基于“自主學習力”培養的混合式教學手段改革研究
——以《無線傳感器網絡》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

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）作為物聯網（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展。無線傳感器網絡是物聯網專業的重要專業基礎課程之一，從感知層到應用層、從硬件設計到安全協議，知識點多、跨度大，體現了物聯網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議、定位算法等，更需要熟練掌握各種網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在有限的授課時間內設計出最適合的教學內容，且讓學生有興趣學、愿意主動學，并能夠學得好，從而最終提升他們的學習積極性和系統設計開發能力。

1 “自主學習力”的培養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和能力遠比知識重要。因此如何改變傳統的、機械的教與學模式，豐富實驗手段和應用系統設計內容，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現代大學生創新能力和研發能力的重要手段，更是大學生“自主學習力”培養與提升的關鍵教學環節[2]。但實際情況是隨著學科建設和發展的不斷推進，多數高校逐漸發現其實踐教學環節的設置并不完全符合應用型本科院校的教育教學要求。如大部分課內實驗都屬于基礎性實驗，而能夠體現學生動手能力的綜合性、設計性和創新型實驗相對較少。 學生在完成實驗的過程中幾乎沒有創新性思維的發散過程，而只需要跟著教師的制定步驟完成即可，甚至可能會出現實驗分組中部分學生在實施規定的操作，而同組其余學生因為對實驗內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，又體現不了人人參與的實驗原則，更不利于自主學習力的培養與提高。

為了盡量彌補這些不足， 必須就課程教學內容、課程教學手段、實驗實訓內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學生情況重新調配，將在線學習與課堂互動有機融合，學習的主角由教師變為學生。

“藍墨云班課” 是一個能夠利用移動智能手機開展課堂內外互動、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，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節的設計變革中，通過形式多樣的教學手段將課程知識點的教與學從傳統的單向灌輸轉變為雙向互動，讓學生的學習由疲勞的被動接受轉為自愿的主動學習，充分發揮現代教學技術的優勢，整合優化資源，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新能力，并在一定程度上有效解決傳統教學模式的局限。

圖1 “云班課_SPOC 翻轉課堂+虛實結合”教學環節設計示意圖

3 將虛擬仿真教學和傳統實驗箱教學相結合充分發揮各自的優點

虛擬仿真教學是一種利用計算機軟件結合實驗箱或實物搭建、模擬靈活多樣的現實環境或工作場景的教學模式，在這種近似于現實場景的環境中，學生能夠很快進入相應的場景，體驗在現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，為充分調動學生的動手實操能力和設計創新能力，《無線傳感器網絡》在課程內容和教學方案的安排上既有相應的課內實驗，又有一定比例的課程設計。通過課內實驗，掌握并理解WSN 的基本工作原理和應用設計方法， 提升基于物聯網的案例開發能力；綜合運用課程知識點和累積的課內實驗經驗，通過課程設計完成一套完整的無線傳感網組建并實現對應規模的系統設計[7]。 但在高校內，受到場地、資金和網絡等條件的限制，往往難以實現大規模的網絡組建（如在實驗室中搭建百個以上的節點），尤其是針對網絡中的路由協議、定位算法及安全等方面的實驗。 因此，充分利用高校校園內的有限資源，構建虛擬仿真環境、利用仿真完成系統設計是非常有必要的。

依托物聯網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，通過對課程內容體系的優化建設， 梳理實踐環節的銜接，開發應用系統功能和系統架構，根據學生的接受能力進行不同程度、不同難易度、逐步深入的創新系統設計，并將系統運用到現實生活或學習環境中，構建基礎實踐+理論實訓+應用開發的無線傳感器網絡的實踐課程設計，從而達到更好的實踐學習、創新設計及系統開發的教學效果。在實驗環節中實現從實驗箱驗證性實驗虛擬仿真性實驗軟硬結合的系統開發平臺實驗的銜接，從全方位、多途徑提高實驗教學質量，大大提高了學生工程應用能力和專業教育質量。

4 結語

基于“自主學習力”培養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，同時順應物聯網技術的不斷發展， 適當擴展虛實結合的實踐課程內容，極大限度提升學生“自主學習”的興趣和能力，努力培養具有創新能力的專業人才。