無線傳感器網絡課程教學中RBL模式的應用研究

胡必玲++潘潔珠

摘 要：高等教育的教學模式正在從以教師為中心向以學習者為中心轉變。文章在充分分析無線傳感器網絡課程自身特點的基礎上，根據筆者多年的教學經驗，探討如何利用RBL教學模式推進無線傳感器網絡課程的教學改革，改變過去TBL單向性教學模式所帶來的低效教學，利用翻轉課堂教學提高學生學習傳感器網絡課程的自主性和實效性，提升學生文獻搜集、團隊協作、口頭表達、文字撰寫以及創新能力。

關鍵詞：RBL ；無線傳感器網絡； 教學改革

0 引 言

自2010年教育部確立物聯網工程專業以來，已有多所本科院校設置了物聯網工程專業。各高校的人才培養方案均將“無線傳感器網絡”作為該專業的核心課程，在教學計劃中占有重要地位和作用。課程要求學生掌握傳感器網絡的體系結構和網絡管理技術，著重掌握傳感器網絡的通信協議，了解傳感器網絡的節點定位、路由協議、MAC協議、拓撲控制、時間同步和安全等幾大支撐技術，為在基于傳感器網絡、物聯網的系統開發和應用中，深入利用關鍵技術，設計優質的應用系統打下基礎。因此，無線傳感器網絡課程的學習質量將直接影響物聯網工程專業人才培養的結果。過去的幾年間，各高校投入大量時間、資金進行實驗設備建設、師資建設、培養方案和專業課程教學大綱制定和修改，但對于無線傳感器網絡的課程教學模式和策略卻鮮有思考。在傳統的無線傳感器網絡課程教學中，理論課依舊采用的是單向性的TBL教學模式，教師在講臺上講，學生在下面聽，缺少交流互動。教師講授的內容往往也單純注重基本理論、基本方法和概念的描述，忽略對學生思維能力和主動學習能力的培養；實踐教學中，實驗內容多是對CC2530芯片功能的驗證學習和Z-Stack協議棧接口的驗證學習實驗，缺少綜合性和設計性實驗，缺乏對于學生動手實踐能力的訓練，抑制了學生的創新欲望，導致該課程實驗教學環節薄弱，學生動手能力和創新能力不足。課程的考核方式依然采用期末試卷的考核方式，側重考核基礎理論，學生的實踐能力、思維能力和獨立學習能力等沒有得到體現，經常出現“高分低能”的現象。

1 RBL教學模式簡述

RBL（resource-based learning）是以認知學習、建構主義等多種學習理論為基礎，融多種學習方式于一體的學習范式，它是一種以學習為中心的基于資源的模式，是學習者通過接觸各種資源并運用它們開展實踐活動，在教師的指導下完成學習目標的過程。RBL要求學生在面對信息時代知識激增挑戰的時候，具備獨立搜集、加工、處理、評價、利用信息的能力，將學科課程學習目標與信息文化素養整合起來，強化學生自我更新、自我發展和終身學習的觀念與能力。在1977年后，國外就對RBL教學模式進行了大量研究和實際課程應用，總結了大量使用RBL模式教學的益處，如通過學生自己進行信息收集和反饋能夠促進他們的深度學習，并產生高質量的產品等[3]。在國內，RBL教學模式廣泛應用于醫學領域相關課程的教學中，近幾年也有教育工作者將這種模式應用于管理學、教育學、數據庫原理等相關課程的教學中，均取得了不錯的教學效果。RBL教學模式同時也能激勵教師勤于鉆研，時刻把握學科發展的最新動態，非常適合知識體系快速變化的學科。

2 無線傳感器網絡課程的特點

無線傳感器網絡作為物聯網工程專業的核心課程，呈現以下特點[4-5]。

1）內容豐富，理論性強，難度大。

無線傳感器網絡集傳感器技術、嵌入式技術、無線通信以及分布式信息處理等技術于一體，具有多學科高度交叉和發展迅速的特點。課程內容覆蓋無線傳感器網絡路由協議、無線傳感器網絡MAC協議、無線傳感器網絡定位技術、無線傳感器網絡時間同步技術、無線傳感器網絡安全技術、無線傳感器網絡數據管理與數據融合、無線傳感器網絡仿真平臺及無線傳感器網絡開發環境nesC 語言、TinyOS 操作系統等。課程理論性強，抽象深奧，學生普遍反映認知難度大。

2）課程屬前沿課程，教學內容不斷更新變化。

與傳統網絡技術相比，無線傳感器網絡技術屬于前沿技術，其相關技術、相關標準等仍不統一。國內外研究人員仍在對其展開研究，陸續有新硬件、新協議、新算法、新操作系統提出，因此，其教學內容呈現不斷更新變化的特點。

3）課程實踐性強。

傳感器網絡在軍事、生活等方面具有廣泛的應用，因此，無線傳感器網絡課程具備較強的實踐性。無線傳感器網絡課程在對學生實踐能力的培養方面，除了培養其基本的CC2530單片機的開發能力、ZigBee技術的開發能力，更強調學生綜合實踐能力的訓練，如開發一個典型的傳感網應用系統。

4）對學生綜合素質要求高。

無線傳感器網絡技術本身的特點要求修讀無線傳感器網絡課程的本科生專業知識面要廣，專業基礎知識要扎實， 對學生的綜合素質要求較高，如需要掌握單片機開發技術、計算機網絡、數據庫原理等課程的核心內容。

3 課程教學實踐設計及結果

3.1 課程教學實踐設計

1）學習目標設定。

在采用RBL教學模式進行課程教學實踐之前，需要設定本門課程的學習目標。通過學習目標的設定，進一步保證教學過程圍繞目標展開[6]。設定無線傳感器網絡課程的學習目標為：①學生進行無線傳感器網絡課程的學習能夠為后續課程物聯網集成技術開發做準備；②在本門課程結束之后，學生能夠結合先修課程傳感器檢測技術進行數據采集系統的設計；③學生在學習完無線傳感器網絡的理論知識之后，對于傳感器網絡的各關鍵技術有較深入的理解和研究，能夠為研究生階段繼續進行傳感器網絡領域的研究打下基礎；④學生通過課程的學習具備較強的自主學習、文獻搜集、團隊協作、口頭表達、動手實踐能力。

2）教學策略設計。

教學策略為教學的順序和手段。在以學生為中心的學習方式中，學生是積極的問題解決者。無線傳感器網絡理論課程的教學采用“思考→組隊→討論→分享”的方式進行，將理論課程內容進行模塊性的劃分，每個模塊對應1個任務，將各任務下達給各學生。學生在課堂外通過各種資源的利用，獨立地對任務涉及的知識點進行學習、思考、研究，解決任務。在課堂學時中，學生各自組隊對任務進行討論并隨機抽取兩組學生上臺，陳述他們對這個模塊內容的理解、這個任務的解決過程以及困惑。教師對每隊同學分享的內容進行點評，給予同學以反饋，并對模塊內容進行提煉概述。在實踐課程的教學過程中，將實踐分解為2個層次： 基礎性實驗和課程設計。基礎性實驗重點培養學生對無線傳感器網絡開發板的熟悉和基本功能部件的使用，主要包括CC2530基礎實驗部分和Z-Stack開發兩部分，基礎實驗環節采用教師講解的方式進行。課程設計是基礎性實驗的延伸，培養學生的實踐能力和分析解決問題的能力， 要求學生自己編寫程序來完成1個簡單傳感器網絡系統。基礎實驗環節每人一組獨立完成；課程設計環節根據學生基礎實驗的水平對其進行科學分組，4～6人一組，以小組為單位完成項目，項目實行組長負責制。在項目初期，小組成員共同討論項目方案和具體實施步驟，并進行人員分工。在項目實施過程中，小組成員不僅要完成自己的任務，同時還需與小組其他成員進行溝通交流，協作完成項目。在項目結束時，每組要進行答辯并撰寫詳細的課程設計報告，包括構思、設計、實施和運作的研發全過程，項目實施過程中遇到的問題和困難，項目存在的不足和改進思路，項目經驗總結和個人收獲體會等內容，并提交完整的軟硬件設計報告。endprint

3）任務和項目設置。

RBL教學模式中任務的設定是影響RBL教學效果的主要因素。任務由任課教師下達，目的是通過任務的學習促進學習目標的完成。任務可以是回答某個問題、撰寫1篇調研報告或參與1個線上課程的討論[7]。RBL中任務的解決需要綜合多個領域的知識或概念，而且往往沒有標準答案。因此，需要根據設定的學習目標和教學目標中對基礎知識和基本技能的要求，并在此基礎上研究多本教材的章節內容組織，深入研究無線傳感器網絡最新前沿技術，設定和選擇合適的任務。任務的設置（見表1）要能夠激發學生學習興趣、調動學習積極性，實踐教學中課程設計環節項目的設置要能夠與實驗室的設備儀器兼容，能夠在現有的實驗條件下完成。課程設計（見表2）是在基礎實驗之上對學生的綜合能力的培養，其題目的設定不能過于簡單和過于復雜，要求在學生現有知識能力水平上，通過成員協作和進一步的綜合學習、提升能夠完成。教學大綱中應該列入設置的任務和項目并標記清楚各部分在課程學分中所占的比重。

4）合理的評價機制。

對RBL教學模式的效果進行客觀評價是課程改革實踐的最后一環。通過對學生任務、項目的完成情況進行評價，一是能夠反映出課程改革實踐的效果：學生前后知識與能力的提升程度、對于課程內容的理解程度、對于學習目標的完成情況；二是能夠更進一步地激發學生的學習興趣；三是有利于對課程改革的過程進行總結和反思，有利于下一次教學過程的改善。為了綜合全面地對課程改革進行評價，評價機制包含了學生自評、教師自評和同行專家評定3種評價方式。學生自評通過問卷調查的形式進行，為保證評價的客觀公正，問卷內容由課題組負責人設計。教師自評和同行專家評定采用座談會的形式，同時聘請相關學科教授專家進行隨堂聽課，課后給予評價和指導。

5）考核模式變更。

傳統的考核模式主要是以期末試卷的方式對學生的課程學習情況進行評定。紙質試卷的方式大多只能考查學生對于理論知識的掌握情況，不能綜合考查學生學習目標的完成情況。在將RBL教學模式應用于傳感器網絡課程教學之后，為了更好、更公平地對學生課程成績進行評定可以重新設計考核模式，取消期末紙質試卷的考核方式。課程的綜合成績由平時成績（30%）、理論成績（30%）和實踐成績（40%）3部分構成。平時成績包括課堂考勤成績（40%）、課堂表現成績（60%）；理論成績為任務完成成績（50%）和課程內容總結匯報答辯成績（50%）；實踐成績包含基礎實驗成績（40%）和課程設計成績（60%），其中基礎實驗成績又包括實驗操作成績（50%）和實驗報告成績（50%）。

3.2 課程教學實踐結果

在以上背景下，針對無線傳感器網絡課程教學過程中的特點，將RBL教學模式應用于2014級物聯網工程專業1個班的教學過程中。課程結束后的調查問卷結果（見表3）顯示，本次課程教學改革實踐取得了較好的效果。當然，在教學改革實踐的過程中也存在一些問題和困難，如現有課堂學時的有限性、課程實踐過程中小組成員之間的積極協作等，在聽取了同行專家的相關點評之后，我們會在接下來的教學實踐中不斷改進。

4 總 結

移動互聯網的快速發展使得信息資源的獲取越來越便捷，各種MOOC平臺的崛起使得教學不再局限于傳統的課堂，傳統的教學模式遭到挑戰。事實上，教學的根本目的不是傳授知識，而是培養學生獨立獲取知識、解決問題的能力。RBL模式在教學改革實踐中的應用取得了良好的效果，但同時也存在著一些不足，需要在后續的教學過程中進一步完善，進一步提高無線傳感器網絡的課程教學效果。

參考文獻：

[1] 林靜. 高校新型課堂教學模式的選擇及實現方法[J]. 中國大學教學， 2011（9）： 74-77.

[2] 段華洽， 王朔柏. 深化教學改革創新教學模式： 高校本科課堂教學模式創新研究[J].中國大學教學， 2009（4）： 35-37.

[3] 易龍， 糜漫天， 朱俊樂， 等. 不同教學模式在高等醫學教育中的應用[J]. 基礎醫學教育， 2013， 15（3）： 312-314.

[4] 周偉， 易軍， 張元濤， 等.“無線傳感器網絡”課程教學模式探索[J]. 重慶科技學院學報（社會科學版）， 2014（5）： 165-166.

[5] 王俊.“無線傳感器網絡”課程特點與教學方法改革探索[J]. 中國電力教育， 2014（23）： 37-38.

[6] Butler M. Resource-based learning and course design： A brief theoretical overview and practical suggestions[J]. Law Library Journal， 2012， 104（2）： 219-244.

[7] Ryan M， Wells J， Freeman A， et al. Resource-based learning strategies： Implications for students and institutions[J]. Research in Learning Technology， 1996，4（1）.

（見習編輯：景貴英）endprint