PBL教学模式在无线传感器网络课堂教学中的实践研究

李明

摘要：为了提高我院测控专业无线传感网络技术课程的课堂教学质量，获取PBL教学模式在无线传感器网络的实践效果的第一手资料，在我院测控专业两个班进行PBL与传统教学模式教学，通过期末考试、平时表现等评价手段发现，较之传统教学方法，PBL教学模式有助于培养学生的创新精神、团队意识和综合素质。

关键词：PBL；无线传感器网络；课堂教学；课程改革

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）19-4500-02

Research and Exploration of Experimental Teaching for undergraduate WSN Course

LI Ming

（College of Computer Science and Information Engineering，Chongqing Technology and Business University， Chongqing 400067， China）

Abstract： To enhance the teaching quality of wireless sensor network in the major of detecting and control and obtain the first-hand material about PBL. Two classes of PBL and LBL from detection and control in my college were randomly selected and offered the wireless sensor network course respectively. Evaluated by means of the final exam， usually performance etc， PBL teaching of students achievement in wireless sensor network is better than the LBL teaching students.PBL teaching method can better develop students' innovative spirit， team spirit and overall quality than LBL method.

Key words： wireless sensor networks； teaching of experimental course； curriculum reform

1 概述

无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，是集微机电技术、传感器技术和无线通信技术为一体的技术。无线传感器网络的发展有助于全面提升物联网在社会生产生活中的信息感知能力、信息互通性和智能决策能力，它将有望掀起第三次信息产业的浪潮[1]。开展无线传感器网络的教学对于扩展学生的国际化视野，培养学生的创新能力和为我国科技发展储备人才具有重要作用。笔者在教学过程中发现存在以下问题：

⑴无线传感器网络技术是一种集成创新型技术，涉及本科生之前所学的概率论、图论、计算机网络等课程的很多理论知识，同时在实践应用方面涵盖了C语言编程、单片机、嵌入式系统开发等硬件和软件知识，是一门理论性、工程性和实践性很强的课程。如何讲授这么一门综合性课程和满足不同层次学生的需求，成为困扰授课教师的难题。

⑵现有的教学模式都是单向性的，即教师在讲台上讲，学生在听，教师和学生无法进行有效互动，学生的独立思考能力无法通过现有的教学模式得以提高，学习的积极性不足，导致学生的学习效果不能保证。

针对无线传感器网络课堂教学过程中存在的问题，我们采用PBL教学模式，积极开展教学改革和实践，取得了一定的成效。

2 PBL 教学模式简介

Problem Based learning（以下简称PBL）即基于问题的学习，它是一种将学习主动权交给学生本身，通过构建真实情景中的劣构性问题，以学生主动解决问题为中心的开放式的教学策略[2]。1969年由美国的神经病学教授Barrows首创并引入医学教育领域。PBL教学模式目前已从医学领域走向其他学科教育领域，已成为国际上较流行的一种教学模式，但用在无线传感器网络课程教学的探讨较少.笔者将PBL教学策略应用于无线传感器网络课堂教学中作了些有益的探索和实践。

3 课堂实践

3.1 问题设计

PBL实施的核心是问题设计，问题设计的好坏直接影响PBL项目实施的质量。与传统的教学方法每一个问题都有一个最优答案不同，PBL教学中设计的问题都是没有唯一答案。我们在运用PBL教学模式进行无线传感器网络教学时，问题设计遵循的原则为：

⑴以课程的培养计划为目标，要求设计的问题覆盖培养计划中的所有的知识点。

⑵问题难度适中，有一定的复杂性，必须团队协作才能完成；同时，设计的问题必须具备足够的电子的、纸质的资源，以有利于学生培养自主学习习惯、分析问题和解决问题时使用。

例如，在学习传感器网络定位算法一章中，DV-Hop定位方法是教学大纲要求的内容，里面涉及很多概念、定义和公式，采用传统的教学方法，课堂教学效果很差。采用PBL教学方法后，我们设计了如下问题：

⑴DV-Hop算法的思想是什么，算法包括哪些关键步骤？

⑵最原始的DV-Hop算法存在什么问题，如何进行改进？

3.2 学生的自我指导学习

在PBL教学过程开始后，当指导老师将问题布置下去之后，学生就可以利用老师提供的资源包括中英文文献资料、教科书、参考书和网络的资源进行探究性学习。在这个过程中需要教师在前期适当引导，比如教授学生如何检索相关领域的论文，如何撰写文献综述和如何快速获取该领域的研究进展等方法和技巧，教授学生解决问题的方法和技巧，而不是像传统教学中直接将答案给学生。这样做，一方面调动了学生的学习积极性，另一方面培养了学生科研能力和利用现有知识解决未知问题的能力。endprint

3.3 小组讨论

讨论是PBL非常重要的环节，通过讨论.既锻炼了学生的逻辑思维能力和表达能力，又提高了学生学习的积极性和主动性。比如在无线传感器网络定位技术一章中，通过将本章内容，按照教学大纲划分出五到七个重点内容和十到十五个非重点内容，制定出每堂课的教学计划。一般每堂课都有2-3个重点问题3-4个非重点问题，组织全班同学通过查阅图书馆数字资源、纸质藏书等相关文献积极参与课堂的讨论。对其余剩余问题也划分为重点问题和非重点问题，将全班同学分成3-4组，每组7-8人，将剩余的问题分到小组。当然对于学有余力非常优秀的同学可以根据自己的兴趣参与多个问题的文献查询和讨论。采用这种方式，课程的重点问题借助于全班同学的积极参与，学生学到了很多教科书没有的知识，一方面，提高了学生对这门课的学习的热情和积极性，另一方面，提高了对PBL教学的兴趣和教学效率。

3.4 总结

当学生通过查阅文献和小组讨论的方式解决了教师之前提出的问题之后，任课教师要对学生的学习过程进行评述，同时对其中涉及的知识点进行归纳总结，梳理出清晰的知识脉络，形成完整的知识体系[3]。这个环节对于学生来说非常有意义，一方面，学生借助这个环节总结回顾自己的收获，是一个知识积累的过程，另一方面，也有助于学生加深对所学知识的理解。

4 效果评价

针对传统的PBL评价大多采用调查问卷的方式，缺乏量化的评分标准和评分细则，我们在课程教学评价过程中采用定性和定量相结合的方式。定性方式主要是根据学生平时小组讨论表现，定量考核主要是期末考试的形式。为了获取PBL在课堂教学的第一手的资料，我们设计了调查问卷，通过采用PBL教学方法和非PBL教学方法的两个班级（共74人）进行对比，结果如表1所示。从表中可以看出，通过PBL教学方法，学生改变了过去被动的学习方式，增强了学生的学习兴趣，提高了学生的口头表达能力和解决问题的能力。因此，PBL教学方法，增强了学生的学习的自觉性和充实度。

5 结束语

PBL是一种新型的教学方法，在我校的无线传感器网络课程课堂教学中，通过引入PBL教学模式，一方面培养了学生自主学习能力和解决实际问题的能力，另一方面，增强了学生的团队协作意识和综合素质。当然，在PBL教学方法实施的过程中，还存在很多问题和困难，但我们相信随着教学经验的积累和教学理论的成熟，必然会探索出一条符合无线传感器网络课程特点的PBL教学方法。

参考文献：

[1] 余成波，李洪兵， 陶红艳.无线传感器网络实用教程[M].北京：清华大学出版社， 2012.

[2] 包红，徐娜，刘建平.运用PBL+LBL 方式进行医学高等数学教学的实践与体会[J].医学教育探索，2010，9（8）：1065-1067.

[3] 刘芳，桂林.计量经济学教学改革的探讨[J].北京农学院学报，2007，22（2）：273-274.endprint

3.3 小组讨论

讨论是PBL非常重要的环节，通过讨论.既锻炼了学生的逻辑思维能力和表达能力，又提高了学生学习的积极性和主动性。比如在无线传感器网络定位技术一章中，通过将本章内容，按照教学大纲划分出五到七个重点内容和十到十五个非重点内容，制定出每堂课的教学计划。一般每堂课都有2-3个重点问题3-4个非重点问题，组织全班同学通过查阅图书馆数字资源、纸质藏书等相关文献积极参与课堂的讨论。对其余剩余问题也划分为重点问题和非重点问题，将全班同学分成3-4组，每组7-8人，将剩余的问题分到小组。当然对于学有余力非常优秀的同学可以根据自己的兴趣参与多个问题的文献查询和讨论。采用这种方式，课程的重点问题借助于全班同学的积极参与，学生学到了很多教科书没有的知识，一方面，提高了学生对这门课的学习的热情和积极性，另一方面，提高了对PBL教学的兴趣和教学效率。

3.4 总结

当学生通过查阅文献和小组讨论的方式解决了教师之前提出的问题之后，任课教师要对学生的学习过程进行评述，同时对其中涉及的知识点进行归纳总结，梳理出清晰的知识脉络，形成完整的知识体系[3]。这个环节对于学生来说非常有意义，一方面，学生借助这个环节总结回顾自己的收获，是一个知识积累的过程，另一方面，也有助于学生加深对所学知识的理解。

4 效果评价

针对传统的PBL评价大多采用调查问卷的方式，缺乏量化的评分标准和评分细则，我们在课程教学评价过程中采用定性和定量相结合的方式。定性方式主要是根据学生平时小组讨论表现，定量考核主要是期末考试的形式。为了获取PBL在课堂教学的第一手的资料，我们设计了调查问卷，通过采用PBL教学方法和非PBL教学方法的两个班级（共74人）进行对比，结果如表1所示。从表中可以看出，通过PBL教学方法，学生改变了过去被动的学习方式，增强了学生的学习兴趣，提高了学生的口头表达能力和解决问题的能力。因此，PBL教学方法，增强了学生的学习的自觉性和充实度。

5 结束语

PBL是一种新型的教学方法，在我校的无线传感器网络课程课堂教学中，通过引入PBL教学模式，一方面培养了学生自主学习能力和解决实际问题的能力，另一方面，增强了学生的团队协作意识和综合素质。当然，在PBL教学方法实施的过程中，还存在很多问题和困难，但我们相信随着教学经验的积累和教学理论的成熟，必然会探索出一条符合无线传感器网络课程特点的PBL教学方法。

参考文献：

[1] 余成波，李洪兵， 陶红艳.无线传感器网络实用教程[M].北京：清华大学出版社， 2012.

[2] 包红，徐娜，刘建平.运用PBL+LBL 方式进行医学高等数学教学的实践与体会[J].医学教育探索，2010，9（8）：1065-1067.

[3] 刘芳，桂林.计量经济学教学改革的探讨[J].北京农学院学报，2007，22（2）：273-274.endprint

3.3 小组讨论

讨论是PBL非常重要的环节，通过讨论.既锻炼了学生的逻辑思维能力和表达能力，又提高了学生学习的积极性和主动性。比如在无线传感器网络定位技术一章中，通过将本章内容，按照教学大纲划分出五到七个重点内容和十到十五个非重点内容，制定出每堂课的教学计划。一般每堂课都有2-3个重点问题3-4个非重点问题，组织全班同学通过查阅图书馆数字资源、纸质藏书等相关文献积极参与课堂的讨论。对其余剩余问题也划分为重点问题和非重点问题，将全班同学分成3-4组，每组7-8人，将剩余的问题分到小组。当然对于学有余力非常优秀的同学可以根据自己的兴趣参与多个问题的文献查询和讨论。采用这种方式，课程的重点问题借助于全班同学的积极参与，学生学到了很多教科书没有的知识，一方面，提高了学生对这门课的学习的热情和积极性，另一方面，提高了对PBL教学的兴趣和教学效率。

3.4 总结

当学生通过查阅文献和小组讨论的方式解决了教师之前提出的问题之后，任课教师要对学生的学习过程进行评述，同时对其中涉及的知识点进行归纳总结，梳理出清晰的知识脉络，形成完整的知识体系[3]。这个环节对于学生来说非常有意义，一方面，学生借助这个环节总结回顾自己的收获，是一个知识积累的过程，另一方面，也有助于学生加深对所学知识的理解。

4 效果评价

针对传统的PBL评价大多采用调查问卷的方式，缺乏量化的评分标准和评分细则，我们在课程教学评价过程中采用定性和定量相结合的方式。定性方式主要是根据学生平时小组讨论表现，定量考核主要是期末考试的形式。为了获取PBL在课堂教学的第一手的资料，我们设计了调查问卷，通过采用PBL教学方法和非PBL教学方法的两个班级（共74人）进行对比，结果如表1所示。从表中可以看出，通过PBL教学方法，学生改变了过去被动的学习方式，增强了学生的学习兴趣，提高了学生的口头表达能力和解决问题的能力。因此，PBL教学方法，增强了学生的学习的自觉性和充实度。

5 结束语

PBL是一种新型的教学方法，在我校的无线传感器网络课程课堂教学中，通过引入PBL教学模式，一方面培养了学生自主学习能力和解决实际问题的能力，另一方面，增强了学生的团队协作意识和综合素质。当然，在PBL教学方法实施的过程中，还存在很多问题和困难，但我们相信随着教学经验的积累和教学理论的成熟，必然会探索出一条符合无线传感器网络课程特点的PBL教学方法。

参考文献：

[1] 余成波，李洪兵， 陶红艳.无线传感器网络实用教程[M].北京：清华大学出版社， 2012.

[2] 包红，徐娜，刘建平.运用PBL+LBL 方式进行医学高等数学教学的实践与体会[J].医学教育探索，2010，9（8）：1065-1067.

[3] 刘芳，桂林.计量经济学教学改革的探讨[J].北京农学院学报，2007，22（2）：273-274.endprint