《无线传感网络》课程的教学模式研究与探索

李孟，周荣艳

（南阳理工学院,南阳 473004）

0 引言

《无线传感网络》这门课程不仅仅是物联网专业的核心课程，也是其他信息科学领域专业的热门选修课。如何组织好《无线传感网络》这门课程的教学，对于培养适应“工业4.0”背景下的新型复合型人才具有重要的意义。而现有的《无线传感网络》课程的教学模式仍然存在诸多问题。例如，课程教学内容更新不及时，教材陈旧；在整个课程体系的课程安排中实践环节所占比重较轻，未得到应有的重视；实践课程内容单一枯燥，多以验证性实验为主，难以提起学生学习的积极性和兴趣。针对如上这些问题，必须要对《无线传感网络》这门课程的教学模式进行研究和探索，对现有教学模式进行改革，以培养适合新经济、新时代的“新工科”人才。

1 具体实施

1.1 教学模式——实践教学实战模式

改进传统的教学模式，对教学内容、实验指导书等进行改革，加重实践教学在整个课程佳教学中的课时量和权重，从而实现国际化、复合型、实用性人才培养的目标。

物联网专业不同于计算机科学与技术专业，本专业更侧重于对工程型人才的培养。另外，从技术角度来进行考虑，物联网专业正处于不断发展不断变化的上升阶段，所以在无线传感网络的教学过程中，还需要不断适应技术发展的节奏，在保留原教材的必要理论知识基础上，顺应时代的发展，与时俱进对课程体系、知识体系做出调整，对教学过程中的实验实践教学进行改革，以项目为驱动，侧重具体的实践环节，让学生学习到前沿的、有助于学生发展的科技与技能。

由于物联网行业近几年来处于高速发展的黄金时期，与之相对于的培养行业专业人才的物联网专业是以“计算机+”专业为例，派生出来的新工科专业，它既具有“计算机类”专业的大多数特点，又具有交叉学科融合后形成的新工科专业自身的一些显著特点。新专业的出现，一方面适应了技术和经济的快速变化，另一方面对知识体系的构建提出了新的挑战。由于物联网及其相关行业的发展迅速，对人才的要求更高。

实践教学对于适应新市场进行形式下的社会实践能力、工程设计能力的提高尤为迫切和重要。同时学生的实践能力的培养也是循序渐进的，所以在对实践教学体系中最基本的实验教学环节，是培养学生实践能力的重中之重。无线传感网络作为一门实践性较强的课程，在教学过程中可采用项目式导入的教学方法，将理论知识融入到项目教学过程中去，通过课程实训的方式，将学生分组进行实践。在实践教学过程中，学生可以自由组建适合自己的项目小组，由教师给定项目的题目和范围。在项目实施过程中，教师作为组织管理方对项目的开发组织进行管理。

采用项目导向式实践教学，加强实验教学过程中的实践性环节教学，能够帮助学生在进行实践的过程中将学生学到的理论知识由理性认识上升到感性认识，增强其创新意识。

1.2 教学环节设计

采用项目驱动式教学，以学生组队为主要完成项目团体、每个小组成员协同合作项目进行课程实现。参照可行性高、实用性强的实验项目及相关企业公司用户的无线传感网络开发过程，进行项目式实践教学。具体做法如下：

（1）每个班级按照项目组进行分组，每个学生都可选择自愿组队，一般每组人员在4-6个左右；

（2）每个项目组在选定题目之后，按照对题目的熟悉程度和相关先验知识的了解程度来选择自己小组的项目负责人，由项目负责人对整个小组的工作进行分工，通过小组讨论的方式选定自己负责的项目内容，在对工作进行分配时，必须要遵循“自主、自愿、平等、互助”的原则。同时，项目负责人要对整个项目的工期、成本、实验设备、预期完成目标等内容进行分析，形成项目的“可行性研究报告”，制定“项目实施计划”。

（3）项目开发的过程中，必须按照将实施具体流程和工作要点逐一列出，对于每一个时间节点每个小组成员需要完成的工作量和进展情况都必须明确。

（4）每个项目小组都必须按照给定的项目对自己负责的内容进行实施，包括在对节点布局时的传感器节点类型的选材要做到有据可依，节点的最优布局评价标准是什么，无线传感网络的拓扑结构如何进行设计。将理论知识与实际应用相结合，以项目为导向培养学生的工程创新能力和适应变化能力。

具体的安排如下：

（1）选题（第1-2周）

以每个项目小组为单元，结合小组成员的先验知识与能力，选定项目课题，在经过教师合理调整后对题目内容进行确定。在这一阶段中教师的主要作用是对小组选择题目进行筛查和调整，确保题目既能结合教学与科研的实践情况，又能结合市场经济发展的实际应用，反映新技术，从而获得较好的工程设计实践效果。

（2）需求分析（第3-6周）

在对项目课题了解的前提下，进一步对项目小组所要完成具体内容进行更深入的调查和研究之后。写出可行性分析报告、系统需求模型等。项目负责人按照小组成员对项目的熟悉程度对成员进行分工，按照需求写出研究报告。本阶段末进行需求方案评审。

（3）系统设计（7-15周）

系统设计部分分为两个阶段进行：总体设计和详细设计。

总体设计：确定系统的总体设计方案；建立软件系统的体系结构，完成系统的模块化，建立系统的总体设计流程图。

在本阶段需要对总体设计的方案和内容进行评审，其重点是对系统模型和模块化设计的考核，采用答辩式的评审方法，主要通过教师打分和各个项目小组的成员进行互相打分来进行。

（4）测试与完成文档（第16-17周）

在完成相应的模块功能之后对软硬件的具体设计实现后，要对系统的各个部分进行功能测试和综合测试。要求满足项目可行性方案中的个各项技术指标。在测试过程中，应事先制定测试方案，并将测试所得所有数据和用例进行保留，以便后期维护和数据保存，最终要完成测试报告。

（5）验收测试

将每个项目小组所设计系统进行验收，包括对系统功能的验收和相关文档的整理验收，此部分主要由教师来完成，项目小组成员协同项目负责人提供系统的功能验收和文档的提交。

1.3 项目的选择

项目选择对于每个开发小组来说都是极其重要的内容，“兴趣是最好的老师”，对于项目组的成员来讲，若是对某一主题的项目内容不感兴趣，从而也不能调动小组成员的学习积极性和主观能动性，对项目负责人来讲，也很难调动组员参与项目工作的激情，这种情况下对项目的实施是极为困难的。基于此，每个项目小组的的项目课题必须要由小组成员共同决定，同时也能够调动小组成员之间相互协调工作的积极性。

同时，选择一个新颖、有创新性的课题也必须要有一定的专业领域知识作为铺垫，这也在一定程度上调动了小组成员自己查资料、在筛选项目课题的同时有意或者无意间增加了自己对本门课程知识点的学习。随着对所选课题内容的限定，涉及的专业知识可以使得需求范围进一步缩小，需求更加明确，同时可能会有比较多的现有系统进行参考。由于项目组的课题主要目的是出于训练，所以选择范围需要尽可能的小，系统本身涉及的内容不需要特别多，本身的功能也不用很强大，主要是对无线传感网络的各个环节尽可能地去熟悉和掌握。

项目导向式为主的课程设计要求项目小组的成员能够将《无线传感网络》这门课中学到的基本原理和方法相结合应用到具体的工程实践开发和设计中。根据对应用型本科院校“新工科”人才的培养要求，在项目的选择中，具体内容有以下几个方面：

（1）强调系统的完整性

依据系统的可行性来进行项目的设计与安排是保证项目实施行之有效的方法。要将一个项目课题当作一个完整的工作任务来看待，一步一脚印的进行，任何一个环节都不可疏忽与遗漏，从而积累开发大工程的经验和方法。

（2）强调系统的明确性

对于项目课题的选择要明确系统要达成什么样的功能，进一步的有各项技术指标与个模块功能要求，具体细节还有可能包括一些节点唤醒时延、无线传感网络的生存周期、各类传感器的量测精度等要求。

（3）强调文档的完整性

文档是程序开发，软硬件设计维护与试用有关的图文资料，它是系统设计中的重要组成部分，同时也是下一阶段实施的重要技术依据。所以，在项目组的工作过程中要重视对文档内容的整理和归纳，同时，这也为学生日后走上工作岗位，进行相关工作时培养良好的工作习惯打下基础。

1.4 考核方法

无线传感网络这门课程是一门实践性较强的课程，其考核方式及评分标准也应该在项目驱动式教学方法的改革下进行相应的改变。

考核成绩为提交的课程设计报告和该课程的最终期末考试成绩的加权和，考核成绩具体又有项目小组成绩、组员个人成绩和期末考试成绩三部分组成，三部分在总成绩中所占据的比例也不尽相同。具体考核内容和所占比例如下所示：

（1）项目小组成绩（20%）同一个项目小组的此类得分是一样的，此分数是从整体上对每一组的项目课题完成情况进行评分，其目的是为了让学生体会到无线传感网系统设计开发中团队合作的重要性。

具体评分细则：

①系统软硬件功能实现正常，逻辑合理，整个无线传感网系统设计能够满足项目课题的要求，实现正确、程序稳定、达到所需要的技术性能指标，编程符合规范、程序具有易读性等要求（10%）；

②文档编写科学合理、正确完整、符合规范，包括对程序的注释和系统测试手册编写完整规范，符合要求。（5%）；

③团队合作精神，对小组的成员团队合作情况进行了解和掌握，对团队合作意识较强的小组给予较高的分数（5%）。

（2）个人成绩（30%）对项目组小组成员个人在项目课题完成过程中所做工作进行评分。

（3）期末考试成绩（50%）。

2 结语

通过对无线传感网络的项目导入式教学模式的改革。取得了预期的效果。首先，达到了将理论教学与实验实践教学相联系的目的，教学质量得到提高；第二，在项目组成员对课题进行完成的过程中，培养了学生的团队合作意识；第三，完成项目的过程也是对学生知识体系的梳理与填充，同时将所学知识应用于实际问题的解决上，锻炼了学生创新能力。实践证明，学生的综合素质得到了提升，有利于应用型本科院校的“新工科”专业学生主动适应市场对人才的需求，增强了就业竞争力。这不仅提高了学生的工作能力，对学生就业问题有很好的导向作用，也满足新经济、新产业对学生的能力要求，达到一举多赢的效果。

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