無線傳感器網絡課程建設與課程體系構建

摘 要：文章通過分析《無線傳感器網絡》課程現狀，構建課程體系，提出面向物聯網應用開發的應用型人才培養方案。以物聯網工程專業建設為依托，整合教學資源，優化教學方法，加強實踐環節教學，突出學生工程素質培養，使學生具備進入物聯網應用開發領域的基本能力。

關鍵字：物聯網;無線傳感器網絡;課程建設;課程體系

中圖分類號：TP212.9;TN929;G642 文獻標識碼：A

物聯網技術以計算機、通信、微電子等信息技術為基礎，應用廣泛，對技術發展和產業發展都產生了重要影響。2010年3月，教育部發布《關于戰略性新興產業相關專業申報和審批工作的通知》。隨后，我國有數百所大學申報和準備試辦物聯網或傳感網專業，這反映出大學對新技術、新產業發展的敏感和重視。同時，高校也面臨著如何建設物聯網本科專業的嚴峻問題[1]。

無線傳感器網絡技術涉及到計算機、電子通信和自動化等多個領域[2]。學生在有限的學時內，要做到深刻掌握無線傳感器網絡的理論和工程設計方法是比較困難的。但如果能掌握其基本原理，熟悉應用開發的基本方法，并進行一些實驗操作，學生能夠有所收獲[3]。根據學院《無線傳感器網絡》課程教學實踐，分析課程特點，結合學生反饋，構建無線傳感器網絡課程體系，改革課程教學內容，培養學生創新實踐能力。

1 無線傳感器網絡課程建設目標

遵循我校培養應用型人才的辦學定位，培養物聯網應用開發人才。通過課程內容設計，提高學生的知識應用能力，使學生具備進入物聯網應用開發領域的基本能力。逐步完善無線傳感器網絡課程體系建設，創新理論教學與實踐教學模式，不斷探索面向物聯網應用開發的應用型人才培養模式。

2 無線傳感器網絡課程建設分析

《無線傳感器網絡》是一門物聯網專業的實踐性很強的新興課程，并且具有物聯網學科的交叉特色與前沿性[4]。《無線傳感器網絡》課程大致包括：無線傳感器網絡概述;討論傳感器網絡通信與組網的各層次協議與相關技術;討論傳感器網絡定位、跟蹤與時間同步等支撐技術;討論傳感器網絡安全的安全防護技術;討論無線傳感器網絡節點操作系統及開發技術;討論無線傳感器中間件體系結構的中間件技術;討論無線傳感器網絡數據管理的系統及技術;討論物聯網環境下的無線傳感器網絡接入技術;討論無線傳感器網絡硬件設計技術;討論無線傳感器網絡應用的相關技術等。

《無線傳感器網絡》課程內容涵蓋面寬泛，從硬件設計到無線傳感器網絡上層應用，跨越多個層次，給教師教學和學生學習帶來了挑戰。從當前教學實踐看，《無線傳感器網絡》教學中仍然存在一些突出的問題。

教學大綱設計不合理。目前，課程教學大綱只是選擇面較寬泛，涵蓋了無線傳感器網絡從硬件到軟件等多層次內容，在有限的課時內，無法教授有效的知識和技術。課程大綱應結合學生特點，在知識選擇上突出重點。

教學資源匱乏。目前尚未出現同行一致認可的《無線傳感器網絡》教材。已經出版的教材，大多為科研論文節選編撰，部分內容介紹不完整，教材內容缺乏整體設計。科研論文內容不適合直接作為本科生教材的章節內容。教材內容的連貫性和整體性差，對教學有一定的影響。相關參考資料以英文資料居多，學生學習參考資料有一定困難。

實驗設計與課程教學匹配度低。課程實驗大多選用實驗室設備配套案例，與課程教材沒有較好地結合。雖然實驗設備提供了大量實驗素材，但真正能用在實驗中的案例較少;還因為一些實驗設備提供商對教師的培訓較少，或實驗指導書不規范等原因，導致實驗素材不能得到充分合理地應用。

師資力量薄弱。物聯網專業是新興專業，當前沒有物聯網專業畢業的教師。課程的學科交叉性，以及理論與實踐并重的要求，為教師開展教學帶來了挑戰。本課程教師要經過一系列的學習培訓，提升專業能力。同時，教師要積極關注國內外相關技術發展動態，廣泛閱讀國外書籍及相關文獻，提升自身教學水平。

3 課程建設與課程體系構建

目前，高校在教學過程中，實踐教學越來越受到重視，以“培養學生實踐能力、提高學生實踐素質”為主線的思路得到很多高校教師的認同[5]。《無線傳感器網絡》課程，理論性與實踐性較強，通過課程體系建設將知識點分解到各門相關專業課中，使學生通過學習各門專業課程培養實踐能力，提高實踐素質。

我校物聯網工程專業培養方案中已開設課程包含《無線傳感器網絡》課程的必要前驅、后繼課程。較典型的課程有：《傳感器與檢測技術》、《RFID技術與應用》、《物聯網控制技術》、《物聯網通信技術》、《物聯網工程綜合實訓》。在現有培養方案的基礎上進行改革，建設《無線傳感器網絡》課程具有較好地基礎。《無線傳感器網絡》課程建設主要圍繞以下幾個方面展開。

3.1 修訂培養方案，優化教學大綱

物聯網技術更新速度快，新技術不斷涌現，各種應用需求也在隨著技術更新而變化。為配合建設物聯網工程專業，修訂物聯網工程專業培養方案，逐步建設形成了物聯網課程體系，專業基礎課、專業課開課順序逐步趨于合理。教學大綱內容要逐步優化，適應物聯網應用開發需求。《無線傳感器網絡》課程是物聯網工程專業的核心課程，課程內容涵蓋了物聯網應用的各個層面，涉及到硬件與軟件的各個層次。結合本校學生特點，確定了我校《無線傳感器網絡》課程教學大綱，突出應用性，教學內容做了相應的調整。硬件設計相關內容在微機原理與接口技術、單片機原理課程中學習;數據管理、無線傳感器網絡應用相關內容重點放在物聯網工程綜合實訓中學習。通過調整，使各門專業課在有限學時內聚焦重點內容。

3.2 設計課程教案，整合教學資源

在教學實踐中，逐步總結學生的特征及學習規律。依據大綱的教學范圍，設計符合學生特點的教學方案。對于每個章節的教學內容，結合當前技術應用背景，加強或弱化講述，讓學生最大程度地掌握無線傳感器網絡核心知識。不斷優化教學方案，針對教學內容特征，優化教學方法，增強教學效果。

經過兩年的持續建設，利用藍墨云班課建成了《無線傳感器網絡》在線資源共享課程，將大綱、視頻、課件、作業及習題、參考資料等上傳至在線課程，供學生學習下載，能夠幫助學生預習和復習鞏固課堂教學內容。通過整合教學資源，可以有效彌補教材與參考資料的不足，為學生提供有效的學習資源。近兩屆學生實行線上線下相結合教學。

3.3 實驗設計

課程實驗共設計4個綜合實驗，強化課堂教學內容，培養學生實踐能力。圍繞教學大綱與理論教學內容，更新實驗內容，優化實驗案例。重點進行實驗案例設計，為學生提供典型的實驗案例，與教學內容緊密關聯。完成無線傳感器網絡實驗指導書，實驗指導書及其配套實驗案例共享于在線課程。

3.4 教學團隊建設

經過整合師資，整合光電、機械、電子、計算機學科教師加入教學團隊，促進學科交叉融合，解決專業課跨學科問題。經過多學科教師組合及現有教師師資培訓，初步形成了物聯網工程專業教學團隊，為《無線傳感器網絡》課程前驅課與后續課程提供了有力保障。

3.5 教學效果

課程取得了一定的成績，在學生競賽、就業、開發創新項目方面有一定成績。2016屆畢業生44人，其中33人畢業設計選題與物聯網應用系統及感知技術有關。物聯網工程專業學生在“藍橋杯”全國軟件和信息技術專業人才大賽、互聯網+創新創業大賽等競賽上取得了較好成績。

4 結語

課程建設中，以培養具有無線傳感器網絡應用開發能力的應用型人才為目標，針對課程特點及存在的問題，系統修改了人才培養方案和課程教學大綱。通過構建《無線傳感器網絡》課程體系，解決課程跨學科、難度大、內容廣等問題。利用在線課程平臺，整合教學資源，進行線上線下混合模式教學。設計實驗，加強實踐環節教學，提升學生實踐能力。整合多學科教師，以教學團隊完成跨學科專業課程教學。經過兩屆課程教學實踐表明，該方案取得了一定效果，在學生競賽、就業、開發創新項目方面有一定成績。目前，物聯網應用開發發展迅速，教學改革應緊跟行業發展，教師將在以后的教學實踐中總結經驗，不斷完善。為進一步開展教學研究，為培養具有綜合創新能力的物聯網應用系統開發技術人才奠定基礎。

參考文獻

[1] 吳功宜.對物聯網工程專業教學體系建設的思考[J].計算機教育，2010（21）：26-29.

[2] 王汝傳，孫立娟.無線傳感器器網絡技術及其應用[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[3] 崔遜學，左從菊.無線傳感器網絡簡明教程[M].北京：清華大學出版社，2015.

[4] 孫玉昕.《無線傳感器網絡技術》課程實驗教學研究[J].軟件導論，2015，14（3）：166-167.

[5] 張琳，容曉峰，沈虹.移動應用開發課程建設與教學模式探索[J].計算機教育，2012（14）：95-99.