基于“自主学习力”培养的混合式教学手段改革研究
——以《无线传感器网络》课程为例

史道玲

（安徽新华学院电子通信工程学院，安徽 合肥 230088）

0 引言

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）作为物联网（Internet of Things，IOT）底层重要的感知和支撑技术，随着远距离WSN（如LoRaWan、NB_IOT等） 和近距离WSN （如低功耗蓝牙、 低功耗WIFI、ZigBee、NFC 等） 的应用日趋完善成熟也得到飞速发展。无线传感器网络是物联网专业的重要专业基础课程之一，从感知层到应用层、从硬件设计到安全协议，知识点多、跨度大，体现了物联网学科的交叉性和前沿性。因此，在日常的学习中，学生不仅要掌握各种传感器的物理特性，还要深刻理解信息传输过程中所需要使用的各种路由协议、定位算法等，更需要熟练掌握各种网络应用软件的处理技术[1]。

由此可见，WSN 课程具有鲜明的理论性强，知识面广，应用特征显著等特点。 如此多种类、大跨度、高难度的知识体系显然不适于采用常规教学方案开展教学工作，因此，该课程教学成功的关键便是如何实现在有限的授课时间内设计出最适合的教学内容，且让学生有兴趣学、愿意主动学，并能够学得好，从而最终提升他们的学习积极性和系统设计开发能力。

1 “自主学习力”的培养是课堂教学与设计的关键因素

新工科背景下，未来社会需求多样化、技术更迭迅速，这意味着未来的工科生的素养和能力远比知识重要。因此如何改变传统的、机械的教与学模式，丰富实验手段和应用系统设计内容，提升大学生的学习期望、学习需求和学习动力便成为理论与实验课堂教学设计与探索的重点。实验教学的有效设计和顺利开展是培养现代大学生创新能力和研发能力的重要手段，更是大学生“自主学习力”培养与提升的关键教学环节[2]。但实际情况是随着学科建设和发展的不断推进，多数高校逐渐发现其实践教学环节的设置并不完全符合应用型本科院校的教育教学要求。如大部分课内实验都属于基础性实验，而能够体现学生动手能力的综合性、设计性和创新型实验相对较少。 学生在完成实验的过程中几乎没有创新性思维的发散过程，而只需要跟着教师的制定步骤完成即可，甚至可能会出现实验分组中部分学生在实施规定的操作，而同组其余学生因为对实验内容不能全面理解和掌握而失去了积极探索的兴趣，从而浑水摸鱼。 既影响实验教学效果，又体现不了人人参与的实验原则，更不利于自主学习力的培养与提高。

为了尽量弥补这些不足， 必须就课程教学内容、课程教学手段、实验实训内容及设计方法等方面进行改革，即从地方应用型高等教育着手，以提升学生“自主学习力”为目的进行实践教学内容的设计与改革。

2 采用蓝墨云班课SPOC 翻转课堂的混合式教学手段培养学生的自主学习能力

为了更好地对WSN 课程开展教学工作， 拟采用蓝墨云班课SPOC 翻转课堂的混合教学手段来设计教学过程，提升学生的学习主动性和积极性，并取得较好的学习效果，使之成为未来合格的工程人才。 在多元化混合教学模式中，教师将教学时间依据学生情况重新调配，将在线学习与课堂互动有机融合，学习的主角由教师变为学生。

“蓝墨云班课” 是一个能够利用移动智能手机开展课堂内外互动、并可进行即时反馈的教学云服务平台；“SPOC（Small Private Online Course）”是一种针对MOOC 的缺点进行改进后、更适合于课堂教学的学习新样态，它结合了课堂教学与在线教学的混合学习过程；“翻转课堂（Flipped Classroom）”通过短小精干的课前教学视频、精心设计的课堂互动提供针对性的教学辅导，使知识的学习与累积、消化更加深入有效[3-4]。

如图1 所示，本项目在课程教学环节的设计变革中，通过形式多样的教学手段将课程知识点的教与学从传统的单向灌输转变为双向互动，让学生的学习由疲劳的被动接受转为自愿的主动学习，充分发挥现代教学技术的优势，整合优化资源，提高教学效果的同时，也大大提升了学生的自主学习能力和动手创新能力，并在一定程度上有效解决传统教学模式的局限。

图1 “云班课_SPOC 翻转课堂+虚实结合”教学环节设计示意图

3 将虚拟仿真教学和传统实验箱教学相结合充分发挥各自的优点

虚拟仿真教学是一种利用计算机软件结合实验箱或实物搭建、模拟灵活多样的现实环境或工作场景的教学模式，在这种近似于现实场景的环境中，学生能够很快进入相应的场景，体验在现实生活中进行真实操作的感觉，不仅能够极大地提高学生的兴趣和自主学习力，更能实现快速掌握操作技能的目的[5-6]。 因此，这种具有丰富场景设置、性能效率高、操作安全和成本低的教学模式已经越来越受到教师和学生的欢迎，得到极大的应用和推广。

作为一门重视实践性操作的课程，为充分调动学生的动手实操能力和设计创新能力，《无线传感器网络》在课程内容和教学方案的安排上既有相应的课内实验，又有一定比例的课程设计。通过课内实验，掌握并理解WSN 的基本工作原理和应用设计方法， 提升基于物联网的案例开发能力；综合运用课程知识点和累积的课内实验经验，通过课程设计完成一套完整的无线传感网组建并实现对应规模的系统设计[7]。 但在高校内，受到场地、资金和网络等条件的限制，往往难以实现大规模的网络组建（如在实验室中搭建百个以上的节点），尤其是针对网络中的路由协议、定位算法及安全等方面的实验。 因此，充分利用高校校园内的有限资源，构建虚拟仿真环境、利用仿真完成系统设计是非常有必要的。

依托物联网实验室强大的实验资源，利用实验平台提供的前端设备和集成模块、软件模块库，通过对课程内容体系的优化建设， 梳理实践环节的衔接，开发应用系统功能和系统架构，根据学生的接受能力进行不同程度、不同难易度、逐步深入的创新系统设计，并将系统运用到现实生活或学习环境中，构建基础实践+理论实训+应用开发的无线传感器网络的实践课程设计，从而达到更好的实践学习、创新设计及系统开发的教学效果。在实验环节中实现从实验箱验证性实验虚拟仿真性实验软硬结合的系统开发平台实验的衔接，从全方位、多途径提高实验教学质量，大大提高了学生工程应用能力和专业教育质量。

4 结语

基于“自主学习力”培养为目的的教学手段的改革与探讨，目前主要利用的是蓝墨云班课的翻转课堂的设计，并将虚拟实验与实物实验相结合的办法。 通过课程的教学，在培养学生的课堂学习积极性、实践动手能力方面确实有很大提升，一定程度上改善了教学质量。 但授课平台功能及种类不断更新，授课教师需要及时更新教学方案的设计，同时顺应物联网技术的不断发展， 适当扩展虚实结合的实践课程内容，极大限度提升学生“自主学习”的兴趣和能力，努力培养具有创新能力的专业人才。