《無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)》課程的教學(xué)模式研究與探索

李孟，周榮艷

（南陽(yáng)理工學(xué)院,南陽(yáng) 473004）

0 引言

《無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)》這門課程不僅僅是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的核心課程，也是其他信息科學(xué)領(lǐng)域?qū)I(yè)的熱門選修課。如何組織好《無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)》這門課程的教學(xué)，對(duì)于培養(yǎng)適應(yīng)“工業(yè)4.0”背景下的新型復(fù)合型人才具有重要的意義。而現(xiàn)有的《無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)》課程的教學(xué)模式仍然存在諸多問(wèn)題。例如，課程教學(xué)內(nèi)容更新不及時(shí)，教材陳舊；在整個(gè)課程體系的課程安排中實(shí)踐環(huán)節(jié)所占比重較輕，未得到應(yīng)有的重視；實(shí)踐課程內(nèi)容單一枯燥，多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，難以提起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和興趣。針對(duì)如上這些問(wèn)題，必須要對(duì)《無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)》這門課程的教學(xué)模式進(jìn)行研究和探索，對(duì)現(xiàn)有教學(xué)模式進(jìn)行改革，以培養(yǎng)適合新經(jīng)濟(jì)、新時(shí)代的“新工科”人才。

1 具體實(shí)施

1.1 教學(xué)模式——實(shí)踐教學(xué)實(shí)戰(zhàn)模式

改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)模式，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等進(jìn)行改革，加重實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)課程佳教學(xué)中的課時(shí)量和權(quán)重，從而實(shí)現(xiàn)國(guó)際化、復(fù)合型、實(shí)用性人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)不同于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，本專業(yè)更側(cè)重于對(duì)工程型人才的培養(yǎng)。另外，從技術(shù)角度來(lái)進(jìn)行考慮，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)正處于不斷發(fā)展不斷變化的上升階段，所以在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)過(guò)程中，還需要不斷適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的節(jié)奏，在保留原教材的必要理論知識(shí)基礎(chǔ)上，順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，與時(shí)俱進(jìn)對(duì)課程體系、知識(shí)體系做出調(diào)整，對(duì)教學(xué)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，側(cè)重具體的實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)到前沿的、有助于學(xué)生發(fā)展的科技與技能。

由于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)近幾年來(lái)處于高速發(fā)展的黃金時(shí)期，與之相對(duì)于的培養(yǎng)行業(yè)專業(yè)人才的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是以“計(jì)算機(jī)+”專業(yè)為例，派生出來(lái)的新工科專業(yè)，它既具有“計(jì)算機(jī)類”專業(yè)的大多數(shù)特點(diǎn)，又具有交叉學(xué)科融合后形成的新工科專業(yè)自身的一些顯著特點(diǎn)。新專業(yè)的出現(xiàn)，一方面適應(yīng)了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的快速變化，另一方面對(duì)知識(shí)體系的構(gòu)建提出了新的挑戰(zhàn)。由于物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)行業(yè)的發(fā)展迅速，對(duì)人才的要求更高。

實(shí)踐教學(xué)對(duì)于適應(yīng)新市場(chǎng)進(jìn)行形式下的社會(huì)實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力的提高尤為迫切和重要。同時(shí)學(xué)生的實(shí)踐能力的培養(yǎng)也是循序漸進(jìn)的，所以在對(duì)實(shí)踐教學(xué)體系中最基本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的重中之重。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)作為一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，在教學(xué)過(guò)程中可采用項(xiàng)目式導(dǎo)入的教學(xué)方法，將理論知識(shí)融入到項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程中去，通過(guò)課程實(shí)訓(xùn)的方式，將學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)踐。在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生可以自由組建適合自己的項(xiàng)目小組，由教師給定項(xiàng)目的題目和范圍。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，教師作為組織管理方對(duì)項(xiàng)目的開發(fā)組織進(jìn)行管理。

采用項(xiàng)目導(dǎo)向式實(shí)踐教學(xué)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的實(shí)踐性環(huán)節(jié)教學(xué)，能夠幫助學(xué)生在進(jìn)行實(shí)踐的過(guò)程中將學(xué)生學(xué)到的理論知識(shí)由理性認(rèn)識(shí)上升到感性認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)其創(chuàng)新意識(shí)。

1.2 教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，以學(xué)生組隊(duì)為主要完成項(xiàng)目團(tuán)體、每個(gè)小組成員協(xié)同合作項(xiàng)目進(jìn)行課程實(shí)現(xiàn)。參照可行性高、實(shí)用性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及相關(guān)企業(yè)公司用戶的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)開發(fā)過(guò)程，進(jìn)行項(xiàng)目式實(shí)踐教學(xué)。具體做法如下：

（1）每個(gè)班級(jí)按照項(xiàng)目組進(jìn)行分組，每個(gè)學(xué)生都可選擇自愿組隊(duì)，一般每組人員在4-6個(gè)左右；

（2）每個(gè)項(xiàng)目組在選定題目之后，按照對(duì)題目的熟悉程度和相關(guān)先驗(yàn)知識(shí)的了解程度來(lái)選擇自己小組的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人對(duì)整個(gè)小組的工作進(jìn)行分工，通過(guò)小組討論的方式選定自己負(fù)責(zé)的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，在對(duì)工作進(jìn)行分配時(shí)，必須要遵循“自主、自愿、平等、互助”的原則。同時(shí)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人要對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的工期、成本、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、預(yù)期完成目標(biāo)等內(nèi)容進(jìn)行分析，形成項(xiàng)目的“可行性研究報(bào)告”，制定“項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃”。

（3）項(xiàng)目開發(fā)的過(guò)程中，必須按照將實(shí)施具體流程和工作要點(diǎn)逐一列出，對(duì)于每一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)每個(gè)小組成員需要完成的工作量和進(jìn)展情況都必須明確。

（4）每個(gè)項(xiàng)目小組都必須按照給定的項(xiàng)目對(duì)自己負(fù)責(zé)的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)施，包括在對(duì)節(jié)點(diǎn)布局時(shí)的傳感器節(jié)點(diǎn)類型的選材要做到有據(jù)可依，節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)布局評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是什么，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何進(jìn)行設(shè)計(jì)。將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，以項(xiàng)目為導(dǎo)向培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力和適應(yīng)變化能力。

具體的安排如下：

（1）選題（第1-2周）

以每個(gè)項(xiàng)目小組為單元，結(jié)合小組成員的先驗(yàn)知識(shí)與能力，選定項(xiàng)目課題，在經(jīng)過(guò)教師合理調(diào)整后對(duì)題目?jī)?nèi)容進(jìn)行確定。在這一階段中教師的主要作用是對(duì)小組選擇題目進(jìn)行篩查和調(diào)整，確保題目既能結(jié)合教學(xué)與科研的實(shí)踐情況，又能結(jié)合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際應(yīng)用，反映新技術(shù)，從而獲得較好的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐效果。

（2）需求分析（第3-6周）

在對(duì)項(xiàng)目課題了解的前提下，進(jìn)一步對(duì)項(xiàng)目小組所要完成具體內(nèi)容進(jìn)行更深入的調(diào)查和研究之后。寫出可行性分析報(bào)告、系統(tǒng)需求模型等。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人按照小組成員對(duì)項(xiàng)目的熟悉程度對(duì)成員進(jìn)行分工，按照需求寫出研究報(bào)告。本階段末進(jìn)行需求方案評(píng)審。

（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)（7-15周）

系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分分為兩個(gè)階段進(jìn)行：總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。

總體設(shè)計(jì)：確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案；建立軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，完成系統(tǒng)的模塊化，建立系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)流程圖。

在本階段需要對(duì)總體設(shè)計(jì)的方案和內(nèi)容進(jìn)行評(píng)審，其重點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)模型和模塊化設(shè)計(jì)的考核，采用答辯式的評(píng)審方法，主要通過(guò)教師打分和各個(gè)項(xiàng)目小組的成員進(jìn)行互相打分來(lái)進(jìn)行。

（4）測(cè)試與完成文檔（第16-17周）

在完成相應(yīng)的模塊功能之后對(duì)軟硬件的具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)后，要對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行功能測(cè)試和綜合測(cè)試。要求滿足項(xiàng)目可行性方案中的個(gè)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。在測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)事先制定測(cè)試方案，并將測(cè)試所得所有數(shù)據(jù)和用例進(jìn)行保留，以便后期維護(hù)和數(shù)據(jù)保存，最終要完成測(cè)試報(bào)告。

（5）驗(yàn)收測(cè)試

將每個(gè)項(xiàng)目小組所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)收，包括對(duì)系統(tǒng)功能的驗(yàn)收和相關(guān)文檔的整理驗(yàn)收，此部分主要由教師來(lái)完成，項(xiàng)目小組成員協(xié)同項(xiàng)目負(fù)責(zé)人提供系統(tǒng)的功能驗(yàn)收和文檔的提交。

1.3 項(xiàng)目的選擇

項(xiàng)目選擇對(duì)于每個(gè)開發(fā)小組來(lái)說(shuō)都是極其重要的內(nèi)容，“興趣是最好的老師”，對(duì)于項(xiàng)目組的成員來(lái)講，若是對(duì)某一主題的項(xiàng)目?jī)?nèi)容不感興趣，從而也不能調(diào)動(dòng)小組成員的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性，對(duì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人來(lái)講，也很難調(diào)動(dòng)組員參與項(xiàng)目工作的激情，這種情況下對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施是極為困難的?；诖?，每個(gè)項(xiàng)目小組的的項(xiàng)目課題必須要由小組成員共同決定，同時(shí)也能夠調(diào)動(dòng)小組成員之間相互協(xié)調(diào)工作的積極性。

同時(shí)，選擇一個(gè)新穎、有創(chuàng)新性的課題也必須要有一定的專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)作為鋪墊，這也在一定程度上調(diào)動(dòng)了小組成員自己查資料、在篩選項(xiàng)目課題的同時(shí)有意或者無(wú)意間增加了自己對(duì)本門課程知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。隨著對(duì)所選課題內(nèi)容的限定，涉及的專業(yè)知識(shí)可以使得需求范圍進(jìn)一步縮小，需求更加明確，同時(shí)可能會(huì)有比較多的現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行參考。由于項(xiàng)目組的課題主要目的是出于訓(xùn)練，所以選擇范圍需要盡可能的小，系統(tǒng)本身涉及的內(nèi)容不需要特別多，本身的功能也不用很強(qiáng)大，主要是對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)環(huán)節(jié)盡可能地去熟悉和掌握。

項(xiàng)目導(dǎo)向式為主的課程設(shè)計(jì)要求項(xiàng)目小組的成員能夠?qū)ⅰ稛o(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)》這門課中學(xué)到的基本原理和方法相結(jié)合應(yīng)用到具體的工程實(shí)踐開發(fā)和設(shè)計(jì)中。根據(jù)對(duì)應(yīng)用型本科院?！靶鹿た啤比瞬诺呐囵B(yǎng)要求，在項(xiàng)目的選擇中，具體內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：

（1）強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的完整性

依據(jù)系統(tǒng)的可行性來(lái)進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與安排是保證項(xiàng)目實(shí)施行之有效的方法。要將一個(gè)項(xiàng)目課題當(dāng)作一個(gè)完整的工作任務(wù)來(lái)看待，一步一腳印的進(jìn)行，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都不可疏忽與遺漏，從而積累開發(fā)大工程的經(jīng)驗(yàn)和方法。

（2）強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的明確性

對(duì)于項(xiàng)目課題的選擇要明確系統(tǒng)要達(dá)成什么樣的功能，進(jìn)一步的有各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)與個(gè)模塊功能要求，具體細(xì)節(jié)還有可能包括一些節(jié)點(diǎn)喚醒時(shí)延、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的生存周期、各類傳感器的量測(cè)精度等要求。

（3）強(qiáng)調(diào)文檔的完整性

文檔是程序開發(fā)，軟硬件設(shè)計(jì)維護(hù)與試用有關(guān)的圖文資料，它是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，同時(shí)也是下一階段實(shí)施的重要技術(shù)依據(jù)。所以，在項(xiàng)目組的工作過(guò)程中要重視對(duì)文檔內(nèi)容的整理和歸納，同時(shí)，這也為學(xué)生日后走上工作崗位，進(jìn)行相關(guān)工作時(shí)培養(yǎng)良好的工作習(xí)慣打下基礎(chǔ)。

1.4 考核方法

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)這門課程是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，其考核方式及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法的改革下進(jìn)行相應(yīng)的改變。

考核成績(jī)?yōu)樘峤坏恼n程設(shè)計(jì)報(bào)告和該課程的最終期末考試成績(jī)的加權(quán)和，考核成績(jī)具體又有項(xiàng)目小組成績(jī)、組員個(gè)人成績(jī)和期末考試成績(jī)?nèi)糠纸M成，三部分在總成績(jī)中所占據(jù)的比例也不盡相同。具體考核內(nèi)容和所占比例如下所示：

（1）項(xiàng)目小組成績(jī)（20%）同一個(gè)項(xiàng)目小組的此類得分是一樣的，此分?jǐn)?shù)是從整體上對(duì)每一組的項(xiàng)目課題完成情況進(jìn)行評(píng)分，其目的是為了讓學(xué)生體會(huì)到無(wú)線傳感網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)中團(tuán)隊(duì)合作的重要性。

具體評(píng)分細(xì)則：

①系統(tǒng)軟硬件功能實(shí)現(xiàn)正常，邏輯合理，整個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足項(xiàng)目課題的要求，實(shí)現(xiàn)正確、程序穩(wěn)定、達(dá)到所需要的技術(shù)性能指標(biāo)，編程符合規(guī)范、程序具有易讀性等要求（10%）；

②文檔編寫科學(xué)合理、正確完整、符合規(guī)范，包括對(duì)程序的注釋和系統(tǒng)測(cè)試手冊(cè)編寫完整規(guī)范，符合要求。（5%）；

③團(tuán)隊(duì)合作精神，對(duì)小組的成員團(tuán)隊(duì)合作情況進(jìn)行了解和掌握，對(duì)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)較強(qiáng)的小組給予較高的分?jǐn)?shù)（5%）。

（2）個(gè)人成績(jī)（30%）對(duì)項(xiàng)目組小組成員個(gè)人在項(xiàng)目課題完成過(guò)程中所做工作進(jìn)行評(píng)分。

（3）期末考試成績(jī)（50%）。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的項(xiàng)目導(dǎo)入式教學(xué)模式的改革。取得了預(yù)期的效果。首先，達(dá)到了將理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)相聯(lián)系的目的，教學(xué)質(zhì)量得到提高；第二，在項(xiàng)目組成員對(duì)課題進(jìn)行完成的過(guò)程中，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)；第三，完成項(xiàng)目的過(guò)程也是對(duì)學(xué)生知識(shí)體系的梳理與填充，同時(shí)將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的解決上，鍛煉了學(xué)生創(chuàng)新能力。實(shí)踐證明，學(xué)生的綜合素質(zhì)得到了提升，有利于應(yīng)用型本科院校的“新工科”專業(yè)學(xué)生主動(dòng)適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)人才的需求，增強(qiáng)了就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。這不僅提高了學(xué)生的工作能力，對(duì)學(xué)生就業(yè)問(wèn)題有很好的導(dǎo)向作用，也滿足新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)對(duì)學(xué)生的能力要求，達(dá)到一舉多贏的效果。

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