“新工科”背景下無線傳感器網絡原理課程教學模式探索

周天清 趙軍輝 董晶亮 李光輝 李軒

【摘要】隨著新型經濟的蓬勃發展，工程專業人才培養要具備新特色，也就是要適應“新工科”大環境、大背景。無線傳感器網絡原理是物聯網工程、信息工程或相關專業的重要課程，如何在“新工科”背景下提升該課程教學效果是各高校教師需要研究的問題。基于此，重點論述“新工科”背景下無線傳感器網絡課程的現有教學內容、方式與方法所存在的問題，再擬出相應解決辦法以切實改進教學質量，從而符合“新工科”背景下人才培養目標需要。

【關鍵詞】新工科? 無線傳感器網絡? 創新能力? 實踐能力

【基金項目】江西省教育科學規劃課題（編號：17YB056）;江西省教育庁教改課題重點項目（編號：JXJG-16-5-7）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）14-0042-02

為應對新一輪科技革命與產業變革，以創新驅動發展，從而支撐“中國制造2025”、“一帶一路”、“互聯網+”等國家重大戰略，教育部自2017年2月以來，積極推進“新工科”建設，形成了一系列共識與行動指南，并積極倡導全國高校切實實施、努力踐行，以探索出領跑全球工程教育的中國模式與中國經驗，實現教育強國夢[1]。“新工科”建設凸顯“五新”[2]內涵，適應以新技術、新產業、新業態、新模式為代表的經濟蓬勃發展，但卻對工程科技人才的培養提出了更高要求[3]。

自“新工科”理念在教育界提出后，國內許多高校紛紛響應，但鑒于該理念新出不久，眾高校的“新工科”建設往往還處于起步階段，尚未制定詳細、合理的實施方案。為配合教育部“新工科”建設，不僅學校要下功夫、加強協調與督促，更重要的是課程教師要針對具體課程設計合理實施方案，落實在教學中，并不斷改進與完善。

在國內眾多高校中，無線傳感器網絡原理是物聯網工程、信息工程、通信工程、電氣自動化或相關專業的重要課程，它集傳感器技術、微電機技術、現代網絡和無線通信技術于一體，具有廣泛的應用前景。在“新工科”背景下，盡管不少教師認真修訂無線傳感器網絡原理課程的教學內容、方式、方法，但仍存在不少現實問題。

一、“新工科”背景下無線傳感器網絡原理課程教學中存在的問題

隨著“新工科”理念的提出，無線傳感器網絡原理課程的原教學過中存在許多不容忽視的問題：

1.無線傳感器網絡原理課程教學重理論而輕實踐

在教學過程中，大部分教師側重于無線傳感器網絡原理的課本內容講解，追求細致、面面俱到，理論證明嚴謹透徹，但卻忽視教學內容的實踐環節。這種教學往往是滿堂理論灌輸、“填鴨式”教學累了老師，疲了學生。此外，深刻復雜的理論、算法原理講解也通常讓人費解、難以接受，而這種費解、難懂的情節將極大地損害學生學習的熱忱。顯然，為提升教學質量，促使工程科技人才健康發展，這種純粹的理論教學模式勢必淘汰，“理論指導實踐”的教學模式才是正道，值得提倡。

2.無線傳感器網絡原理課程教學內容單調

隨著國家眾多重大戰略的提出與實施，未來工程科技人才的培養要求與“新工科”理念愈發契合，這就要求學生不僅要具備扎實的專業基礎知識，同時還要兼備其它相關多學科知識。換言之，在高校生涯中，學生要掌握交叉領域知識，并能融會貫通。

無線傳感器網絡原理課程涉及傳感器技術、微電機技術、現代網絡和無線通信技術等多方專業學科，其應用更是囊括軍事、智能農業、環境監測、醫療健康、空間探索、工程檢測等諸多方面。然而，純粹的無線傳感器網絡原理教學通常無法令學生明白該課程在自己專業領域的具體用法及相關模型搭建過程，這種課程定位的不確定性也將失去學生的注意力、無法達到實際教學目的。在這種情況，如何結合學生自身專業情況，有效利用教學設施，改進教學內容、方式與方法，切實提高學生工程技術技能是值得研究的問題。

二、“新工科”背景下無線傳感器網絡原理課程教學模式探索

為應對上述諸多問題，“新工科”背景下無線傳感器網絡原理課程的教學模式有待于進一步改進。為此，提出了以下幾點建議：

1.堅持“理論指導實踐”的教學模式

理論教學最終目的是指導實踐，是增強學生動手操作能力的首要舉措，亦是必不可少的環節。理論到實踐中去，又在實踐中得到驗證與發展，這才是“新工科”建設的核心內容。因此，無線傳感器網絡原理課程要符合“新工科”建設理念，須堅持“理論指導實踐”的教學模式，可從以下幾點著手：

（1）根據課程內容，設計完整的實驗指導書。在實驗過程，學生獨立完成設計型、創新型或綜合型實驗，教師只負責監督與指導。課后，學生匯報實驗心得，簡述實驗原理，揭露實驗問題，教師則引導學生作品創新與理論創新。另外，實驗室可以作為一種開放資源，學生與教師可以根據自身需求合理占用。

（2）注重基礎理論教學的同時，加重對學生實習實訓的投入。以往的實習實訓課程大多出于參觀企業工作流程、認識生產設備、了解工作環境的目的，多以參觀、認識為主，往往缺乏實際動手實踐環節。顯然，這種實習實訓太過于形式化，對學生的幫助并不大。要培養符合“新工科”要求的工程技術人才，各高校必須加大對學生實習實訓的投入，包括資金投入、時間投入（建議周期為0.5至1年）及人力投入。為此，學校可以同相關行業部門合作，綜合利用各方資源，聯合培養工程、創新、創業型人才。通過這種方式，學生既能很快地熟悉課本知識，又能獲取書外知識，能快速適應社會環境與發展。

總體而言，通過親手操作，學生既能鍛煉工程技巧，驗證、鞏固課堂所學，又能嘗試創作新產品，探索新理論。

2.兼容并包的同時，堅持“專業相關”的教學模式

無線傳感器網絡原理課程內容體系龐大，理論繁多，協議、算法復雜多樣，如果教師一味地追求課本詳授，那么往往疲于完成教學工作量，卻疏于教學質量。那么如何在有限的課時內，盡可能多地讓學生掌握課程理論，并能鍛煉其動手能力呢？無線傳感器網絡原理課程教師可從以下兩方面入手：

（1）堅持“專業相關”的案例教學模式。從學生專業領域從發，列舉一個無線傳感器網絡在該領域的實際應用案例，如土木工程專業中用于檢測橋梁損壞情況的無線傳感器網絡。為揭示該無線傳感器網絡功能與原理，教師須得給學生復習相關知識（包括橋梁、傳感器等相關知識），當然可以通過提問的方式讓學生主動回顧。隨后，教師可結合該實際網絡展開課程講授工作，這樣可以極大吸引學生注意力、激發學生學習興趣，更利于理論的高效傳授。

（2）堅持“專業相關”的實踐教學模式。為挑起學生的學習熱情，激發學生的學習動力，實踐教學環節同樣應緊密耦合所授專業班級，可以專業領域的典型案例為代表設計實踐教學環節。例如，針對土木工程專業，同樣可以用檢測橋梁損壞情況的無線傳感器網絡為案例，要求學生設計完整的網絡體系。鑒于課堂相關知識的詳細講解，學生對設計原理、設計過程有了初步了解，完全可以勝任該網絡設計與開發。其實，教師對學生一個學期的實驗任務不必多做要求，只要求其做好、弄透這一個網絡設計就行，要其明白功能、原理、設計思路，制作成品。

三、結束語

“新工科”背景下，面對許多教師在無線傳感器網絡原理課程施教過程中重理論而輕實踐、課程內容單調的問題，提出了“理論指導實踐”的教學模式、兼容并包下“專業相關”的教學模式，以切實提高教學質量，培養符合“新工科”建設要求的高素質人才。

參考文獻：

[1]陸國棟， 李拓. 新工科建設與發展的路徑思考[J].高等工程教育研究， 2017（03）： 20-26.

[2]董玉冰， 李明晶. 新工科背景下混合式創新教學在數字電子課程中的應用探索[J].長春大學學報， 2017（10）：117-120.

[3]曹婷，曹原.“新工科”背景下通信原理的課程優化[J]. 價值工程， 2018（03）： 258-259.

作者簡介：

周天清，華東交通大學信息工程學院講師，博士。

趙軍輝，華東交通大學信息工程學院教授，博士。

董晶亮，華東交通大學土木建筑學院講師，博士。

李光輝，華東交通大學信息工程學院講師，博士。

李軒，華東交通大學信息工程學院講師，博士。