录学生在完成项目的整个过程中的表现及成果，作为考核的依据。重点考核学生的学习态度、知识能力、创新能力、系统能力等。为使评价有依据，针对项目完成度、工作态度、学习能力、知识掌握程度等方面，构建考核与评价指标，见表1。

根据评价指标制定的考核要素，除了考核专业知识，增加了对每位小组成员的参与度以及团队合作的考核，力争做到目标方向明确、考核全面。

三、课程教学改革的理念与措施

（一）以学生为中心，激发学习兴趣

传统的教学过程是以老师为中心，学生根据老师的设计和要求，按照实验步骤逐步完成实验项目。这样的实践课，只是根据老师的实验要求复制老师的设计，缺乏事先对项目背景的调查研究，缺少对项目需求的深入分析与系统功能设计，不需要创新，缺乏挑战性，导致学生的学习积极性不高。

基于OBE理念的教学模式，以学生为中心，从学习小组的组建、项目选题、分工协作到项目设计和成果汇报，均由学生自主完成。小组人数通常为5人左右，每个小组设组长1名，负责团队成员的协调组织、方案讨论、任务分配、记录成员的表现等工作。团队成员分工明确，相互协作，共同完成目标。教师由“综合实践”课程的组织者变为服务者和引导者，主要负责提供项目参考选题、提出实践目标要求、技术指导以及成绩评定等方面的工作。为了更贴近生产实际，使项目具有一定的社会价值和前沿性，参考选题事先经过企业工程师的筛选和修订。同时对学生的考核贯穿了学习的全过程，一方面能够促进学生的自主学习与合作学习，另一方面也规范了学习过程。

（二）分段实施，达成课程目标

根据“综合实践”课程的特点，课程教学分3个阶段实施，即宣传动员阶段、项目设计阶段、成果汇报阶段。宣传动员阶段主要完成团队组建、任务分工、明确目标，此项工作在第六学期初通过召开动员大会的方式落实。接下来，学习小组利用课余时间完成选题，通过查阅文献和项目调查，了解项目背景、发展现状，进行方案讨论、创意设计等。在此阶段，学生还要完成一些专业课的学习，如物联网设计与实践、移动开发、物联网通信与控制技术等，这些知识是完成项目的基础，则此时的学习是带着问题地学习，任课教师自然地承担了部分指导工作，引导学生进行探究性学习。随后进入项目设计阶段，指导教师再适时地介入到学生的项目活动中，指导学生完善设计方案。项目设计阶段安排在全部理论课学习完成后进行，用两周的时间集中进行项目的软硬件开发、测试与改进、文档编写等工作，最后统一安排时间进行成果展示和竞赛。

（三）以成果为导向，培养创新能力

以成果为导向，是OBE教学理念的核心思想，“综合实践”课程的学习成果就是小组共同设计的应用系统。一个完整的物联网应用系统包含硬件和软件两大部分，融合了数据采集、传输、分析处理、自动控制等多项技术，一个成功的应用系统既要考虑完整性、系统性，又要考虑用户体验。随着科技发展，新技术不断涌现，及时引入新技术是不断创新、不断提高产品质量的关键。因此，学生需要有强烈的创新意识，积极主动学习新技术、新工具，才有可能做出优秀的作品。为在竞赛中取得好成绩，在答辩前，学习小组会不断修改和优化作品，在达到外观和功能要求的同时，还会注重作品的创新性和先进性，力争答辩时有好的表现，取得更好成绩。在此过程中，教师的指导，能够帮助学生发现问题、解决问题，从而提高学生解决复杂工程实践问题的能力。

（四）完善评价机制，培养进取精神

为激发小组成员的参与意识，在评价环节引入了竞赛机制，成立“综合实践”课程互评式竞赛评委组，成员由指导老师、企业工程师和各小组组长组成，依据考核指标打分，每个小组作为一个参赛单位，进行成果汇报、展示和答辩。

课程成绩的评定采用两级评定制度，第一级是通过竞赛评定每个小组的名次；第二级是在团队内进行贡献度排名，依据是工作记录和团队成员互评。小组名次决定了团队获得优良率的指标，团队成员的成绩根据团队的优良率指标按贡献排名确定。团队成员想获得好成绩的方法是：一方面，个人贡献大、排名靠前可以得到团队内的好成绩；另一方面，在竞赛中团队名次好，团队可以得到更多的优良率指标，团队成员的起评分和总体成绩更高。

建立这种互评式的课程竞赛机制，能够激发小组成员的责任感、参与意识和参与热情。充分调动争先创优的激情，助力培养良好的团队合作意识，由“要我做”变为“我要做”，在人人为集体做贡献的过程中获得满足感和成就感。通过评价环节的组织策划，学生的表达能力和协作能力也得到了提升。

结语

物联网工程专业“综合实践”课程的教学改革，着眼于解决复杂工程问题能力的培养，不断进行探索实践，取得了明显成效。实践表明，以学生为中心的教学设计，能够有效地激发了学生的学习兴趣；完善评价机制，引入互评式的竞赛机制，增加评价维度，激发了学生的进取精神；分阶段实施项目，明确各阶段任务要求，促进了培养目标的达成；以成果为导向，既注重项目实现，也注重作品创意、技术创新和新工具的运用，提高了学生的创新能力。近年来，受益学生180余人，学生设计制作作品20余项，以这些作品为基础，培育参加安徽省物联网设计大赛、挑战杯、“互联网+”大赛等赛事，获得3项省级一等奖、20余项省级三等奖以上奖项。通过不断地探索与持续改革，形成了独具特色的课程教学改革新模式，为培养满足社会需求的毕业生打下了坚实基础。

本文系1.2020年度安徽省高等学校质量工程项目《基于专业评估的物联网工程专业建设研究与探索》（项目编号：2020jyxm1814）；2.2022年度安徽省高等学校质量工程项目《蚌埠医学院+安徽和能科技公司校企合作实践教育基地》（项目编号：2022xqhz045）的研究成果。

参考文献：

[1]殷俊，施卫娟，胡夏芸，等.面向OBE的物联网专业实验教学案例库建设研究[J].计算机教育，2020，（04）：145-149.

[2]王文，佀同光，邵潇漩，等.基于OBE+”双团队”的信息系统开发类综合实践课程改革与建设[J].情报探索，2022，（10）：106-110.

（作者单位：蚌埠医科大学公共基础学院）

（责任编辑：宋宇静