祝玉軍

摘 要：針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程知識(shí)點(diǎn)講解難、原理演示難和案例應(yīng)用難的問(wèn)題，提出一套無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)方法，包括課前知識(shí)探究、比較講解、仿真演示和創(chuàng)新案例設(shè)計(jì)等方法。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；課堂教學(xué)方法；創(chuàng)新案例；比較講解

文章編號(hào)：1672-5913（2017）05-0066-03

中圖分類號(hào)：G642

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展，目前被正式列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一[1]。近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)在全國(guó)很多高校開(kāi)設(shè)，但是作為一個(gè)新興專業(yè)，有其獨(dú)有的特征，如知識(shí)范圍涵蓋廣等。對(duì)于其專業(yè)課程教學(xué)特別是像無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）這類核心課程更需要在教學(xué)方法、教學(xué)思路上進(jìn)行改革和

創(chuàng)新[2]。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的地位

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)在全國(guó)很多高校開(kāi)設(shè)，培養(yǎng)方案和課程體系可能有差別，但無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般會(huì)被設(shè)置成核心課程或必修課程[3]。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一門理論性和實(shí)用性都較強(qiáng)的課程，多學(xué)科高度交叉，知識(shí)點(diǎn)涵蓋范圍廣，在課堂教學(xué)上對(duì)教師的要求較高，需要學(xué)生掌握的內(nèi)容也較多和復(fù)雜[4]。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中存在的問(wèn)題

（1）知識(shí)點(diǎn)講解難，知識(shí)點(diǎn)涵蓋了傳感器、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)與通信、分布式信息處理等技術(shù)，在課堂講解中，學(xué)生對(duì)于不熟悉的知識(shí)點(diǎn)往往覺(jué)得晦澀難懂，最終放棄聽(tīng)講。

（2）原理演示難，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中很多原理在課堂教學(xué)中較難演示，學(xué)生只能在理論上接受，不能建立形象化理解。

（3）案例應(yīng)用難，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在很多領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，但學(xué)生往往難以找到突破口，不能很好的將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用在實(shí)際需要中，一方面是不善于尋找需求，另一方面是對(duì)所學(xué)知識(shí)不能夠融會(huì)貫通，舉一反三。

3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方法探討

3.1 課前知識(shí)探究

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生需要有較廣的知識(shí)面和較深的專業(yè)技能，課上所學(xué)內(nèi)容是有限的，需要學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行廣泛涉獵，但往往他們又是迷茫的，不知從何學(xué)起以及學(xué)些什么?！罢n前知識(shí)探究”是建立教師引導(dǎo)性的知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，教師抽取出下次課堂教學(xué)中的前提內(nèi)容，即學(xué)生需要提前了解的內(nèi)容，讓學(xué)生進(jìn)行探究。學(xué)生憑借已有的知識(shí)、生活經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)方法自主探索，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)好課程的信心。最后以多種形式進(jìn)行總結(jié)匯報(bào)，如寫成科技綜述、PPT課堂匯報(bào)等。這種預(yù)習(xí)不再是單純?yōu)檎莆罩R(shí)和技能的學(xué)習(xí)活動(dòng)，而是為了學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和提升。

主要過(guò)程如下：教師布置任務(wù)，多以“主題”形式展現(xiàn)；學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)進(jìn)行獨(dú)立思考；學(xué)生通過(guò)知網(wǎng)、百科、文庫(kù)、技術(shù)論壇等網(wǎng)絡(luò)資源庫(kù)進(jìn)行更全面的信息獲??；形成匯報(bào)文件，以PPT講稿呈現(xiàn)；課堂10分鐘講解。

比如在學(xué)習(xí)“傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)”前，讓學(xué)生提前總結(jié)整理“數(shù)據(jù)融合”的概念由來(lái)、發(fā)展歷程、工作原理以及應(yīng)用等信息，下次課堂講解預(yù)留10分鐘讓學(xué)生通過(guò)PPT進(jìn)行演示講解。課前知識(shí)探求充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，同時(shí)也鍛煉了分析、總結(jié)能力和基本的科學(xué)素養(yǎng)。學(xué)生通過(guò)這種探求方式獲取的知識(shí)要比教師直接課堂講授掌握得更牢固、更深刻。

3.2 比較講解法

比較講解法不是一個(gè)普遍適用的方法，但對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)有著獨(dú)特的良好效果，主要原因是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在層次結(jié)構(gòu)、知識(shí)框架以及應(yīng)用特征上都具有參照性，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)又是學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的、較為熟悉的課程。教師在講解中通過(guò)比較突顯所需掌握知識(shí)的特征、難點(diǎn)和重點(diǎn)。主要過(guò)程如下：①通過(guò)比較法引入新概念，有些概念間有許多相似之處，了解一些概念之后，另一些概念可用比較法引入，使教學(xué)難度降低，并能把規(guī)律揭示出來(lái)；②通過(guò)對(duì)比圖或者表講解異同，幫助學(xué)生理解兩者的差別，深化記憶。

如圖1所示是開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)參考模型（OSI）和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型的對(duì)比圖。在協(xié)議、安全以及應(yīng)用等各個(gè)方面都可以通過(guò)比較講解法進(jìn)行課堂教學(xué)。

通過(guò)比較學(xué)習(xí)會(huì)發(fā)現(xiàn)很多知識(shí)有相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，若不去比較，可能會(huì)把相關(guān)知識(shí)的概念、原理、現(xiàn)象等混為一談，這不利于對(duì)知識(shí)進(jìn)行深刻理解和準(zhǔn)確應(yīng)用；善于比較則可以抓住知識(shí)的本質(zhì)特征和知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，從而達(dá)到準(zhǔn)確理解、記憶和應(yīng)用知識(shí)的目的。

3.3 仿真演示法

WSN是一門實(shí)用型課程，在課堂上需要形象、立體地向?qū)W生展示所學(xué)知識(shí)，比如數(shù)據(jù)是如何在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)?，路由方式是怎樣的。在課堂上只是講解路由協(xié)議或者算法，學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解不深刻。仿真演示可激發(fā)學(xué)生求知欲望，提高學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)求知欲。我校使用了ATOS-SensorSim無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)，如圖2所示。

它是一款功能強(qiáng)大、配置簡(jiǎn)便的WSN專業(yè)模擬系統(tǒng)，具備算法過(guò)程演示、算法分析和調(diào)試等功能，通過(guò)配置參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)條件下的算法自動(dòng)運(yùn)行、運(yùn)行過(guò)程顯示、實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖自動(dòng)生成。

通過(guò)模擬演示，學(xué)生直觀了解WSN的組織結(jié)構(gòu)、傳輸過(guò)程及算法應(yīng)用等；學(xué)生也可以驗(yàn)證自己所寫的路由算法，并對(duì)結(jié)果自動(dòng)分析，這種仿真演示法極大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)興趣。

3.4 創(chuàng)新案例設(shè)計(jì)

創(chuàng)新案例設(shè)計(jì)教學(xué)法是讓學(xué)生主動(dòng)觀察生活中的細(xì)節(jié)，提煉業(yè)務(wù)需求，自主設(shè)計(jì)基于WSN的解決方案。在課堂中每講解一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，就讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用在自己設(shè)計(jì)的案例中，具體的設(shè)計(jì)實(shí)施在實(shí)驗(yàn)課中完成，整個(gè)過(guò)程教師給予指導(dǎo)和重要知識(shí)講解。

基本過(guò)程如下：學(xué)生在具有一定知識(shí)儲(chǔ)備后提出創(chuàng)意設(shè)計(jì)思路；教師幫助確定設(shè)計(jì)思路的可行性；學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)后將知識(shí)應(yīng)用到創(chuàng)意設(shè)計(jì)中，完成文檔編寫或編碼；學(xué)生課堂講解知識(shí)在自己設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；提交最終設(shè)計(jì)方案。

比如設(shè)計(jì)“基于WSN的智能家居系統(tǒng)”，在學(xué)習(xí)WSN的物理層概念、主要技術(shù)以及設(shè)計(jì)方法后，學(xué)生基本能給出他所要設(shè)計(jì)的家居系統(tǒng)的物理層解決方案，采用哪種介質(zhì)傳輸，哪些設(shè)備并給出原因和性能說(shuō)明。每次課會(huì)抽取1～2個(gè)學(xué)生對(duì)自己的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行講解。

通過(guò)創(chuàng)新案例設(shè)計(jì)法，建立學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的能力和知識(shí)運(yùn)用能力。在經(jīng)歷過(guò)初期的掙扎和迷茫后，大部分學(xué)生都能認(rèn)真、順利地完成設(shè)計(jì)。重要的是通過(guò)這個(gè)過(guò)程，學(xué)生能充分理解一個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)生流程，從需求分析、框架設(shè)計(jì)、軟硬件選擇到子部件的設(shè)計(jì)、集成、測(cè)試等讓學(xué)生深入了解每個(gè)環(huán)節(jié)的工作以及差異，也為將來(lái)走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié) 語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是新興專業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)課程的教學(xué)應(yīng)該有其獨(dú)特性和創(chuàng)新性，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門重點(diǎn)課程，更要提高課堂教學(xué)效率。我們提出的包含課前知識(shí)探究、比較講解、仿真演示和創(chuàng)新案例設(shè)計(jì)等4部分的WSN課堂教學(xué)方法應(yīng)用在大學(xué)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的課堂教學(xué)中，取得良好的教學(xué)效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率大大提高。通過(guò)課堂教學(xué)+實(shí)驗(yàn)課實(shí)踐后的成果參加多項(xiàng)國(guó)家級(jí)、省部級(jí)物聯(lián)網(wǎng)競(jìng)賽并取得優(yōu)異成績(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王靖淇， 沈海， 常狀. 智能物聯(lián)，芯系未來(lái)—英特爾助力物聯(lián)網(wǎng)教育創(chuàng)新[J]. 計(jì)算機(jī)教育， 2015（13）：109-110.

[2] 傅騫. 從優(yōu)化管理到促進(jìn)創(chuàng)新—物聯(lián)網(wǎng)教育應(yīng)用目標(biāo)發(fā)展概述[J]. 中國(guó)電化教育， 2014（11）：69-73.

[3] 張務(wù)農(nóng). 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展圖景中的教育變革與挑戰(zhàn)[J]. 教育發(fā)展研究， 2015（17）：21-26.

[4] 黃旭， 蔣云良， 顧永跟. 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)中多學(xué)科融合的探索與實(shí)踐[J]. 高等工程教育研究， 2016（2）：86-90.

（編輯：郭田珍）endprint