基于O+O 層次化項目驅(qū)動的“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”個性教學(xué)法探索

重慶理工大學(xué)電子信息工程系 賀偉凇

“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”是我校電子信息工程、通信工程等專業(yè)的專業(yè)選修課。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN, Wireless Sensor Networks)是集現(xiàn)代傳感器技術(shù)、微電機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的綜合智能信息系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景，是目前非常活躍的一個領(lǐng)域。該課程可以讓學(xué)生了解WSN 的體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，掌握WSN 中的編碼與調(diào)制技術(shù)、MAC 協(xié)議、路由協(xié)議等通信與組網(wǎng)技術(shù)，了解WSN 的拓?fù)淇刂萍夹g(shù)、命名與尋址技術(shù)、定位技術(shù)、目標(biāo)跟蹤技術(shù)、時間同步技術(shù)和安全機制等支撐技術(shù)，掌握WSN 軟硬件開發(fā)平臺和仿真環(huán)境的搭建與使用，為進一步研究和從事無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)和工程實踐提供良好的基礎(chǔ)。本課程同時也是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、下一代無線移動通信網(wǎng)是當(dāng)前信息通信工程領(lǐng)域的熱門話題，對于電子信息工程、通信工程專業(yè)的學(xué)生來說，通過“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程，可以深入探索物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，課程的主要目標(biāo)是“做中學(xué)，體驗WSN 工程技術(shù)”。當(dāng)前大規(guī)模在線開放課程(MOOC:Massive Open Online Course，)作為一種新型在線教育模式及其伴隨而來的顛倒課堂理念將深刻影響傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式。傳統(tǒng)的以教師為中心的課堂講授教學(xué)方法不再適合移動互聯(lián)網(wǎng)隨處可用情況下的課程教學(xué)，因此“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)模式的改革也勢在必行。當(dāng)前線上線下（O+O,Online+Offline）技術(shù)非常流行，因此，基于O+O 層次化項目驅(qū)動的個性教學(xué)法是以各類工程項目為中心，通過對在線、離線學(xué)習(xí)資源(電子文獻、開源代碼、紙質(zhì)文獻等) 的積極主動應(yīng)用，在工程項目任務(wù)的驅(qū)動下，進行線下自主探索和線上互動協(xié)作研討，在完成既定學(xué)習(xí)目標(biāo)的同時，完成項目目標(biāo)。基于O+O 的層次化項目驅(qū)動個性教學(xué)法在“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)中，使學(xué)生圍繞一個給定的項目，有重點、有主次地通過線下、線上途徑了解項目相關(guān)理論技術(shù)，有效地提高了課程學(xué)習(xí)興趣，充分培養(yǎng)學(xué)生的線下自主學(xué)習(xí)能力、線上協(xié)作交流探討能力和創(chuàng)新能力。

一、基于O+O 的層次化項目驅(qū)動個性教學(xué)法探索

1.基于O+O 的層次化項目驅(qū)動個性教學(xué)法

基于O+O 的層次化任務(wù)驅(qū)動個性教學(xué)法是一種新型課程教學(xué)方法，就是教師根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容或要求，在充分了解學(xué)生的興趣個性基礎(chǔ)上，設(shè)計出多個課程相關(guān)的工程項目，工程項目分為基礎(chǔ)、綜合和創(chuàng)新三個層次，然后以工程項目為目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生線上、線下搜集有關(guān)電子文獻、開源代碼及紙質(zhì)文獻資料，開展獨立思考，根據(jù)個性興趣自由組隊，進行協(xié)作式項目開發(fā)實踐，同時針對工程項目遇到的問題進行線上交流探討，培養(yǎng)學(xué)生的實際解決工程問題的能力。基于O+O 的層次化項目驅(qū)動個性教學(xué)法以具體的工程項目為核心，以充分尊重學(xué)生個性興趣為基礎(chǔ)，學(xué)生自主選擇感興趣的工程項目或者自擬工程項目并經(jīng)教師審核，完成工程項目任務(wù)。基于O+O 層次化項目驅(qū)動個性教學(xué)法充分挖掘?qū)W生的個性特點，遇到個人無法解決的問題，再通過線上協(xié)作探討交流的方式進一步解決。基于O+O 的層次化項目驅(qū)動個性教學(xué)法的基本環(huán)節(jié)包括: 了解個性興趣、工程項目確定、自主學(xué)習(xí)、線上協(xié)作學(xué)習(xí)、工程項目評估。

2.基于O+O 的層次化項目驅(qū)動個性教學(xué)法在“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程中的應(yīng)用

基于O+O 的層次化項目驅(qū)動的個性教學(xué)法模型，可以看到，教師充分結(jié)合學(xué)生的個性興趣，根據(jù)WSN 領(lǐng)域的最新動態(tài)，建設(shè)工程項目庫，工程項目分為三個不同的層次，分別是基礎(chǔ)型、綜合型、創(chuàng)新型。其中每個層次用不同的項目進行驅(qū)動。

（1）基礎(chǔ)型。基礎(chǔ)型項目主要讓學(xué)生掌握課堂上學(xué)到的WSN 通信協(xié)議的基本原理和方法。其基本內(nèi)容和目前的教學(xué)內(nèi)容相似，主要設(shè)計內(nèi)容為: WSN 物理層實驗，掌握基于MATLAB、SystemVUE 的WSN 物理層調(diào)制技術(shù)仿真；利用定時器控制LED 實驗，掌握基于Matlab、NS、OPNET、SystemVUE 的WSN 網(wǎng)絡(luò)仿真平臺的搭建，掌握基于TinyOS 開發(fā)平臺的搭建以及nesC 程序設(shè)計; 利用Task 控制LED；利用Timer 控制LED；照度傳感器控制；溫度和濕度采集；紅外線傳感器控制。這些都是在教材上反復(fù)強調(diào)的內(nèi)容，是WSN 開發(fā)的基礎(chǔ)，學(xué)生根據(jù)自己個性、興趣進行選擇相應(yīng)的項目，自由組隊，通過實際動手開發(fā)，正確理解并掌握WSN 的基本理論知識和基本實驗技能。

（2）綜合型。綜合型項目將多種網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和多個知識點融入到一個實驗項目中。教師提出一些候選項目，例如：智能小車ZigBee 通信；智能小車自主導(dǎo)航；基于RFID 的道路車流量自動識別；智能小車RFID 讀寫；智能電網(wǎng)煙霧傳感器調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集。學(xué)生根據(jù)自己的興趣和個性，可以選擇給定的項目也可以自擬題目，學(xué)生自由組合成一個項目小組，對項目目的進行分析，提出實現(xiàn)方案設(shè)計并完成項目任務(wù)。

（3）創(chuàng)新型。創(chuàng)新型項目給定設(shè)計要求，例如，讓學(xué)生設(shè)計一個基于Android 平臺的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，主要功能是能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)導(dǎo)航定位。此外，還可以根據(jù)WSN 熱點或?qū)W生感興趣的課題選擇其他的題目。題目主要由學(xué)生提出、教師審核，由學(xué)生自由組合成一個小組完成，完成后要進行答辯，由教師評估任務(wù)結(jié)果，優(yōu)秀項目可以推薦申請專利，或者形成論文發(fā)表或者用于創(chuàng)業(yè)。創(chuàng)新型任務(wù)可以有多種設(shè)計方案。

二、項目評估

項目任務(wù)的評估主要通過現(xiàn)場演示、答辯、提交項目詳細(xì)報告完成。對學(xué)生的評估可以分為兩個方面。

1.現(xiàn)場演示與PPT 答辯。本課程一般由學(xué)生根據(jù)個性興趣自由組合為一個個小組來共同實現(xiàn)。除了現(xiàn)場檢查項目成果，還要進行現(xiàn)場演示及5分鐘的PPT 項目答辯，主要考查學(xué)生線上線下查閱文獻資料、線下自主分析和歸納問題、協(xié)作開發(fā)能力和表達能力。這些能力在最后的成績中要占相當(dāng)一部分比重，從而實現(xiàn)通過項目體驗提高學(xué)生“做中學(xué)”的目的。

2.對項目詳細(xì)報告的格式和內(nèi)容作出嚴(yán)格要求。項目詳細(xì)報告主要內(nèi)容需要包括:項目的國內(nèi)外現(xiàn)狀、項目總體設(shè)計、模塊詳細(xì)設(shè)計、項目運行、測試結(jié)果、結(jié)論及未來展望、參考文獻、詳細(xì)代碼附錄。學(xué)生在撰寫項目報告的過程中，選1位同學(xué)作為組長，以小組為單位，分工協(xié)作。成績計算的時候，小組成員的成績基本一樣，可根據(jù)實際貢獻情況，略有差異。

三、結(jié)束語

本文在分析移動互聯(lián)網(wǎng)盛行背景下《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》教學(xué)現(xiàn)狀的情況下，對基于O+O 的個性教學(xué)法進行了探討，嘗試將該教學(xué)法應(yīng)用于“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程，描述了該教學(xué)法的頂層設(shè)計、實施和評估。通過實踐教學(xué)表明，采用基于O+O的層次化項目驅(qū)動個性教學(xué)法對于改善教學(xué)效果、提高學(xué)生的主動學(xué)習(xí)興趣具有推動作用。我們計劃在進一步細(xì)化和調(diào)研的基礎(chǔ)上改進本教學(xué)法，為提高本科教學(xué)質(zhì)量而努力。

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