基于OBE理念的传感器课程教学改革实践探析

贾应彪

（韶关学院信息工程学院，广东韶关 512000)

0 引言

成果导向教育(OBE，Outcomes-Based Education)，是以预期学习产出为中心来组织、实施和评价的结构教育模式，也是新时代背景下“新工科”教育改革的发展方向。OBE 教育的核心目标是培养学生独立解决问题的能力，基于OBE 理念的教学模式，在课堂教学中主要强调以下四个基本问题[1]：①对学生的学习期望，应该让学生取得什么样的学习成果；②学生需要获得这些学习成果的原因；③在教学中能有效帮助学生实现学习成果的措施；④判断学生是否已取得相应学习成果的手段方法。

传感器在信息技术应用领域具有重要地位，获取信息的主要手段就是通过传感器。在物联网工程专业的人才培养方案中，传感器原理及应用是极其重要的一门专业基础课，在专业课程体系中处于承上启下的地位，对学生工程实践能力要求比较高[2-3]。课程的复杂性与目前单一的培养机制之间存在一定矛盾，而工程教育认证大环境下课程将面临教育理念、教育方式、教育关系等各方面挑战，这就迫切要求对传感器原理及应用课程教学体系进行理论创新与实践探索。本文基于OBE教学理念，结合韶关学院物联网工程等信息类专业即将开展工程教育专业认证的背景，对传感器原理及应用课程进行教学改革研究探索。

1 教学反思

通过反思传感器原理及应用课程的教学过程，发现主要存在以下问题：

1)课程设计不够全面，缺乏整体性，没有对所涉及的教学目标与内容进行系统规划。教学过程侧重传授知识，容易演变成各种类型传感器的简单串讲，导致学生对功能相似而工作原理又不同的各类传感器缺少感性认识，觉得枯燥乏味，学习缺乏积极性和主动性。

2)实验设计多以验证型的基础实验为主，实验内容主要是对传感器工作原理和性能参数进行验证和测试，教学目标主要是加深学生对相关传感器基本工作原理的掌握[4]。实验过程中，学生只需按照实验指导书描述的步骤进行操作后观察记录数据即可，很难培养工程应用能力，学生不具备利用传感器来解决工程实际问题的能力。

3)课程评价方式单一。与其他课程相似，一直以来，传感器课程评价机制更注重学生的考试成绩，对学生实际能力考查评估不够全面，也没有针对学生个体特点进行个性化评价，评价机制存在偏颇。这种以考核学生对课程基本知识、基本方法掌握情况为主而轻视学生的学习过程、学习进展情况的评价模式与OBE理念存在一定的差距。

这些问题有一些是所有课程面临的共性问题，有一些则是传感器课程的个性问题。它们严重影响学生的学习积极性，阻碍学生工程实践能力和创新能力的培养。因此，需要引入新的教学理念和教学模式，以期在更大程度上提高学生的学习主动性和教学质量。

2 基于OBE导向优化教学资源

根据OBE理念，确定课程学习指标是必要的。基于课程学习指标，优化并完善网络教学资源及实验教学内容资源，有利于提升学生的学习效果和体验。

2.1 确定课程学习指标

依据工程教育认证要求，学校组织课程组老师对专业毕业对各课程之间的指标要求做了详细分析，课程组认为，物联网工程专业毕业要求与《传感器原理及应用》有关的指标项包括以下内容：

1)具备传感器原理与应用的知识和技能，能够理解和应用传感器的基本原理、工作方式、分类和特点，掌握传感器的性能测试方法和数据处理技术。

2)能够独立进行传感器的选择和优化，能够分析和解决传感器系统的实际问题，具备开发传感器应用程序的能力。

3)能够应用传感器技术进行物联网系统的设计和应用，了解物联网系统的基本架构和相关技术，掌握传感器与物联网的融合应用原理和技术。

依据以上指标项，课程组为该课程制定了课程标准，明确学生应该掌握的知识点、技能和能力要求，并将其分解成每个课时的具体学习目标。总的说来，物联网工程专业在传感器这门课程上的学习重点目标，由传感器的基本工作原理和测量知识的掌握，转移到如何进行传感器数据采集、处理和分析上来了。

2.2 优化完善网络教学资源

在确定课程目标和内容基础上，按照学校统一安排，课题组选择了超星学习通平台建立了课程的网络教学资源。

1)制作了多媒体教学资源：在课件中加入相关的图片、视频、音频等多媒体教学资源，以便更好地帮助学生理解和掌握知识点。

2)在学习通平台上创建一些互动式的学习资源，如在线测试、小组讨论等。利用在线教学平台布置作业，作业主要以选择题、填空题、判断题等客观题型为主。通过作业检测学生对于各知识点的掌握情况，同时也可以通过批改作业来及时纠正学生存在的问题。在适当的时间安排在线测试，以便测试学生的综合能力。

3)在学习通平台上提供了在线辅导和答疑：开设在线辅导时间，设置课程讨论区，让学生在学习过程中遇到的问题得到及时的解答和帮助。

2.3 优化实验教学内容资源

在本次教学改革前本专业的传感器实验主要为验证型的基础实验，实验教学目的主要是考查学生对某种传感器基本工作原理的掌握程度，具体实验设置如表1所示。

物联网工程专业需要培养学生结合多种传感器进行数据采集、处理、分析，并解决复杂问题的能力。而设计型实验，实验教学目的就是培养学生分析问题和解决问题的能力。本课程设计型实验采用武汉创维特信息技术有限公司提供的2019 版物联网无线传感教学实验箱(CVT-WSN-S) ，该实验箱有传感器数据采集模块，学生可通过编写程序实现对不同传感器数据的采集、分析和处理。构建个性化、层次化的实验教学目标，侧重培养学生利用传感器进行数据采集、处理分析的能力。具体实验设置如表2所示。

表2 设计型实验

结合专业对该课程的教学指标要求，课程实验调整为：缩减验证性的基础型实验至1-2 个，其余实验改成设计型实验。设计型实验采用组队方式进行，要求2个学生一组，基于实验室提供的硬件设备，在计算机上编程实现相关传感器数据的采集并对数据进行处理。实验过程分三个阶段：

1)实验准备阶段。任课教师通过学习通平台，发布具体的实验目的要求以及详细步骤，以帮助学生更好地理解和掌握实验内容。要求学生依据老师提供的实验例程，编写相应传感器的数据采集程序。实验内容的发布一般提前一个星期，让学生有充足的时间在实验课前提前完成数据采集实验的编程实现。

2)实验进行阶段。检查学生编写的程序代码，要求学生到实验室将自己编写程序代码经过编译开发系统烧入芯片，再通过计算机串口测试传感器采集的数据，要求学生现场修改代码，实现调整数据采集频率、显示格式以及进行线性化处理。

3)实验反思阶段。学生撰写实验报告，总结详细的程序设计思路（要求学生画出程序流程图），分析实验过程中遇到的问题及解决办法。

除了设计型实验，实验教学还可以结合各类专业竞赛进行。为了培养学生利用传感器进行数据采集、处理、分析解决问题的能力，可组织学生参加有关竞赛（如：电子设计大赛）或者课外活动，目前该方案正在初步探索中。

3 引导学生自主学习

自主学习是现代教育的重要目标之一，通过自主学习，学生可以更好地掌握知识和技能，提高学习效果。在OBE理念下，教师应该充分发挥学生的自主学习能力,采用以学生为主体的研究型教学方法[5]。在传感器原理及应用课程教学中，为了引导学生自主学习，主要从以下几个方面着手：

1)提供多样化的学习资源和工具。在课程开始时，向学生介绍详细的教学课程标准和相关的学习安排，让学生清楚了解学习的目标和内容，并能够独立进行学习。为学生提供多样化的学习资源和工具，在线教学平台上提供了课程视频和电子书、课程作业、课程测试等，鼓励学生自主选择适合自己的学习材料和工具。

2)鼓励学生积极参与课堂讨论。在课堂上，鼓励学生积极参与讨论，将课堂表现纳入过程性评价，学生主动提出问题、进行经验和观点分享都可计入平时分，从而创造一个积极互动的学习氛围。

3)指导学生制定学习计划。指导学生制定个人学习计划，包括学习目标、时间规划、学习方法等，让学生有计划地进行学习，并逐渐培养自主学习的能力。

4)提供反馈和指导。在学生进行自主学习时，依据在线教学平台及时对学生的学习进度和表现进行反馈和指导，帮助学生发现问题并解决问题，同时也可以激励学生更好地进行学习。

5)鼓励学生互相合作学习。组织学生进行小组合作学习，让学生之间互相交流、互相学习，从而提高学生的自主学习能力。

4 优化评价与学习反馈机制

OBE的教学评价中心是学生的学习成果，而不是老师的教学内容，应采用多元化和分层次的评价机制，强调学生在学习过程中的学习进步和个人获取的学习成果，应该按照每个学生学习的具体情况进行针对性的评价。OBE 理念强调对学生学习结果的评价和反馈，因此教师需要制定科学合理的评价体系，并及时给予学生反馈。评价体系应覆盖学生知识、技能、态度等多方面，以确保学生达到预期学习效果。

结合OBE 理念，课程组采用多元化评价方式，进行了试卷改革，注重过程性评价和个性化评价，进行评价机制改革尝试。在充分考虑学生的个性化差异与发展需求基础上，初步建立了多元化的评价方式，包括小组讨论、报告展示、实验、期末考试等。通过多样化的评价方式，可以全面地了解学生的综合能力和学习效果。

1)试卷内容调整。根据OBE理念，按照新的课程学习目标，在多元评价基础上，对期末试卷内容进行了适当优化。在保证考核的知识点符合课程标准的前提下，出题的形式进行了一定的调整。试卷中除了保留传统检测对相关知识点掌握情况的题型，如填空题、判断题、选择题和简答题等外，考虑以实际物联网应用中一个传感器数据采集项目为题，要求学生通过传感器选型到系统方案设计，如硬件如何实现，软件设计流程等，实现一个传感器完整应用流程。

2)注重过程性评价。过程性评价是一种注重评价对象发展过程中变化的教育评价方法，在学习过程中逐步发现学生优点与不足、及时调整教学方案。传感器原理及应用教学中，可以多使用课堂测试、课后作业、实验操作等方式对学生进行过程性评价，及时发现并解决学生的难点问题。

3)开设个性化评价沟通渠道。个性化评价是一种针对学生个人差异和需求的评价方式，能够更好地了解学生成绩、兴趣、学习风格等方面的特点，个性化评价措施包括：①行为记录。任课教师通过观察学生在课堂上的表现和态度，包括听讲情况、参与度、合作精神等方面。通过行为记录来了解学生在课堂中存在的问题，并给出表现成绩。②问卷调查：通过学习通平台发布不同类型的问卷调查，了解学生对于课程的学习情况、难点、兴趣等方面的反馈，收集学生的建议和意见以及对于教学措施的评价。依据学生反馈的响应程度给出相应成绩。③学习日志：学习通平台的学习日志可以记录学生在学习、测试过程中所花的时间，包括遇到的问题、解决方案、心得体会等。通过分析学习日志教师可以给出相应成绩，也可以了解学生学习的状态和效果，并根据学生的情况进行个性化的指导和帮助。④鼓励学生参加专业竞赛，可以允许学生将自己正在从事的电子设计大赛等与传感器有关的比赛项目充作本学期的传感器实验成绩参考，参赛成绩以附加分的形式加入实验成绩。

5 结束语

传感器原理及应用课程的教学改革需要基于OBE 理念，注重学生的实践操作能力、优化完善教学资源、引导学生自主学习、制定科学合理的评价体系并及时反馈等方面的措施，以提高学生的学习效果和实际能力水平。通过建立个性化评价沟通渠道，让学生与老师之间有更多的互动交流，能够更好地了解学生的学习情况和个性差异。教学实践表明教学效果得到了改善，学生工程实践能力得到提升。