【摘要】“無線傳感器網絡”課程面向前沿技術，對學生了解技術更新具有重要意義。在教學中突破傳統教學方式，滿足學生實際需求，具有一定挑戰性。為調動學生學習主動性和學習潛能，活躍課堂教學氣氛，在課堂教學中結合具體案例，通過翻轉課堂形式，闡述課程涉及的重點、要點內容。不僅讓學生深入了解課堂內容，同時培養了學生的獨立思考能力、問題導向思維方式，推進課程改革，促進教學相長。

　　【關鍵詞】無線傳感器網絡;翻轉課堂;案例教學

　　0 引言

　　“無線傳感器網絡”是信息類相關專業的特色課程，涵蓋了通信、計算機和自動化等相關內容，所涉及的知識面廣。對于一門多學科交叉 且與應用緊密結合的課程來說，如何改變傳統教學的刻板方式，活躍課堂氣氛，形成師生互動，激發學生的學習興趣，是教學中的一大挑戰。筆者在教學中分析了實際應用案例與課堂知識的結合，通過翻轉課堂闡述并討論了課程涉及的重點、要點內容，進行了教學實踐的探索、分析和總結。

　　1 課程簡介及傳統教學特點

　　1.1 課程簡介

　　“無線傳感器網絡”是高校信息類相關專業的特色選修課，是幫助理工科學生開闊視野、了解前沿技術、探索理論聯系實際的一門課程，開設該課程的目的是使學生能夠掌握低功耗無線通信網絡及基于感知技術的數據分析的基本原理與技術。教學中，筆者通過了解世界一流大學相關課程授課內容和最新科研成果，不斷更新課程的內容與教學方法，使學生能夠更好地掌握傳感器網絡的最新知識。課程主要介紹無線傳感器網絡近幾年來的發展和研究成果，涉及微傳感器與微機械、通信、嵌入式系統、信號檢測與處理、自動控制等前沿學科的綜合性技術。

　　內容包括無線傳感器網絡總體概述、通信協議(如低功耗、低速率無線網絡協議IEEE802.15.4等)、支撐技術(如同步、定位、部署等)、智能信息處理及應用的軟硬件平臺、傳感數據應用等。與傳統的“傳感與檢測”課程及無線通信類課程僅從單一問題視角展開講授不同，“無線傳感器網絡”是一門特色交叉學科課程，是檢測、通信和網絡等內容的結合，學好并靈活應用該課程知識，對培養學生解決實際問題的能力有一定意義。

　　1.2 傳統教學特點

　　目前，課程的傳統教學中，存在授課內容更新緩慢與學生對新知識獲取需求迫切之間的矛盾，以及信息技術快速發展與授課方式單一之間的矛盾，尤其是對信息技術類課程而言，還需要克服傳統教學存在的其他問題，具體體現在如下4個方面。

　　(1)教學大綱相對固化，教學內容更新緩慢。傳統教學中，基本以教材和教學大綱為主要內容，受限于教材出版時間等，教學內容長期得不到更新，學生容易失去學習興趣。

　　(2)重知識講解、輕知識探究。在傳統授課過程中，注重基本概念、基本方法和工具的講解，不強調探索過程的訓練。這種教學方式可能會把學生培養成“習題專家”，但學生不懂得如何運用基本理論和基本方法去探索未知的科學問題，也無法完成相應的工程應用。

　　(3)教學與科研相脫節，未能實現教研相長。教學中缺少實際應用案例，會使學生無法在短期內消化和理解這些基礎知識，對學習感到焦慮，進而消極怠學。

　　(4)教學手段單一、缺乏師生互動。傳統教學中，知識是單向傳授的，學生并沒有太多反饋，“師動而生不動”，難以形成閉環互動。加之教學內容包含大量公式推導，內容相對枯燥，容易使學生失去獲取知識的興趣。針對上述問題，同時考慮到后續課程的特點，筆者從教學內容、參考材料、教學的方式方法和教研相輔相長等角度進行創新，將新的研究成果文獻作為教學資源、結合實驗室的研究案例，以翻轉課堂的教學形式，激發學生的求知欲，把學生接受知識的過程轉變為思維和能力的提升過程。

　　2 翻轉課堂的教學目的

　　2.1 授課內容

　　在選擇進行翻轉課堂教學的內容時，筆者主要考慮了以下4點：①知識足夠新穎，能讓學生耳目一新，激發學生自主學習的興趣;②內容難度適中，既能讓學生生動講解，又具有一定的挑戰性;③問題結合實際，注重基于現實的案例，可采用基于教師科研的問題來充實課堂教學，把學科知識還原為生活和工作知識;④采用英文課件講解，鼓勵學生用英語溝通交流，為開闊學生的國際視野打下堅實的基礎。在翻轉課堂教學中結合具體案例開展教學。以基于無線傳感器網絡的監測數據應用為例，讓學生思考杭州市龍井茶葉生長環境的監測問題。

　　如基于無線傳感器網絡的茶葉生長過程監測應用，需要考慮傳感器的選型、數據處理和存儲、通信協議和組網等問題。教學中，由學生講解應用場景涉及的背景調研、關鍵問題提取、系統原型搭建、實施的可行性等教學點。學生于課前通過閱讀教材、上網搜索文獻，學懂、弄通、扎實掌握課程內容，將學習前置，并將針對問題的思考帶到課堂中。

　　2.2 教學目的

　　通過翻轉課堂解決傳統教學中的上述問題，并實現以下4個目的：①教學相長：轉變過去純粹的教與學的關系，使學生由被動學習轉為主動學習，讓教師的教更有的放矢。達到“學因教而日進，教因學而益深”的層次。②教研相長：教學中為學生講授課程相關的前沿研究成果要點，同時通過思考教學問題，總結經驗，指導研究，使教學與科研緊密結合。③注重形式上的“翻”：筆者在教學中從講授式和灌輸式中跳出來，重視學生的主體地位，以學定教，變教為導，激活學生學習的主體意識，提高學生在教學中的參與度。④注重理念上的“轉”：教師從居高臨下的權威式授課轉變為與學生平等的討論，本質上是一種啟發式教學的回歸，最終創設一種富有活 力、靈活創新的新型教學形態。

　　3 翻轉課堂的具體形式

　　3.1 呈現方式

　　翻轉課堂按照教學內容來分，主要有兩種方式：①按照教學內容的順序，選擇部分重要的教學點進行翻轉課堂教學;②聚焦其中某一內容，讓學生自由發揮想象，進行充分討論。筆者在教學實踐中主要采用了第2種方式，聚焦無線傳感器網絡中的監測數據應用，以如何對傳感器采集到的數據進行分析應用為例，開展翻轉課堂教學。具體授課過程包括：學生通過課前自學，分析相關數據涉及的問題來源(數據應用)，查閱相關研究資料(課前調研);課堂展示，學生把準備好的PPT向教師和其他學生進行講解，介紹數據集的來龍去脈;課堂討論;分析總結，課后形成大作業。學生在反復接觸、自主思考、共同討論和多次練習中，做到將知識融會貫通，真正掌握所學內容，同時也是從學習、理解、鞏固到應用的漸進過程。

　　內容涵蓋了應用場景、數據采集技術、數據傳輸技術、數據庫結構、智能數據分析。智能數據分析是在整個應用中最為重要的工作，也是無線傳感器網絡面向應用解決問題的一項重要支撐技術，因此選擇這一內容進行翻轉課堂教學，對于學生理解問題本質，深入探索解決方法，掌握重要內容具有一定意義。教學時，提前對學生進行分組，每次由2名學生準備展示內容，利用前期調研和對內容的理解，進行20～25分鐘的課堂展示，討論環節主要由教師引導學生發言，如對已有傳感器網絡數據應用的場景進行剖析，或者探討數據應用的不同視角，最后由教師總結課程內容。

　　3.2 翻轉課堂的分析與討論

　　課堂上，學生展示分析和教師引導討論是翻轉課堂教學的核心環節，要求學生提前準備好內容，通過展示分析得出結果;同時，鼓勵其他學生針對展示過程及內容提出疑惑并展開討論，進一步深化學生對問題的理解。以2013年杭州市共享單車的數據集為例。教學點是讓學生探討如何發揮數據智能的作用來解決實際問題。學生的展示題目包括杭州公共自行車車輛狀態評估、杭州公共自行車借/還需求、公共自行車流水數據分析、基于自行車終端交易流水數據判斷車損、公共自行車終端交易流水數據分析、城市公共自行車項目數據集分析、原處還車的數據分析報告、杭州公共自行車數據初探，部分學生的課堂展示內容如圖5所示，這些題目從不同角度分析了給定的共享單車數據。

　　通過課堂參與、引導、啟發和討論等方法，結合教學過程中的信息傳遞途徑、增強教學等實現了教與學的充分互動。通過翻轉課堂，增強了課堂的吸引力和感染力，引導學生主動思考，激發了學生的求知欲，提高了學生的學習效率、分析解決問題的能力。

　　4 前沿技術類課程翻轉課堂教學的特色

　　“無線傳感器網絡”課程教學從實際需求出發，通過翻轉課堂的形式，使學生實現對課程知識的深度掌握和廣泛應用，教學中體現出如下4點特色。

　　(1)自主性。無線傳感器網絡中的智能數據分析是國際前沿學術方向。為開展智能數據分析，學生需要合作調研相關背景，消化傳感器和數據分析的相關知識，自主完成PPT展示并能熟練講述。因此，學生需要預演多次，在過程中學生深刻理解了“臺上一分鐘、臺下十年功”，既強化了課堂知識，又開闊了自身視野。

　　(2)互動性。學生在展示“無線傳感器網絡”課程的數據智能應用時，除了教師可以點評、引導和參與討論，其他學生亦可以參與互動。這對進行展示的學生來說是個挑戰，學生需要事先考慮諸多潛在提問，并在課前進行大量文獻調研。

　　(3)開放性。對于選定進行翻轉課堂教學的教學點，其講授內容和呈現方式可以不拘泥于某種固定形式。學生在展示時可以從任何一個合理的角度進行講解，教師主要關注學生的講述邏輯是否正確、思維是否縝密、解決問題的思路是否具有創造性。

　　(4)探索性。無線傳感器網絡采集的數據怎么用、解決什么問題，也是目前較為前沿的學術研究方向。因此，筆者在教學中鼓勵并引導學生進行深度探索。借助翻轉課堂教學改革形成比較自由的學術討論模式，引導學生把學習和研究結合起來，培養學生的科研意識和創新精神。這種在教學中啟發學生研究，學生在研究中學習知識和方法的教學活動，取得了很好的效果，深受學生歡迎。

　　5 結語

　　“無線傳感器網絡”課程教學中，筆者采用翻轉課堂的教學方式，對課程內容進行了探討。通過引入實際科研問題，結合課程內容，引導學生學習知識、查閱文獻、調研探索，給出解決問題的思路和方案，使學生獲得一定程度的成就感，調動學生的學習積極性與熱情。通過課堂展示和討論，進一步幫助學生探索解決問題的思路，引導其將積極性與獲得感轉化為進一步深入學習的動力，進而形成教學相長的良性循環。使學生可以在課外繼續探討教學內容中的開放問題，參加教師正在進行的研究工作，將問題轉化為學生科研訓練項目或者畢業設計，對教學內容進行持續性研究，從而提升翻轉課堂教學的價值與意義。教師可通過翻轉課堂教學效果的反饋積累教學經驗，分析并改進翻轉課堂教學中存在的問題，進而提升教學能力，推動課程教學改革。教師需要仔細觀察翻轉課堂對不同學生的教學效果，“教”和“學”是個動態過程，即便是翻轉課堂，仍要因人而異，因材施教。

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　　作者：陳積明1，程 鵬1，賀詩波1，史治國2