基于O+O 层次化项目驱动的“无线传感器网络”个性教学法探索

重庆理工大学电子信息工程系 贺伟凇

“无线传感器网络”是我校电子信息工程、通信工程等专业的专业选修课。无线传感器网络(WSN, Wireless Sensor Networks)是集现代传感器技术、微电机技术、网络通信技术于一体的综合智能信息系统，具有广泛的应用前景，是目前非常活跃的一个领域。该课程可以让学生了解WSN 的体系结构和网络管理技术，掌握WSN 中的编码与调制技术、MAC 协议、路由协议等通信与组网技术，了解WSN 的拓扑控制技术、命名与寻址技术、定位技术、目标跟踪技术、时间同步技术和安全机制等支撑技术，掌握WSN 软硬件开发平台和仿真环境的搭建与使用，为进一步研究和从事无线传感器网络应用开发和工程实践提供良好的基础。本课程同时也是物联网工程专业的核心基础课。物联网、大数据、云计算、移动互联网、下一代无线移动通信网是当前信息通信工程领域的热门话题，对于电子信息工程、通信工程专业的学生来说，通过“无线传感器网络”课程，可以深入探索物联网核心技术，课程的主要目标是“做中学，体验WSN 工程技术”。当前大规模在线开放课程(MOOC:Massive Open Online Course，)作为一种新型在线教育模式及其伴随而来的颠倒课堂理念将深刻影响传统课堂教学模式。传统的以教师为中心的课堂讲授教学方法不再适合移动互联网随处可用情况下的课程教学，因此“无线传感器网络”课程教学模式的改革也势在必行。当前线上线下（O+O,Online+Offline）技术非常流行，因此，基于O+O 层次化项目驱动的个性教学法是以各类工程项目为中心，通过对在线、离线学习资源(电子文献、开源代码、纸质文献等) 的积极主动应用，在工程项目任务的驱动下，进行线下自主探索和线上互动协作研讨，在完成既定学习目标的同时，完成项目目标。基于O+O 的层次化项目驱动个性教学法在“无线传感器网络”课程教学中，使学生围绕一个给定的项目，有重点、有主次地通过线下、线上途径了解项目相关理论技术，有效地提高了课程学习兴趣，充分培养学生的线下自主学习能力、线上协作交流探讨能力和创新能力。

一、基于O+O 的层次化项目驱动个性教学法探索

1.基于O+O 的层次化项目驱动个性教学法

基于O+O 的层次化任务驱动个性教学法是一种新型课程教学方法，就是教师根据课程教学内容或要求，在充分了解学生的兴趣个性基础上，设计出多个课程相关的工程项目，工程项目分为基础、综合和创新三个层次，然后以工程项目为目标，引导学生线上、线下搜集有关电子文献、开源代码及纸质文献资料，开展独立思考，根据个性兴趣自由组队，进行协作式项目开发实践，同时针对工程项目遇到的问题进行线上交流探讨，培养学生的实际解决工程问题的能力。基于O+O 的层次化项目驱动个性教学法以具体的工程项目为核心，以充分尊重学生个性兴趣为基础，学生自主选择感兴趣的工程项目或者自拟工程项目并经教师审核，完成工程项目任务。基于O+O 层次化项目驱动个性教学法充分挖掘学生的个性特点，遇到个人无法解决的问题，再通过线上协作探讨交流的方式进一步解决。基于O+O 的层次化项目驱动个性教学法的基本环节包括: 了解个性兴趣、工程项目确定、自主学习、线上协作学习、工程项目评估。

2.基于O+O 的层次化项目驱动个性教学法在“无线传感器网络”课程中的应用

基于O+O 的层次化项目驱动的个性教学法模型，可以看到，教师充分结合学生的个性兴趣，根据WSN 领域的最新动态，建设工程项目库，工程项目分为三个不同的层次，分别是基础型、综合型、创新型。其中每个层次用不同的项目进行驱动。

（1）基础型。基础型项目主要让学生掌握课堂上学到的WSN 通信协议的基本原理和方法。其基本内容和目前的教学内容相似，主要设计内容为: WSN 物理层实验，掌握基于MATLAB、SystemVUE 的WSN 物理层调制技术仿真；利用定时器控制LED 实验，掌握基于Matlab、NS、OPNET、SystemVUE 的WSN 网络仿真平台的搭建，掌握基于TinyOS 开发平台的搭建以及nesC 程序设计; 利用Task 控制LED；利用Timer 控制LED；照度传感器控制；温度和湿度采集；红外线传感器控制。这些都是在教材上反复强调的内容，是WSN 开发的基础，学生根据自己个性、兴趣进行选择相应的项目，自由组队，通过实际动手开发，正确理解并掌握WSN 的基本理论知识和基本实验技能。

（2）综合型。综合型项目将多种网络通信技术和多个知识点融入到一个实验项目中。教师提出一些候选项目，例如：智能小车ZigBee 通信；智能小车自主导航；基于RFID 的道路车流量自动识别；智能小车RFID 读写；智能电网烟雾传感器调节、数据采集。学生根据自己的兴趣和个性，可以选择给定的项目也可以自拟题目，学生自由组合成一个项目小组，对项目目的进行分析，提出实现方案设计并完成项目任务。

（3）创新型。创新型项目给定设计要求，例如，让学生设计一个基于Android 平台的无线传感器网络应用，主要功能是能够实现室内导航定位。此外，还可以根据WSN 热点或学生感兴趣的课题选择其他的题目。题目主要由学生提出、教师审核，由学生自由组合成一个小组完成，完成后要进行答辩，由教师评估任务结果，优秀项目可以推荐申请专利，或者形成论文发表或者用于创业。创新型任务可以有多种设计方案。

二、项目评估

项目任务的评估主要通过现场演示、答辩、提交项目详细报告完成。对学生的评估可以分为两个方面。

1.现场演示与PPT 答辩。本课程一般由学生根据个性兴趣自由组合为一个个小组来共同实现。除了现场检查项目成果，还要进行现场演示及5分钟的PPT 项目答辩，主要考查学生线上线下查阅文献资料、线下自主分析和归纳问题、协作开发能力和表达能力。这些能力在最后的成绩中要占相当一部分比重，从而实现通过项目体验提高学生“做中学”的目的。

2.对项目详细报告的格式和内容作出严格要求。项目详细报告主要内容需要包括:项目的国内外现状、项目总体设计、模块详细设计、项目运行、测试结果、结论及未来展望、参考文献、详细代码附录。学生在撰写项目报告的过程中，选1位同学作为组长，以小组为单位，分工协作。成绩计算的时候，小组成员的成绩基本一样，可根据实际贡献情况，略有差异。

三、结束语

本文在分析移动互联网盛行背景下《无线传感器网络》教学现状的情况下，对基于O+O 的个性教学法进行了探讨，尝试将该教学法应用于“无线传感器网络”课程，描述了该教学法的顶层设计、实施和评估。通过实践教学表明，采用基于O+O的层次化项目驱动个性教学法对于改善教学效果、提高学生的主动学习兴趣具有推动作用。我们计划在进一步细化和调研的基础上改进本教学法，为提高本科教学质量而努力。

[1]老松杨，江小平，老明瑞.后IT时代MOOC对高等教育的影响[J].高等教育研究学报，2013

[2]殷丙山等.慕课发展及其对开放大学的启示[J].北京广播电视大学学报，2013