基于“自主學習力”培養(yǎng)的混合式教學手段改革研究
——以《無線傳感器網(wǎng)絡》課程為例

史道玲

（安徽新華學院電子通信工程學院，安徽 合肥 230088）

0 引言

無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network，WSN）作為物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）底層重要的感知和支撐技術，隨著遠距離WSN（如LoRaWan、NB_IOT等） 和近距離WSN （如低功耗藍牙、 低功耗WIFI、ZigBee、NFC 等） 的應用日趨完善成熟也得到飛速發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的重要專業(yè)基礎課程之一，從感知層到應用層、從硬件設計到安全協(xié)議，知識點多、跨度大，體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)學科的交叉性和前沿性。因此，在日常的學習中，學生不僅要掌握各種傳感器的物理特性，還要深刻理解信息傳輸過程中所需要使用的各種路由協(xié)議、定位算法等，更需要熟練掌握各種網(wǎng)絡應用軟件的處理技術[1]。

由此可見，WSN 課程具有鮮明的理論性強，知識面廣，應用特征顯著等特點。 如此多種類、大跨度、高難度的知識體系顯然不適于采用常規(guī)教學方案開展教學工作，因此，該課程教學成功的關鍵便是如何實現(xiàn)在有限的授課時間內(nèi)設計出最適合的教學內(nèi)容，且讓學生有興趣學、愿意主動學，并能夠?qū)W得好，從而最終提升他們的學習積極性和系統(tǒng)設計開發(fā)能力。

1 “自主學習力”的培養(yǎng)是課堂教學與設計的關鍵因素

新工科背景下，未來社會需求多樣化、技術更迭迅速，這意味著未來的工科生的素養(yǎng)和能力遠比知識重要。因此如何改變傳統(tǒng)的、機械的教與學模式，豐富實驗手段和應用系統(tǒng)設計內(nèi)容，提升大學生的學習期望、學習需求和學習動力便成為理論與實驗課堂教學設計與探索的重點。實驗教學的有效設計和順利開展是培養(yǎng)現(xiàn)代大學生創(chuàng)新能力和研發(fā)能力的重要手段，更是大學生“自主學習力”培養(yǎng)與提升的關鍵教學環(huán)節(jié)[2]。但實際情況是隨著學科建設和發(fā)展的不斷推進，多數(shù)高校逐漸發(fā)現(xiàn)其實踐教學環(huán)節(jié)的設置并不完全符合應用型本科院校的教育教學要求。如大部分課內(nèi)實驗都屬于基礎性實驗，而能夠體現(xiàn)學生動手能力的綜合性、設計性和創(chuàng)新型實驗相對較少。 學生在完成實驗的過程中幾乎沒有創(chuàng)新性思維的發(fā)散過程，而只需要跟著教師的制定步驟完成即可，甚至可能會出現(xiàn)實驗分組中部分學生在實施規(guī)定的操作，而同組其余學生因為對實驗內(nèi)容不能全面理解和掌握而失去了積極探索的興趣，從而渾水摸魚。 既影響實驗教學效果，又體現(xiàn)不了人人參與的實驗原則，更不利于自主學習力的培養(yǎng)與提高。

為了盡量彌補這些不足， 必須就課程教學內(nèi)容、課程教學手段、實驗實訓內(nèi)容及設計方法等方面進行改革，即從地方應用型高等教育著手，以提升學生“自主學習力”為目的進行實踐教學內(nèi)容的設計與改革。

2 采用藍墨云班課SPOC 翻轉課堂的混合式教學手段培養(yǎng)學生的自主學習能力

為了更好地對WSN 課程開展教學工作， 擬采用藍墨云班課SPOC 翻轉課堂的混合教學手段來設計教學過程，提升學生的學習主動性和積極性，并取得較好的學習效果，使之成為未來合格的工程人才。 在多元化混合教學模式中，教師將教學時間依據(jù)學生情況重新調(diào)配，將在線學習與課堂互動有機融合，學習的主角由教師變?yōu)閷W生。

“藍墨云班課” 是一個能夠利用移動智能手機開展課堂內(nèi)外互動、并可進行即時反饋的教學云服務平臺；“SPOC（Small Private Online Course）”是一種針對MOOC 的缺點進行改進后、更適合于課堂教學的學習新樣態(tài)，它結合了課堂教學與在線教學的混合學習過程；“翻轉課堂（Flipped Classroom）”通過短小精干的課前教學視頻、精心設計的課堂互動提供針對性的教學輔導，使知識的學習與累積、消化更加深入有效[3-4]。

如圖1 所示，本項目在課程教學環(huán)節(jié)的設計變革中，通過形式多樣的教學手段將課程知識點的教與學從傳統(tǒng)的單向灌輸轉變?yōu)殡p向互動，讓學生的學習由疲勞的被動接受轉為自愿的主動學習，充分發(fā)揮現(xiàn)代教學技術的優(yōu)勢，整合優(yōu)化資源，提高教學效果的同時，也大大提升了學生的自主學習能力和動手創(chuàng)新能力，并在一定程度上有效解決傳統(tǒng)教學模式的局限。

圖1 “云班課_SPOC 翻轉課堂+虛實結合”教學環(huán)節(jié)設計示意圖

3 將虛擬仿真教學和傳統(tǒng)實驗箱教學相結合充分發(fā)揮各自的優(yōu)點

虛擬仿真教學是一種利用計算機軟件結合實驗箱或?qū)嵨锎罱ā⒛M靈活多樣的現(xiàn)實環(huán)境或工作場景的教學模式，在這種近似于現(xiàn)實場景的環(huán)境中，學生能夠很快進入相應的場景，體驗在現(xiàn)實生活中進行真實操作的感覺，不僅能夠極大地提高學生的興趣和自主學習力，更能實現(xiàn)快速掌握操作技能的目的[5-6]。 因此，這種具有豐富場景設置、性能效率高、操作安全和成本低的教學模式已經(jīng)越來越受到教師和學生的歡迎，得到極大的應用和推廣。

作為一門重視實踐性操作的課程，為充分調(diào)動學生的動手實操能力和設計創(chuàng)新能力，《無線傳感器網(wǎng)絡》在課程內(nèi)容和教學方案的安排上既有相應的課內(nèi)實驗，又有一定比例的課程設計。通過課內(nèi)實驗，掌握并理解WSN 的基本工作原理和應用設計方法， 提升基于物聯(lián)網(wǎng)的案例開發(fā)能力；綜合運用課程知識點和累積的課內(nèi)實驗經(jīng)驗，通過課程設計完成一套完整的無線傳感網(wǎng)組建并實現(xiàn)對應規(guī)模的系統(tǒng)設計[7]。 但在高校內(nèi)，受到場地、資金和網(wǎng)絡等條件的限制，往往難以實現(xiàn)大規(guī)模的網(wǎng)絡組建（如在實驗室中搭建百個以上的節(jié)點），尤其是針對網(wǎng)絡中的路由協(xié)議、定位算法及安全等方面的實驗。 因此，充分利用高校校園內(nèi)的有限資源，構建虛擬仿真環(huán)境、利用仿真完成系統(tǒng)設計是非常有必要的。

依托物聯(lián)網(wǎng)實驗室強大的實驗資源，利用實驗平臺提供的前端設備和集成模塊、軟件模塊庫，通過對課程內(nèi)容體系的優(yōu)化建設， 梳理實踐環(huán)節(jié)的銜接，開發(fā)應用系統(tǒng)功能和系統(tǒng)架構，根據(jù)學生的接受能力進行不同程度、不同難易度、逐步深入的創(chuàng)新系統(tǒng)設計，并將系統(tǒng)運用到現(xiàn)實生活或?qū)W習環(huán)境中，構建基礎實踐+理論實訓+應用開發(fā)的無線傳感器網(wǎng)絡的實踐課程設計，從而達到更好的實踐學習、創(chuàng)新設計及系統(tǒng)開發(fā)的教學效果。在實驗環(huán)節(jié)中實現(xiàn)從實驗箱驗證性實驗虛擬仿真性實驗軟硬結合的系統(tǒng)開發(fā)平臺實驗的銜接，從全方位、多途徑提高實驗教學質(zhì)量，大大提高了學生工程應用能力和專業(yè)教育質(zhì)量。

4 結語

基于“自主學習力”培養(yǎng)為目的的教學手段的改革與探討，目前主要利用的是藍墨云班課的翻轉課堂的設計，并將虛擬實驗與實物實驗相結合的辦法。 通過課程的教學，在培養(yǎng)學生的課堂學習積極性、實踐動手能力方面確實有很大提升，一定程度上改善了教學質(zhì)量。 但授課平臺功能及種類不斷更新，授課教師需要及時更新教學方案的設計，同時順應物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展， 適當擴展虛實結合的實踐課程內(nèi)容，極大限度提升學生“自主學習”的興趣和能力，努力培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的專業(yè)人才。