工程能力培養(yǎng)導(dǎo)向的多元混合式教學(xué)探索
——以“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程為例

蔣 慶 湯建斌 徐志鵬

“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程是一門多學(xué)科交叉且和工程應(yīng)用結(jié)合非常緊密的課程。隨著萬物互聯(lián)時代的到來，該課程不僅是信息類相關(guān)專業(yè)的特色課程，也是其他工科專業(yè)如測控技術(shù)與儀器專業(yè)的專業(yè)課程[1]。中國計量大學(xué)計量測試工程學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)從2011年開設(shè)該課程，主要為了培養(yǎng)符合儀器專業(yè)“智能+互聯(lián)”發(fā)展要求的復(fù)合型應(yīng)用人才。

然而，在多年的教學(xué)實(shí)踐和同行交流中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生很少能夠在課程設(shè)計或畢業(yè)設(shè)計等綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)靈活運(yùn)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識[2]，這反映出學(xué)生相應(yīng)工程能力的欠缺。如何改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，切實(shí)提高學(xué)生工程實(shí)踐應(yīng)用能力是課程改革的重點(diǎn)。筆者分析了課程特點(diǎn)，按照培養(yǎng)方案及教學(xué)大綱要求提煉了課程目標(biāo)和改革目標(biāo)，并通過專業(yè)面授、思政案例、實(shí)際工程案例剖析、項(xiàng)目制實(shí)踐與案例匯報評審有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行了教學(xué)改革的探索和實(shí)踐。

一、課程簡介及傳統(tǒng)教學(xué)

“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”是近些年發(fā)展起來的一門交叉性學(xué)科，它涉及通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)等多種技術(shù)。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)能夠熟悉無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念，了解這一技術(shù)的前沿和發(fā)展趨勢，掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計方法，有助于提高分析解決通信工程中實(shí)際問題的能力，還能培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。總的來說，“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程注重培養(yǎng)學(xué)生解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域相關(guān)實(shí)際問題的能力。

以往課程從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本理論出發(fā)，闡述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、物理層、信道接入、路由組網(wǎng)、傳輸協(xié)議等基礎(chǔ)知識，配合一定比例的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以期達(dá)到使學(xué)生學(xué)以致用的目的[3]。然而因?yàn)楦鞣矫嬖颍瑢W(xué)生的實(shí)際能力并沒有得到有效提升。通過數(shù)據(jù)分析、學(xué)生交流、同行觀摩等形式，分析該課程開展過程中制約學(xué)生能力提升的因素主要有三個方面：一是未能充分激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣；二是未能根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)，運(yùn)用新的教學(xué)策略；三是教學(xué)內(nèi)容針對性不強(qiáng)，評價體系不完善[4]。因此，為了更好地順應(yīng)專業(yè)發(fā)展潮流，切實(shí)提高學(xué)生工程應(yīng)用能力，探索符合專業(yè)、課程及學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)策略非常重要。

二、課程目標(biāo)、擬解決的問題及課程改革思路

（一）課程目標(biāo)

課程以提升學(xué)生工程實(shí)踐能力為出發(fā)點(diǎn)，以使學(xué)生理解領(lǐng)會問題背后的“道”為落腳點(diǎn)。具體來說，確定以下三個課程目標(biāo)：一是使學(xué)生理解并掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)基礎(chǔ)知識，提高學(xué)生專業(yè)知識水平；二是提高學(xué)生綜合能力，激發(fā)學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)同感，培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識；三是提升學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力，使學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，能獨(dú)立進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計，并且具備評價相關(guān)系統(tǒng)的能力。

（二）課程擬解決的問題

“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)改革擬解決的問題是如何讓學(xué)生學(xué)“術(shù)”悟“道”。其中“術(shù)”方面的問題是如何讓學(xué)生掌握專業(yè)知識，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計、與同行交流的能力?！暗馈狈矫娴膯栴}主要有三個：一是如何讓學(xué)生掌握課堂上學(xué)到有限的專業(yè)知識，并做到舉一反三，具備解決相關(guān)問題的能力；二是如何通過思政教學(xué)，激發(fā)學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)同感和愛國情懷，培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)的科學(xué)思維，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識；三是如何讓學(xué)生領(lǐng)會并將目標(biāo)輸入、過程控制和有效反饋應(yīng)用到今后的工作和生活中。

（三）課程改革思路

如圖1所示，“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)改革始終圍繞教學(xué)目標(biāo)。學(xué)校和專業(yè)定位、課程擬解決的問題、教學(xué)理念等共同決定課程的教學(xué)目標(biāo)；教學(xué)設(shè)計、教學(xué)方法及教學(xué)環(huán)境都是為了能夠達(dá)成教學(xué)目標(biāo)；全過程的教學(xué)評價是為了判斷教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況，從而指導(dǎo)教學(xué)持續(xù)改進(jìn)；教學(xué)持續(xù)改進(jìn)的落腳點(diǎn)是教學(xué)設(shè)計、教學(xué)方法和教學(xué)環(huán)境的改進(jìn)。

三、多元混合式教學(xué)實(shí)踐

在“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)中，教師在教學(xué)理念的指引下，通過合理的教學(xué)設(shè)計，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)設(shè)計主要包括5個環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)之間存在內(nèi)部關(guān)聯(lián)，如圖2所示。

（一）專業(yè)面授

為了在有限的課時內(nèi)傳授學(xué)生基本的知識點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源方面進(jìn)行了調(diào)整。第一，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重塑。根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展及企業(yè)應(yīng)用趨勢，刪除了部分教學(xué)內(nèi)容，同時新增了部分內(nèi)容。第二，對教學(xué)資源進(jìn)行重構(gòu)。通過豐富的在線課程，讓學(xué)生在課前、課后學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，在課上通過提問的方式了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（二）思政案例

在“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)中，重視課程思政，通過沉浸式的思政教學(xué)案例設(shè)計，結(jié)合課程內(nèi)容，通過潛移默化、春風(fēng)化雨的方式，實(shí)現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和價值引領(lǐng)有機(jī)融合。例如，在課程的定位技術(shù)章節(jié)，結(jié)合我國北斗系統(tǒng)的研發(fā)歷程和意義，開展了主題為“全球定位系統(tǒng)之爭——自力更生、自主創(chuàng)新的重要性”的專題案例分享，課堂表現(xiàn)和思政教學(xué)效果非常好。

（三）實(shí)際工程案例剖析

在學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握基本理論知識后，引導(dǎo)學(xué)生對多個實(shí)際工程案例進(jìn)行剖析，培養(yǎng)學(xué)生工程能力。

（四）項(xiàng)目制實(shí)踐

“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程為學(xué)生提供了豐富的項(xiàng)目庫，要求學(xué)生獨(dú)自完成一項(xiàng)工程作業(yè)，以提升學(xué)生的綜合能力。課程項(xiàng)目庫如表1所示。

表1 課程項(xiàng)目庫

（五）案例匯報評審

在課程目標(biāo)中，學(xué)生要具備一定的評價同行技術(shù)的能力，因此課程設(shè)置了案例匯報評審環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)中，學(xué)生進(jìn)行案例匯報（以PPT的形式呈現(xiàn)），教師和其他學(xué)生共同評審。這樣不僅可以指出案例匯報的不足之處，還能有效鍛煉提高學(xué)生的評價能力。

四、課程教學(xué)評價及改革成效

（一）課程成績評定方式

不同的教學(xué)環(huán)節(jié)需要設(shè)計有針對性的教學(xué)評價方式，針對“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程設(shè)立了立體化、全覆蓋的考核評價體系，對課程的5個教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)，分別設(shè)計了對應(yīng)的考核方法，并根據(jù)課程的側(cè)重點(diǎn)，賦予不同的權(quán)重。多元的課程成績評價方式使學(xué)生認(rèn)可度、評價公平度得到提升，也在一定程度上提升了教學(xué)實(shí)際效果。

（二）課程改革成效

中國計量大學(xué)計量測試工程學(xué)院“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程組與時俱進(jìn)，立足學(xué)生，在教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)、課程內(nèi)容編排、教學(xué)手段運(yùn)用等多方面嘗試改革創(chuàng)新，取得較好效果。由圖3可知，2020—2021學(xué)年，合格標(biāo)準(zhǔn)線以下的人數(shù)較少，課程目標(biāo)達(dá)成度集中在0.7上下，說明學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力有待提升。由圖4可知，2021—2022學(xué)年，合格標(biāo)準(zhǔn)線以下的人數(shù)僅有1人，需關(guān)注這個學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。將課程改革前后兩個教學(xué)周期的課程目標(biāo)達(dá)成度進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)多元混合教學(xué)模式下的項(xiàng)目制教學(xué)對于提高課程目標(biāo)達(dá)成度具有重要作用。

五、總結(jié)與展望

通過對多元混合式教學(xué)模式的探索和實(shí)踐，課堂氛圍得到了明顯改善，師生互動頻次增加，“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程目標(biāo)達(dá)成度、學(xué)生工程能力等得到明顯提升，該課程改革思路和方法可以應(yīng)用到與其屬性相近的課程中。教學(xué)改革不是一蹴而就的，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)需要與時俱進(jìn)，持續(xù)改進(jìn)，以適應(yīng)時代發(fā)展潮流。結(jié)合課程改革實(shí)踐可知，“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程在項(xiàng)目制教學(xué)、案例匯報評審、評價體系等方面仍需持續(xù)優(yōu)化。新時代，應(yīng)以工程能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，加強(qiáng)對多元混合式教學(xué)的探索和實(shí)踐，推動“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程改革創(chuàng)新。