無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)與課程體系構(gòu)建

摘 要：文章通過分析《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程現(xiàn)狀，構(gòu)建課程體系，提出面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案。以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)為依托，整合教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)方法，加強實踐環(huán)節(jié)教學(xué)，突出學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)，使學(xué)生具備進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域的基本能力。

關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng);無線傳感器網(wǎng)絡(luò);課程建設(shè);課程體系

中圖分類號：TP212.9;TN929;G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以計算機、通信、微電子等信息技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用廣泛，對技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展都產(chǎn)生了重要影響。2010年3月，教育部發(fā)布《關(guān)于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)申報和審批工作的通知》。隨后，我國有數(shù)百所大學(xué)申報和準(zhǔn)備試辦物聯(lián)網(wǎng)或傳感網(wǎng)專業(yè)，這反映出大學(xué)對新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的敏感和重視。同時，高校也面臨著如何建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)本科專業(yè)的嚴(yán)峻問題[1]。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)涉及到計算機、電子通信和自動化等多個領(lǐng)域[2]。學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)，要做到深刻掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的理論和工程設(shè)計方法是比較困難的。但如果能掌握其基本原理，熟悉應(yīng)用開發(fā)的基本方法，并進(jìn)行一些實驗操作，學(xué)生能夠有所收獲[3]。根據(jù)學(xué)院《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程教學(xué)實踐，分析課程特點，結(jié)合學(xué)生反饋，構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程體系，改革課程教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)目標(biāo)

遵循我校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的辦學(xué)定位，培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)人才。通過課程內(nèi)容設(shè)計，提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力，使學(xué)生具備進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域的基本能力。逐步完善無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程體系建設(shè)，創(chuàng)新理論教學(xué)與實踐教學(xué)模式，不斷探索面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)分析

《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》是一門物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的實踐性很強的新興課程，并且具有物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科的交叉特色與前沿性[4]。《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程大致包括：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述;討論傳感器網(wǎng)絡(luò)通信與組網(wǎng)的各層次協(xié)議與相關(guān)技術(shù);討論傳感器網(wǎng)絡(luò)定位、跟蹤與時間同步等支撐技術(shù);討論傳感器網(wǎng)絡(luò)安全的安全防護(hù)技術(shù);討論無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點操作系統(tǒng)及開發(fā)技術(shù);討論無線傳感器中間件體系結(jié)構(gòu)的中間件技術(shù);討論無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理的系統(tǒng)及技術(shù);討論物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù);討論無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計技術(shù);討論無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)等。

《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程內(nèi)容涵蓋面寬泛，從硬件設(shè)計到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上層應(yīng)用，跨越多個層次，給教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)帶來了挑戰(zhàn)。從當(dāng)前教學(xué)實踐看，《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》教學(xué)中仍然存在一些突出的問題。

教學(xué)大綱設(shè)計不合理。目前，課程教學(xué)大綱只是選擇面較寬泛，涵蓋了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)從硬件到軟件等多層次內(nèi)容，在有限的課時內(nèi)，無法教授有效的知識和技術(shù)。課程大綱應(yīng)結(jié)合學(xué)生特點，在知識選擇上突出重點。

教學(xué)資源匱乏。目前尚未出現(xiàn)同行一致認(rèn)可的《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》教材。已經(jīng)出版的教材，大多為科研論文節(jié)選編撰，部分內(nèi)容介紹不完整，教材內(nèi)容缺乏整體設(shè)計。科研論文內(nèi)容不適合直接作為本科生教材的章節(jié)內(nèi)容。教材內(nèi)容的連貫性和整體性差，對教學(xué)有一定的影響。相關(guān)參考資料以英文資料居多，學(xué)生學(xué)習(xí)參考資料有一定困難。

實驗設(shè)計與課程教學(xué)匹配度低。課程實驗大多選用實驗室設(shè)備配套案例，與課程教材沒有較好地結(jié)合。雖然實驗設(shè)備提供了大量實驗素材，但真正能用在實驗中的案例較少;還因為一些實驗設(shè)備提供商對教師的培訓(xùn)較少，或?qū)嶒炛笇?dǎo)書不規(guī)范等原因，導(dǎo)致實驗素材不能得到充分合理地應(yīng)用。

師資力量薄弱。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是新興專業(yè)，當(dāng)前沒有物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)畢業(yè)的教師。課程的學(xué)科交叉性，以及理論與實踐并重的要求，為教師開展教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)。本課程教師要經(jīng)過一系列的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，提升專業(yè)能力。同時，教師要積極關(guān)注國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展動態(tài)，廣泛閱讀國外書籍及相關(guān)文獻(xiàn)，提升自身教學(xué)水平。

3 課程建設(shè)與課程體系構(gòu)建

目前，高校在教學(xué)過程中，實踐教學(xué)越來越受到重視，以“培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、提高學(xué)生實踐素質(zhì)”為主線的思路得到很多高校教師的認(rèn)同[5]?！稛o線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程，理論性與實踐性較強，通過課程體系建設(shè)將知識點分解到各門相關(guān)專業(yè)課中，使學(xué)生通過學(xué)習(xí)各門專業(yè)課程培養(yǎng)實踐能力，提高實踐素質(zhì)。

我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)方案中已開設(shè)課程包含《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程的必要前驅(qū)、后繼課程。較典型的課程有：《傳感器與檢測技術(shù)》、《RFID技術(shù)與應(yīng)用》、《物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)》、《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》、《物聯(lián)網(wǎng)工程綜合實訓(xùn)》。在現(xiàn)有培養(yǎng)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行改革，建設(shè)《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程具有較好地基礎(chǔ)。《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程建設(shè)主要圍繞以下幾個方面展開。

3.1 修訂培養(yǎng)方案，優(yōu)化教學(xué)大綱

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更新速度快，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，各種應(yīng)用需求也在隨著技術(shù)更新而變化。為配合建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，修訂物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)方案，逐步建設(shè)形成了物聯(lián)網(wǎng)課程體系，專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課開課順序逐步趨于合理。教學(xué)大綱內(nèi)容要逐步優(yōu)化，適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)需求?！稛o線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心課程，課程內(nèi)容涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的各個層面，涉及到硬件與軟件的各個層次。結(jié)合本校學(xué)生特點，確定了我?！稛o線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程教學(xué)大綱，突出應(yīng)用性，教學(xué)內(nèi)容做了相應(yīng)的調(diào)整。硬件設(shè)計相關(guān)內(nèi)容在微機原理與接口技術(shù)、單片機原理課程中學(xué)習(xí);數(shù)據(jù)管理、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容重點放在物聯(lián)網(wǎng)工程綜合實訓(xùn)中學(xué)習(xí)。通過調(diào)整，使各門專業(yè)課在有限學(xué)時內(nèi)聚焦重點內(nèi)容。

3.2 設(shè)計課程教案，整合教學(xué)資源

在教學(xué)實踐中，逐步總結(jié)學(xué)生的特征及學(xué)習(xí)規(guī)律。依據(jù)大綱的教學(xué)范圍，設(shè)計符合學(xué)生特點的教學(xué)方案。對于每個章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用背景，加強或弱化講述，讓學(xué)生最大程度地掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)核心知識。不斷優(yōu)化教學(xué)方案，針對教學(xué)內(nèi)容特征，優(yōu)化教學(xué)方法，增強教學(xué)效果。

經(jīng)過兩年的持續(xù)建設(shè)，利用藍(lán)墨云班課建成了《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》在線資源共享課程，將大綱、視頻、課件、作業(yè)及習(xí)題、參考資料等上傳至在線課程，供學(xué)生學(xué)習(xí)下載，能夠幫助學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容。通過整合教學(xué)資源，可以有效彌補教材與參考資料的不足，為學(xué)生提供有效的學(xué)習(xí)資源。近兩屆學(xué)生實行線上線下相結(jié)合教學(xué)。

3.3 實驗設(shè)計

課程實驗共設(shè)計4個綜合實驗，強化課堂教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力。圍繞教學(xué)大綱與理論教學(xué)內(nèi)容，更新實驗內(nèi)容，優(yōu)化實驗案例。重點進(jìn)行實驗案例設(shè)計，為學(xué)生提供典型的實驗案例，與教學(xué)內(nèi)容緊密關(guān)聯(lián)。完成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗指導(dǎo)書，實驗指導(dǎo)書及其配套實驗案例共享于在線課程。

3.4 教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)

經(jīng)過整合師資，整合光電、機械、電子、計算機學(xué)科教師加入教學(xué)團(tuán)隊，促進(jìn)學(xué)科交叉融合，解決專業(yè)課跨學(xué)科問題。經(jīng)過多學(xué)科教師組合及現(xiàn)有教師師資培訓(xùn)，初步形成了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊，為《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程前驅(qū)課與后續(xù)課程提供了有力保障。

3.5 教學(xué)效果

課程取得了一定的成績，在學(xué)生競賽、就業(yè)、開發(fā)創(chuàng)新項目方面有一定成績。2016屆畢業(yè)生44人，其中33人畢業(yè)設(shè)計選題與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)及感知技術(shù)有關(guān)。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生在“藍(lán)橋杯”全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽、互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等競賽上取得了較好成績。

4 結(jié)語

課程建設(shè)中，以培養(yǎng)具有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)能力的應(yīng)用型人才為目標(biāo)，針對課程特點及存在的問題，系統(tǒng)修改了人才培養(yǎng)方案和課程教學(xué)大綱。通過構(gòu)建《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程體系，解決課程跨學(xué)科、難度大、內(nèi)容廣等問題。利用在線課程平臺，整合教學(xué)資源，進(jìn)行線上線下混合模式教學(xué)。設(shè)計實驗，加強實踐環(huán)節(jié)教學(xué)，提升學(xué)生實踐能力。整合多學(xué)科教師，以教學(xué)團(tuán)隊完成跨學(xué)科專業(yè)課程教學(xué)。經(jīng)過兩屆課程教學(xué)實踐表明，該方案取得了一定效果，在學(xué)生競賽、就業(yè)、開發(fā)創(chuàng)新項目方面有一定成績。目前，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)發(fā)展迅速，教學(xué)改革應(yīng)緊跟行業(yè)發(fā)展，教師將在以后的教學(xué)實踐中總結(jié)經(jīng)驗，不斷完善。為進(jìn)一步開展教學(xué)研究，為培養(yǎng)具有綜合創(chuàng)新能力的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)人才奠定基礎(chǔ)。

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