隨著信息化時代的不斷進步，今天小編給大家?guī)�來�?018年關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程實驗教材建設(shè)，有需要的小伙伴一起來參考一下吧，希望能給大家?guī)�來幫助�?/p>

摘要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的重要專業(yè)課程。南京郵電大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院依據(jù)WSN課程特征和課時設(shè)置，一改本科教育以講授知識點為主要手段的教學(xué)模式，為以綜合性實驗設(shè)計為貫穿主線，以科學(xué)研究+系統(tǒng)開發(fā)方法為教學(xué)手段的實踐型教學(xué)模式。該文探討了如何配合上述實踐型教學(xué)模式建設(shè)其相應(yīng)的實驗教學(xué)體系，探討了實驗內(nèi)容的設(shè)置和實驗的具體實施評價方法。和以往以知識塊來劃分的實驗教材不同，提出了若干實驗系列，每個系列的實驗均與課程知識點環(huán)環(huán)相扣，構(gòu)成了一個課程知識點講解與實驗相輔相成的實驗系列教材。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)Wireless Sensor Network（WSN）是物聯(lián)網(wǎng)底層重要的感知技術(shù)，其知識點從感知層硬件技術(shù)到應(yīng)用層安全技術(shù)，內(nèi)容多，難度大，體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科交叉特色和前沿性。作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)重要的學(xué)科專業(yè)課程，選課時頗受學(xué)生青睞。

WSN這門課程在全國幾百所高校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)都有開設(shè)，其課程實踐性強，但是在教學(xué)過程中也發(fā)現(xiàn)了一些比較突出的問題。具體表現(xiàn)在：（1）課程的定位與教學(xué)特色問題，如何與其他專業(yè)的同名課程相區(qū)別，突出物聯(lián)網(wǎng)交叉學(xué)科特色是本門課程建設(shè)要解決的關(guān)鍵問題；（2）有限的課時設(shè)置和課程豐富的實驗內(nèi)容不相匹配；（3）學(xué)生培養(yǎng)模式和授課方法問題。高年級學(xué)生普遍對基礎(chǔ)理論講解感到倦怠，迫切希望加強自己的編程能力和動手實踐的能力，再沿襲“滿堂灌”的教學(xué)模式，授課效果較差。本著物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)注重培養(yǎng)應(yīng)用型人才的理念，南京郵電大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院在2016到2017學(xué)年對WSN課程進行了教學(xué)改革，一改本科教育以講授知識點為主要手段的教學(xué)模式為以綜合性實驗設(shè)計為貫穿主線，以科學(xué)研究方法為教學(xué)手段的實踐型教學(xué)模式，取得了良好的教學(xué)改革效果[1]。

本文有針對性地為上述課程教學(xué)改革開發(fā)相應(yīng)的實驗教學(xué)教材，實際上，上述教學(xué)模式改革的難點在于建立與課程設(shè)置相適應(yīng)的實驗體系。這是因為（1）挑選合適的內(nèi)容難，與課時設(shè)置相適應(yīng)難；（2）現(xiàn)有的實驗教材多是隨實驗箱提供的，以內(nèi)容作為區(qū)分，內(nèi)容豐富。（3）實驗箱的實驗都作為黑盒封裝在一起，實驗箱的物理連接和實際的物理連接不太一樣，影響了學(xué)生的直觀認(rèn)識。而且因為實驗箱價格昂貴，動輒幾十萬，一般很難做到一個學(xué)生一個實驗箱，如果沒有復(fù)雜多人實驗的實驗考核模式也會影響實驗效果。

綜合上述，為了為本學(xué)院的WSN教學(xué)方式改革配合，本文梳理了實驗教材建設(shè)的建設(shè)思路，討論了實驗教材編寫的主要內(nèi)容，實驗系列的建設(shè)方法，量身定做一個配套的實驗教材。這個教材不同于其他以知識模塊來劃分內(nèi)容的實驗教材，是以實驗系列來區(qū)分的。每個實驗系列充分考慮到和教師課程核心知識點的導(dǎo)學(xué)對應(yīng)，構(gòu)成一個由簡入深，由易到難，一環(huán)扣一環(huán)的實驗系列，較大范圍地覆蓋課程的主要內(nèi)容。

1 建設(shè)思路

1） 通過對現(xiàn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程存在的不足進行反思、總結(jié)，深化認(rèn)識這門課程的特點，重新界定有物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院特色的授課內(nèi)容。將WSN的授課內(nèi)容按知識點分割，梳理實驗內(nèi)容與知識點的對應(yīng)關(guān)系，建立相應(yīng)的實驗體系。

2） 圍繞核心知識點，設(shè)計實驗教學(xué)系列，重構(gòu)教學(xué)與實驗方法。圍繞一個需要研究解決的特定系統(tǒng)展開，重視從問題導(dǎo)入開始，并貫穿學(xué)習(xí)始終，讓學(xué)生在尋找解決問題的方法中進行知識的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，而不是知識的簡單套用，強調(diào)任務(wù)驅(qū)動，并注意設(shè)計實驗系列。能夠從淺入深，前期的驗證型實驗和簡單實驗為最后的綜合性設(shè)計做準(zhǔn)備，一步步指導(dǎo)學(xué)生將前繼子實驗組合成為總終的綜合性實驗，并注意任務(wù)的復(fù)雜性與綜合化。

3） 本門課程實驗教學(xué)的設(shè)計和實施應(yīng)該是一個動態(tài)的過程。教師應(yīng)該梳理核心知識點，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計實驗，在實驗中強化學(xué)生對知識點的掌握，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的實際動手能力，再根據(jù)學(xué)生的反饋以及實際教學(xué)效果，不斷調(diào)整實驗內(nèi)容、實驗難度以及實驗的教學(xué)方法，促進每一輪教學(xué)實踐在內(nèi)容和方法上不斷豐富、改進和完善。

2 實驗內(nèi)容設(shè)置

根據(jù)上述目標(biāo)和建設(shè)思路，南京郵電大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程組在廣泛調(diào)研國內(nèi)外公開出版發(fā)行的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)圖書教材以及多個國內(nèi)實驗箱實驗的基礎(chǔ)上，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗教材內(nèi)容設(shè)計為12個系列，分別是：自習(xí)室節(jié)能控制系統(tǒng)、智能安防無線報警系統(tǒng)、門禁考勤系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)、藥品管理系統(tǒng)、冷庫環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、智能家電控制系統(tǒng)、智能工業(yè)模擬系統(tǒng)、火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)、洪水預(yù)警系統(tǒng)、智慧醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)和智慧管道系統(tǒng)。實驗內(nèi)容涵蓋了目前操作性比較強的物聯(lián)網(wǎng)各個應(yīng)用，充分體現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的各個重要技術(shù)，具有較強的實踐意義。

2.1 實驗系列設(shè)計

每個系列充分考慮到了知識的遞進性，均含有4部分子實驗內(nèi)容：WSN基本芯片實驗、WSN支撐技術(shù)、WSN組網(wǎng)技術(shù)、WSN各種高級應(yīng)用。依據(jù)最終選擇的綜合性實驗系統(tǒng)不同，每個系列配套的上述四個模塊的子實驗都不一樣，都是最后的綜合系統(tǒng)的一部分，或某個模塊的核心技術(shù)，主旨是每個子實驗與知識點授課相對應(yīng)，整個實驗內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，由易到難，層層遞進，為最后的綜合系統(tǒng)做準(zhǔn)備。以下以第一個自習(xí)室節(jié)能控制系統(tǒng)為例，具體闡述實驗內(nèi)容以及與知識點的對應(yīng)關(guān)系。

自習(xí)室節(jié)能控制系統(tǒng)實時監(jiān)控自習(xí)室里的人員分布情況和人員所在^域的光照強度，按照既定策略進行燈光控制以達(dá)到節(jié)能的效果。系統(tǒng)分為光照度檢測子實驗、人員檢查子實驗、燈開關(guān)控制子實驗和數(shù)據(jù)處理子實驗四個部分，前三部分傳感器檢測均涉及物理層、MAC層和網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵技術(shù)，有一定的共通性，因此第一次課時為4課時，全面講解涉及的關(guān)鍵技術(shù)，而其他兩個檢測實驗則偏重學(xué)生自己動手，課時縮短為2課時。由于采用Zigbee技術(shù)進行組網(wǎng)，組網(wǎng)技術(shù)比較成熟，且有開源代碼支持，組網(wǎng)功能嵌入在數(shù)據(jù)處理部分。系統(tǒng)體現(xiàn)了典型的物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用，涉及多種傳感器的檢測和數(shù)據(jù)采集，綜合實踐性非常強。每個子實驗的實驗課時安排和課程知識點的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。 2.2 實驗具體實施辦法

在課程的具體教學(xué)實施上，我們將整個教學(xué)模式以自習(xí)室節(jié)能控制系統(tǒng)作為例子有針對性地闡述如下。第一次課教師即把同學(xué)分為小組，每個小組均抽取上述12個課題中的一個，屬于復(fù)雜多人實驗。 先由老師介紹系統(tǒng)功能，并搭建系統(tǒng)框架，然后將系統(tǒng)分為如表1所示的五個部分。由于實驗比較復(fù)雜，采用學(xué)生分組的形式進行實驗。每組指定一名組長，每個部分由若干學(xué)生負(fù)責(zé)，確保每個學(xué)生完成其中的某些功能模塊。完成實驗的組可以獲得本次實驗的基本得分。其后的教學(xué)過程中，按表1實驗所對應(yīng)的課程知識點，緊扣該實驗內(nèi)容講解課堂核心知識點，引導(dǎo)學(xué)生掌握系統(tǒng)工作原理，熟悉需要用到的設(shè)備，逐步經(jīng)歷需求分析、概要設(shè)計、細(xì)設(shè)計等系統(tǒng)開發(fā)的過程。

考慮到有限的課時，實驗要由小組合作式學(xué)習(xí)等課外環(huán)節(jié)組成。到了一定階段，每個模塊都要形成子模塊流程設(shè)計，然后進行階段性學(xué)習(xí)成果展示和交流。進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，形成相關(guān)文檔，最后每個實驗都要進行實驗總結(jié)，匯報系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)。

3 測評標(biāo)準(zhǔn)

本課程不再以考試成績唯一的測評標(biāo)準(zhǔn)，而是考核學(xué)生接受新知識，自己深入了解知識，動手實踐的綜合能力。課程實驗本質(zhì)上是復(fù)雜多人實驗，評估的時候要確保在一個小組里人人均參與項目設(shè)計，就需要建立合理的評估標(biāo)準(zhǔn)。實驗得分占比分別為平時表現(xiàn)（20%）+軟件設(shè)計、實現(xiàn)及演示（50%）+報告文檔（30%）。平時表現(xiàn)是對每個學(xué)生的參與度，學(xué)習(xí)態(tài)度的一個評價。軟件設(shè)計、實現(xiàn)及演示分別從團隊合作精神、程序設(shè)計能力、軟件設(shè)計合理性、軟件功能實現(xiàn)情況和回答問題準(zhǔn)確度五個方面評價整個實驗的完成情況。報告文檔分別從報告書寫規(guī)范程度、內(nèi)容翔實程度和文字表達(dá)熟練程度三方面評價學(xué)生對實驗的總結(jié)情況。系統(tǒng)答辯時，每組需要選出一個代表，演示系統(tǒng)，講解設(shè)計過程及系統(tǒng)亮點和難點技術(shù)，原則上其余組員的成績不能高于這個組代表，每個組員均需要隨機回答答辯老師提出的問題。如此分別對每組學(xué)生所做的實驗給以綜合評判，督促每個學(xué)生的參與，促進學(xué)生間的交流。

4 總結(jié)

秉承“課程精，實驗強”的課程建設(shè)原則，面向物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科特色，本文把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)計成配合基礎(chǔ)理論教學(xué)的一個由簡入深，由易到難，一環(huán)扣一環(huán)的實驗教學(xué)系列，較大范圍地覆蓋課程的主要內(nèi)容。并探索了復(fù)雜實驗中多人分組實驗的教學(xué)實施方法和效果評價方法。使得學(xué)院WSN課程的教學(xué)一改“教師授課+ 學(xué)生復(fù)習(xí)”的傳授式教學(xué)模式，為“教師導(dǎo)學(xué)+ 學(xué)生自學(xué)+ 合作研討”的實踐型教學(xué)模式，對課程教學(xué)做出了有益探索，夯實了教學(xué)基礎(chǔ)。

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