“无线传感器网络”课程教学模式探索

周伟，易军，张元涛，李太福

传统的工科专业人才培养模式重视理论教学，忽略工程实践能力培养；强调学生知识学习能力，忽视创新能力的培养；看重学生个人学术能力，轻视团队协作能力的培养。这，导致学生创新能力不足，综合素质不高，无法满足当前社会和企业对大学生的真实需求[1]。因此，如何转变工科专业办学模式，以适应社会和企业发展的需要，成为当前高校迫切需要解决的问题。近年来由美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所高校发起的国际工程教育合作项目,推出了一种新型的CDIO工程教育模式[2-4]。CDIO的理念继承和发展了欧美20多年来的工程教育改革理念，提出了系统的能力培养、实施指导、过程和严格的结果检验标准，具有很强的可操作性。CDIO模式在我国当前高等工程教育的改革探索中,有着重要的启示作用。将CDIO工程教育理念引入到物联网专业主干课程 “无线传感器网络”课程的教学中，探索CDIO模式下的教与学，对培养学生创新能力和工程实践能力具有重要的现实意义。

一、基于CDIO的教学模式探索

传统的“无线传感器网络”课程教学往往是以教师讲授为主，学生被动接受，从而导致学生养成惰性思维，对问题的思考缺乏创新能力。同时，传统的教学目标在实验安排阶段多以验证性实验为主，缺乏设计性实验和综合性实验，造成学生实际动手能力和创新能力锻炼不足。CDIO理念的一个核心内容是学生自主研究式学习，将教学工作从以教为中心转变为以学为中心。采用CDIO教学理念，将课堂授课形式多样化，减少部分课堂教学，加强实验与课程设计环节的教学，探索一条培养学生创新能力、实际动手能力和团队合作能力为目标的工程教育模式。

（一）教学形式多样化

课堂教学形式不应局限于板书和PPT演示。教师可利用图片、视频等多媒体资源向学生提供更多的背景资料和设计案例，激发学生的学习兴趣。融合各种多媒体资源的教学形式既提高了教学效率，也增加了教学的信息量，使学生可以合理地选用所需资料。在教学形式上可采用学生讲述的方式，让学生站上讲台当“老师”。这样既可锻炼学生的语言表达能力，也可锻炼学生的自主学习能力和知识理解能力。

（二）激发学生自主学习能力

根据课堂教学内容，可定期组织学生就某一综合性知识点开展专题学习。课后学生以分组方式对专题内容进行查找资料和学习。课堂上定期开展分组交流讨论活动，并由教师进行点评。通过专题学习锻炼学生自主学习归纳能力，培养学生独立思考和解决实际问题的能力。同时，通过分组学习和讨论，培养学生团队合作的意识，促进互帮互学，提高学生团队合作能力。

（三）注重师生交流与沟通

教师和学生的交流不仅仅局限于课堂，课后教师可以通过电话、网络、聊天等形式与学生进行交流沟通，了解学生的课程学习近况，帮助学生解决课堂遗留问题，激发学生自主学习和思考能力。同时，通过与学生多种形式的交流，培养学生的交流沟通能力，提高学生综合素质。

（四）实验课程安排

“无线传感器网络”是一门理论与技术并重、实践性很强的课程。通过实验有助于加深学生对本课程中的基本理论知识及基本概念的理解，提高学生分析解决通信工程中实际问题的能力。将实验环节与产品开发生命周期结合，设计适合物联网专业的CDIO实验课程体系，全面培养学生实际动手能力，加强学生对无线传感器网络的理解，使学生在无线传感器网络搭建和应用设计方面得到锻炼。实验课程体系可分解为3个层次:基础性实验、设计性实验、综合性实验。基础性实验重点培养学生对无线传感器网络实验板的熟悉和基本的一些操作，并验证几个基础性实验；设计性实验是基础性实验的延深，培养学生的实践动手能力和分析解决问题的能力，要求学生自己编写程序完成一些简单任务；综合性实验依托于一个具体项目，培养学生的创新能力和工程实践能力，要求学生完成一个简单传感器网络工程项目。

（五）全开放的实验室

营造良好的自主实践环境，为学生提供实际动手能力的硬件条件。由于课程的实验课时有限，仅仅靠实验课时间进行动手实验是不够的，应鼓励学生多参与工程实践，提高动手能力和工程项目的能力。实验室开放根据无线传感器课程实验大纲要求，结合实验进度、学生掌握情况和实验室空置时间，为物联网专业学生开放指定实验室，并由专门的实验教师进行指导和答疑。

二、基于项目学习的课程设计

CDIO培养模式通过项目设计将整个课程体系有机而系统地结合起来，所有需要学习和掌握的内容都围绕项目设计这个核心。“无线传感器网络”课程设计的目的旨在培养、提高学生利用无线传感器网络开发实际系统和应用的能力。它要求学生掌握无线传感器网络智能应用系统的基本设计方法。课程设计任务的制定必须结合“无线传感器网络”课堂理论教学的内容，选择符合教学、符合学生水平、符合实验室条件的项目，应体现前期理论知识的综合运用。

课程设计以小组为单位，每小组3-4名同学，实行组长负责制。在项目初期，小组成员共同讨论提出项目方案和具体实施步骤，并进行人员分工。在项目实施过程中，小组成员不仅要完成自己的任务，同时还需与小组其他成员进行沟通交流，共同协作完成项目。在课程设计结束时，每组撰写详细的课程设计报告，包括针对构思、设计、实施和运作的研发全过程，项目实施过程中所遇到的问题和困难，项目存在的不足和改进思路，项目总结的经验和个人收获体会等内容，并提交完整的软硬件设计报告。

通过CDIO模式的课程设计改革后，使学生能够灵活运用所学知识解决具体项目问题，提高学生动手能力、文档写作能力、沟通能力、团队合作能力和解决实际问题的能力，提升学生的CDIO四大能力，使学生充分体会探索与发现的乐趣。

三、多元化的评价方式

为了能科学、合理地对学生在 “无线传感器网络”课程中的学习能力、动手能力、创新能力和团队合作能力等进行考核，需要建立多元化的考核方式。其中，理论课学习能力占总成绩40%，包括对课程大纲要求内容的掌握熟练程度，对知识点的理解能力，主要以期末课程考试成绩为依据。动手能力占总成绩的30%，包括大纲要求实验完成情况和开放实验情况，对学生实验过程中动手能力和实际解决问题的能力进行评价。项目开发能力占总成绩30%，包括课程设计中任务完成情况、软件代码和硬件作品、课程设计报告，对学生的创新能力、动手能力、实际解决问题能力和团队合作能力进行综合评价。这种评价方式有助对学生进行多方位、全方面评价，是对学生的CDIO全过程的能力综合考评，具有合理性和可操作性。

四、结语

基于CDIO模式的“无线传感器网络”课程教学，以专业理论教学为基础，重视学生创新能力和工程实践能力培养，减少课堂教学，加强实验和实践环节的教学，初步探索出一套完备的课程教学体系。通过CDIO教学模式的探索，培养学生运用知识解决问题能力、创新能力、动手能力、解决工程项目问题能力和团队合作精神，体现了CDIO的教学理念，符合应用型本科人才的培养需求。

[1]应宏.团队教学法[J].职教论坛，2009(5).

[2]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008(3).

[3]高雪梅，孙子文，CDIO方法与我国高等工程教育改革[J].江苏高教，2008(5).

[4]王永红，余晓芬.基于CDIO理念的“传感技术”课程教学与探索[J].电气电子教学学报，2009(6).