無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)與改革

吳向成 任先平 馮博文

[摘 要]針對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)技術(shù)課程涉及的前期課程比較多、課程復(fù)雜、學(xué)生基礎(chǔ)薄弱、教學(xué)較差的問(wèn)題，以學(xué)生為出發(fā)點(diǎn)，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提出了理論實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方案。依據(jù)學(xué)生能力的不同分組合作完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力，對(duì)課程的理論學(xué)習(xí)也有很大的提升。

[關(guān)鍵詞] 實(shí)驗(yàn)課程;分組合作;軟硬件結(jié)合

無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)以及無(wú)線(xiàn)通信和分布式信息處理等技術(shù)，能夠通過(guò)各種微型傳感器實(shí)時(shí)感知、監(jiān)測(cè)和采集環(huán)境中的信息，這些不同類(lèi)型的信息數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式發(fā)送。并且以自組織多跳的組網(wǎng)方式傳到用戶(hù)端，從而實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通。無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)技術(shù)課程作為自動(dòng)化和電信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課，在整個(gè)培養(yǎng)計(jì)劃中占有重要的地位，學(xué)好本課程對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)綜合性以及就業(yè)有著積極的作用。

一、目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

目前的教學(xué)模式主要以應(yīng)試教育為主，大部分高校重理論輕實(shí)踐導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)效果較差;無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)技術(shù)課程涉及前期課程比較多，學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，導(dǎo)致課程學(xué)習(xí)效果不好;傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備為無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱，單純的硬件條件已無(wú)法滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)中的能量管理、通信協(xié)議等實(shí)驗(yàn)的要求。

二、實(shí)驗(yàn)課程的安排

本院的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)安排在大四上學(xué)期，學(xué)生面臨就業(yè)和升學(xué)的壓力，學(xué)習(xí)興趣不高。為保證課程有效進(jìn)行，調(diào)整課程時(shí)間，學(xué)完前期課程后馬上開(kāi)展無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程，例如，該門(mén)課程可以安排在大三下學(xué)期，這樣不僅有利于該課程的教學(xué)深度，也有利于學(xué)生加深對(duì)前期課程的理解。

重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提升實(shí)驗(yàn)課時(shí)在整個(gè)課程中的學(xué)時(shí)比例。通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以更加直觀地感受和體會(huì)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的興趣，反過(guò)來(lái)加深對(duì)理論知識(shí)的理解。

致力于理論和實(shí)踐相結(jié)合，鑒于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的興趣不高，合理安排理論和實(shí)驗(yàn)的教學(xué)比例，整個(gè)課程的教學(xué)全部安排在實(shí)驗(yàn)室，教師在講理論知識(shí)后讓學(xué)生立馬投入實(shí)驗(yàn)，這樣學(xué)生可以直觀地加強(qiáng)理論知識(shí)的理解，提升教學(xué)效果。

三、師資隊(duì)伍建設(shè)

為使課程開(kāi)設(shè)更加完善，教師的綜合實(shí)力是根本。學(xué)生獲取知識(shí)最直接的渠道是教師，如果教師本身不具備扎實(shí)的學(xué)科知識(shí)能力，所培養(yǎng)的學(xué)生則無(wú)法掌握完備的知識(shí)結(jié)構(gòu)。由于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)是一門(mén)綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，研究方向較多，這就需要一批具有較強(qiáng)綜合研究能力的教師。高?？梢灾贫ㄒ惶淄晟频膶?shí)驗(yàn)教師培訓(xùn)體系，定期對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)培訓(xùn)。例如，在校內(nèi)可以通過(guò)教研組為單位展開(kāi)教師培訓(xùn)，校外則通過(guò)校企合作模式定期培訓(xùn)，形成“教學(xué)研”為一體的師資培訓(xùn)體系。還可以通過(guò)學(xué)生評(píng)價(jià)、同行評(píng)議等方式對(duì)任課教師做出正確的評(píng)價(jià)，促進(jìn)教師業(yè)務(wù)水平的提升。只有教師業(yè)務(wù)水平不斷提高，才能對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的改革起到促進(jìn)作用。

四、實(shí)驗(yàn)資源的配置

目前的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)多以實(shí)驗(yàn)箱為主，體積大、成本高，不適合學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)。鼓勵(lì)教師和學(xué)生自建平臺(tái)，適合于自主式學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的傳感器具有體積小的特點(diǎn)，這就可以為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供方便，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境允許的條件下，以實(shí)驗(yàn)?zāi)K的形式構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以在課后自主學(xué)習(xí)，這樣不僅可以增加學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，也可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

為了豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，課程的實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)軟件硬件結(jié)合的方式展開(kāi)。從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)到綜合實(shí)驗(yàn)的遞增開(kāi)展，最后到開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的增設(shè)，利用無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)箱或自制傳感器等硬件資源開(kāi)展節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)、通信、數(shù)據(jù)采集與處理、定位等實(shí)驗(yàn)。對(duì)于一些現(xiàn)有硬件條件無(wú)法做到的實(shí)驗(yàn)，可以通過(guò)軟件仿真實(shí)現(xiàn)，例如，使用VC++、Matlab等軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)模擬無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的部署以及拓?fù)?、通信協(xié)議的工作原理、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量管理等仿真。

五、合作式學(xué)習(xí)模式的建立

學(xué)生分工協(xié)作完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以提高學(xué)生的專(zhuān)項(xiàng)技能，增加團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。以遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)為例，本實(shí)驗(yàn)基于ZigBee協(xié)議組建無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)為溫濕度傳感器、可燃?xì)怏w傳感器、人體紅外傳感器等，被控制的對(duì)象為電機(jī)、風(fēng)扇、電燈等。本實(shí)驗(yàn)采用IT公司的CC2530芯片為核心的通用版，傳感器或被控對(duì)象通過(guò)杜邦線(xiàn)連接主板的IO接口。通過(guò)IAR分別對(duì)協(xié)調(diào)器、終端等進(jìn)行編程并下載到主板，通過(guò)ZigBee協(xié)議組建無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)組建網(wǎng)路和收集傳感器終端的數(shù)據(jù)并做出控制信號(hào)的下發(fā)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的雙向通信。作為遠(yuǎn)程控制，需要把協(xié)調(diào)器連接的PC機(jī)作為服務(wù)器端連接互聯(lián)網(wǎng)，PC端應(yīng)用程序或手機(jī)端應(yīng)用程序可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)以無(wú)線(xiàn)的方式訪問(wèn)控制傳感器節(jié)點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)涉及到無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)配置、PC端應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)、手機(jī)端應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)等，個(gè)體實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程比較復(fù)雜，可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行分組，不同的學(xué)生根據(jù)自己的專(zhuān)長(zhǎng)完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K。例如，硬件知識(shí)掌握較好的同學(xué)可以負(fù)責(zé)傳感器組網(wǎng)，懂得安卓開(kāi)發(fā)的同學(xué)負(fù)責(zé)手機(jī)端應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，懂得其他高級(jí)程序語(yǔ)言的同學(xué)負(fù)責(zé)PC端應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，最后各司其職地組裝成完整的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)試。

六、結(jié)論

無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)技術(shù)課程在自動(dòng)化和電信類(lèi)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中起著重要的作用，本文從現(xiàn)存問(wèn)題出發(fā)，基于實(shí)驗(yàn)課程安排、師資力量建設(shè)、實(shí)驗(yàn)資源配置以及合作式學(xué)習(xí)模式等方面的改革，并應(yīng)用到實(shí)踐中，在我校的教學(xué)過(guò)程中取得了一定的教學(xué)效果。

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