无线传感器网络课程教学中RBL模式的应用研究

胡必玲++潘洁珠

摘 要：高等教育的教学模式正在从以教师为中心向以学习者为中心转变。文章在充分分析无线传感器网络课程自身特点的基础上，根据笔者多年的教学经验，探讨如何利用RBL教学模式推进无线传感器网络课程的教学改革，改变过去TBL单向性教学模式所带来的低效教学，利用翻转课堂教学提高学生学习传感器网络课程的自主性和实效性，提升学生文献搜集、团队协作、口头表达、文字撰写以及创新能力。

关键词：RBL ；无线传感器网络； 教学改革

0 引 言

自2010年教育部确立物联网工程专业以来，已有多所本科院校设置了物联网工程专业。各高校的人才培养方案均将“无线传感器网络”作为该专业的核心课程，在教学计划中占有重要地位和作用。课程要求学生掌握传感器网络的体系结构和网络管理技术，着重掌握传感器网络的通信协议，了解传感器网络的节点定位、路由协议、MAC协议、拓扑控制、时间同步和安全等几大支撑技术，为在基于传感器网络、物联网的系统开发和应用中，深入利用关键技术，设计优质的应用系统打下基础。因此，无线传感器网络课程的学习质量将直接影响物联网工程专业人才培养的结果。过去的几年间，各高校投入大量时间、资金进行实验设备建设、师资建设、培养方案和专业课程教学大纲制定和修改，但对于无线传感器网络的课程教学模式和策略却鲜有思考。在传统的无线传感器网络课程教学中，理论课依旧采用的是单向性的TBL教学模式，教师在讲台上讲，学生在下面听，缺少交流互动。教师讲授的内容往往也单纯注重基本理论、基本方法和概念的描述，忽略对学生思维能力和主动学习能力的培养；实践教学中，实验内容多是对CC2530芯片功能的验证学习和Z-Stack协议栈接口的验证学习实验，缺少综合性和设计性实验，缺乏对于学生动手实践能力的训练，抑制了学生的创新欲望，导致该课程实验教学环节薄弱，学生动手能力和创新能力不足。课程的考核方式依然采用期末试卷的考核方式，侧重考核基础理论，学生的实践能力、思维能力和独立学习能力等没有得到体现，经常出现“高分低能”的现象。

1 RBL教学模式简述

RBL（resource-based learning）是以认知学习、建构主义等多种学习理论为基础，融多种学习方式于一体的学习范式，它是一种以学习为中心的基于资源的模式，是学习者通过接触各种资源并运用它们开展实践活动，在教师的指导下完成学习目标的过程。RBL要求学生在面对信息时代知识激增挑战的时候，具备独立搜集、加工、处理、评价、利用信息的能力，将学科课程学习目标与信息文化素养整合起来，强化学生自我更新、自我发展和终身学习的观念与能力。在1977年后，国外就对RBL教学模式进行了大量研究和实际课程应用，总结了大量使用RBL模式教学的益处，如通过学生自己进行信息收集和反馈能够促进他们的深度学习，并产生高质量的产品等[3]。在国内，RBL教学模式广泛应用于医学领域相关课程的教学中，近几年也有教育工作者将这种模式应用于管理学、教育学、数据库原理等相关课程的教学中，均取得了不错的教学效果。RBL教学模式同时也能激励教师勤于钻研，时刻把握学科发展的最新动态，非常适合知识体系快速变化的学科。

2 无线传感器网络课程的特点

无线传感器网络作为物联网工程专业的核心课程，呈现以下特点[4-5]。

1）内容丰富，理论性强，难度大。

无线传感器网络集传感器技术、嵌入式技术、无线通信以及分布式信息处理等技术于一体，具有多学科高度交叉和发展迅速的特点。课程内容覆盖无线传感器网络路由协议、无线传感器网络MAC协议、无线传感器网络定位技术、无线传感器网络时间同步技术、无线传感器网絡安全技术、无线传感器网络数据管理与数据融合、无线传感器网络仿真平台及无线传感器网络开发环境nesC 语言、TinyOS 操作系统等。课程理论性强，抽象深奥，学生普遍反映认知难度大。

2）课程属前沿课程，教学内容不断更新变化。

与传统网络技术相比，无线传感器网络技术属于前沿技术，其相关技术、相关标准等仍不统一。国内外研究人员仍在对其展开研究，陆续有新硬件、新协议、新算法、新操作系统提出，因此，其教学内容呈现不断更新变化的特点。

3）课程实践性强。

传感器网络在军事、生活等方面具有广泛的应用，因此，无线传感器网络课程具备较强的实践性。无线传感器网络课程在对学生实践能力的培养方面，除了培养其基本的CC2530单片机的开发能力、ZigBee技术的开发能力，更强调学生综合实践能力的训练，如开发一个典型的传感网应用系统。

4）对学生综合素质要求高。

无线传感器网络技术本身的特点要求修读无线传感器网络课程的本科生专业知识面要广，专业基础知识要扎实， 对学生的综合素质要求较高，如需要掌握单片机开发技术、计算机网络、数据库原理等课程的核心内容。

3 课程教学实践设计及结果

3.1 课程教学实践设计

1）学习目标设定。

在采用RBL教学模式进行课程教学实践之前，需要设定本门课程的学习目标。通过学习目标的设定，进一步保证教学过程围绕目标展开[6]。设定无线传感器网络课程的学习目标为：①学生进行无线传感器网络课程的学习能够为后续课程物联网集成技术开发做准备；②在本门课程结束之后，学生能够结合先修课程传感器检测技术进行数据采集系统的设计；③学生在学习完无线传感器网络的理论知识之后，对于传感器网络的各关键技术有较深入的理解和研究，能够为研究生阶段继续进行传感器网络领域的研究打下基础；④学生通过课程的学习具备较强的自主学习、文献搜集、团队协作、口头表达、动手实践能力。

2）教学策略设计。

教学策略为教学的顺序和手段。在以学生为中心的学习方式中，学生是积极的问题解决者。无线传感器网络理论课程的教学采用“思考→组队→讨论→分享”的方式进行，将理论课程内容进行模块性的划分，每个模块对应1个任务，将各任务下达给各学生。学生在课堂外通过各种资源的利用，独立地对任务涉及的知识点进行学习、思考、研究，解决任务。在课堂学时中，学生各自组队对任务进行讨论并随机抽取两组学生上台，陈述他们对这个模块内容的理解、这个任务的解决过程以及困惑。教师对每队同学分享的内容进行点评，给予同学以反馈，并对模块内容进行提炼概述。在实践课程的教学过程中，将实践分解为2个层次： 基础性实验和课程设计。基础性实验重点培养学生对无线传感器网络开发板的熟悉和基本功能部件的使用，主要包括CC2530基础实验部分和Z-Stack开发两部分，基础实验环节采用教师讲解的方式进行。课程设计是基础性实验的延伸，培养学生的实践能力和分析解决问题的能力， 要求学生自己编写程序来完成1个简单传感器网络系统。基础实验环节每人一组独立完成；课程设计环节根据学生基础实验的水平对其进行科学分组，4～6人一组，以小组为单位完成项目，项目实行组长负责制。在项目初期，小组成员共同讨论项目方案和具体实施步骤，并进行人员分工。在项目实施过程中，小组成员不仅要完成自己的任务，同时还需与小组其他成员进行沟通交流，协作完成项目。在项目结束时，每组要进行答辩并撰写详细的课程设计报告，包括构思、设计、实施和运作的研发全过程，项目实施过程中遇到的问题和困难，项目存在的不足和改进思路，项目经验总结和个人收获体会等内容，并提交完整的软硬件设计报告。endprint

3）任务和项目设置。

RBL教学模式中任务的设定是影响RBL教学效果的主要因素。任务由任课教师下达，目的是通过任务的学习促进学习目标的完成。任务可以是回答某个问题、撰写1篇调研报告或参与1个线上课程的讨论[7]。RBL中任务的解决需要综合多个领域的知识或概念，而且往往没有标准答案。因此，需要根据设定的学习目标和教学目标中对基础知识和基本技能的要求，并在此基础上研究多本教材的章节内容组织，深入研究无线传感器网络最新前沿技术，设定和选择合适的任务。任务的设置（见表1）要能够激发学生学习兴趣、调动学习积极性，实践教学中课程设计环节项目的设置要能够与实验室的设备仪器兼容，能够在现有的实验条件下完成。课程设计（见表2）是在基础实验之上对学生的综合能力的培养，其题目的设定不能过于简单和过于复杂，要求在学生现有知识能力水平上，通过成员协作和进一步的综合学习、提升能够完成。教学大纲中应该列入设置的任务和项目并标记清楚各部分在课程学分中所占的比重。

4）合理的评价机制。

对RBL教学模式的效果进行客观评价是课程改革实践的最后一环。通过对学生任务、项目的完成情况进行评价，一是能够反映出课程改革实践的效果：学生前后知识与能力的提升程度、对于课程内容的理解程度、对于学习目标的完成情况；二是能够更进一步地激发学生的学习兴趣；三是有利于对课程改革的过程进行总结和反思，有利于下一次教学过程的改善。为了综合全面地对课程改革进行评价，评价机制包含了学生自评、教师自评和同行专家评定3种评价方式。学生自评通过问卷调查的形式进行，为保证评价的客观公正，问卷内容由课题组负责人设计。教师自评和同行专家评定采用座谈会的形式，同时聘请相关学科教授专家进行随堂听课，课后给予评价和指导。

5）考核模式變更。

传统的考核模式主要是以期末试卷的方式对学生的课程学习情况进行评定。纸质试卷的方式大多只能考查学生对于理论知识的掌握情况，不能综合考查学生学习目标的完成情况。在将RBL教学模式应用于传感器网络课程教学之后，为了更好、更公平地对学生课程成绩进行评定可以重新设计考核模式，取消期末纸质试卷的考核方式。课程的综合成绩由平时成绩（30%）、理论成绩（30%）和实践成绩（40%）3部分构成。平时成绩包括课堂考勤成绩（40%）、课堂表现成绩（60%）；理论成绩为任务完成成绩（50%）和课程内容总结汇报答辩成绩（50%）；实践成绩包含基础实验成绩（40%）和课程设计成绩（60%），其中基础实验成绩又包括实验操作成绩（50%）和实验报告成绩（50%）。

3.2 课程教学实践结果

在以上背景下，针对无线传感器网络课程教学过程中的特点，将RBL教学模式应用于2014级物联网工程专业1个班的教学过程中。课程结束后的调查问卷结果（见表3）显示，本次课程教学改革实践取得了较好的效果。当然，在教学改革实践的过程中也存在一些问题和困难，如现有课堂学时的有限性、课程实践过程中小组成员之间的积极协作等，在听取了同行专家的相关点评之后，我们会在接下来的教学实践中不断改进。

4 总 结

移动互联网的快速发展使得信息资源的获取越来越便捷，各种MOOC平台的崛起使得教学不再局限于传统的课堂，传统的教学模式遭到挑战。事实上，教学的根本目的不是传授知识，而是培养学生独立获取知识、解决问题的能力。RBL模式在教学改革实践中的应用取得了良好的效果，但同时也存在着一些不足，需要在后续的教学过程中进一步完善，进一步提高无线传感器网络的课程教学效果。

参考文献：

[1] 林静. 高校新型课堂教学模式的选择及实现方法[J]. 中国大学教学， 2011（9）： 74-77.

[2] 段华洽， 王朔柏. 深化教学改革创新教学模式： 高校本科课堂教学模式创新研究[J].中国大学教学， 2009（4）： 35-37.

[3] 易龙， 糜漫天， 朱俊乐， 等. 不同教学模式在高等医学教育中的应用[J]. 基础医学教育， 2013， 15（3）： 312-314.

[4] 周伟， 易军， 张元涛， 等.“无线传感器网络”课程教学模式探索[J]. 重庆科技学院学报（社会科学版）， 2014（5）： 165-166.

[5] 王俊.“无线传感器网络”课程特点与教学方法改革探索[J]. 中国电力教育， 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）.

（见习编辑：景贵英）endprint