《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程實(shí)踐教學(xué)方法研究

郭家榮　王海軍

【摘 要】物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)傳感網(wǎng)絡(luò)、硬件工程設(shè)計(jì)等課程的基礎(chǔ)。該課程涉及的通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)眾多，課程內(nèi)容枯燥，難于理解，實(shí)踐性較強(qiáng)。為了讓學(xué)生更好地理解基礎(chǔ)的理論知識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，本文對(duì)該課程的實(shí)踐教學(xué)方法做了研究與探討。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng);物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù);教學(xué)方法;實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)： TP391.44-4;TN929.5-4;G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）34-0147-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.34.067

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用感知識(shí)別、通信、電子和計(jì)算機(jī)等技術(shù)，構(gòu)造了一個(gè)覆蓋世界上萬(wàn)事萬(wàn)物的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)解決的是具有智能的物體在局域或者廣域范圍內(nèi)信息可靠傳遞，讓分處不同地域的物體能夠協(xié)同工作。也就是在物聯(lián)網(wǎng)中，通信技術(shù)扮演著非常重要的角色。物聯(lián)網(wǎng)中的信息是由通信網(wǎng)來(lái)承載的，這是物聯(lián)網(wǎng)具有電信承載網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和延伸，因此，物聯(lián)網(wǎng)中所采用的通信技術(shù)以承載數(shù)據(jù)為主，具有數(shù)據(jù)通信的概念。物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程是一門以物-物互聯(lián)為主線，涵蓋了現(xiàn)代通信技術(shù)，具有豐富的技術(shù)內(nèi)涵，包含傳輸、交換、有線、無(wú)線等通信技術(shù)多個(gè)方面的課程[1-2]。物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程培養(yǎng)目標(biāo)要求學(xué)生對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的相關(guān)知識(shí)和技能，包括基本原理和關(guān)鍵技術(shù)等必須掌握，同時(shí)具備依據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇選擇通信技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的能力[3]。目前，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，課程系統(tǒng)全面的介紹了近距離無(wú)線通信技術(shù)、中遠(yuǎn)距離無(wú)線通信技術(shù)、移動(dòng)通信、電信網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)及異構(gòu)網(wǎng)通信技術(shù)等。課程內(nèi)容主要涉及技術(shù)概述、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)體系及關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容，內(nèi)容枯燥乏味、難于理解，同時(shí)需要較多的實(shí)踐理解教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。學(xué)生如果對(duì)該課程內(nèi)容模糊，缺乏實(shí)踐，將會(huì)直接導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)后續(xù)課程無(wú)法深入理解、掌握[3]。實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的關(guān)鍵階段[4]。而物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程教學(xué)中一直堅(jiān)持課堂理論教學(xué)為主，實(shí)踐教學(xué)為輔的形式，也就是把實(shí)踐教學(xué)作為理論教學(xué)的一個(gè)補(bǔ)充環(huán)節(jié)。這種重理論輕實(shí)踐，重知識(shí)輕能力的教學(xué)方法導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)踐能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力達(dá)不到預(yù)期的培養(yǎng)效果。本文針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程的實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行研究和探討，找到適合物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程的實(shí)踐教學(xué)方法，以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合應(yīng)用能力。

1 物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.1 物聯(lián)網(wǎng)通信課程特點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心課程，具有豐富的通信技術(shù)內(nèi)涵，包含傳輸、交換、有線、無(wú)線等通信技術(shù)多個(gè)方面。教材內(nèi)容多涉及到多種無(wú)線通信技術(shù)，例如近距離通信技術(shù)中的RFID、藍(lán)牙、NFC及ZigBee等技術(shù)，互聯(lián)領(lǐng)域的無(wú)線通信技術(shù)WiFi、WiMAX等，移動(dòng)通信領(lǐng)域的無(wú)線通信及技術(shù)3G、4G等。這些無(wú)線通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容繁多，枯燥乏味，難于理解，需要大量的實(shí)踐操作才能掌握技術(shù)精髓和具有應(yīng)用、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

1.2 重理論輕實(shí)踐

目前，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程教學(xué)中一直堅(jiān)持課堂理論教學(xué)為主，實(shí)踐教學(xué)為輔的形式，也就是把實(shí)踐教學(xué)作為理論教學(xué)的一個(gè)補(bǔ)充環(huán)節(jié)。實(shí)踐環(huán)節(jié)只有課內(nèi)驗(yàn)證性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，還沒(méi)有相關(guān)的課程設(shè)計(jì)及綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)踐。同時(shí)，相對(duì)于理論課時(shí)，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課時(shí)只占很少的課時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足課程內(nèi)容的實(shí)踐需求。結(jié)果，這種重理論輕實(shí)踐，重知識(shí)輕能力的教學(xué)方法導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)踐能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力達(dá)不到預(yù)期的培養(yǎng)目標(biāo)。

1.3 學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃

目前，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程的教學(xué)仍然以傳統(tǒng)的灌輸方式為主，即老師教，學(xué)生聽(tīng)的形式。前述本課程內(nèi)容多是針對(duì)各種通信技術(shù)的工作原理及關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，需要大量的實(shí)踐來(lái)理解課程內(nèi)容。如果只有老師在課堂上不斷講解課程內(nèi)容，學(xué)生無(wú)法對(duì)眾多的內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證和應(yīng)用，也就無(wú)法把聽(tīng)到的知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用連接起來(lái)，就很難理解和掌握課程內(nèi)容，從而就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課堂聽(tīng)課失去興趣，教學(xué)效果也不理想。

2 實(shí)踐教學(xué)改進(jìn)

2.1 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容難度進(jìn)階式安排

當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)安排著重強(qiáng)調(diào)課堂理論知識(shí)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，主要針對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)的消化。結(jié)果，學(xué)生雖然掌握課堂的理論知識(shí)，但是卻不具有解決實(shí)際問(wèn)題的能力。學(xué)到的知識(shí)、技術(shù)不知道如何在實(shí)際問(wèn)題中應(yīng)用。實(shí)踐教學(xué)的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，能把所學(xué)知識(shí)得以應(yīng)用。因此，在物聯(lián)網(wǎng)通信實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)循序漸進(jìn)的安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生按照先學(xué)會(huì)課堂知識(shí)、接著解決包含幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)的一個(gè)小項(xiàng)目，然后解決包含綜合知識(shí)點(diǎn)的項(xiàng)目，最后解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。這樣，學(xué)生能力進(jìn)階地培養(yǎng)起來(lái)，具有了能夠運(yùn)用所學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而達(dá)到了理想的教學(xué)效果。實(shí)踐內(nèi)容可以體現(xiàn)為課堂實(shí)驗(yàn)，包括驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，主要針對(duì)階段性的知識(shí)點(diǎn);然后是課程設(shè)計(jì)，針對(duì)綜合性的知識(shí)點(diǎn)。最后把項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用于教學(xué)中，所選則的項(xiàng)目要能體現(xiàn)整個(gè)技術(shù)知識(shí)的應(yīng)用，專注于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.2 確保實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及手段的先進(jìn)性

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求學(xué)生不僅掌握物聯(lián)網(wǎng)各種通信技術(shù)的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)，而且要培養(yǎng)學(xué)生依據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇通信技術(shù)進(jìn)而設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的能力。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容要與時(shí)俱進(jìn)，既能體現(xiàn)現(xiàn)代企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中使用的通信技術(shù)，又能體現(xiàn)當(dāng)前正在研究開(kāi)發(fā)中并應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)中的通信技術(shù)。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容應(yīng)積極引用與物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相關(guān)的先進(jìn)知識(shí)，體現(xiàn)當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)要以驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、綜合性、實(shí)用性為主。實(shí)踐教學(xué)手段的先進(jìn)性對(duì)于促進(jìn)產(chǎn)生較好的實(shí)踐教學(xué)效果有著重要作用。因此，實(shí)踐教學(xué)中要積極鼓勵(lì)老師采用先進(jìn)的教學(xué)手段。

2.3 使用案例教學(xué)法

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本身是一個(gè)應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)。而物聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù)是現(xiàn)代通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用，最后構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。例如，NFC技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)、RFID、WiFi技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)等。這些通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。例如，智能家居系統(tǒng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)、智能物流管理系統(tǒng)、高速ETC系統(tǒng)、智能交通監(jiān)控系統(tǒng)等。我們以醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)為例，這個(gè)系統(tǒng)涉及到的通信技術(shù)主要是近距離通信技術(shù)ZigBee技術(shù)和通用分組無(wú)線傳輸技術(shù)。在講述無(wú)線通信技術(shù)知識(shí)時(shí)，可以把這個(gè)實(shí)例系統(tǒng)引入到課堂上，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，講解ZigBee技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼瓣P(guān)鍵技術(shù)知識(shí)。這樣，把實(shí)際案例與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，同時(shí)提高物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)用能力。課后，基于該案例，讓學(xué)生基于某個(gè)點(diǎn)去實(shí)踐，例如基于ZigBee技術(shù)節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的實(shí)踐，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行通信的實(shí)驗(yàn)。再講到移動(dòng)領(lǐng)域的無(wú)線通信時(shí)，又可以把這個(gè)案例中的通用分組無(wú)線傳輸技術(shù)放在課堂上講，同時(shí)對(duì)應(yīng)把ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)送到后臺(tái)數(shù)據(jù)中心的實(shí)踐內(nèi)容。最后，讓學(xué)生基于前述的實(shí)驗(yàn)積累做一個(gè)簡(jiǎn)化的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)。這樣學(xué)生就具備了解決實(shí)際問(wèn)題的能力。選擇案例時(shí)要結(jié)合教學(xué)目標(biāo)中的知識(shí)點(diǎn)。

2.4 開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室

對(duì)于實(shí)踐性較強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程來(lái)說(shuō)，需要大量的實(shí)踐才能掌握課程知識(shí)，達(dá)到培養(yǎng)方案的目標(biāo)要求。由于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程內(nèi)容較多，課堂上能安排的課時(shí)是有限的，大量的實(shí)踐需要學(xué)生在課外完成。也就是學(xué)生需要利用課外時(shí)間完成對(duì)應(yīng)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)。這就要求實(shí)驗(yàn)室在課外開(kāi)放給學(xué)生。這樣學(xué)生不僅可以在課外時(shí)間鞏固和完成課堂上老師要求的實(shí)踐內(nèi)容，還可以根據(jù)自己的能力設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，做進(jìn)一步的深入的研究和學(xué)習(xí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題提出了改進(jìn)措施即實(shí)踐內(nèi)容難度遞階進(jìn)行、確保教學(xué)內(nèi)容與手段的與時(shí)俱進(jìn)和采用案例教學(xué)法。

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