基于OBE的无线传感器网络教学研究
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摘要：将OBE理念引入到《无线传感器网络》课程教学中，从教学目标、教学内容及考核评价3方面进行了设计与实施，经实践证明，采取这种课程设计可以有效激发学生兴趣，培养学生解决问题能力，从而提高教学质量。
关键词：OBE;无线传感器网络;实践教学
中图分类号：G642 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）16-0172-02
OBE（Out-comes-Based Education，简称 OBE）教育模式起源于西方国家的教育改革，是20 世纪 90 年代，美国教育家William G. Spady 提出的，其核心思想是“以学生为主体、以成果为驱动”的成效为本教育理念[1]。OBE工程教育模式强调以学习产出为目标，着重培养学生多方面、多层次应用开发能力。
《无线传感器网络》是物联网工程专业的专业选修课程，通常在大四下学期开设，是培养学生物联网应用开发能力的重要课程之一。旨在通过具体的案例使学生了解物联网相关标准，掌握开发的基本原则与方法，能够基于工程规范选择合适的技术、设备及网络结构，设计、实施适应实际需求的物联网系统解决方案[2]。本课程通过设计、实现多个实践项目展开教学，培养学生的物联网组网与应用开发的实践应用能力，使学生认识物联网系统的相关特征，并熟练掌握综合应用系统的开发过程，从需求分析、编码开发、测试等方面让学生运用所学的理论实践知识设计一个综合应用系统。因此，本课程对学生的动手开发能力有很高的要求，也同时要求教师合理组织教学，充分的调动学生兴趣和积极性，能够有条理、高效地解决问题。
为提高教学质量，我们在无线传感器网络课程中引入 OBE 教学理念，根据学生的学习目标制定不同的教学内容，对无线传感器网络的教学目标与实践教学及课程考核方案等进行教学改革研究与探索。
1无线传感器网络目前存在的问题
1.1学生编程能力参差不齐
无线传感器网络课程需要学生通过前期课程的学习，应当具备较高的编程开发能力及思维，然而不同学生对于课程知识的掌握程度不同，其编程能力也参差不齐，使得教师在教学过程中不好把握分寸，想上好无线传感器网络课程其实并不容易。
1.2实践教学缺乏系统性
由于本课程的实践性比较强，在以往实践教学中，实践课自主设计环节较少，学生验证性实验掌握程度还可以，但是对于问题的发现、分析、解决的能力不高，仍然对系统的开发中涉及的概念及方法没有较为完整深刻的认识，做不到融会贯通，没有综合实训项目的支撑学生对系统整体的掌握程度也不够。
1.3考核评估机制不完善
考核方式方法的单一及不完善，导致高分并不能体现出真正的教学效果，同时学生的职业能力以及团队协作能力也没有得到培养和发展，因而需要根据OBE的理念，针对课程的特点设计合理的考核评估机制，预防“高分低能”[3]。
2基于OBE的无线传感器网络教学改革
2.1合理设计课程目标，聚焦学生能力培养
基于成果导向的课程目标设计，包括：（1）掌握无线传感器网络的基础知识，了解相关标准，能够将物联网工程专业知识用于物联网应用领域复杂工程问题解决方案的比较、综合与改进。（2）通过文献收集和研究掌握物联网应用开发复杂工程问题的需求分析，能够按照规范撰写用户需求文档。（3）掌握物联网应用开发的设计原则和方法，并掌握系统设计开发过程中典型的软硬件的选型、使用和配置方法，具备设计与开发系统的软硬件开发能力等。（4）能够正确采集并整理传感器数据，运用主流的开发工具根据实际需求以及软件工程规范编写风格良好的应用程序，并能够对已有的程序进行测试与调试。（5）能够根据工程设计的基本思想与方法，组队完成设计开发基于多种感知、无线传输以及数据处理技术融合的简单物联网应用系统。
2.2以团队综合实践项目为抓手，优化教学内容
无线传感器网络是一门对实践性和动手能力要求较高的课程，实践课的目的在于提高学生的动手能力和知识综合运用的能力，故而，改革实践教学尤其重要[4]。
将实践教学分为4步：系统需求及概要设计，通过讨论、文献收集等让学生熟悉应用开发系统需求及概要设计的方法及过程;系统总体方案设计，使学生能够熟练系统硬件模块的选择方法，能够针对特定需求设计物联网应用系统;系统详细设计，让学生能够正确采集、处理、分析传感器数据，运用项目管理方法，对系统进行详细设计;系统软硬件调试与测试，学生能够熟练掌握系统硬件调试、软件测试及软硬件联调。同时将学生分成3～4人小组分工协作完成具体综合项目的开发，提高学生的团队协作能力[5]。设计的综合实践项目如表1所示。
2.3改进考核评价方式，注重学生学习成果
最终成绩由平時成绩、实验成绩和期末考查成绩等组合而成，各部分所占比例如下：
平时成绩（占25%）：平时表现考核：课堂考勤，参与需求分析等话题讨论，中期检查及报告。教师评判中期检查报告稿并根据报告内容的正确性、完成认真度及规范性给出评定成绩。
实验（占25%）：主要考核根据学生熟悉硬件如单片机、无线模块、各类传感器的使用能力，物联网综合应用开发系统的设计、实现及测试能力，学生可根据任课教师布置的实验题目与目标，通过结合理论知识，进行设计、代码编写、测试与分析，给出一定形式的实验结果及分析说明。上机与实验考核：根据实验结果正确性的完成情况及实验报告的规范性给出评定成绩。
期末考查（占50%）：重点考核解决物联网应用工程项目中相关复杂工程问题的能力，以分组答辩的形式进行考核。考查材料包括答辩PPT，系统软硬件系统现场演示讲解及后续拍摄演示视频，系统代码及按照模板撰写课程报告。教师根据考查材料的正确性、完成认真度及规范性给出评定成绩。 根据图1可见，课程目标4的达成度值最高，课程目标3的达成度次之，课程目标2的达成度情况却稍差。由于目标1主要反映学生利用所学的相关基础知识对物联网应用领域复杂工程问题的解决方案的比较、综合与改进。而目标2和3反映学生对物联网相关系统的应用及设计开发能力，通过此次对比，在很大程度上显示出学生利用相关知识对复杂工程问题的方案设计能力还比较薄弱。
本课程的实践性較强，仅靠课堂上的学习与实践，是不够的。因此，要充分利用好业余时间，拟针对复杂工程问题综合考虑系统方案设计，采用多阅读相关文献方案，来增加知识面和知识积累，同时重视学生学习主动性和创新能力的培养，提高学生的系统设计与开发等能力。
3结束语
OBE教育理念，是对传统教育方式的变革，本文将OBE理念引入到无线传感器网络课程中，基于OBE教育模式对无线传感器网络课程中的课程目标、实践教学、考核评价方式进行改革，这种新的教学模式虽然这大大增加了教师的工作量，但以学生的学习结果为导向，使得学生真正可以在课堂上学到知识、提升能力。教学改革任重道远，一切改革工作都要以促进学生成长为目的[6]。
参考文献：
[1] SPAD Y W G.Outcome-based education：critical issues and an- swers [M].Arlington：American Association of School Administra- tors，1994.
[2] 邵春瑾.基于应用型人才培养的综合实践活动课程开发策略[J].产业与科技论坛，2019，18（2）：205-206.
[3] 顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式——汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.
[4] 杨毅刚，孟斌，王伟楠.基于OBE模式的技术创新能力培养[J].高等工程教育研究，2015（6）：24-30.
[5] 刘春娟.实训项目教学模式在教学实践中的应用[J].陕西学前师范学院学报，2013，29（3）：23-26.
[6] 李启锐.基于OBE教育理念的应用型计算机专业人才培养机制[J].计算机教育，2018（9）：25-29.
【通联编辑：光文玲】
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