無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)方法探索

祝玉軍

摘 要：針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程知識點講解難、原理演示難和案例應(yīng)用難的問題，提出一套無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)方法，包括課前知識探究、比較講解、仿真演示和創(chuàng)新案例設(shè)計等方法。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；課堂教學(xué)方法；創(chuàng)新案例；比較講解

文章編號：1672-5913（2017）05-0066-03

中圖分類號：G642

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展，目前被正式列為國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一[1]。近年來，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)在全國很多高校開設(shè)，但是作為一個新興專業(yè)，有其獨有的特征，如知識范圍涵蓋廣等。對于其專業(yè)課程教學(xué)特別是像無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）這類核心課程更需要在教學(xué)方法、教學(xué)思路上進行改革和

創(chuàng)新[2]。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的地位

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)在全國很多高校開設(shè)，培養(yǎng)方案和課程體系可能有差別，但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般會被設(shè)置成核心課程或必修課程[3]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一門理論性和實用性都較強的課程，多學(xué)科高度交叉，知識點涵蓋范圍廣，在課堂教學(xué)上對教師的要求較高，需要學(xué)生掌握的內(nèi)容也較多和復(fù)雜[4]。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中存在的問題

（1）知識點講解難，知識點涵蓋了傳感器、嵌入式計算、網(wǎng)絡(luò)與通信、分布式信息處理等技術(shù)，在課堂講解中，學(xué)生對于不熟悉的知識點往往覺得晦澀難懂，最終放棄聽講。

（2）原理演示難，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中很多原理在課堂教學(xué)中較難演示，學(xué)生只能在理論上接受，不能建立形象化理解。

（3）案例應(yīng)用難，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在很多領(lǐng)域進行應(yīng)用實驗，但學(xué)生往往難以找到突破口，不能很好的將所學(xué)知識應(yīng)用在實際需要中，一方面是不善于尋找需求，另一方面是對所學(xué)知識不能夠融會貫通，舉一反三。

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方法探討

3.1 課前知識探究

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生需要有較廣的知識面和較深的專業(yè)技能，課上所學(xué)內(nèi)容是有限的，需要學(xué)生對知識進行廣泛涉獵，但往往他們又是迷茫的，不知從何學(xué)起以及學(xué)些什么。“課前知識探究”是建立教師引導(dǎo)性的知識學(xué)習(xí)過程，在這個過程中，教師抽取出下次課堂教學(xué)中的前提內(nèi)容，即學(xué)生需要提前了解的內(nèi)容，讓學(xué)生進行探究。學(xué)生憑借已有的知識、生活經(jīng)驗和學(xué)習(xí)方法自主探索，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)好課程的信心。最后以多種形式進行總結(jié)匯報，如寫成科技綜述、PPT課堂匯報等。這種預(yù)習(xí)不再是單純?yōu)檎莆罩R和技能的學(xué)習(xí)活動，而是為了學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和提升。

主要過程如下：教師布置任務(wù)，多以“主題”形式展現(xiàn)；學(xué)生根據(jù)已有知識進行獨立思考；學(xué)生通過知網(wǎng)、百科、文庫、技術(shù)論壇等網(wǎng)絡(luò)資源庫進行更全面的信息獲?。恍纬蓞R報文件，以PPT講稿呈現(xiàn)；課堂10分鐘講解。

比如在學(xué)習(xí)“傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)”前，讓學(xué)生提前總結(jié)整理“數(shù)據(jù)融合”的概念由來、發(fā)展歷程、工作原理以及應(yīng)用等信息，下次課堂講解預(yù)留10分鐘讓學(xué)生通過PPT進行演示講解。課前知識探求充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，同時也鍛煉了分析、總結(jié)能力和基本的科學(xué)素養(yǎng)。學(xué)生通過這種探求方式獲取的知識要比教師直接課堂講授掌握得更牢固、更深刻。

3.2 比較講解法

比較講解法不是一個普遍適用的方法，但對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)有著獨特的良好效果，主要原因是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與計算機網(wǎng)絡(luò)在層次結(jié)構(gòu)、知識框架以及應(yīng)用特征上都具有參照性，而計算機網(wǎng)絡(luò)又是學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過的、較為熟悉的課程。教師在講解中通過比較突顯所需掌握知識的特征、難點和重點。主要過程如下：①通過比較法引入新概念，有些概念間有許多相似之處，了解一些概念之后，另一些概念可用比較法引入，使教學(xué)難度降低，并能把規(guī)律揭示出來；②通過對比圖或者表講解異同，幫助學(xué)生理解兩者的差別，深化記憶。

如圖1所示是開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)參考模型（OSI）和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型的對比圖。在協(xié)議、安全以及應(yīng)用等各個方面都可以通過比較講解法進行課堂教學(xué)。

通過比較學(xué)習(xí)會發(fā)現(xiàn)很多知識有相同點和不同點，若不去比較，可能會把相關(guān)知識的概念、原理、現(xiàn)象等混為一談，這不利于對知識進行深刻理解和準確應(yīng)用；善于比較則可以抓住知識的本質(zhì)特征和知識間的內(nèi)在聯(lián)系，從而達到準確理解、記憶和應(yīng)用知識的目的。

3.3 仿真演示法

WSN是一門實用型課程，在課堂上需要形象、立體地向?qū)W生展示所學(xué)知識，比如數(shù)據(jù)是如何在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)模酚煞绞绞窃鯓拥?。在課堂上只是講解路由協(xié)議或者算法，學(xué)生對知識的理解不深刻。仿真演示可激發(fā)學(xué)生求知欲望，提高學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)求知欲。我校使用了ATOS-SensorSim無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)，如圖2所示。

它是一款功能強大、配置簡便的WSN專業(yè)模擬系統(tǒng)，具備算法過程演示、算法分析和調(diào)試等功能，通過配置參數(shù)，可實現(xiàn)不同參數(shù)條件下的算法自動運行、運行過程顯示、實驗結(jié)果統(tǒng)計和實驗結(jié)果圖自動生成。

通過模擬演示，學(xué)生直觀了解WSN的組織結(jié)構(gòu)、傳輸過程及算法應(yīng)用等；學(xué)生也可以驗證自己所寫的路由算法，并對結(jié)果自動分析，這種仿真演示法極大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)興趣。

3.4 創(chuàng)新案例設(shè)計

創(chuàng)新案例設(shè)計教學(xué)法是讓學(xué)生主動觀察生活中的細節(jié)，提煉業(yè)務(wù)需求，自主設(shè)計基于WSN的解決方案。在課堂中每講解一個知識點，就讓學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用在自己設(shè)計的案例中，具體的設(shè)計實施在實驗課中完成，整個過程教師給予指導(dǎo)和重要知識講解。

基本過程如下：學(xué)生在具有一定知識儲備后提出創(chuàng)意設(shè)計思路；教師幫助確定設(shè)計思路的可行性；學(xué)生學(xué)習(xí)新知識后將知識應(yīng)用到創(chuàng)意設(shè)計中，完成文檔編寫或編碼；學(xué)生課堂講解知識在自己設(shè)計中的應(yīng)用；提交最終設(shè)計方案。

比如設(shè)計“基于WSN的智能家居系統(tǒng)”，在學(xué)習(xí)WSN的物理層概念、主要技術(shù)以及設(shè)計方法后，學(xué)生基本能給出他所要設(shè)計的家居系統(tǒng)的物理層解決方案，采用哪種介質(zhì)傳輸，哪些設(shè)備并給出原因和性能說明。每次課會抽取1～2個學(xué)生對自己的設(shè)計方案進行講解。

通過創(chuàng)新案例設(shè)計法，建立學(xué)生獨立解決問題的能力和知識運用能力。在經(jīng)歷過初期的掙扎和迷茫后，大部分學(xué)生都能認真、順利地完成設(shè)計。重要的是通過這個過程，學(xué)生能充分理解一個系統(tǒng)的產(chǎn)生流程，從需求分析、框架設(shè)計、軟硬件選擇到子部件的設(shè)計、集成、測試等讓學(xué)生深入了解每個環(huán)節(jié)的工作以及差異，也為將來走上工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。

4 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是新興專業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)課程的教學(xué)應(yīng)該有其獨特性和創(chuàng)新性，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門重點課程，更要提高課堂教學(xué)效率。我們提出的包含課前知識探究、比較講解、仿真演示和創(chuàng)新案例設(shè)計等4部分的WSN課堂教學(xué)方法應(yīng)用在大學(xué)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的課堂教學(xué)中，取得良好的教學(xué)效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率大大提高。通過課堂教學(xué)+實驗課實踐后的成果參加多項國家級、省部級物聯(lián)網(wǎng)競賽并取得優(yōu)異成績。

參考文獻：

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[4] 黃旭， 蔣云良， 顧永跟. 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)中多學(xué)科融合的探索與實踐[J]. 高等工程教育研究， 2016（2）：86-90.

（編輯：郭田珍）endprint