無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中RBL模式的應(yīng)用研究

胡必玲++潘潔珠

摘 要：高等教育的教學(xué)模式正在從以教師為中心向以學(xué)習(xí)者為中心轉(zhuǎn)變。文章在充分分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程自身特點的基礎(chǔ)上，根據(jù)筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗，探討如何利用RBL教學(xué)模式推進(jìn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)改革，改變過去TBL單向性教學(xué)模式所帶來的低效教學(xué)，利用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)提高學(xué)生學(xué)習(xí)傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的自主性和實效性，提升學(xué)生文獻(xiàn)搜集、團(tuán)隊協(xié)作、口頭表達(dá)、文字撰寫以及創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：RBL ；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)； 教學(xué)改革

0 引 言

自2010年教育部確立物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)以來，已有多所本科院校設(shè)置了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。各高校的人才培養(yǎng)方案均將“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”作為該專業(yè)的核心課程，在教學(xué)計劃中占有重要地位和作用。課程要求學(xué)生掌握傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，著重掌握傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議，了解傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點定位、路由協(xié)議、MAC協(xié)議、拓?fù)淇刂啤r間同步和安全等幾大支撐技術(shù)，為在基于傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用中，深入利用關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計優(yōu)質(zhì)的應(yīng)用系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量將直接影響物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的結(jié)果。過去的幾年間，各高校投入大量時間、資金進(jìn)行實驗設(shè)備建設(shè)、師資建設(shè)、培養(yǎng)方案和專業(yè)課程教學(xué)大綱制定和修改，但對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的課程教學(xué)模式和策略卻鮮有思考。在傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中，理論課依舊采用的是單向性的TBL教學(xué)模式，教師在講臺上講，學(xué)生在下面聽，缺少交流互動。教師講授的內(nèi)容往往也單純注重基本理論、基本方法和概念的描述，忽略對學(xué)生思維能力和主動學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)；實踐教學(xué)中，實驗內(nèi)容多是對CC2530芯片功能的驗證學(xué)習(xí)和Z-Stack協(xié)議棧接口的驗證學(xué)習(xí)實驗，缺少綜合性和設(shè)計性實驗，缺乏對于學(xué)生動手實踐能力的訓(xùn)練，抑制了學(xué)生的創(chuàng)新欲望，導(dǎo)致該課程實驗教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力不足。課程的考核方式依然采用期末試卷的考核方式，側(cè)重考核基礎(chǔ)理論，學(xué)生的實踐能力、思維能力和獨立學(xué)習(xí)能力等沒有得到體現(xiàn)，經(jīng)常出現(xiàn)“高分低能”的現(xiàn)象。

1 RBL教學(xué)模式簡述

RBL（resource-based learning）是以認(rèn)知學(xué)習(xí)、建構(gòu)主義等多種學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，融多種學(xué)習(xí)方式于一體的學(xué)習(xí)范式，它是一種以學(xué)習(xí)為中心的基于資源的模式，是學(xué)習(xí)者通過接觸各種資源并運用它們開展實踐活動，在教師的指導(dǎo)下完成學(xué)習(xí)目標(biāo)的過程。RBL要求學(xué)生在面對信息時代知識激增挑戰(zhàn)的時候，具備獨立搜集、加工、處理、評價、利用信息的能力，將學(xué)科課程學(xué)習(xí)目標(biāo)與信息文化素養(yǎng)整合起來，強(qiáng)化學(xué)生自我更新、自我發(fā)展和終身學(xué)習(xí)的觀念與能力。在1977年后，國外就對RBL教學(xué)模式進(jìn)行了大量研究和實際課程應(yīng)用，總結(jié)了大量使用RBL模式教學(xué)的益處，如通過學(xué)生自己進(jìn)行信息收集和反饋能夠促進(jìn)他們的深度學(xué)習(xí)，并產(chǎn)生高質(zhì)量的產(chǎn)品等[3]。在國內(nèi)，RBL教學(xué)模式廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)課程的教學(xué)中，近幾年也有教育工作者將這種模式應(yīng)用于管理學(xué)、教育學(xué)、數(shù)據(jù)庫原理等相關(guān)課程的教學(xué)中，均取得了不錯的教學(xué)效果。RBL教學(xué)模式同時也能激勵教師勤于鉆研，時刻把握學(xué)科發(fā)展的最新動態(tài)，非常適合知識體系快速變化的學(xué)科。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的特點

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心課程，呈現(xiàn)以下特點[4-5]。

1）內(nèi)容豐富，理論性強(qiáng)，難度大。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、無線通信以及分布式信息處理等技術(shù)于一體，具有多學(xué)科高度交叉和發(fā)展迅速的特點。課程內(nèi)容覆蓋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)融合、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真平臺及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)環(huán)境nesC 語言、TinyOS 操作系統(tǒng)等。課程理論性強(qiáng)，抽象深奧，學(xué)生普遍反映認(rèn)知難度大。

2）課程屬前沿課程，教學(xué)內(nèi)容不斷更新變化。

與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)屬于前沿技術(shù)，其相關(guān)技術(shù)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等仍不統(tǒng)一。國內(nèi)外研究人員仍在對其展開研究，陸續(xù)有新硬件、新協(xié)議、新算法、新操作系統(tǒng)提出，因此，其教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)不斷更新變化的特點。

3）課程實踐性強(qiáng)。

傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事、生活等方面具有廣泛的應(yīng)用，因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程具備較強(qiáng)的實踐性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程在對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)方面，除了培養(yǎng)其基本的CC2530單片機(jī)的開發(fā)能力、ZigBee技術(shù)的開發(fā)能力，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合實踐能力的訓(xùn)練，如開發(fā)一個典型的傳感網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。

4）對學(xué)生綜合素質(zhì)要求高。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身的特點要求修讀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的本科生專業(yè)知識面要廣，專業(yè)基礎(chǔ)知識要扎實， 對學(xué)生的綜合素質(zhì)要求較高，如需要掌握單片機(jī)開發(fā)技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫原理等課程的核心內(nèi)容。

3 課程教學(xué)實踐設(shè)計及結(jié)果

3.1 課程教學(xué)實踐設(shè)計

1）學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)定。

在采用RBL教學(xué)模式進(jìn)行課程教學(xué)實踐之前，需要設(shè)定本門課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)。通過學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)定，進(jìn)一步保證教學(xué)過程圍繞目標(biāo)展開[6]。設(shè)定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)為：①學(xué)生進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)能夠為后續(xù)課程物聯(lián)網(wǎng)集成技術(shù)開發(fā)做準(zhǔn)備；②在本門課程結(jié)束之后，學(xué)生能夠結(jié)合先修課程傳感器檢測技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計；③學(xué)生在學(xué)習(xí)完無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的理論知識之后，對于傳感器網(wǎng)絡(luò)的各關(guān)鍵技術(shù)有較深入的理解和研究，能夠為研究生階段繼續(xù)進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究打下基礎(chǔ)；④學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)具備較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)、文獻(xiàn)搜集、團(tuán)隊協(xié)作、口頭表達(dá)、動手實踐能力。

2）教學(xué)策略設(shè)計。

教學(xué)策略為教學(xué)的順序和手段。在以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)方式中，學(xué)生是積極的問題解決者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)理論課程的教學(xué)采用“思考→組隊→討論→分享”的方式進(jìn)行，將理論課程內(nèi)容進(jìn)行模塊性的劃分，每個模塊對應(yīng)1個任務(wù)，將各任務(wù)下達(dá)給各學(xué)生。學(xué)生在課堂外通過各種資源的利用，獨立地對任務(wù)涉及的知識點進(jìn)行學(xué)習(xí)、思考、研究，解決任務(wù)。在課堂學(xué)時中，學(xué)生各自組隊對任務(wù)進(jìn)行討論并隨機(jī)抽取兩組學(xué)生上臺，陳述他們對這個模塊內(nèi)容的理解、這個任務(wù)的解決過程以及困惑。教師對每隊同學(xué)分享的內(nèi)容進(jìn)行點評，給予同學(xué)以反饋，并對模塊內(nèi)容進(jìn)行提煉概述。在實踐課程的教學(xué)過程中，將實踐分解為2個層次： 基礎(chǔ)性實驗和課程設(shè)計?；A(chǔ)性實驗重點培養(yǎng)學(xué)生對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)板的熟悉和基本功能部件的使用，主要包括CC2530基礎(chǔ)實驗部分和Z-Stack開發(fā)兩部分，基礎(chǔ)實驗環(huán)節(jié)采用教師講解的方式進(jìn)行。課程設(shè)計是基礎(chǔ)性實驗的延伸，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和分析解決問題的能力， 要求學(xué)生自己編寫程序來完成1個簡單傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?；A(chǔ)實驗環(huán)節(jié)每人一組獨立完成；課程設(shè)計環(huán)節(jié)根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)實驗的水平對其進(jìn)行科學(xué)分組，4～6人一組，以小組為單位完成項目，項目實行組長負(fù)責(zé)制。在項目初期，小組成員共同討論項目方案和具體實施步驟，并進(jìn)行人員分工。在項目實施過程中，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，協(xié)作完成項目。在項目結(jié)束時，每組要進(jìn)行答辯并撰寫詳細(xì)的課程設(shè)計報告，包括構(gòu)思、設(shè)計、實施和運作的研發(fā)全過程，項目實施過程中遇到的問題和困難，項目存在的不足和改進(jìn)思路，項目經(jīng)驗總結(jié)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。endprint

3）任務(wù)和項目設(shè)置。

RBL教學(xué)模式中任務(wù)的設(shè)定是影響RBL教學(xué)效果的主要因素。任務(wù)由任課教師下達(dá)，目的是通過任務(wù)的學(xué)習(xí)促進(jìn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成。任務(wù)可以是回答某個問題、撰寫1篇調(diào)研報告或參與1個線上課程的討論[7]。RBL中任務(wù)的解決需要綜合多個領(lǐng)域的知識或概念，而且往往沒有標(biāo)準(zhǔn)答案。因此，需要根據(jù)設(shè)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)和教學(xué)目標(biāo)中對基礎(chǔ)知識和基本技能的要求，并在此基礎(chǔ)上研究多本教材的章節(jié)內(nèi)容組織，深入研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最新前沿技術(shù)，設(shè)定和選擇合適的任務(wù)。任務(wù)的設(shè)置（見表1）要能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動學(xué)習(xí)積極性，實踐教學(xué)中課程設(shè)計環(huán)節(jié)項目的設(shè)置要能夠與實驗室的設(shè)備儀器兼容，能夠在現(xiàn)有的實驗條件下完成。課程設(shè)計（見表2）是在基礎(chǔ)實驗之上對學(xué)生的綜合能力的培養(yǎng)，其題目的設(shè)定不能過于簡單和過于復(fù)雜，要求在學(xué)生現(xiàn)有知識能力水平上，通過成員協(xié)作和進(jìn)一步的綜合學(xué)習(xí)、提升能夠完成。教學(xué)大綱中應(yīng)該列入設(shè)置的任務(wù)和項目并標(biāo)記清楚各部分在課程學(xué)分中所占的比重。

4）合理的評價機(jī)制。

對RBL教學(xué)模式的效果進(jìn)行客觀評價是課程改革實踐的最后一環(huán)。通過對學(xué)生任務(wù)、項目的完成情況進(jìn)行評價，一是能夠反映出課程改革實踐的效果：學(xué)生前后知識與能力的提升程度、對于課程內(nèi)容的理解程度、對于學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成情況；二是能夠更進(jìn)一步地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；三是有利于對課程改革的過程進(jìn)行總結(jié)和反思，有利于下一次教學(xué)過程的改善。為了綜合全面地對課程改革進(jìn)行評價，評價機(jī)制包含了學(xué)生自評、教師自評和同行專家評定3種評價方式。學(xué)生自評通過問卷調(diào)查的形式進(jìn)行，為保證評價的客觀公正，問卷內(nèi)容由課題組負(fù)責(zé)人設(shè)計。教師自評和同行專家評定采用座談會的形式，同時聘請相關(guān)學(xué)科教授專家進(jìn)行隨堂聽課，課后給予評價和指導(dǎo)。

5）考核模式變更。

傳統(tǒng)的考核模式主要是以期末試卷的方式對學(xué)生的課程學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評定。紙質(zhì)試卷的方式大多只能考查學(xué)生對于理論知識的掌握情況，不能綜合考查學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成情況。在將RBL教學(xué)模式應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)之后，為了更好、更公平地對學(xué)生課程成績進(jìn)行評定可以重新設(shè)計考核模式，取消期末紙質(zhì)試卷的考核方式。課程的綜合成績由平時成績（30%）、理論成績（30%）和實踐成績（40%）3部分構(gòu)成。平時成績包括課堂考勤成績（40%）、課堂表現(xiàn)成績（60%）；理論成績?yōu)槿蝿?wù)完成成績（50%）和課程內(nèi)容總結(jié)匯報答辯成績（50%）；實踐成績包含基礎(chǔ)實驗成績（40%）和課程設(shè)計成績（60%），其中基礎(chǔ)實驗成績又包括實驗操作成績（50%）和實驗報告成績（50%）。

3.2 課程教學(xué)實踐結(jié)果

在以上背景下，針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)過程中的特點，將RBL教學(xué)模式應(yīng)用于2014級物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)1個班的教學(xué)過程中。課程結(jié)束后的調(diào)查問卷結(jié)果（見表3）顯示，本次課程教學(xué)改革實踐取得了較好的效果。當(dāng)然，在教學(xué)改革實踐的過程中也存在一些問題和困難，如現(xiàn)有課堂學(xué)時的有限性、課程實踐過程中小組成員之間的積極協(xié)作等，在聽取了同行專家的相關(guān)點評之后，我們會在接下來的教學(xué)實踐中不斷改進(jìn)。

4 總 結(jié)

移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展使得信息資源的獲取越來越便捷，各種MOOC平臺的崛起使得教學(xué)不再局限于傳統(tǒng)的課堂，傳統(tǒng)的教學(xué)模式遭到挑戰(zhàn)。事實上，教學(xué)的根本目的不是傳授知識，而是培養(yǎng)學(xué)生獨立獲取知識、解決問題的能力。RBL模式在教學(xué)改革實踐中的應(yīng)用取得了良好的效果，但同時也存在著一些不足，需要在后續(xù)的教學(xué)過程中進(jìn)一步完善，進(jìn)一步提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的課程教學(xué)效果。

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（見習(xí)編輯：景貴英）endprint