工程能力培養導向的多元混合式教學探索
——以“無線傳感器網絡”課程為例

蔣 慶 湯建斌 徐志鵬

“無線傳感器網絡”課程是一門多學科交叉且和工程應用結合非常緊密的課程。隨著萬物互聯時代的到來，該課程不僅是信息類相關專業的特色課程，也是其他工科專業如測控技術與儀器專業的專業課程[1]。中國計量大學計量測試工程學院測控技術與儀器專業從2011年開設該課程，主要為了培養符合儀器專業“智能+互聯”發展要求的復合型應用人才。

然而，在多年的教學實踐和同行交流中發現，學生很少能夠在課程設計或畢業設計等綜合實踐環節靈活運用無線傳感器網絡相關知識[2]，這反映出學生相應工程能力的欠缺。如何改變傳統教學方式，活躍課堂氣氛，激發學生的學習興趣，切實提高學生工程實踐應用能力是課程改革的重點。筆者分析了課程特點，按照培養方案及教學大綱要求提煉了課程目標和改革目標，并通過專業面授、思政案例、實際工程案例剖析、項目制實踐與案例匯報評審有機結合，進行了教學改革的探索和實踐。

一、課程簡介及傳統教學

“無線傳感器網絡”是近些年發展起來的一門交叉性學科，它涉及通信技術、計算機技術和傳感器技術等多種技術。學生通過該課程的學習能夠熟悉無線傳感器網絡的基本概念，了解這一技術的前沿和發展趨勢，掌握無線傳感器網絡的結構、設計方法，有助于提高分析解決通信工程中實際問題的能力，還能培養創新思維能力?？偟膩碚f，“無線傳感器網絡”課程注重培養學生解決無線傳感器網絡領域相關實際問題的能力。

以往課程從無線傳感器網絡基本理論出發，闡述無線傳感器網絡通信技術、物理層、信道接入、路由組網、傳輸協議等基礎知識，配合一定比例的實驗教學，以期達到使學生學以致用的目的[3]。然而因為各方面原因，學生的實際能力并沒有得到有效提升。通過數據分析、學生交流、同行觀摩等形式，分析該課程開展過程中制約學生能力提升的因素主要有三個方面：一是未能充分激發學生自主學習興趣；二是未能根據學生特點，運用新的教學策略；三是教學內容針對性不強，評價體系不完善[4]。因此，為了更好地順應專業發展潮流，切實提高學生工程應用能力，探索符合專業、課程及學生特點的教學策略非常重要。

二、課程目標、擬解決的問題及課程改革思路

（一）課程目標

課程以提升學生工程實踐能力為出發點，以使學生理解領會問題背后的“道”為落腳點。具體來說，確定以下三個課程目標：一是使學生理解并掌握無線傳感器網絡相關基礎知識，提高學生專業知識水平；二是提高學生綜合能力，激發學生對專業的認同感，培養學生求真務實的科學思維，培養學生創新意識；三是提升學生的系統設計能力，使學生通過課程學習，能獨立進行無線傳感器網絡系統設計，并且具備評價相關系統的能力。

（二）課程擬解決的問題

“無線傳感器網絡”課程教學改革擬解決的問題是如何讓學生學“術”悟“道”。其中“術”方面的問題是如何讓學生掌握專業知識，培養學生獨立設計、與同行交流的能力?！暗馈狈矫娴膯栴}主要有三個：一是如何讓學生掌握課堂上學到有限的專業知識，并做到舉一反三，具備解決相關問題的能力；二是如何通過思政教學，激發學生對專業的認同感和愛國情懷，培養學生求真務實的科學思維，激發學生創新意識；三是如何讓學生領會并將目標輸入、過程控制和有效反饋應用到今后的工作和生活中。

（三）課程改革思路

如圖1所示，“無線傳感器網絡”課程教學改革始終圍繞教學目標。學校和專業定位、課程擬解決的問題、教學理念等共同決定課程的教學目標；教學設計、教學方法及教學環境都是為了能夠達成教學目標；全過程的教學評價是為了判斷教學目標達成情況，從而指導教學持續改進；教學持續改進的落腳點是教學設計、教學方法和教學環境的改進。

三、多元混合式教學實踐

在“無線傳感器網絡”課程教學中，教師在教學理念的指引下，通過合理的教學設計，達成教學目標。教學設計主要包括5個環節，各環節之間存在內部關聯，如圖2所示。

（一）專業面授

為了在有限的課時內傳授學生基本的知識點，在教學內容和教學資源方面進行了調整。第一，對教學內容進行重塑。根據無線傳感器網絡技術發展及企業應用趨勢，刪除了部分教學內容，同時新增了部分內容。第二，對教學資源進行重構。通過豐富的在線課程，讓學生在課前、課后學習課程內容，在課上通過提問的方式了解學生的學習效果。

（二）思政案例

在“無線傳感器網絡”課程教學中，重視課程思政，通過沉浸式的思政教學案例設計，結合課程內容，通過潛移默化、春風化雨的方式，實現知識傳授、能力培養和價值引領有機融合。例如，在課程的定位技術章節，結合我國北斗系統的研發歷程和意義，開展了主題為“全球定位系統之爭——自力更生、自主創新的重要性”的專題案例分享，課堂表現和思政教學效果非常好。

（三）實際工程案例剖析

在學生學習和掌握基本理論知識后，引導學生對多個實際工程案例進行剖析，培養學生工程能力。

（四）項目制實踐

“無線傳感器網絡”課程為學生提供了豐富的項目庫，要求學生獨自完成一項工程作業，以提升學生的綜合能力。課程項目庫如表1所示。

表1 課程項目庫

（五）案例匯報評審

在課程目標中，學生要具備一定的評價同行技術的能力，因此課程設置了案例匯報評審環節。在該環節中，學生進行案例匯報（以PPT的形式呈現），教師和其他學生共同評審。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生的評價能力。

四、課程教學評價及改革成效

（一）課程成績評定方式

不同的教學環節需要設計有針對性的教學評價方式，針對“無線傳感器網絡”課程設立了立體化、全覆蓋的考核評價體系，對課程的5個教學設計環節，分別設計了對應的考核方法，并根據課程的側重點，賦予不同的權重。多元的課程成績評價方式使學生認可度、評價公平度得到提升，也在一定程度上提升了教學實際效果。

（二）課程改革成效

中國計量大學計量測試工程學院“無線傳感器網絡”課程組與時俱進，立足學生，在教學團隊建設、課程內容編排、教學手段運用等多方面嘗試改革創新，取得較好效果。由圖3可知，2020—2021學年，合格標準線以下的人數較少，課程目標達成度集中在0.7上下，說明學生的系統設計能力有待提升。由圖4可知，2021—2022學年，合格標準線以下的人數僅有1人，需關注這個學生的學習狀況。將課程改革前后兩個教學周期的課程目標達成度進行對比，發現多元混合教學模式下的項目制教學對于提高課程目標達成度具有重要作用。

五、總結與展望

通過對多元混合式教學模式的探索和實踐，課堂氛圍得到了明顯改善，師生互動頻次增加，“無線傳感器網絡”課程目標達成度、學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用到與其屬性相近的課程中。教學改革不是一蹴而就的，課程教學團隊需要與時俱進，持續改進，以適應時代發展潮流。結合課程改革實踐可知，“無線傳感器網絡”課程在項目制教學、案例匯報評審、評價體系等方面仍需持續優化。新時代，應以工程能力培養為導向，加強對多元混合式教學的探索和實踐，推動“無線傳感器網絡”課程改革創新。