张文博，包振山，方 娟，蒋竹君
（1.北京工业大学 信息学部；
2.北京工业大学 创新创业学院，北京 100124）
当前，发展物联网技术已成为世界各国科技发展主要战略之一［1］。我国要求双一流高校培养的人才是能够迅速掌握新知识、能够灵活运用多领域知识、能够以典型应用为驱动设计和集成各类技术的创新型、复合型人才［2］。
北京工业大学2011年9月获批开设物联网工程专业，2012年开始第一批招生，是最早申办该专业的地方院校。随着物联网技术的发展以及其在人们日常生活、生产中应用的广泛深入［3］，物联网工程专业已成为国内各大高等院校争相开设、学生争相报考的热门专业。特别是在以工程教育认证为核心的工科毕业生培养需求下，如何通过“核心课程”的教学改革，深入贯彻人才培养要求，是当前工程类专业建设亟待解决的问题。
自该专业建立以来，关于物联网工程专业人才培养的教学研讨一直未间断过。比如，文献［4-5］分别从人才培养和实践教学体系构建方面展开研究，但也提到若要在众多专业中脱颖而出，还需要从其核心课程入手进行深度教学改革，只有下功夫精耕细作打磨核心课程才能从根本上提升专业人才培养质量。教育部将核心课程的榜样设定为“金课”，其特点被归结为高阶性、创新性和挑战度（简称“两性一度”）［6］。然而，针对物联网工程专业某门核心课程，如何打造“金课”的研究则相对较少。
RFID技术是物联网系统构建的基石，RFID技术课作为物联网工程专业的核心课程，在整个课程体系中处于专业基础必修课的地位。文献［7］强调提高课程教学站位的重要性，文献［8］给出物联网工程专业课程实践研究设计，但落实到RFID技术课程实践教学中仍有一定距离。主要原因是传统教学模式已无法满足新型物联网工程专业人才培养要求，主要体现在：①课程涉及知识面广、新技术更新速度快导致难题1——知识覆盖面大，课时不够用；
②以应用为驱动的、系统集成能力强的复合型人才培养导致难题2——需要结合典型应用培养系统化顶层设计能力；
③对创新型、工程实践能力挑战强度大导致难题3——需要在课堂教学中植入创新思维训练［9］。
针对上述问题，本文的创新性主要体现在：针对RFID技术课程特点，以达成工程教育认证的毕业要求［11］为突破口，提出RFID技术课程教学目标，并基于专业认证思想重塑课程教学目标和总体规划；
然后在RFID技术教学活动设计中，以复杂工程问题解决能力达成作为教学目标［11］，引导学生进行学习能力锻炼、以学-赛-研为主线贯穿式提升学生创新能力；
最后在RFID技术教学实施过程中，积极探索混合教学模式、以学生为中心的翻转课堂设计、层次化递进考评机制等系列举措，教学实践效果良好。
此次教学改革是在本专业争取“工程教育认证”的背景下完成，该过程从人才培养目标入手，根据毕业要求相关规定，以“两性一度”的金课建设目标为指引，对教学改革做了整体设计，而后设定相应的教学目标和实践目标，规划课程教学内容和实践教学内容，并由此建立起相应的考核评价体系。
1.1 基于专业认证的RFID技术课程教学改革总体设计
在工程教育专业认证思想的引领下，研究团队针对RFID技术课程面临的3个难题重新梳理了物联网工程专业毕业要求，并对此次课程教学改革做了总体框架设计。
如图1所示，课程教学改革总体设计包括如下几个方面：①以“两性一度”作为课程建设目标；
②由课程目标和毕业要求进行课程规划；
③根据课程规划要求对教学活动进行设计；
④根据教学活动设计方案在教学中进行实施；
⑤评估教学实施结果并反馈到课程建设规划环节。
Fig.1 Overall design framework of teaching reform图1 教学改革总体设计框架
1.2 基于培养目标与毕业要求的课程教学目标
教学目标：能够将RFID技术的基本概念、基本理论、基本方法应用于物联网系统设计，了解RFID技术的最新研究进展。如表1所示，教学目标分解为3个子目标，且分别对应3个毕业要求拆分的具体指标点。根据毕业12条相关约定，该课程也从不同层面给予支撑，从而达成本专业设定的总体目标。
Table 1 Corresponding relationship between course objectives and graduation requirements split index表1 课程目标与毕业要求拆分指标点的对应关系
根据教学改革规划，在本轮教学活动中，将教学内容归纳为3个层次，通过设定各层次的课程内容、教学理念、授课方式和考核机制，从而达成教学改革的规划目标。RFID技术课程教学活动设计思路如图2所示。
Fig.2 Design ideas of teaching activities for RFID technology course图2 RFID技术课程教学活动设计思路
2.1 以复合型人才培养为目标的教学内容设计
为了达成以应用为驱动、复合型人才培养目标，有效解决当下“难题2——需要结合典型应用培养系统化顶层设计能力”的问题。在此轮教改中，教学内容设计加强了应用能力训练，主要内容包括：优化课时分配和实践环节。
（1）优化课时分配。压缩线下理论讲授学时，增加互助讨论，增加自学环节、强化团队互助学习模式；
教改后，线下理论课学时大幅度压缩（24→16学时），其余内容借助线上平台组织学生在课余时间进行学习。此外，大幅增加了讨论课学时（4→12学时），鼓励通过团队互助学习模式，对课程内容进行有效延展，特别是如何对创新思维模式加以应用。
（2）拓展实践空间。将实验过程与理论教学密切结合，打消课程间壁垒，贯穿式培养模式拓展实践空间；
团队将课程内容与实践环节密切结合，在3个阶段的教学内容中均配比了相应的实践，虽然看似实践学时仍是8学时，但通过将课程内容与物联网专业课程设计、学科竞赛和毕业设计的有机衔接，有效延展了实践的质量和容量。
2.2 以工程实践为牵引的学习能力锻炼
如上所述，在此次教学设计中增加了较多的实践内容，因而课程上所能包含的理论教学时间相应减少。为了不影响正常教学效果，采用以工程实践为牵引的学习能力训练方式，在增设的课程讨论环节，通过转换课堂角色，将学生变为课堂主角，教师从课程初期的引导者渐渐过渡到更弱化的辅助角色，营造学生团队互助学习和良性竞争氛围。
通过两年的初步教学实践发现，为了达成学习目标，更多学生愿意花更多时间在课程学习中。同时，相同考点的对比也显示，学生对知识点的掌握程度大幅提升。
2.3 以学—赛—研为突破的学生创新性激发
RFID技术是一门内容随技术演进发展较快的课程，该课程对于工程应用能力要求很高，在国内外知名竞赛中应用较为普遍，也有不少很好的产学研课题。然而，学时有限，很难在一门课解决所有问题，从整个专业培养角度看，时间得以有效拓展。因此，在这门课程的创新性培养方面，研究团队与后续课程“物联网专业课程设计”建立起直接关联、与学科竞赛建立起关联，并与教师相关科研项目和毕业设计课题相关联。
经过若干年积累，在这两轮教学过程中，教师在课堂上将学长和学姐的竞赛作品、科研项目和毕业设计给学生观摩并作讲解，学生对这些作品表现出更大的兴趣，也进一步激发了他们的创新性。
上述教学改革思想，在北京工业大学2020年度和2021年度的RFID技术课程教学过程进行了两年初步试水。在教学实施中主要从“混合式教学模式探索”“混合模式的翻转课堂探索”和“层次化递进考核方式探索”3个方面展开。
3.1 探索并实践混合式教学模式
在本轮教学改革探索中，研究团队充分应用学校配备的“日新学堂”门户及手机端学习通平台，打造起线上—线下联动的混合教学活动模式。
上课前，利用线上平台发布签到、发言/弹幕及定向推送相关视频等活动进行意向摸底，通过实时线上测试考察自学情况评估。在课堂上，教师讲解重点内容、引导主题讨论并对疑难问题进行解答。在课后，借助线上线下结合的方式，搜集学生反馈及作业情况统计，在后续课程中对内容进行微调、对教授方式进行改变。
3.2 以学生为中心的翻转课堂设计
为了贯彻“以学生为中心”的课堂教学思想，在近两年的翻转课堂教学方案中，主要针对“典型RFID技术应用案例&研究进展”部分进行了探索式教学。
3.2.1 翻转课堂内容设计
翻转课堂环节处于教学活动的第3层次，在该层次中更强调从应用场景分析入手，根据需求找到契合的技术。为了达成课程教学效果，做了如下内容设计：①预热阶段，旨在通过介绍国内外相关高水平竞赛和相关科研项目激发学生兴趣；
②对垒阶段，组织学生以3-5人为团队通过1～2周完成汇报准备工作；
③展示阶段，团队在10min内完成产品展示，并在后续的5min内接受提问和质疑；
④评估阶段，组织完成“生生互评”和“教师点评”环节，并给出得分。
此外，为了提升翻转课堂的“两性一度”，专门对RFID技术在高水平会议和期刊上发表的RFID技术相关论文中的技术点应用进行特别加分奖励，以鼓励学生将学界最新推出的技术成果应用于真实场景。
3.2.2 翻转课堂规则设计
为体现公平性原则，规则设计由师生共同商讨制定，其基本规则包括：①生生互评与教师点评结合：教师针对各组技术特点进行分析解读，每个学生评价除本团队以外的其他团队，最后“生生互评”与“教师打分”作归一化处理得到该组成绩；
②增设特别奖项：在创新性、技术难度和展现方式上增设特别奖励，由学生投票选出，得票最多的组获胜。
经过后期问卷调查，在前两年的试运行中，学生认可上述规则并愿意在这项活动中投入更多的时间和精力。
3.2.3 翻转课堂反思与分析
在上述教学活动完成后，教师对所有作品进行梳理和分析，主要关注以下几方面：①对作品的再提炼：选择其中具有潜力的部分作品进一步培养和提升，推荐其参加各类大赛或应用于真实科研项目中；
②对学生的反思：受周边环境影响，学生也在不断变化，及时捕获到他们的改变才是未来教育的方向，而每一届学生的作品最能展现他们关注点的变化，而这些作品是更贴近于下一届学生的教学案例；
③对教学的反思：通过学生的作品，可以很明显地感觉到此轮教学的亮点，同时也会发现一些盲点，整理这些内容将能有效提升教学质量。
以经典章节“防碰撞协议”为例，这部分内容归属于第二部分“RFID系统设计”中，原先2个学时的课程讲授显得并不充足。而在此次教学改革中，教学团队与之前在“数据通信原理”和“计算机网络”两门课程中讲授的内容贯通，首先引导学生回顾“信道复用”和“放冲突检测算法”的内容，学生在课前进行预习和基本测试；
而后，课堂教学环节采用研讨模式分析，学生分组讨论“基于ALOHA”和“基于二进制树”的差别及应用领域，每种技术演进规律及后续发展情况。之后安排一个学时教授环节，主要用于强调本节重点内容、介绍该领域的最新研究成果（包括基于ALOHA的动态调整帧长和计算最优帧长、基于二进制树的查询优化等研究）、复杂环境下的处理方法（包括基于联系移动扫描的识别机制、标签移动时的识别机制、多阅读器场景下的识别和基于物理层信号的识别机制）。经过近两年的教学实施结果评估发现，学生对于这部分知识的掌握能力明显提升，对于解决实际问题的兴趣明显增加。这主要体现在，学生在后续翻转课堂环节会应用这些最新技术，并通过分析具体实际要求采用不同的算法。由于对课程内容认知深度的增加，学生们的部分优秀作品被学校推荐参加国内外知名竞赛或应用在真实科研项目中，因此受到了较高的课堂认可度。
期末复习和考核的价值不仅限于卷面分数，它对教师和学生都具有重要意义和价值。为了达成课程学习目标，有必要将复习和考核变为整个课程学习阶段的一剂“强心针”，有效提升过程考核效果。在此次改革中，研究团队从“设计多元化考试方式”和“积极探索师生共同参与期末出题的形式”两个方面入手，以下将分别介绍。
4.1 针对过程考核的多元化考核方式设计
本课程确定了涵盖“基本技能层”“系统设计层”和“应用与实践层”3个层次的教学目标。为了有效评价这些课程目标的达成度，此次教学改革采用针对整个学习全过程的多元化考核方式。如表2所示，针对学生课前预习及课程表现、课堂测试、课后作业、课外实践和课程实验多个环节进行全方位考核。
Table 2 Design of diversified assessment links表2 多元化考核环节设计
4.2 积极探索师生共同参与期末出题形式
为了调动学生的学习积极性，激发他们从被动变为主动。为了更有效地达到考核目的，课程组在考核环节创新性地提出了“师生共同出考题”的模式。
如表3所示，经过2020-2021年度的初步试水，学生很快适应了从“被动”考到“主动”考的模式。由于考题被题库选用而成为“考核加分”的一部分，因此学生在考试前两周就积极参与到题库设计与讨论中。很多学生设计的题目已超过之前教师团队设计的难度，从多个维度提升考题的“高阶性”和“挑战度”。并且，学生还大胆地尝试了开放性试题设计，这部分试题虽然经教师团队评估后没有被直接选入题库，但经历了此过程，学生获得了比考核本身更多的能力训练，也有效地提高了复习阶段的成效。
Table 3 Examination formation mechanism contrast and analysis before and after reform表3 教改前后试卷形成机制对比与分析
目前，随着社会对复合型工程人才需求量的激增，国家亟需高等院校能在培养“高阶性”“创新性”和“挑战度”的人才培养方面摸索出一条行之有效的道路。在工程教育认证引领下，研究团队针对物联网工程专业核心课程“RFID技术”进行了深度分析，从毕业要求12条出发，构建了课程培养目标，形成了本轮课程建设总体规划，并在课程活动设计和教学实施中付诸实践，取得了较好效果。本文对此次教学改革实践进行总结并提炼经验，以期为参与工程教育认证的其他课程改革提供借鉴。
猜你喜欢学时考核工程《诗词写作》课程教学大纲（节选）老年教育(老年大学)(2021年10期)2021-12-29学时压缩下有机化学教学方法探讨云南化工(2021年9期)2021-12-21教学大纲国画（工笔花鸟）老年教育(老年大学)(2021年2期)2021-03-15探索学时积分制 构建阶梯式成长激励体系少先队活动(2020年6期)2020-07-27内部考核童话世界(2020年10期)2020-06-15创新完善机制 做实做优考核当代陕西(2019年9期)2019-05-20公立医院 如何考核?中国卫生(2016年2期)2016-11-12子午工程太空探索(2016年6期)2016-07-10工程筑路机械与施工机械化(2015年11期)2015-07-01工程筑路机械与施工机械化(2015年8期)2015-01-11