ZigBee技術在開放性實驗教學中的應用

李 洋，章 韻

（南京郵電大學 計算機學院 軟件學院，江蘇 南京 210046）

ZigBee技術在開放性實驗教學中的應用

李 洋，章 韻

（南京郵電大學 計算機學院 軟件學院，江蘇 南京 210046）

結合物聯網發展現狀與學生學習需求，文章論述了將ZigBee技術進行開放性實驗教學的必要性，介紹了由趣味實驗、基礎實驗、進階實驗以及綜合實驗項目組成的實驗教學體系，總結了學生在這種教學模式下取得的成果，為進一步改進教學模式提供了借鑒作用。

物聯網；ZigBee技術；開放性實驗教學；教學成果

實驗教學與理論教學是相輔相成的關系［1］，實驗課程是對理論課程的驗證過程，在這個過程中，學生將理論與實踐相結合，提高了動手能力和開發能力［2］，更系統地掌握了所學知識。而開放性實驗是針對傳統意義的實驗教學而言的，傳統實驗的目的與內容固定，而開放實驗是獨立于教學大綱之外，專門針對學生興趣以及社會需求，學生進行自主選擇，從而將實驗室設備充分利用，更好地提高學生的學習興趣。

物聯網四大關鍵領域包括RFID、傳感網、M2M以及兩化融合。ZigBee技術作為無線傳感網絡的一項重要技術標準［3］，它較多應用于物聯網中。針對通信技術熱點，開設基于ZigBee技術的開放性實驗教學，使各專業學生均有機會進行無線傳感器網絡技術的系統學習，提高學習興趣，增加就業實力。

1　ZigBee開放性實驗教學的必要性

1.1 傳統實驗教學弊端

實驗室是理論付諸實踐、激發學生創新思維、提高綜合能力的訓練場［4］。高校應當重點培養學生的創新、實踐以及適應社會需求的能力。

高校教學大綱是針對不同專業制定的，不同的專業擁有不同的課程，這就造成了軟硬不均衡的局面。偏硬專業的學生可以接觸到硬件以及軟件開發，基本擅長軟硬結合的項目，但是偏軟專業的學生只接觸軟件，導致其缺乏核心競爭力。

高校的教學大綱中，雖然大部分理論課程擁有一定量的實驗教學課時，但是相比于理論課程的課時，實踐環節遠遠不夠。實踐出真知，學生只有擁有充足的實踐機會，才能更牢固地掌握所學知識，并將它進行創新應用。

2　無線傳感器網絡發展前景

我國的物聯網白皮書歸納物聯網的概念為：物聯網是通信網與互聯網的拓展應用和網絡延伸，它利用感知技術與智能裝置對物理世界進行感知識別，通過網絡傳輸互聯，進行計算、處理和知識挖掘，實現人與物、物與物信息交互和無縫銜接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的。無線傳感器網絡組成物聯網的感知層，使用戶可以作為物聯網的基礎。無線傳感器網絡與通信技術和計算機技術共同構成信息技術的三大支柱，成為當下信息技術的發展熱點，同時也是就業熱點。

學生對ZigBee技術有著濃厚的興趣，由此可以看出開設這門開放性實驗教學的必要性。

3　開放性實驗教學體系架構

高校實驗室只有為學生提供適宜、充實的實驗項目，才能滿足學生的學習需求。針對不同年級、不同專業的學生開發適合他們知識結構的實驗項目，并在這個過程中循序漸進，分模塊教學，逐漸增加學習難度，最終達到知識的靈活運用。

3.1 ZigBee趣味開放實驗

趣味實驗是針對從未接觸過硬件設備專業的學生開設的，目的是通過這些趣味實驗提起學生對無線傳感器網絡的學習興趣。趣味實驗是向學生提供函數接口與架構，只需要學生填入相應的參數即可完成。實驗簡單有趣，又能對ZigBee模塊的多種寄存器有初步了解，方便其進入基礎實驗部分。

趣味實驗的進行，只需要學生輸入相應的一些設置，不必進行代碼改寫的過程，這樣就降低了對學生知識儲備水平的要求，達到了趣味實驗設立的初衷。讓沒有接觸過的學生感受到學習ZigBee的樂趣，明白科技服務于生活，生活也會因科技更加豐富多彩。

3.2 ZigBee基礎開放實驗

ZigBee的開發語言是C語言，ZigBee基礎實驗主要針對有軟件基礎的學生。基礎實驗設立的目的是讓學生熟練掌握ZigBee模塊的各個寄存器，增加學生的感性認識，加深理論知識的理解，為無線傳感器網絡的進一步學習夯實基礎。

3.3 ZigBee進階開放實驗

當學生有一定的硬件基礎后，為了滿足學生更強的學習欲望，特別為有一定ZigBee基礎的學生制定了進階開放實驗計劃，讓他們在相關組網實驗中得到相應的提高，進階開放性實驗的具體內容如表1所示。

表1　進階開放實驗

3.4 ZigBee綜合創新開放實驗

綜合創新開放實驗是基礎實驗與進階實驗的升華，完成的時間周期要長一些，針對學生需求與社會發展熱點進行的開放性實驗項目，由老師指導學生小組完成每個項目，具體開放實驗項目如表2所示。

表2　綜合創新開放實驗項目

序號項目名稱　項目內容2　無線定位系統無線傳感器網絡獲取環境中的甲醛含量、PM2.5含量、PM10含量、光照度、溫濕度以及煙霧報警系統，將數據寫入數據庫，登錄網頁查看動態信息無線傳感器網絡利用RSSI技術，對移動節點進行定位，顯示在PC機3　環境監測系統

3.5 ZigBee開放性實驗教學的成果

針對學生的不同基礎與需求開設開放性實驗項目受到學生的推崇。整個項目是在寓教于樂、循序漸進的過程中進行的。很多從未碰過硬件的學生，表現出了濃厚的興趣，他們也多有體會，硬件設計與學習并沒有他們想象得那么難，相反，其實比單純的軟件開發更有意思，硬件開發的現象更為直觀。

在整個過程中，學生不會再出現認知模糊等基礎問題，比如不了解寄存器到底是什么樣子，而是可以進行項目的研發。綜合創新實驗項目的開拓，還要靠師生一起努力。不僅如此，他們還學會了如何進行硬件測試，從一開始的有問題就提問，逐步發展為自助自發去分模塊測試，確定問題發生的原因，這也為他們以后的工作作了基礎儲備。

［1］陶為戈，錢志文，賈子彥，等.ZigBee無線傳感器網絡實驗教學體系研究與探索［J］.實驗技術與管理，2012（11）：163-165，175.

［2］王海波，孫青竹.提高實驗教學質量的探索與實踐［J］.實驗技術與管理，2011（7）：174-176.

［3］王文光，劉士興，謝武軍.無線傳感器網絡概述［J］.合肥工業大學學報：自然科學版，2010（9）：1416-1419.

4　結語

本文從趣味實驗、基礎實驗、進階實驗到綜合創新實驗，針對不同知識體系的學生設定適合他們的實驗項目，由淺入深，在不知不覺中，所有的同學都得到了鍛煉，取得了不同程度的提高，受到了不同專業同學的歡迎。開放性實驗教學提高了學生學習的主動性，培養了他們發現問題、解決問題的能力，掌握了通信技術熱點，教學效果顯著，達到了合理利用實驗設備，培養全面人才的目的。

The Application of ZigBee Technology in the Open Experiment Teaching

Li Yang， Zhang Yun
（School of Computer Science and Technology， School of Software，Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nangjing 210046， China）

Combined with the development of the Internet of things and learning needs of students， this paper discusses the necessity of ZigBee technology for open experimental teaching， and introduces a kind of experimental teaching system， composed of interesting experiments， basic experiments， advanced experiment and comprehensive innovation experiment， and summarizes the achievements of the students in this teaching mode， it provides a reference for the further improvement of teaching mode.

Internet of things； ZigBee； open experimental teaching； teaching achievement

李洋（1988— ），女，江蘇南京，碩士，助理實驗師；研究方向：無線傳感網，計算機通信。