工程能力培养导向的多元混合式教学探索——以“无线传感器网络”课程为例

蒋 庆 汤建斌 徐志鹏

“无线传感器网络”课程是一门多学科交叉且和工程应用结合非常紧密的课程。随着万物互联时代的到来，该课程不仅是信息类相关专业的特色课程，也是其他工科专业如测控技术与仪器专业的专业课程[1]。中国计量大学计量测试工程学院测控技术与仪器专业从2011年开设该课程，主要为了培养符合仪器专业“智能+互联”发展要求的复合型应用人才。

然而，在多年的教学实践和同行交流中发现，学生很少能够在课程设计或毕业设计等综合实践环节灵活运用无线传感器网络相关知识[2]，这反映出学生相应工程能力的欠缺。如何改变传统教学方式，活跃课堂气氛，激发学生的学习兴趣，切实提高学生工程实践应用能力是课程改革的重点。笔者分析了课程特点，按照培养方案及教学大纲要求提炼了课程目标和改革目标，并通过专业面授、思政案例、实际工程案例剖析、项目制实践与案例汇报评审有机结合，进行了教学改革的探索和实践。

一、课程简介及传统教学

“无线传感器网络”是近些年发展起来的一门交叉性学科，它涉及通信技术、计算机技术和传感器技术等多种技术。学生通过该课程的学习能够熟悉无线传感器网络的基本概念，了解这一技术的前沿和发展趋势，掌握无线传感器网络的结构、设计方法，有助于提高分析解决通信工程中实际问题的能力，还能培养创新思维能力。总的来说，“无线传感器网络”课程注重培养学生解决无线传感器网络领域相关实际问题的能力。

以往课程从无线传感器网络基本理论出发，阐述无线传感器网络通信技术、物理层、信道接入、路由组网、传输协议等基础知识，配合一定比例的实验教学，以期达到使学生学以致用的目的[3]。然而因为各方面原因，学生的实际能力并没有得到有效提升。通过数据分析、学生交流、同行观摩等形式，分析该课程开展过程中制约学生能力提升的因素主要有三个方面：一是未能充分激发学生自主学习兴趣；二是未能根据学生特点，运用新的教学策略；三是教学内容针对性不强，评价体系不完善[4]。因此，为了更好地顺应专业发展潮流，切实提高学生工程应用能力，探索符合专业、课程及学生特点的教学策略非常重要。

二、课程目标、拟解决的问题及课程改革思路

（一）课程目标

课程以提升学生工程实践能力为出发点，以使学生理解领会问题背后的“道”为落脚点。具体来说，确定以下三个课程目标：一是使学生理解并掌握无线传感器网络相关基础知识，提高学生专业知识水平；二是提高学生综合能力，激发学生对专业的认同感，培养学生求真务实的科学思维，培养学生创新意识；三是提升学生的系统设计能力，使学生通过课程学习，能独立进行无线传感器网络系统设计，并且具备评价相关系统的能力。

（二）课程拟解决的问题

“无线传感器网络”课程教学改革拟解决的问题是如何让学生学“术”悟“道”。其中“术”方面的问题是如何让学生掌握专业知识，培养学生独立设计、与同行交流的能力。“道”方面的问题主要有三个：一是如何让学生掌握课堂上学到有限的专业知识，并做到举一反三，具备解决相关问题的能力；二是如何通过思政教学，激发学生对专业的认同感和爱国情怀，培养学生求真务实的科学思维，激发学生创新意识；三是如何让学生领会并将目标输入、过程控制和有效反馈应用到今后的工作和生活中。

（三）课程改革思路

如图1所示，“无线传感器网络”课程教学改革始终围绕教学目标。学校和专业定位、课程拟解决的问题、教学理念等共同决定课程的教学目标；教学设计、教学方法及教学环境都是为了能够达成教学目标；全过程的教学评价是为了判断教学目标达成情况，从而指导教学持续改进；教学持续改进的落脚点是教学设计、教学方法和教学环境的改进。

三、多元混合式教学实践

在“无线传感器网络”课程教学中，教师在教学理念的指引下，通过合理的教学设计，达成教学目标。教学设计主要包括5个环节，各环节之间存在内部关联，如图2所示。

（一）专业面授

为了在有限的课时内传授学生基本的知识点，在教学内容和教学资源方面进行了调整。第一，对教学内容进行重塑。根据无线传感器网络技术发展及企业应用趋势，删除了部分教学内容，同时新增了部分内容。第二，对教学资源进行重构。通过丰富的在线课程，让学生在课前、课后学习课程内容，在课上通过提问的方式了解学生的学习效果。

（二）思政案例

在“无线传感器网络”课程教学中，重视课程思政，通过沉浸式的思政教学案例设计，结合课程内容，通过潜移默化、春风化雨的方式，实现知识传授、能力培养和价值引领有机融合。例如，在课程的定位技术章节，结合我国北斗系统的研发历程和意义，开展了主题为“全球定位系统之争——自力更生、自主创新的重要性”的专题案例分享，课堂表现和思政教学效果非常好。

（三）实际工程案例剖析

在学生学习和掌握基本理论知识后，引导学生对多个实际工程案例进行剖析，培养学生工程能力。

（四）项目制实践

“无线传感器网络”课程为学生提供了丰富的项目库，要求学生独自完成一项工程作业，以提升学生的综合能力。课程项目库如表1所示。

表1 课程项目库

（五）案例汇报评审

在课程目标中，学生要具备一定的评价同行技术的能力，因此课程设置了案例汇报评审环节。在该环节中，学生进行案例汇报（以PPT的形式呈现），教师和其他学生共同评审。这样不仅可以指出案例汇报的不足之处，还能有效锻炼提高学生的评价能力。

四、课程教学评价及改革成效

（一）课程成绩评定方式

不同的教学环节需要设计有针对性的教学评价方式，针对“无线传感器网络”课程设立了立体化、全覆盖的考核评价体系，对课程的5个教学设计环节，分别设计了对应的考核方法，并根据课程的侧重点，赋予不同的权重。多元的课程成绩评价方式使学生认可度、评价公平度得到提升，也在一定程度上提升了教学实际效果。

（二）课程改革成效

中国计量大学计量测试工程学院“无线传感器网络”课程组与时俱进，立足学生，在教学团队建设、课程内容编排、教学手段运用等多方面尝试改革创新，取得较好效果。由图3可知，2020—2021学年，合格标准线以下的人数较少，课程目标达成度集中在0.7上下，说明学生的系统设计能力有待提升。由图4可知，2021—2022学年，合格标准线以下的人数仅有1人，需关注这个学生的学习状况。将课程改革前后两个教学周期的课程目标达成度进行对比，发现多元混合教学模式下的项目制教学对于提高课程目标达成度具有重要作用。

五、总结与展望

通过对多元混合式教学模式的探索和实践，课堂氛围得到了明显改善，师生互动频次增加，“无线传感器网络”课程目标达成度、学生工程能力等得到明显提升，该课程改革思路和方法可以应用到与其属性相近的课程中。教学改革不是一蹴而就的，课程教学团队需要与时俱进，持续改进，以适应时代发展潮流。结合课程改革实践可知，“无线传感器网络”课程在项目制教学、案例汇报评审、评价体系等方面仍需持续优化。新时代，应以工程能力培养为导向，加强对多元混合式教学的探索和实践，推动“无线传感器网络”课程改革创新。