“新工科”背景下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理課程教學(xué)模式探索

周天清 趙軍輝 董晶亮 李光輝 李軒

【摘要】隨著新型經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，工程專業(yè)人才培養(yǎng)要具備新特色，也就是要適應(yīng)“新工科”大環(huán)境、大背景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理是物聯(lián)網(wǎng)工程、信息工程或相關(guān)專業(yè)的重要課程，如何在“新工科”背景下提升該課程教學(xué)效果是各高校教師需要研究的問題?；诖耍攸c(diǎn)論述“新工科”背景下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容、方式與方法所存在的問題，再擬出相應(yīng)解決辦法以切實(shí)改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量，從而符合“新工科”背景下人才培養(yǎng)目標(biāo)需要。

【關(guān)鍵詞】新工科? 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)? 創(chuàng)新能力? 實(shí)踐能力

【基金項(xiàng)目】江西省教育科學(xué)規(guī)劃課題（編號(hào)：17YB056）;江西省教育庁教改課題重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：JXJG-16-5-7）。

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）14-0042-02

為應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，從而支撐“中國制造2025”、“一帶一路”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家重大戰(zhàn)略，教育部自2017年2月以來，積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)，形成了一系列共識(shí)與行動(dòng)指南，并積極倡導(dǎo)全國高校切實(shí)實(shí)施、努力踐行，以探索出領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式與中國經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)教育強(qiáng)國夢[1]?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)凸顯“五新”[2]內(nèi)涵，適應(yīng)以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式為代表的經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，但卻對工程科技人才的培養(yǎng)提出了更高要求[3]。

自“新工科”理念在教育界提出后，國內(nèi)許多高校紛紛響應(yīng)，但鑒于該理念新出不久，眾高校的“新工科”建設(shè)往往還處于起步階段，尚未制定詳細(xì)、合理的實(shí)施方案。為配合教育部“新工科”建設(shè)，不僅學(xué)校要下功夫、加強(qiáng)協(xié)調(diào)與督促，更重要的是課程教師要針對具體課程設(shè)計(jì)合理實(shí)施方案，落實(shí)在教學(xué)中，并不斷改進(jìn)與完善。

在國內(nèi)眾多高校中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理是物聯(lián)網(wǎng)工程、信息工程、通信工程、電氣自動(dòng)化或相關(guān)專業(yè)的重要課程，它集傳感器技術(shù)、微電機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(shù)于一體，具有廣泛的應(yīng)用前景。在“新工科”背景下，盡管不少教師認(rèn)真修訂無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理課程的教學(xué)內(nèi)容、方式、方法，但仍存在不少現(xiàn)實(shí)問題。

一、“新工科”背景下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理課程教學(xué)中存在的問題

隨著“新工科”理念的提出，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理課程的原教學(xué)過中存在許多不容忽視的問題：

1.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理課程教學(xué)重理論而輕實(shí)踐

在教學(xué)過程中，大部分教師側(cè)重于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理的課本內(nèi)容講解，追求細(xì)致、面面俱到，理論證明嚴(yán)謹(jǐn)透徹，但卻忽視教學(xué)內(nèi)容的實(shí)踐環(huán)節(jié)。這種教學(xué)往往是滿堂理論灌輸、“填鴨式”教學(xué)累了老師，疲了學(xué)生。此外，深刻復(fù)雜的理論、算法原理講解也通常讓人費(fèi)解、難以接受，而這種費(fèi)解、難懂的情節(jié)將極大地?fù)p害學(xué)生學(xué)習(xí)的熱忱。顯然，為提升教學(xué)質(zhì)量，促使工程科技人才健康發(fā)展，這種純粹的理論教學(xué)模式勢必淘汰，“理論指導(dǎo)實(shí)踐”的教學(xué)模式才是正道，值得提倡。

2.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理課程教學(xué)內(nèi)容單調(diào)

隨著國家眾多重大戰(zhàn)略的提出與實(shí)施，未來工程科技人才的培養(yǎng)要求與“新工科”理念愈發(fā)契合，這就要求學(xué)生不僅要具備扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)還要兼?zhèn)淦渌嚓P(guān)多學(xué)科知識(shí)。換言之，在高校生涯中，學(xué)生要掌握交叉領(lǐng)域知識(shí)，并能融會(huì)貫通。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理課程涉及傳感器技術(shù)、微電機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(shù)等多方專業(yè)學(xué)科，其應(yīng)用更是囊括軍事、智能農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療健康、空間探索、工程檢測等諸多方面。然而，純粹的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理教學(xué)通常無法令學(xué)生明白該課程在自己專業(yè)領(lǐng)域的具體用法及相關(guān)模型搭建過程，這種課程定位的不確定性也將失去學(xué)生的注意力、無法達(dá)到實(shí)際教學(xué)目的。在這種情況，如何結(jié)合學(xué)生自身專業(yè)情況，有效利用教學(xué)設(shè)施，改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、方式與方法，切實(shí)提高學(xué)生工程技術(shù)技能是值得研究的問題。

二、“新工科”背景下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理課程教學(xué)模式探索

為應(yīng)對上述諸多問題，“新工科”背景下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理課程的教學(xué)模式有待于進(jìn)一步改進(jìn)。為此，提出了以下幾點(diǎn)建議：

1.堅(jiān)持“理論指導(dǎo)實(shí)踐”的教學(xué)模式

理論教學(xué)最終目的是指導(dǎo)實(shí)踐，是增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手操作能力的首要舉措，亦是必不可少的環(huán)節(jié)。理論到實(shí)踐中去，又在實(shí)踐中得到驗(yàn)證與發(fā)展，這才是“新工科”建設(shè)的核心內(nèi)容。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理課程要符合“新工科”建設(shè)理念，須堅(jiān)持“理論指導(dǎo)實(shí)踐”的教學(xué)模式，可從以下幾點(diǎn)著手：

（1）根據(jù)課程內(nèi)容，設(shè)計(jì)完整的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。在實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型或綜合型實(shí)驗(yàn)，教師只負(fù)責(zé)監(jiān)督與指導(dǎo)。課后，學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)心得，簡述實(shí)驗(yàn)原理，揭露實(shí)驗(yàn)問題，教師則引導(dǎo)學(xué)生作品創(chuàng)新與理論創(chuàng)新。另外，實(shí)驗(yàn)室可以作為一種開放資源，學(xué)生與教師可以根據(jù)自身需求合理占用。

（2）注重基礎(chǔ)理論教學(xué)的同時(shí)，加重對學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的投入。以往的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程大多出于參觀企業(yè)工作流程、認(rèn)識(shí)生產(chǎn)設(shè)備、了解工作環(huán)境的目的，多以參觀、認(rèn)識(shí)為主，往往缺乏實(shí)際動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)。顯然，這種實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)太過于形式化，對學(xué)生的幫助并不大。要培養(yǎng)符合“新工科”要求的工程技術(shù)人才，各高校必須加大對學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的投入，包括資金投入、時(shí)間投入（建議周期為0.5至1年）及人力投入。為此，學(xué)?？梢酝嚓P(guān)行業(yè)部門合作，綜合利用各方資源，聯(lián)合培養(yǎng)工程、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)型人才。通過這種方式，學(xué)生既能很快地熟悉課本知識(shí)，又能獲取書外知識(shí)，能快速適應(yīng)社會(huì)環(huán)境與發(fā)展。

總體而言，通過親手操作，學(xué)生既能鍛煉工程技巧，驗(yàn)證、鞏固課堂所學(xué)，又能嘗試創(chuàng)作新產(chǎn)品，探索新理論。

2.兼容并包的同時(shí)，堅(jiān)持“專業(yè)相關(guān)”的教學(xué)模式

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理課程內(nèi)容體系龐大，理論繁多，協(xié)議、算法復(fù)雜多樣，如果教師一味地追求課本詳授，那么往往疲于完成教學(xué)工作量，卻疏于教學(xué)質(zhì)量。那么如何在有限的課時(shí)內(nèi)，盡可能多地讓學(xué)生掌握課程理論，并能鍛煉其動(dòng)手能力呢？無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理課程教師可從以下兩方面入手：

（1）堅(jiān)持“專業(yè)相關(guān)”的案例教學(xué)模式。從學(xué)生專業(yè)領(lǐng)域從發(fā)，列舉一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在該領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用案例，如土木工程專業(yè)中用于檢測橋梁損壞情況的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。為揭示該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)功能與原理，教師須得給學(xué)生復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)（包括橋梁、傳感器等相關(guān)知識(shí)），當(dāng)然可以通過提問的方式讓學(xué)生主動(dòng)回顧。隨后，教師可結(jié)合該實(shí)際網(wǎng)絡(luò)展開課程講授工作，這樣可以極大吸引學(xué)生注意力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，更利于理論的高效傳授。

（2）堅(jiān)持“專業(yè)相關(guān)”的實(shí)踐教學(xué)模式。為挑起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)同樣應(yīng)緊密耦合所授專業(yè)班級，可以專業(yè)領(lǐng)域的典型案例為代表設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。例如，針對土木工程專業(yè)，同樣可以用檢測橋梁損壞情況的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為案例，要求學(xué)生設(shè)計(jì)完整的網(wǎng)絡(luò)體系。鑒于課堂相關(guān)知識(shí)的詳細(xì)講解，學(xué)生對設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)過程有了初步了解，完全可以勝任該網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與開發(fā)。其實(shí)，教師對學(xué)生一個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)任務(wù)不必多做要求，只要求其做好、弄透這一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)就行，要其明白功能、原理、設(shè)計(jì)思路，制作成品。

三、結(jié)束語

“新工科”背景下，面對許多教師在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理課程施教過程中重理論而輕實(shí)踐、課程內(nèi)容單調(diào)的問題，提出了“理論指導(dǎo)實(shí)踐”的教學(xué)模式、兼容并包下“專業(yè)相關(guān)”的教學(xué)模式，以切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)符合“新工科”建設(shè)要求的高素質(zhì)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸國棟， 李拓. 新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑思考[J].高等工程教育研究， 2017（03）： 20-26.

[2]董玉冰， 李明晶. 新工科背景下混合式創(chuàng)新教學(xué)在數(shù)字電子課程中的應(yīng)用探索[J].長春大學(xué)學(xué)報(bào)， 2017（10）：117-120.

[3]曹婷，曹原.“新工科”背景下通信原理的課程優(yōu)化[J]. 價(jià)值工程， 2018（03）： 258-259.

作者簡介：

周天清，華東交通大學(xué)信息工程學(xué)院講師，博士。

趙軍輝，華東交通大學(xué)信息工程學(xué)院教授，博士。

董晶亮，華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院講師，博士。

李光輝，華東交通大學(xué)信息工程學(xué)院講師，博士。

李軒，華東交通大學(xué)信息工程學(xué)院講師，博士。