無線傳感器網絡課堂教學方法探索

祝玉軍

摘 要：針對無線傳感器網絡課程知識點講解難、原理演示難和案例應用難的問題，提出一套無線傳感器網絡課程教學方法，包括課前知識探究、比較講解、仿真演示和創新案例設計等方法。

關鍵詞：物聯網工程；無線傳感器網絡；課堂教學方法；創新案例；比較講解

文章編號：1672-5913（2017）05-0066-03

中圖分類號：G642

0 引 言

物聯網是繼計算機、互聯網和移動通信之后的又一次信息產業的革命性發展，目前被正式列為國家重點發展的戰略性新興產業之一[1]。近年來，物聯網專業在全國很多高校開設，但是作為一個新興專業，有其獨有的特征，如知識范圍涵蓋廣等。對于其專業課程教學特別是像無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN）這類核心課程更需要在教學方法、教學思路上進行改革和

創新[2]。

1 無線傳感器網絡課程的地位

物聯網專業在全國很多高校開設，培養方案和課程體系可能有差別，但無線傳感器網絡一般會被設置成核心課程或必修課程[3]。無線傳感器網絡是一門理論性和實用性都較強的課程，多學科高度交叉，知識點涵蓋范圍廣，在課堂教學上對教師的要求較高，需要學生掌握的內容也較多和復雜[4]。

2 無線傳感器網絡教學中存在的問題

（1）知識點講解難，知識點涵蓋了傳感器、嵌入式計算、網絡與通信、分布式信息處理等技術，在課堂講解中，學生對于不熟悉的知識點往往覺得晦澀難懂，最終放棄聽講。

（2）原理演示難，無線傳感器網絡中很多原理在課堂教學中較難演示，學生只能在理論上接受，不能建立形象化理解。

（3）案例應用難，無線傳感器網絡可以在很多領域進行應用實驗，但學生往往難以找到突破口，不能很好的將所學知識應用在實際需要中，一方面是不善于尋找需求，另一方面是對所學知識不能夠融會貫通，舉一反三。

3 無線傳感器網絡教學方法探討

3.1 課前知識探究

物聯網專業學生需要有較廣的知識面和較深的專業技能，課上所學內容是有限的，需要學生對知識進行廣泛涉獵，但往往他們又是迷茫的，不知從何學起以及學些什么。“課前知識探究”是建立教師引導性的知識學習過程，在這個過程中，教師抽取出下次課堂教學中的前提內容，即學生需要提前了解的內容，讓學生進行探究。學生憑借已有的知識、生活經驗和學習方法自主探索，從而激發學習興趣，增強學好課程的信心。最后以多種形式進行總結匯報，如寫成科技綜述、PPT課堂匯報等。這種預習不再是單純為掌握知識和技能的學習活動，而是為了學生綜合素質的培養和提升。

主要過程如下：教師布置任務，多以“主題”形式展現；學生根據已有知識進行獨立思考；學生通過知網、百科、文庫、技術論壇等網絡資源庫進行更全面的信息獲取；形成匯報文件，以PPT講稿呈現；課堂10分鐘講解。

比如在學習“傳感器網絡數據融合技術”前，讓學生提前總結整理“數據融合”的概念由來、發展歷程、工作原理以及應用等信息，下次課堂講解預留10分鐘讓學生通過PPT進行演示講解。課前知識探求充分調動學生自主學習的能力，同時也鍛煉了分析、總結能力和基本的科學素養。學生通過這種探求方式獲取的知識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普遍適用的方法，但對于無線傳感器網絡課堂教學有著獨特的良好效果，主要原因是無線傳感器網絡與計算機網絡在層次結構、知識框架以及應用特征上都具有參照性，而計算機網絡又是學生已經學習過的、較為熟悉的課程。教師在講解中通過比較突顯所需掌握知識的特征、難點和重點。主要過程如下：①通過比較法引入新概念，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，使教學難度降低，并能把規律揭示出來；②通過對比圖或者表講解異同，幫助學生理解兩者的差別，深化記憶。

如圖1所示是開放式系統互聯網絡參考模型（OSI）和無線傳感器網絡體系結構模型的對比圖。在協議、安全以及應用等各個方面都可以通過比較講解法進行課堂教學。

通過比較學習會發現很多知識有相同點和不同點，若不去比較，可能會把相關知識的概念、原理、現象等混為一談，這不利于對知識進行深刻理解和準確應用；善于比較則可以抓住知識的本質特征和知識間的內在聯系，從而達到準確理解、記憶和應用知識的目的。

3.3 仿真演示法

WSN是一門實用型課程，在課堂上需要形象、立體地向學生展示所學知識，比如數據是如何在網絡中傳輸的，路由方式是怎樣的。在課堂上只是講解路由協議或者算法，學生對知識的理解不深刻。仿真演示可激發學生求知欲望，提高學習興趣，調動學習積極性，激發求知欲。我校使用了ATOS-SensorSim無線傳感器網絡仿真系統，如圖2所示。

它是一款功能強大、配置簡便的WSN專業模擬系統，具備算法過程演示、算法分析和調試等功能，通過配置參數，可實現不同參數條件下的算法自動運行、運行過程顯示、實驗結果統計和實驗結果圖自動生成。

通過模擬演示，學生直觀了解WSN的組織結構、傳輸過程及算法應用等；學生也可以驗證自己所寫的路由算法，并對結果自動分析，這種仿真演示法極大提高了學生學習的積極性和學習興趣。

3.4 創新案例設計

創新案例設計教學法是讓學生主動觀察生活中的細節，提煉業務需求，自主設計基于WSN的解決方案。在課堂中每講解一個知識點，就讓學生將所學知識應用在自己設計的案例中，具體的設計實施在實驗課中完成，整個過程教師給予指導和重要知識講解。

基本過程如下：學生在具有一定知識儲備后提出創意設計思路；教師幫助確定設計思路的可行性；學生學習新知識后將知識應用到創意設計中，完成文檔編寫或編碼；學生課堂講解知識在自己設計中的應用；提交最終設計方案。

比如設計“基于WSN的智能家居系統”，在學習WSN的物理層概念、主要技術以及設計方法后，學生基本能給出他所要設計的家居系統的物理層解決方案，采用哪種介質傳輸，哪些設備并給出原因和性能說明。每次課會抽取1～2個學生對自己的設計方案進行講解。

通過創新案例設計法，建立學生獨立解決問題的能力和知識運用能力。在經歷過初期的掙扎和迷茫后，大部分學生都能認真、順利地完成設計。重要的是通過這個過程，學生能充分理解一個系統的產生流程，從需求分析、框架設計、軟硬件選擇到子部件的設計、集成、測試等讓學生深入了解每個環節的工作以及差異，也為將來走上工作崗位打下堅實的基礎。

4 結 語

物聯網專業是新興專業，物聯網課程的教學應該有其獨特性和創新性，無線傳感器網絡課程作為物聯網專業的一門重點課程，更要提高課堂教學效率。我們提出的包含課前知識探究、比較講解、仿真演示和創新案例設計等4部分的WSN課堂教學方法應用在大學無線傳感器網絡課程的課堂教學中，取得良好的教學效果，學生的學習積極性和學習效率大大提高。通過課堂教學+實驗課實踐后的成果參加多項國家級、省部級物聯網競賽并取得優異成績。

參考文獻：

[1] 王靖淇， 沈海， 常狀. 智能物聯，芯系未來—英特爾助力物聯網教育創新[J]. 計算機教育， 2015（13）：109-110.

[2] 傅騫. 從優化管理到促進創新—物聯網教育應用目標發展概述[J]. 中國電化教育， 2014（11）：69-73.

[3] 張務農. 物聯網發展圖景中的教育變革與挑戰[J]. 教育發展研究， 2015（17）：21-26.

[4] 黃旭， 蔣云良， 顧永跟. 物聯網工程專業建設中多學科融合的探索與實踐[J]. 高等工程教育研究， 2016（2）：86-90.

（編輯：郭田珍）endprint