汤战勇1，王 薇1，牛进平1，郑新亮2，龚晓庆1， 陈晓江1

摘 要：针对传感网原理及应用课程内容覆盖面广且来源新颖，使得部分学生理解与吸收困难，难以切实地将所学知识应用于实际的问题，提出以集成创新为驱动，秉持 OBE 理念的课程改革思路，详细阐述基于科学研究与工程创新相结合的课程知识体系更新方法，即借助产研力量来推动教学组织过程，并利用创新实践来设计考核体系，通过陕西省一流课程改革的实例说明这一思路能够显著提升课程教学质量和学生的实际应用能力，让学生拥有更加明确的学习方向和动力。

关键词：传感网课程；一流课程；课程改革；创新培养；实践探索

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引 言

2024年 7 月中国共产党第二十届中央委员会第三次全体会议通过了《中共中央关于进一步全面深化改革推进中国式现代化的决定》[1]（以下简称《决定》），明确提出：“分类推进高校改革，建立科技发展、国家战略需求牵引的学科设置调整机制和人才培养模式，超常布局急需学科专业，加强基础学科、新兴学科、交叉学科建设和拔尖人才培养，着力加强创新能力培养”。

《决定》为人才培养指明了方向，《决定》中所提到的交叉学科的建设，从根本上离不开核心课程的改革。核心课程是构建学科知识体系的基石，其质量和内容直接影响着学生的知识结构和能力培养。在交叉学科中，不同学科领域的知识相互交融，核心课程的改革须进一步打破传统学科之间的壁垒，整合多元的知识体系。例如，对于传感网原理及应用这一交叉学科课程，不能仅局限于单一学科的视角，而要融合计算机、通信、电子、物理甚至化学材料等多个学科的关键知识点。

传感网原理及应用作为物联网工程专业的核心课程，其内容具有覆盖面广且来源新颖的特点，同时还要求学生能够将所学知识学以致用，这无疑给课程建设带来了诸多挑战。首先，如何对课程内容进行提炼，将其精华转化为易于学生接受并掌握的知识点，乃是课程改革的关键问题之一。其次，如何设计实践环节，以提升学生的综合能力，使其既紧密贴合课程内容，又能充分激发学生的兴趣和积极性，这一问题要进行深入思考。基于此，教学团队提出以集成创新[2-4]为驱动，坚持成果导向教育（Outcome-Based Education，OBE ）理念[5-7]，强调“以产出为导向，以学生为中心，持续改进”的课程改革思路。

以学生为中心体现在课程的教学设计与实施过程中。教师要充分了解学生的学习需求、兴趣和背景，因材施教。在传感网原理及应用课程中，主讲教师采用多样化的教学方法，如案例分析、小组项目、实验操作等，让学生积极主动地参与到学习过程中，发挥他们的主观能动性，提高学习效果。

结合集成创新，推进教学持续改进对于课程改革至关重要。团队通过对学生学习成果的评估与反馈，发现教学中存在的问题和不足，进而对课程内容、教学方法和评价方式进行不断优化。例如，如果学生在实际操作中对某些传感网路由协议的仿真存在困难，教师就会在后续的教学中增加针对算法相关的练习和指导。同时，随着传感网技术的不断发展，课程内容也持续更新，不断补充新的顶级会议的前沿论文和行业知识，以适应产业发展的最新需求。

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课程面临的问题和挑战

传感网原理与应用课程具有“快”（知识更新速度快）、“散”（新知识大多是新论文）、“杂”（系统开放，应用场景多）的特点，在结合校情、学情以及信息类课程特点的基础上，目前面临的挑战集中体现在以下3个方面。

（1）教材知识更新滞后：知识更新速度快意味着现有的教材可能很快过时，无法涵盖最新的技术和应用。例如，当新的传感技术如量子传感出现时，教材可能还未纳入相关内容；授课教师要不断寻找最新的资料来补充教学内容，这增加了备课的难度和工作量。

（2）学生理解与吸收困难：新知识大多来自CCF推荐的顶会和顶刊的最新论文，论文的专业性和深度可能使学生在理解上存在困难。比如一些复杂的算法和理论模型，对于基础知识不够扎实的学生可能是巨大的挑战；系统开放及应用场景多导致知识点繁杂，学生难以构建清晰的知识体系，容易感到混乱和迷茫。

（3）教学方法的适配性不足：传统的教学方法可能难以适应课程不断变化的特点，包括人工智能等新技术的出现，这进一步要求授课教师要创新教学模式。新的教学方法在实施过程中可能会遇到各种问题，如学生不适应、教学效果不佳等；改进的传感网项目式教学或案例教学要精心设计并组织，否则可能无法达到预期的教学目标。

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课程教学改革思路

教学设计思路是对传感网教学的整体规划和构想，它从宏观角度确定了教学的目标、重点、难点以及大致的教学方法和策略。“以产出为导向，以学生为中心，持续改进”理念下开展的教学设计和实施方案如图1所示。

（1）教学设计思路：①明确以产出为导向的课程目标：确定学生在课程结束后应具备的知识、技能和能力，例如能够设计并实现一个简单的传感网系统。将课程目标与行业需求和实际应用紧密结合。②以学生为中心的教学方法：采用多样化的教学方法，如项目驱动教学、问题导向学习、小组合作学习等；创设真实的情境和问题，激发学生的学习兴趣和主动性。③设计合理的教学内容：整合理论知识与实践操作，注重知识的系统性和连贯性；引入最新的传感网技术和应用案例，保持教学内容的前沿性。④建立多元化的评价体系：包括过程性评价（如作业、项目表现、课堂参与等）和终结性评价（考试）；注重对学生实践能力、创新思维和团队协作能力的评价。

（2）教学实施方案：①课程目标与产出要求确定：进行行业调研，了解传感网领域的最新发展和人才需求；与企业专家合作，共同确定具体、可衡量的课程产出目标。②学生需求与现状分析：开展学生问卷调查和访谈，了解学生的先修知识、学习兴趣和期望；分析学生的学习特点和困难点，为个性化教学提供依据。③教学内容与活动设计：基于课程目标，划分教学模块，每个模块包含理论讲解、实验实践和案例分析；设计项目任务，如让学生完成一个智能家居传感网系统的设计；提供丰富的在线学习资源，如教学视频、电子教材、拓展阅读材料等。④教学实施：采用混合式教学模式，线上线下相结合；课堂上注重互动与讨论，引导学生积极思考并解决问题；定期组织小组汇报与项目展示，促进学生之间的交流与合作。⑤学习成果数据收集：收集学生的作业、实验报告、考试成绩等量化数据；观察学生在课堂和实践中的表现，记录学习过程数据。⑥分析评估学习成果与教学效果：对照课程目标，评估学生的知识掌握与能力提升情况；分析教学方法和教学内容的有效性；找出教学中存在的问题和不足之处，分析问题产生的原因，确定改进的重点和方向。⑦制订改进措施：调整教学内容的难易程度和重点；改进教学方法和教学手段；完善评价体系，增加对学生创新能力和实践能力的考核权重。

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课程教学改革实践过程

课程改革 10 余年来，在“产出导向”[8]牵引下，课程团队始终坚持以“科学研究”[9-10]支撑教学活动，以“工程创新”[11]组织教学内容的理念。团队注意吸收传感网最新研究成果，以基础教材为索引，利用高品质顶级会议论文重组课堂内容，培养高阶科学思维；积极关注企业重大应用需求，以知识开放为手段，通过丰富的传感网场景案例开展教学互动，夯实学生应用技能，全面激发学生课堂自主参与的兴趣。

课程教学“以学生为中心”[12-14]，课堂内容注意产研结合，学以致用。通过拓展教学资源，开展企业专家进课堂，破解学生“课程学习无用论”思维，同时引领学生关注国家行业重大挑战。全面提升学生课堂主动探究的热情。

课程团队通过提供研究报告、视频影像等多维度学习资源；引导学生开展小组主题讨论、前沿论文分享等多种学习形式；针对课程中的重点难点，教师结合学生反馈采用“问题驱动，分层讲练”的方法；在结果考核环节，坚持引入场景设计、口头汇报等方法，从而实现多维度数据评价形式的创新。

3.1科学研究支撑教学活动

（1）研究成果融入教学：无论是教育政策的落实，还是教育理念的实现，都需要教师在课堂上进行创造性实践，才能使学生实际受益，进而实质性地提高课堂教学质量[15]。“产出导向”的教育模式强调以学习产品（如创作作品、实验报告、解决方案等）为固着点组织教学行动。这种模式要求学生在搜集、探究、展示和反馈的过程中建构知识、启迪思维、提升智慧。在传感网原理与实践课程中，教师通过引入最新的科研成果和顶级会议论文，使学生能够接触到最前沿的技术和研究动态，从而激发他们的学习兴趣和创新意识。例如，当新的传感技术如基于人工智能的传感器数据处理算法取得突破时，课程团队教师及时将这一成果引入课堂，通过实际案例和实验数据，向学生展示其工作原理和应用优势。

（2）教材与一流论文相结合：团队教师组织教材内容时注重时效性技术追踪和前沿专业壁垒的突破[16]，以基础教材为索引，为学生构建起系统的知识框架。同时，精心挑选CCF推荐的网络方向高品质顶级会议论文，如SigComm、MobiCom、InfoCom等，对课堂内容进行重组及补充。比如，在讲解传感网的通信协议时，引入相关的最新研究论文，深入分析协议的优化策略和性能提升方法，让学生了解到学科前沿的研究动态。让教学既有知识面的拓展，又有某些研究方向上的深入探讨，从而为学生建立起更加系统且饱满的知识体系。

（3）实验教学创新与课程项目驱动：①基于科学研究的成果，设计具有创新性的实验项目。比如，在研究最新的传感器能耗优化算法后，设计实验让学生在实际的传感网环境中验证并应用这些算法，培养学生的实践能力和解决实际问题的能力。②鼓励学生参与教师的科研项目或自主开展小型科研课题。例如，针对当前传感网在智能农业中的应用需求，让学生组成小组，进行实地调研与数据采集，提出创新性的解决方案，并在课程中进行展示与交流。通过这些项目实践，让学生充分体验到科研的艰辛及乐趣，培养他们的科研能力和团队协作精神，逐渐形成创新思维。

（4）学术交流与大师进课堂：①定期邀请领域内的专家学者进行学术讲座，分享最新的研究成果和实践经验。学生在与专家的互动中，拓宽视野，激发科研兴趣。比如，邀请从事传感网安全研究的专家，介绍最新的网络攻击与防御技术，引发学生对相关问题的深入思考。②课程团队鼓励教师积极参加学术研讨会和培训课程，不断更新自身的知识体系和研究方法，以更好地将科学研究融入教学活动。比如，参加国际传感网学术会议后，教师将会议中的新观点和新技术带回课堂，与学生分享并探讨。

团队通过课程建设的实践表明，科学研究在教学过程中的穿插，有助于更新教学内容，推动教学改革。例如，教师结合最新的无线传感网技术发展，涵盖从终端设计到物联网平台使用的全栈知识。这不仅使学生掌握理论知识，还能通过实际操作与项目实践，提高其解决复杂工程问题的能力。

3.2工程创新组织教学内容

（1）企业需求调研：在技术引导的柔性实践教学体系启发下[17]，课程团队积极与相关企业合作，深入调研其在传感网应用方面的重大需求。例如，与智能制造企业交流，了解其在生产线上对传感网精准监测和高效控制的需求；与智能物流企业沟通，明确其在货物追踪和仓储管理中对传感网数据实时传输与处理的要求。

（2）知识开放与整合：以知识开放为手段，打破传统教材的局限，广泛收集并整理来自不同渠道的相关知识和技术资料。比如，从开源的技术社区获取最新的传感网开发工具和代码库；从专业的技术论坛收集实际工程项目中遇到的问题和解决方案。

（3）案例设计与选取：精心设计并选取丰富的传感网场景案例用于教学互动。在城市智能交通的案例中，展示如何通过传感网实现交通流量的实时监测以及信号灯的智能控制；在智能家居的场景里，介绍各类传感器如何协同工作，为用户提供舒适便捷的生活环境。

（4）小组合作与项目竞赛：课程团队在授课过程中将学生分成小组，共同完成具有挑战性的工程项目。例如，开展“智能设备能耗监测与优化”的小组项目，让学生在合作中发挥各自的优势，培养团队协作与工程创新能力。同时，参加中国高校计算机大赛网络技术挑战赛，激发学生的竞争意识和创新热情。安排大量的实践课程，让学生亲自动手参与实际的工程项目。比如，设置模拟的智能农业环境，要求学生搭建传感网系统，利用无线感知技术实现对土壤湿度、温度、光照等参数的监测与调控。

（5）案例分析与讨论：在课堂建设上，通过对案例的分析与讨论，引导学生提出创新性的解决方案。比如，针对某一企业的传感网故障案例，让学生分组讨论可能的原因和解决办法，然后进行交流与分享。课程团队还建立完善的学生反馈机制，了解学生在学习过程中的困难和需求。根据反馈及时调整教学内容和方法，不断优化课程的工程创新教学效果。通过以上具体的实施过程，“以工程创新组织教学内容的理念”在传感网原理及应用课程中得以落地，全面夯实了学生的应用技能，激发了学生课堂自主参与的兴趣。

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考核方式与评估反馈机制

课程团队在考核体系构建中，坚持能力驱动，以创新设计考核为主，加大开放性和思考性问题比重，注重测试学生对场景的理解与应变能力。平时成绩占 20%（论文交流、课堂反馈、课后作业、创新设计等）、期中考试占 20%（开卷），期末考试占 60%（笔试）。利用超星学习通开展课程线上辅助管理，分析学生课后创新设计反馈、讨论区话题发起数量、作业完成度等数据，综合评价学生学习效果。

4.1考核体系设计的理念与特点

①能力驱动原则：强调考核学生的实际能力，而非单纯的知识记忆。这有助于培养学生解决实际问题与应对复杂场景的能力。例如，创新设计考核要求学生运用所学知识，提出独特的解决方案，这培养了学生的创新思维和实践能力。②创新设计考核为主：突出了对学生创新能力的重视。通过这种方式，鼓励学生突破传统思维，培养创新意识。比如，学生可能要设计一个基于传感网的新型环境监测系统，展示其对技术的理解与应用能力。③加大开放性和思考性问题比重：促使学生进行深度思考，培养批判性思维和分析能力；像“如何利用传感网技术优化智能家居系统的能源管理”这样的开放性问题，要求学生综合考虑多种因素，提出有见解的观点。

4.2各考核环节的作用与意义

①平时成绩（20%）：论文交流：培养学生的文献研究与学术交流能力，促使他们关注领域前沿。课堂反馈：鼓励学生积极参与课堂互动，及时反映学习中的问题和想法。课后作业：巩固所学知识，强化对基本概念和原理的理解。创新设计：激发创新思维，锻炼实践动手能力。②期中考试（20%，开卷）：检验学生对前半学期知识的掌握程度和应用能力。开卷形式鼓励学生灵活运用资料。③期末考试（60%，笔试）：全面评估学生对整个课程知识的理解与综合运用能力。笔试形式可以更系统、深入地考查学生的知识体系和逻辑思维，检验解决问题的思路和方法。

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课程改革的评价与成效

课程评价包括学生对教学的评价、同行认可以及社会反馈与评价。学生对授课教师给予了积极评价，认为授课内容贴合实际，教师讲解深入浅出，案例引入促进课程内容理解，提升了学生参与度。课程团队坚持以高阶论文牵引并组织教学，启蒙本科生科研思维，物联网工程专业培养了以“华为天才少女”姚婷为代表的一批产业新星，获得社会好评。在课程改革成效方面，团队主要围绕教学资源整合、教改成果以及与课程相关的人才培养。目前团队出版教材1部，获省级优秀教材一等奖，主讲教师在超星学习通上提供每节课详细讲解视频，配合多类资源，学生反馈受益广泛。团队坚持以高阶论文引领课程教学，以赛促教，主讲教师指导本科生在中国计算机学会推荐的A类会议上发表高水平论文，获得教育部A类赛事国家和省级奖项，学生应用能力提升显著，在中国传感网学术会议上展示西北大学最新的应用成果（节点和通信网关设计），获得最佳演示奖。

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结 语

教学团队课程改革经验表明：以产出为导向使得传感网原理及应用课程的教学目标明确聚焦于学生在完成课程学习后能够取得的具体成果，全面促进教师清晰地定义学生应具备的知识、技能和能力，例如能够独立设计简单的传感网系统、解决实际应用中的数据采集与传输问题等。通过明确这些产出目标，教学活动能够更有针对性地开展，确保学生达到预期的学习效果。

课程在创建省级一流课程的过程中，形成了一定的特色和创新点，集中体现在以下几个方面：①高度重视以科学研究支持教学活动。课程团队始终密切追踪学科前沿的科学研究动态，将最新、最具价值的研究成果融入教学过程之中。通过这种方式，为学生呈现出学科领域的最新进展和突破，不仅丰富了教学内容，更使学生能够接触到前沿的知识和理念。②突出以工程创新组织教学内容。课程团队依据课程自身特点，坚定不移地推进研教深度融合，成功塑造了独特的科学研究与工程应用紧密结合的课程教学模式。在教学实践中，以工程实践的维度跨章节精心构建案例，巧妙地将分散的知识点串联起来，形成一个有机的整体。这种方式不仅有效地扩展了课堂知识，还为学生提供了更具综合性和实用性的学习体验。③成功激发学生的学习及参与兴趣，形成了富有活力的探究性课程教学形式。通过引入实际案例和问题，引导学生主动思考、积极探索，培养学生的自主学习能力和创新思维。课程中设置了大量的小组讨论与项目实践环节，让学生在合作中相互学习、共同进步。④在课程评价机制方面进行了大胆创新。摒弃了传统单一的考核方式，兼顾科学探究与工程创新能力的考核。不仅注重学生对理论知识的掌握，更加强调学生在实际应用中解决问题的能力和创新思维的发挥。通过这种全面、多元化的评价机制，能够更准确地评估学生的学习成果和能力水平，同时也为学生提供了更明确的学习方向和动力。

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基金项目：陕西本科和高等继续教育教学改革研究项目“三开四维五结合：地方高校新工科系统集成创新型人才培养的实践探索”（23BY043）；陕西省师德师风建设基地（西北大学）2024年教师思想政治和师德师风建设研究课题（XD2024SD20）。

作者简介：汤战勇，男，教授，研究方向为系统与软件安全，zytang@nwu.edu.cn；王薇（通信作者），女，副教授，研究方向为跨协议通信与优化，wwang@nwu.edu.cn。