《無線傳感網絡》課程的教學模式研究與探索

李孟，周榮艷

（南陽理工學院,南陽 473004）

0 引言

《無線傳感網絡》這門課程不僅僅是物聯網專業的核心課程，也是其他信息科學領域專業的熱門選修課。如何組織好《無線傳感網絡》這門課程的教學，對于培養適應“工業4.0”背景下的新型復合型人才具有重要的意義。而現有的《無線傳感網絡》課程的教學模式仍然存在諸多問題。例如，課程教學內容更新不及時，教材陳舊；在整個課程體系的課程安排中實踐環節所占比重較輕，未得到應有的重視；實踐課程內容單一枯燥，多以驗證性實驗為主，難以提起學生學習的積極性和興趣。針對如上這些問題，必須要對《無線傳感網絡》這門課程的教學模式進行研究和探索，對現有教學模式進行改革，以培養適合新經濟、新時代的“新工科”人才。

1 具體實施

1.1 教學模式——實踐教學實戰模式

改進傳統的教學模式，對教學內容、實驗指導書等進行改革，加重實踐教學在整個課程佳教學中的課時量和權重，從而實現國際化、復合型、實用性人才培養的目標。

物聯網專業不同于計算機科學與技術專業，本專業更側重于對工程型人才的培養。另外，從技術角度來進行考慮，物聯網專業正處于不斷發展不斷變化的上升階段，所以在無線傳感網絡的教學過程中，還需要不斷適應技術發展的節奏，在保留原教材的必要理論知識基礎上，順應時代的發展，與時俱進對課程體系、知識體系做出調整，對教學過程中的實驗實踐教學進行改革，以項目為驅動，側重具體的實踐環節，讓學生學習到前沿的、有助于學生發展的科技與技能。

由于物聯網行業近幾年來處于高速發展的黃金時期，與之相對于的培養行業專業人才的物聯網專業是以“計算機+”專業為例，派生出來的新工科專業，它既具有“計算機類”專業的大多數特點，又具有交叉學科融合后形成的新工科專業自身的一些顯著特點。新專業的出現，一方面適應了技術和經濟的快速變化，另一方面對知識體系的構建提出了新的挑戰。由于物聯網及其相關行業的發展迅速，對人才的要求更高。

實踐教學對于適應新市場進行形式下的社會實踐能力、工程設計能力的提高尤為迫切和重要。同時學生的實踐能力的培養也是循序漸進的，所以在對實踐教學體系中最基本的實驗教學環節，是培養學生實踐能力的重中之重。無線傳感網絡作為一門實踐性較強的課程，在教學過程中可采用項目式導入的教學方法，將理論知識融入到項目教學過程中去，通過課程實訓的方式，將學生分組進行實踐。在實踐教學過程中，學生可以自由組建適合自己的項目小組，由教師給定項目的題目和范圍。在項目實施過程中，教師作為組織管理方對項目的開發組織進行管理。

采用項目導向式實踐教學，加強實驗教學過程中的實踐性環節教學，能夠幫助學生在進行實踐的過程中將學生學到的理論知識由理性認識上升到感性認識，增強其創新意識。

1.2 教學環節設計

采用項目驅動式教學，以學生組隊為主要完成項目團體、每個小組成員協同合作項目進行課程實現。參照可行性高、實用性強的實驗項目及相關企業公司用戶的無線傳感網絡開發過程，進行項目式實踐教學。具體做法如下：

（1）每個班級按照項目組進行分組，每個學生都可選擇自愿組隊，一般每組人員在4-6個左右；

（2）每個項目組在選定題目之后，按照對題目的熟悉程度和相關先驗知識的了解程度來選擇自己小組的項目負責人，由項目負責人對整個小組的工作進行分工，通過小組討論的方式選定自己負責的項目內容，在對工作進行分配時，必須要遵循“自主、自愿、平等、互助”的原則。同時，項目負責人要對整個項目的工期、成本、實驗設備、預期完成目標等內容進行分析，形成項目的“可行性研究報告”，制定“項目實施計劃”。

（3）項目開發的過程中，必須按照將實施具體流程和工作要點逐一列出，對于每一個時間節點每個小組成員需要完成的工作量和進展情況都必須明確。

（4）每個項目小組都必須按照給定的項目對自己負責的內容進行實施，包括在對節點布局時的傳感器節點類型的選材要做到有據可依，節點的最優布局評價標準是什么，無線傳感網絡的拓撲結構如何進行設計。將理論知識與實際應用相結合，以項目為導向培養學生的工程創新能力和適應變化能力。

具體的安排如下：

（1）選題（第1-2周）

以每個項目小組為單元，結合小組成員的先驗知識與能力，選定項目課題，在經過教師合理調整后對題目內容進行確定。在這一階段中教師的主要作用是對小組選擇題目進行篩查和調整，確保題目既能結合教學與科研的實踐情況，又能結合市場經濟發展的實際應用，反映新技術，從而獲得較好的工程設計實踐效果。

（2）需求分析（第3-6周）

在對項目課題了解的前提下，進一步對項目小組所要完成具體內容進行更深入的調查和研究之后。寫出可行性分析報告、系統需求模型等。項目負責人按照小組成員對項目的熟悉程度對成員進行分工，按照需求寫出研究報告。本階段末進行需求方案評審。

（3）系統設計（7-15周）

系統設計部分分為兩個階段進行：總體設計和詳細設計。

總體設計：確定系統的總體設計方案；建立軟件系統的體系結構，完成系統的模塊化，建立系統的總體設計流程圖。

在本階段需要對總體設計的方案和內容進行評審，其重點是對系統模型和模塊化設計的考核，采用答辯式的評審方法，主要通過教師打分和各個項目小組的成員進行互相打分來進行。

（4）測試與完成文檔（第16-17周）

在完成相應的模塊功能之后對軟硬件的具體設計實現后，要對系統的各個部分進行功能測試和綜合測試。要求滿足項目可行性方案中的個各項技術指標。在測試過程中，應事先制定測試方案，并將測試所得所有數據和用例進行保留，以便后期維護和數據保存，最終要完成測試報告。

（5）驗收測試

將每個項目小組所設計系統進行驗收，包括對系統功能的驗收和相關文檔的整理驗收，此部分主要由教師來完成，項目小組成員協同項目負責人提供系統的功能驗收和文檔的提交。

1.3 項目的選擇

項目選擇對于每個開發小組來說都是極其重要的內容，“興趣是最好的老師”，對于項目組的成員來講，若是對某一主題的項目內容不感興趣，從而也不能調動小組成員的學習積極性和主觀能動性，對項目負責人來講，也很難調動組員參與項目工作的激情，這種情況下對項目的實施是極為困難的。基于此，每個項目小組的的項目課題必須要由小組成員共同決定，同時也能夠調動小組成員之間相互協調工作的積極性。

同時，選擇一個新穎、有創新性的課題也必須要有一定的專業領域知識作為鋪墊，這也在一定程度上調動了小組成員自己查資料、在篩選項目課題的同時有意或者無意間增加了自己對本門課程知識點的學習。隨著對所選課題內容的限定，涉及的專業知識可以使得需求范圍進一步縮小，需求更加明確，同時可能會有比較多的現有系統進行參考。由于項目組的課題主要目的是出于訓練，所以選擇范圍需要盡可能的小，系統本身涉及的內容不需要特別多，本身的功能也不用很強大，主要是對無線傳感網絡的各個環節盡可能地去熟悉和掌握。

項目導向式為主的課程設計要求項目小組的成員能夠將《無線傳感網絡》這門課中學到的基本原理和方法相結合應用到具體的工程實踐開發和設計中。根據對應用型本科院校“新工科”人才的培養要求，在項目的選擇中，具體內容有以下幾個方面：

（1）強調系統的完整性

依據系統的可行性來進行項目的設計與安排是保證項目實施行之有效的方法。要將一個項目課題當作一個完整的工作任務來看待，一步一腳印的進行，任何一個環節都不可疏忽與遺漏，從而積累開發大工程的經驗和方法。

（2）強調系統的明確性

對于項目課題的選擇要明確系統要達成什么樣的功能，進一步的有各項技術指標與個模塊功能要求，具體細節還有可能包括一些節點喚醒時延、無線傳感網絡的生存周期、各類傳感器的量測精度等要求。

（3）強調文檔的完整性

文檔是程序開發，軟硬件設計維護與試用有關的圖文資料，它是系統設計中的重要組成部分，同時也是下一階段實施的重要技術依據。所以，在項目組的工作過程中要重視對文檔內容的整理和歸納，同時，這也為學生日后走上工作崗位，進行相關工作時培養良好的工作習慣打下基礎。

1.4 考核方法

無線傳感網絡這門課程是一門實踐性較強的課程，其考核方式及評分標準也應該在項目驅動式教學方法的改革下進行相應的改變。

考核成績為提交的課程設計報告和該課程的最終期末考試成績的加權和，考核成績具體又有項目小組成績、組員個人成績和期末考試成績三部分組成，三部分在總成績中所占據的比例也不盡相同。具體考核內容和所占比例如下所示：

（1）項目小組成績（20%）同一個項目小組的此類得分是一樣的，此分數是從整體上對每一組的項目課題完成情況進行評分，其目的是為了讓學生體會到無線傳感網系統設計開發中團隊合作的重要性。

具體評分細則：

①系統軟硬件功能實現正常，邏輯合理，整個無線傳感網系統設計能夠滿足項目課題的要求，實現正確、程序穩定、達到所需要的技術性能指標，編程符合規范、程序具有易讀性等要求（10%）；

②文檔編寫科學合理、正確完整、符合規范，包括對程序的注釋和系統測試手冊編寫完整規范，符合要求。（5%）；

③團隊合作精神，對小組的成員團隊合作情況進行了解和掌握，對團隊合作意識較強的小組給予較高的分數（5%）。

（2）個人成績（30%）對項目組小組成員個人在項目課題完成過程中所做工作進行評分。

（3）期末考試成績（50%）。

2 結語

通過對無線傳感網絡的項目導入式教學模式的改革。取得了預期的效果。首先，達到了將理論教學與實驗實踐教學相聯系的目的，教學質量得到提高；第二，在項目組成員對課題進行完成的過程中，培養了學生的團隊合作意識；第三，完成項目的過程也是對學生知識體系的梳理與填充，同時將所學知識應用于實際問題的解決上，鍛煉了學生創新能力。實踐證明，學生的綜合素質得到了提升，有利于應用型本科院校的“新工科”專業學生主動適應市場對人才的需求，增強了就業競爭力。這不僅提高了學生的工作能力，對學生就業問題有很好的導向作用，也滿足新經濟、新產業對學生的能力要求，達到一舉多贏的效果。

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