以應用創新為導向的高職WSN應用課程建設與探索

胡擁兵

摘要： 隨著物聯網應用技術飛速發展， ZigBee、低功耗藍牙、低功耗WIFI、NFC等WSN技術已經得到廣泛應用，智能家居、智慧城市等創新性應用不斷涌現。作為高職的傳統WSN應用課程，把教學的重點放在技術基礎的教學上，側重網絡基礎的淺顯理論，以及WSN應用的簡單示例，課程內容與技術發展現狀存在脫節。而今，國家高度重視物聯網技術發展，并把創新創業作為技術發展新引擎，而WSN應用課程由于其課程特點，在應用創新上大有可為。本論文探討WSN應用課程的設計，在課程建設中，把應用創新作為高職WSN應用課程的引導，突出對應用創新的教學，在已經成熟的WSN技術及各種物聯網技術平臺上開展WSN的理論與實踐教學，探索與拓展高職學生的技術發展空間。

Abstract： With the rapid development of IoT application technologies， WSN technologies such as ZigBee， low-power Bluetooth， low-power WIFI， and NFC have been widely used， and innovative applications such as smart homes and smart cities are emerging. As a traditional WSN course in higher vocational education， the focus of teaching is on the technology-based teaching， focusing on the basic theories of the network foundation， and simple examples of WSN applications. There is a disconnect between the curriculum content and the status quo of technological development. Nowadays， the state attaches great importance to the development of Internet of Things technology， and regards innovation and entrepreneurship as a new engine for technological development. The WSN curriculum has great potential for application innovation due to its curriculum characteristics. This paper explores the design of the WSN curriculum. In the curriculum construction， application innovation is used as a guide for higher vocational WSN courses， and the teaching of application innovation is highlighted. The theory of WSN is developed on mature WSN technologies and various Internet of Things technology platforms. Practice teaching， exploring and expanding the technical development space for higher vocational students.

關鍵詞： 無線傳感器網絡；應用創新

Key words： wireless sensor network；application innovation

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）26-0296-02

0 引言

目前，物聯網引領著世界第三次產業升級和發展，已深入各行各業，并一直是政府、企業及輿論關注的焦點。隨著相關軟硬件技術飛速發展，物聯網相關應用也取得各種突破。智能家居、智慧城市、共享單車、自動駕駛汽車等各類創新性“黑科技”應用不斷涌現，爭相亮相。物聯網對傳統的產業及發展模式產生持續和深遠影響。

作為物聯網的關鍵接入技術，無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）技術發展非常迅速，如ZigBee、低功耗藍牙、低功耗WIFI、NFC等近距離WSN技術已經非常成熟，并得到廣泛應用。NB-IOT、LoRaWan等遠距離WSN技術應用范圍日益龐大。無線傳感器網絡的應用前景十分廣闊，能夠廣泛應用于國防軍事、環境檢測、智能家居、醫療護理、危險區域遠程控制、城市交通和星際探索等領域，因此得到各國政府、軍方、跨國公司和科研機構的廣泛關注和高度重視[1]。

作為物聯網領域的重要支撐技術，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》明確列出對無線傳感器網絡的研究要求。廣州市也提出建設“智慧城市”與“智慧社區”的意見與要求。無線傳感器網絡技術毫無疑問是關鍵核心技術之一。對于物聯網應用技術專業，無論是從專業建設的角度，從“以辦人民滿意的社區高職教育和服務廣州現代城市發展”的辦學宗旨，還是服務于“智慧社區”建設，作為物聯網應用技術專業的核心課程，WSN應用課程都應得到足夠重視。

傳統無線傳感器網絡應用課程基于ZigBee技術進行設計，已經與WSN技術發展現狀不相適應，有必要對無線傳感器網絡課程的教學內容進行調整和補充，讓學生通過WSN應用課程的學習，更全面的了解與掌握WSN的發展現狀與主要技術，更加清晰的理解現有WSN相關產品的技術路線與設計思路，以更加全面開放的思路去設計實現物聯網解決方案及產品，突出并落實WSN應用課程在物聯網應用創新方面的優勢。

1 課程特點

無線傳感器網絡是由大量傳感器節點通過自組織方式構成的多跳無線網絡。無線傳感器網絡技術集傳感器、嵌入式、無線通信和信息處理等技術于一體，這也使得無線傳感器網絡相關課程建設存在各方面的挑戰，主要體現在以下幾個方面：

①本課程設計多個專業學科，理論教學內容雜、跨度大、難度高。涉及的內容主要有：傳感器技術、電子技術、無線通信技術、傳感網絡協議、嵌入式操作系統與開發、定位技術、數據處理等。高難度、多種類、大跨度的知識體系讓課程教學內容成為一個難點。如何在有限的課程容量中設置最合適的內容，是此課程成功的基礎[2]。教師應具備廣博而深厚的專業知識，這樣才能提供較好的理論教學。

②本課程所涉技術處于發展前沿，新技術不斷涌現，教學內容需與時俱進。在WSN領域，新硬件、新協議、新算法、新系統的不斷涌現。在教學過程中，教師需要不斷學習，根據技術發展不斷更新和調整教學內容，讓學生緊跟技術發展腳步。

③WSN與場景密切相關。不同應用場景下使用的WSN網絡協議、硬件平臺等都存在很大不同。如何在教學過程中針對不同的場景提取出共性問題，使學生在掌握共性問題的基礎上針對具體場景找出差異并合理選擇技術路線存在較大挑戰。

④對學生要求較高。WSN理論知識晦澀、所涉及知識點繁雜，不僅要求學生有扎實的基礎知識和寬泛的知識面，還需要學生具有較強的學習能力和主動鉆研的積極性。因此激發學生學習興趣也是本課程建設的難點之一。

⑤無線傳感器網絡技術標準較多、仿真平臺和開發環境復雜多樣、應用型的實訓設備還不完善，很容易造成學生學習上產生混亂和困惑，同時教師的備課難度大大增加。因此，如何開設合適的實訓課程需要不斷探索。

2 我學院課程建設、設計與探索

為了優化WSN的總體教學效果，我們從課程、學生、教師與專業特點出發，對該門課程進行更加實用教學設計，突出強調WSN的應用創新。

①依托行業成熟技術，讓理論知識貼近創新。根據前期課程的教學情況，調整WSN應用課程的教學重點與難點、教學進度、實驗實訓的授課安排等。深入研究WSN的知識點，提取共性知識，將知識點講深、講透，使學生掌握WSN技術的精髓，能舉一反三。同時將當前WSN技術發展的前沿代入課程，讓學生能緊跟技術發展腳步。如基礎理論教學內容部分，設計思路應圍繞傳感器的無線接入解決方案，介紹常見的無線傳感器網絡技術。根據相關技術的特點及參數等，聯系實際應用的場景及注意事項，突出WSN應用課程側重于應用的特點。除了傳統的Zigbee技術原理、發展、技術特點、芯片、協議棧、開發平臺及SDK、應用場景及常見應用等，還補充NFC、藍牙、低功耗WIFI、NB-IoT、Lora Wan等技術方面的知識。

②依托地方產業特色，讓教學內容貼近專業目標定位。專業與行業以及企業開展了非常深入的產教融合的合作。選擇廣東省物聯網協會作為行業應用的入口，與省物聯網協會合作建設物聯網應用創新實訓室，依托地方產業特色，引入物聯網智能傳感傳感器技術、自組網技術與系統設備的安裝、調試與日常維護、物聯網智能家居工程應用、智慧交通應用、智慧教室與物聯網云平臺的創新實訓與設計開發項目等。聯合省物聯網協會關聯企業搭建了物聯網創新云平臺。該平臺開發提供前端設備和模塊、軟件模塊庫，可由教師或學生設計系統功能和系統架構，進行由淺至深的創新系統開發，并將所開發的系統應用到實際，可以與實際的系統進行對比，達到更好的學習實踐效果。

③以科研促WSN應用課程教學。與傳統的理論實踐和驗證性實驗教學相比，創新實踐教學要突出“創新”二字。除了教學組織過程也要創新之外，實踐教學內容的創新對教師就提出了更高的要求。教師應當比學生具有更強的創新思維和創新能力，因此，教師必須在科研的能力上有所要求才能保證創新實踐教學的質量[3]。WSN技術仍處于高速發展狀態，教師在教學的同時，還需不斷跟進學科前沿，探索基于WSN相關的科研項目，因此能及時把最新的研究成果和行業發展情況與學生分享，激起同學們的學習興趣。對于那些對WSN表現出極大興趣的同學，教師引導其加入自己的科研團隊以及相關眾創空間，既為自己的科研團隊注入新生力量，又能通過使某些學生在WSN上深入學習，帶動其他同學在該課程上的學習。

④以創新項目促學。創新項目能使促進學生的學習積極性。主要有兩種途徑：

1）與企業合作，引入物聯網眾創項目，帶動優秀的學生完成項目，在項目的完成過程中，深入掌握WSN實現的理論基礎、技術特點、開發技術等。例如實現物聯網創新開發系統（涵蓋智能家居、遠程溫濕度檢測、圖書盤點）的數據采集與設備控制、并將設計和開發的數據，直接上傳到遠程云平臺，并通過手機可以遠程實現數據的監測和設備的控制。采用行業中成熟的MQTT協議、以及物聯網中間件架構，通過B/S與架構下，均可實現物聯網的數據采集與控制，支持最新的html5協議，實現互聯網控制。

2）剖析同類院校或業界成功或者接近成功的WSN眾創項目和眾籌項目，闡述WSN技術在這類項目中的作用，特點，讓學生對WSN技術的重要性有更深感觸。通過以上途徑讓學生更有興趣對各類傳感網協議技術進行更深刻理解。

⑤對接職業資格標準對WSN技術的需求。與省物聯網協會開展職業資格認證合作，協會對課程教師開展職業資格認證相關培訓。通過培訓，教師對接相應職業資格標準要求，同時結合WSN體系結構特點，構建課程知識體系與內容。對于高校物聯網專業有效對接區域物聯網產業，課程內容深入對接職業標準，教學過程對接生產過程，進而為企業輸送緊缺的物聯網專業人才，都有著非常重要的意義[4]。

⑥以賽促學，多模式互補。以理論教學為基礎，實訓教學為主導，以應用為導向，項目、競賽、案例為輔助驅動力，構建“多模式互補”的新的物聯網應用技術專業WSN應用課程教學模式，培養具有扎實WSN技術知識、能獨立探索與合作創新的物聯網應用技術專業學生。

3 結語

WSN應用課程是我學院物聯網應用技術專業的專業核心課程。為了提高WSN應用課程的教學質量，提高專業學生的創新能力，本文研究了當前WSN應用課程的產業情況，課程特點，分析了我院進行該課程建設和教學設計的探索，提出了具體的課程建設過程和教學設計思路，為WSN應用課程的建設給出了一種新的基本思路。

參考文獻：

[1]尚興宏.無線傳感器網絡若干關鍵技術的研究[D].南京理工大學，2012.

[2]王健.高職“無線傳感器網絡技術”課程教學研究[J].中國市場，2017-01.

[3]金星，等.無線傳感器網絡創新性實踐教學的實施趙良[J].實驗室研究與探索，2014，10.

[4]馬長勝.高職院校課程內容與職業標準對接研究——以物聯網專業為例[J].產業與科技論壇，2017，06.