基于“两性一度”的课程教学改革研究

摘 要：为了提升应用型高校学生的工程实践能力，解决传统教学重知识轻实践的问题，以“无线传感器网络”为例，课程组结合一流课程建设和工程教育专业认证，从课程目标、教学内容、教学方式以及课程考核等方面进行改革和实践。通过修订教学目标、重构教学内容，体现课程的高阶性和挑战度；采用BOPPPS模型的教学设计，强化课程的创新性；实行线上线下结合的多样化课程考核机制等，增强课程的挑战度。教学实践表明，这些改革措施有效培养了学生解决复杂工程问题的能力，显著提高了学生的实践能力和课程的教学效果。

关键词：工程教育专业认证；无线传感器网络；教学改革；两性一度；BOPPPS

中图分类号：G642"" 文献标识码：A"" 文章编号：1673-1794（2024）05-0001-04

作者简介：张巧云，滁州学院计算机与信息工程学院讲师，博士，研究方向：无线传感器网络；姚光顺，马丽生，董再秀，温卫敏，滁州学院计算机与信息工程学院教师（安徽 滁州 239000）。

全国有500多所高校开设物联网工程专业，几乎所有开设的物联网工程专业均将“无线传感器网络”设置为专业核心课程。该课程不仅要学生能够运用无线传感器网络的基本原理与技术，对工程问题中的无线传感器网络解决方案进行分析、比较与改进，更要让他们掌握软硬件模块的开发原理与方法，选择合适的无线通信协议和路由算法，设计传感器节点的软硬件，搭建软硬件平台开发环境，实施与验证无线传感器网络的工程基础实验。

滁州学院自2016级以来，“无线传感器网络”课程组结合一流课程建设^[1-2]和工程教育专业认证标准^[3-6]，瞄准“两性一度”^[7]，即高阶性、创新性和挑战度，从课程目标、教学内容、教学方式以及课程考核等方面进行改革和实践。首先，课程组修订了课程教学大纲，明确课程目标，并重构教学内容，以提升课程的高阶性和挑战度。其次，课程组积极建设线上课程资源，采用创新性的教学方法。最后，课程组设计多样化的课程考核方式，增强课程考核的挑战度。这些改革措施旨在不断提高教学质量，为学生在物联网领域应对未来挑战提供充实的知识和实践基础。

1 “无线传感器网络”课程教学现状

“无线传感器网络”课程课时有限，而教学内容繁多，在传统教学过程中存在重知识、轻实践等问题，不完全符合一流课程建设和工程教育专业认证的要求。“无线传感器网络”课程主要面临以下两个问题：

1.1 传统的课程教学目标和内容未能有效聚焦学生解决复杂工程问题能力的培养

传统课程目标主要侧重于学生的知识掌握程度，却忽视了培养学生解决复杂工程问题的能力，没有建立对毕业要求达成的支撑关系，不完全符合工程教育专业认证的要求。教学内容主要偏向理论知识的传授，缺乏对工程应用案例的深入介绍，同时缺少专门培养学生解决复杂工程问题能力的具体教学环节，从而导致学生在实践经验方面存在明显不足。同时，教学过程也未充分考虑线上与线下教学内容的有机结合，缺乏有效的融合策略，这可能导致学生在不同学习环境间的知识衔接出现断层。

1.2 课程考核方式单一，缺乏过程性考核

工程教育专业认证，强调对学生能力的形成性评价，注重过程性考核，良好的过程性考核可有效提高学生的学习动力。然而，传统的考核侧重于学生的基础理论知识掌握程度考核，忽略学生能力的考核，也忽略了学生日常表现和实验等方面的考核，且考核方式单一、考核项目少，缺乏详细的过程性考核材料。

为解决上述问题，近年来，“无线传感器网络”课程组在课程教学目标、教学内容、教学设计、考核方式等方面进行了全面的改革与实践，有效支撑了专业毕业要求和培养目标的达成，取得了良好的教学效果。

2 “无线传感器网络”课程教学改革

“无线传感器网络”课程以工程教育专业认证要求为标准，采用“反向设计，正向实施”方法对课程教学进行了改革，并在教学实施过程中制定持续改进措施。这些改革内容主要包括：根据物联网工程专业的毕业要求修订课程目标，注重激发学生创新思维并培养学生解决实际工程应用问题的能力；重构教学内容，注重复杂工程问题的选择与植入，使学生能够应对现实工作中的工程应用挑战；采用BOPPPS（Bridge， Objective， Pre-Assessment， Participatory Learning， Post-Assessment， Summary）教学设计模型^[8-9]，致力于激发学生的学习动力和积极性；实行线上线下结合的多样化课程考核机制，注重过程性考核，从而有效支撑各课程目标的达成。

2.1 修订课程目标

毕业要求涵盖了工程教育专业认证所要求的核心内容^[10-11]，因此各课程的教学目标必须依据该专业的毕业要求进行修订，从而有效支撑专业毕业要求的达成，确保学生在毕业时能够满足行业标准和要求。“无线传感器网络”课程具有理论性和实践性强的特点，在人才培养方案的毕业要求实现矩阵中该课程对毕业要求的支撑主要包括三个方面：工程知识、设计/开发解决方案和研究。依据支撑的毕业要求，课程组经过多轮研讨，形成了修订后的课程目标以及对相应毕业要求的支撑对应关系，如表1所示。

2.2 重构教学内容，体现课程高阶性和挑战度

依据课程教学目标及其支撑的毕业要求，学生需要具备分析、设计/开发和研究复杂工程问题^{[12- 13]}的能力。为了培养学生解决复杂工程问题的能力，课程组重构线上与线下的教学内容，重点关注理论和实践课程中的核心难点内容，精心设计工程应用案例，例如智慧城市、环境监测、健康养老等，同时结合云计算、人工智能等相关领域的知识，重构后的教学内容如图1所示。

重构后的教学内容通过以下措施充分展现了课程的高阶性和挑战度：

（1） 跨学科知识融合：通过整合无线传感器网络技术与云计算、人工智能等前沿领域知识，课程不仅拓宽了学生的学科视野，而且融入了最新的跨学科研究成果和实践案例。这种跨学科的整合挑战了学生在不同领域间建立联系的能力，促进了他们在面对复杂问题时的综合分析和创新适应能力的提升。对于教师而言，这意味着需要熟悉多个领域的最新进展，以及如何将这些知识有效地结合和传授给学生，增加备课的复杂度和挑战性。

（2） 工程应用案例设计：课程中精心设计的工程应用案例，如智慧城市规划、环境监测系统设计与优化以及健康养老监控系统集成等，要求学生不仅要综合应用所学的理论知识，还要考虑社会、经济和环境等多维度因素，运用创新思维和团队合作提出有效的解决方案。这种实践导向的学习方式，不仅锻炼了学生的批判性思维和系统思考能力，而且提高了课程的实践性、高阶性和挑战性。对于教师来说，设计和指导这样的复杂案例需要深厚的专业知识、广泛的实践经验以及高度的创新能力，进一步提升了备课和教学的挑战度。

2.3 建设线上课程资源

为进一步扩大学生的学习机会并丰富他们的学习资源和实践经验，该课程积极建设“无线传感器网络”线上课程资源。这些线上课程资源主要包括引用知名教授的课程视频，其中包括丰富精彩的讲座、实际无线传感器网络应用案例分析和深入的专业知识讲解等，有效提升了课程的师资力量。然后建立符合自身课程特点的微课程视频库、模拟实验视频库等，有助于学生可以更好地理解课程内容。该课程还不断扩充无线传感器网络典型应用超链接库，激发了学生积极参与实践活动的兴趣，同时也为他们开拓了更广泛的学科视野。

此外，线上课程资源还提供线上作业、在线测验、章节练习等，帮助学生巩固学习成果和评估自己的知识掌握程度，同时为教师提供了个性化指导学生的工具。另外，每学期在线上设置了4～6次在线讨论和1～2次调查问卷，促进了学生之间的交流与合作，同时也加强了师生之间的互动。

这一系列线上课程资源的构建不仅增加了学生的自主学习时间，还鼓励他们积极参与实践活动。这有助于提高学生的自主学习和实践能力，逐渐培养他们具备独立解决问题的技能和能力。

2.4 采用BOPPPS模型的教学设计，强化课程创新性

为了更好地引导学生学习“无线传感器网络”课程，体现“两性一度”，该课程采用BOPPPS模型的教学创新设计，如图2所示。采用BOPPPS模型的教学设计创新地组织了课前、课中和课后的教学活动，激发了学生的学习兴趣和动力，提高了他们的学习效果，从而体现了课程的创新性。主要表现在以下方面：

（1） 课前导入（Bridge）和目标引导（Objective）：在课前，教师利用在线教学平台引导学生进行自主学习，并提供相关预习指导资料。这种个性化的学习方式激发了学生的主动性和学习兴趣，为后续课堂教学做好了准备。同时，明确定义课程的教学目标和学习要求，帮助学生明确学习的重点内容和目标，使学生对学习任务有清晰的认识。

（2） 前测激励学生自学（Pre-Assessment）：通过在线测验或问卷等形式进行前测，以评估学生的基础知识水平并了解他们的学习需求。这一阶段有助于激发学生的学习兴趣，同时帮助他们自觉地进行课前自学，更好地准备课程内容，为课堂上的深入学习打下基础。

（3） 参与式学习（Participatory Learning）：在课堂上，教师采用多样化的教学方式，包括提问、讨论和小组活动等，鼓励学生积极参与，促进互动和思维碰撞。在教师的引导下，学生共同解决问题，从而增强他们的理论应用和实践能力，有助于培养学生的团队协作和问题解决的能力。

（4） 在线测试与反馈（Post-Assessment）：借助在线学习平台，进行在线测试，及时了解每位学生在课堂学习中的表现。教师可以根据测试结果，及时提供反馈，评估学生的学习进展和理解情况。这一过程有助于教师更好地了解学生的需求，并为他们提供个性化的指导，以提高学习效果。

（5） 师生双向总结反思（Summary）：在课堂即将结束前，师生双向总结反思。教师回顾本节课的教学效果，学生分享学习心得和体会。通过这一反思过程，不断优化教学方法和教学内容，以促进教学质量的不断提升。这种双向总结反思有助于进一步改进教育过程，以更好地满足学生的学习需求。

通过这种BOPPPS教学模型，“无线传感器网络”课程成功地将课前自学、课堂互动和课后反馈有机地结合在一起。学生在课前通过自主学习打下基础，课堂上积极参与互动提高实践能力，而课后通过反馈和总结深化对知识的理解和掌握。这种教学模式能够帮助学生更好地理解和掌握基础知识，提高了他们的互动、实践以及自学能力。

2.5 实行多样化课程考核机制，增强课程挑战度

“无线传感器网络”课程考核方式采用定量和定性两种方式。其中定量考核的各个考核环节所占比例及考核细则如表2所示。考核环节涵盖线上学习、线下学习表现、实验和期末考试等，每个环节均有相应的权重。这种多样化的评估方法有效解决了传统考核方式的单一性和缺乏详细过程性考核材料等问题。这种多元化的考核方式有助于提高评估的准确性、公平性和透明度，增强课程考核的挑战度，激发学生的学习兴趣和动力。在定量考核中，平时表现、实验以及期末考试的权重分配及具体评估标准如下：

（1） 平时表现（30%）： 综合评价学生在课堂教学中的参与度和学习表现，包括课前预习指导、在线讨论、课后作业、个人任务以及小组任务等方式。为了增强课程考核的挑战度，课程组将开放性问题纳入到课后作业中，并且在小组任务中增加团队协作竞赛等内容，鼓励学生主动思考、发挥创造力，培养他们的团队协作能力和竞争意识。

（2） 实验 （20%）： 实验是培养学生实践能力和解决问题能力的重要环节。学生通过实际操作和解决实际工程问题来展示自己的能力。

（3） 期末考试 （50%）： 期末考试作为整个学期学习的总结，综合评估学生对课程知识的掌握程度和综合运用能力。

除了定量考核之外，课程结束后，授课教师会以匿名方式向学生发放调查问卷，以定性方式评估各个课程目标的达成情况。

课程考核机制通过这种多元化考核方式，例如布置开放性问题，增加团队协作竞赛等形式，设置了一定的挑战性，要求学生积极参与并超越自我，进一步展现了课程的挑战度。通过结合定量和定性的课程达成评价结果，教师能够确定达成度较低的毕业要求指标点，并对教学过程可能存在的问题进行分析和总结。基于这些评价结果，教师将提出相应的教学改进措施，建立一个闭环的课程质量提升机制。这一机制将不断进行评价、反馈、改进，然后再次评价和改进，以持续提高课程质量，确保学生在该课程中达到既定的学习目标。

3 实施效果

自2016级物联网工程专业学生开始，“无线传感器网络”课程便开始以工程教育专业认证理念为基础的教学改革。图3和图4分别为2016、2017 、2018和2019级所有学生的课程目标达成情况的定量和定性分析。从定量分析结果来看，除了2017级由于疫情原因采用线上授课，课程目标的达成略有下降之外，2018级和2019级的每个课程目标的达成度均有所提高。这表明，通过这些教学改革，“无线传感器网络”课程在实现每个课程目标的达成取得了显著的进步。定性分析采用匿名方式向学生发放了包含5个问题的调查问卷，具体问题如表3所示，这些问题分别对应三个课程目标。从图4可以观察到，学生在优秀和良好等级方面都取得了持续的提高，说明学生对课程改革的满意程度较高。

根据“无线传感器网络”每年的课程目标达成评价和对比分析的结果，制定了“无线传感器网络”课程的后续持续改进措施，具体如表4所示。这些改进措施的实施反映了教学改革的有效性，同时也证实了以学生为中心的教学方法和融入工程教育专业认证理念的教学策略的有效性。通过激发学生的主动性和参与度，促使他们更好地理解和应用所学知识。同时，融入工程教育专业认证理念的教学策略使教学更加贴近实际工程应用，注重培养学生的实践能力和解决实际工程问题的能力。

4 结语

结合工程教育专业认证的要求，对“无线传感器网络”课程从课程目标、课程内容、教学模型以及考核机制等方面进行了全面梳理和优化。首先，修订课程目标，确保与物联网工程专业的毕业要求相契合。其次，重构教学内容，注重理论与实践的有机结合，提高学生解决复杂工程问题的能力。同时采用BOPPPS教学设计模型，激发学生的学习动力和积极性。最后，实行线上线下结合的多样化课程考核机制，对学生的学习成果进行了全面评估。这些改革举措取得显著的改革成效，有效地提高了“无线传感器网络”课程的人才培养质量。

［参 考 文 献］

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Research on Curriculum Teaching Reform Based on “Two-Nature and One-Extend”

——Taking “Wireless Sensor Networks” as an Example

Zhang Qiaoyun， Yao Guangshun， Ma Lisheng， Dong Zaixiu， Wen Weimin

Abstract： To enhance the engineering practical capabilities of students in applied universities and address the issue of traditional teaching， which has placed more emphasis on theoretical knowledge than practical experience， the curriculum committee， taking “Wireless Sensor Networks” as an example， combines first-class curriculum construction and engineering education accreditation. Reforms and practices are carried out in various aspects， including course objectives， teaching content， teaching mode， and course assessments. By revising teaching objectives and restructuring teaching content， the course’s high-level nature is emphasized. The utilization of the BOPPPS model for teaching design strengthens the course's innovative nature， and a diverse assessment mechanism， combining online and offline elements is implemented to enhance the course's challenge extent. Teaching practices have demonstrated that these reform measures effectively cultivate students' ability to solve complex engineering problems and significantly improve their practical skills and teaching outcomes.

Key words：engineering education accreditation; wireless sensor network; teaching reform; “two-nature and one-extend”; BOPPPS

责任编辑：陈星宇