“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)模式探索

周偉，易軍，張元濤，李太福

傳統(tǒng)的工科專業(yè)人才培養(yǎng)模式重視理論教學(xué)，忽略工程實(shí)踐能力培養(yǎng)；強(qiáng)調(diào)學(xué)生知識學(xué)習(xí)能力，忽視創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；看重學(xué)生個人學(xué)術(shù)能力，輕視團(tuán)隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。這，導(dǎo)致學(xué)生創(chuàng)新能力不足，綜合素質(zhì)不高，無法滿足當(dāng)前社會和企業(yè)對大學(xué)生的真實(shí)需求[1]。因此，如何轉(zhuǎn)變工科專業(yè)辦學(xué)模式，以適應(yīng)社會和企業(yè)發(fā)展的需要，成為當(dāng)前高校迫切需要解決的問題。近年來由美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等4所高校發(fā)起的國際工程教育合作項目,推出了一種新型的CDIO工程教育模式[2-4]。CDIO的理念繼承和發(fā)展了歐美20多年來的工程教育改革理念，提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)、實(shí)施指導(dǎo)、過程和嚴(yán)格的結(jié)果檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，具有很強(qiáng)的可操作性。CDIO模式在我國當(dāng)前高等工程教育的改革探索中,有著重要的啟示作用。將CDIO工程教育理念引入到物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)主干課程 “無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)中，探索CDIO模式下的教與學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、基于CDIO的教學(xué)模式探索

傳統(tǒng)的“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)往往是以教師講授為主，學(xué)生被動接受，從而導(dǎo)致學(xué)生養(yǎng)成惰性思維，對問題的思考缺乏創(chuàng)新能力。同時，傳統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)在實(shí)驗(yàn)安排階段多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏設(shè)計性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，造成學(xué)生實(shí)際動手能力和創(chuàng)新能力鍛煉不足。CDIO理念的一個核心內(nèi)容是學(xué)生自主研究式學(xué)習(xí)，將教學(xué)工作從以教為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)為中心。采用CDIO教學(xué)理念，將課堂授課形式多樣化，減少部分課堂教學(xué)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計環(huán)節(jié)的教學(xué)，探索一條培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)際動手能力和團(tuán)隊合作能力為目標(biāo)的工程教育模式。

（一）教學(xué)形式多樣化

課堂教學(xué)形式不應(yīng)局限于板書和PPT演示。教師可利用圖片、視頻等多媒體資源向?qū)W生提供更多的背景資料和設(shè)計案例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。融合各種多媒體資源的教學(xué)形式既提高了教學(xué)效率，也增加了教學(xué)的信息量，使學(xué)生可以合理地選用所需資料。在教學(xué)形式上可采用學(xué)生講述的方式，讓學(xué)生站上講臺當(dāng)“老師”。這樣既可鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力，也可鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和知識理解能力。

（二）激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容，可定期組織學(xué)生就某一綜合性知識點(diǎn)開展專題學(xué)習(xí)。課后學(xué)生以分組方式對專題內(nèi)容進(jìn)行查找資料和學(xué)習(xí)。課堂上定期開展分組交流討論活動，并由教師進(jìn)行點(diǎn)評。通過專題學(xué)習(xí)鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)歸納能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決實(shí)際問題的能力。同時，通過分組學(xué)習(xí)和討論，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作的意識，促進(jìn)互幫互學(xué)，提高學(xué)生團(tuán)隊合作能力。

（三）注重師生交流與溝通

教師和學(xué)生的交流不僅僅局限于課堂，課后教師可以通過電話、網(wǎng)絡(luò)、聊天等形式與學(xué)生進(jìn)行交流溝通，了解學(xué)生的課程學(xué)習(xí)近況，幫助學(xué)生解決課堂遺留問題，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和思考能力。同時，通過與學(xué)生多種形式的交流，培養(yǎng)學(xué)生的交流溝通能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

（四）實(shí)驗(yàn)課程安排

“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”是一門理論與技術(shù)并重、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。通過實(shí)驗(yàn)有助于加深學(xué)生對本課程中的基本理論知識及基本概念的理解，提高學(xué)生分析解決通信工程中實(shí)際問題的能力。將實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與產(chǎn)品開發(fā)生命周期結(jié)合，設(shè)計適合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的CDIO實(shí)驗(yàn)課程體系，全面培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動手能力，加強(qiáng)學(xué)生對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的理解，使學(xué)生在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)搭建和應(yīng)用設(shè)計方面得到鍛煉。實(shí)驗(yàn)課程體系可分解為3個層次:基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)板的熟悉和基本的一些操作，并驗(yàn)證幾個基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)；設(shè)計性實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的延深，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力和分析解決問題的能力，要求學(xué)生自己編寫程序完成一些簡單任務(wù)；綜合性實(shí)驗(yàn)依托于一個具體項目，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力，要求學(xué)生完成一個簡單傳感器網(wǎng)絡(luò)工程項目。

（五）全開放的實(shí)驗(yàn)室

營造良好的自主實(shí)踐環(huán)境，為學(xué)生提供實(shí)際動手能力的硬件條件。由于課程的實(shí)驗(yàn)課時有限，僅僅靠實(shí)驗(yàn)課時間進(jìn)行動手實(shí)驗(yàn)是不夠的，應(yīng)鼓勵學(xué)生多參與工程實(shí)踐，提高動手能力和工程項目的能力。實(shí)驗(yàn)室開放根據(jù)無線傳感器課程實(shí)驗(yàn)大綱要求，結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)度、學(xué)生掌握情況和實(shí)驗(yàn)室空置時間，為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生開放指定實(shí)驗(yàn)室，并由專門的實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行指導(dǎo)和答疑。

二、基于項目學(xué)習(xí)的課程設(shè)計

CDIO培養(yǎng)模式通過項目設(shè)計將整個課程體系有機(jī)而系統(tǒng)地結(jié)合起來，所有需要學(xué)習(xí)和掌握的內(nèi)容都圍繞項目設(shè)計這個核心?！盁o線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程設(shè)計的目的旨在培養(yǎng)、提高學(xué)生利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)實(shí)際系統(tǒng)和應(yīng)用的能力。它要求學(xué)生掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能應(yīng)用系統(tǒng)的基本設(shè)計方法。課程設(shè)計任務(wù)的制定必須結(jié)合“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課堂理論教學(xué)的內(nèi)容，選擇符合教學(xué)、符合學(xué)生水平、符合實(shí)驗(yàn)室條件的項目，應(yīng)體現(xiàn)前期理論知識的綜合運(yùn)用。

課程設(shè)計以小組為單位，每小組3-4名同學(xué)，實(shí)行組長負(fù)責(zé)制。在項目初期，小組成員共同討論提出項目方案和具體實(shí)施步驟，并進(jìn)行人員分工。在項目實(shí)施過程中，小組成員不僅要完成自己的任務(wù)，同時還需與小組其他成員進(jìn)行溝通交流，共同協(xié)作完成項目。在課程設(shè)計結(jié)束時，每組撰寫詳細(xì)的課程設(shè)計報告，包括針對構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)施和運(yùn)作的研發(fā)全過程，項目實(shí)施過程中所遇到的問題和困難，項目存在的不足和改進(jìn)思路，項目總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和個人收獲體會等內(nèi)容，并提交完整的軟硬件設(shè)計報告。

通過CDIO模式的課程設(shè)計改革后，使學(xué)生能夠靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決具體項目問題，提高學(xué)生動手能力、文檔寫作能力、溝通能力、團(tuán)隊合作能力和解決實(shí)際問題的能力，提升學(xué)生的CDIO四大能力，使學(xué)生充分體會探索與發(fā)現(xiàn)的樂趣。

三、多元化的評價方式

為了能科學(xué)、合理地對學(xué)生在 “無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程中的學(xué)習(xí)能力、動手能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作能力等進(jìn)行考核，需要建立多元化的考核方式。其中，理論課學(xué)習(xí)能力占總成績40%，包括對課程大綱要求內(nèi)容的掌握熟練程度，對知識點(diǎn)的理解能力，主要以期末課程考試成績?yōu)橐罁?jù)。動手能力占總成績的30%，包括大綱要求實(shí)驗(yàn)完成情況和開放實(shí)驗(yàn)情況，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中動手能力和實(shí)際解決問題的能力進(jìn)行評價。項目開發(fā)能力占總成績30%，包括課程設(shè)計中任務(wù)完成情況、軟件代碼和硬件作品、課程設(shè)計報告，對學(xué)生的創(chuàng)新能力、動手能力、實(shí)際解決問題能力和團(tuán)隊合作能力進(jìn)行綜合評價。這種評價方式有助對學(xué)生進(jìn)行多方位、全方面評價，是對學(xué)生的CDIO全過程的能力綜合考評，具有合理性和可操作性。

四、結(jié)語

基于CDIO模式的“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)，以專業(yè)理論教學(xué)為基礎(chǔ)，重視學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，減少課堂教學(xué)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，初步探索出一套完備的課程教學(xué)體系。通過CDIO教學(xué)模式的探索，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識解決問題能力、創(chuàng)新能力、動手能力、解決工程項目問題能力和團(tuán)隊合作精神，體現(xiàn)了CDIO的教學(xué)理念，符合應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)需求。

[1]應(yīng)宏.團(tuán)隊教學(xué)法[J].職教論壇，2009(5).

[2]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008(3).

[3]高雪梅，孫子文，CDIO方法與我國高等工程教育改革[J].江蘇高教，2008(5).

[4]王永紅，余曉芬.基于CDIO理念的“傳感技術(shù)”課程教學(xué)與探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009(6).