无线传感器网络课程建设与课程体系构建

摘 要：文章通过分析《无线传感器网络》课程现状，构建课程体系，提出面向物聯网应用开发的应用型人才培养方案。以物联网工程专业建设为依托，整合教学资源，优化教学方法，加强实践环节教学，突出学生工程素质培养，使学生具备进入物联网应用开发领域的基本能力。

关键字：物联网;无线传感器网络;课程建设;课程体系

中图分类号：TP212.9;TN929;G642 文献标识码：A

物联网技术以计算机、通信、微电子等信息技术为基础，应用广泛，对技术发展和产业发展都产生了重要影响。2010年3月，教育部发布《关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》。随后，我国有数百所大学申报和准备试办物联网或传感网专业，这反映出大学对新技术、新产业发展的敏感和重视。同时，高校也面临着如何建设物联网本科专业的严峻问题[1]。

无线传感器网络技术涉及到计算机、电子通信和自动化等多个领域[2]。学生在有限的学时内，要做到深刻掌握无线传感器网络的理论和工程设计方法是比较困难的。但如果能掌握其基本原理，熟悉应用开发的基本方法，并进行一些实验操作，学生能够有所收获[3]。根据学院《无线传感器网络》课程教学实践，分析课程特点，结合学生反馈，构建无线传感器网络课程体系，改革课程教学内容，培养学生创新实践能力。

1 无线传感器网络课程建设目标

遵循我校培养应用型人才的办学定位，培养物联网应用开发人才。通过课程内容设计，提高学生的知识应用能力，使学生具备进入物联网应用开发领域的基本能力。逐步完善无线传感器网络课程体系建设，创新理论教学与实践教学模式，不断探索面向物联网应用开发的应用型人才培养模式。

2 无线传感器网络课程建设分析

《无线传感器网络》是一门物联网专业的实践性很强的新兴课程，并且具有物联网学科的交叉特色与前沿性[4]。《无线传感器网络》课程大致包括：无线传感器网络概述;讨论传感器网络通信与组网的各层次协议与相关技术;讨论传感器网络定位、跟踪与时间同步等支撑技术;讨论传感器网络安全的安全防护技术;讨论无线传感器网络节点操作系统及开发技术;讨论无线传感器中间件体系结构的中间件技术;讨论无线传感器网络数据管理的系统及技术;讨论物联网环境下的无线传感器网络接入技术;讨论无线传感器网络硬件设计技术;讨论无线传感器网络应用的相关技术等。

《无线传感器网络》课程内容涵盖面宽泛，从硬件设计到无线传感器网络上层应用，跨越多个层次，给教师教学和学生学习带来了挑战。从当前教学实践看，《无线传感器网络》教学中仍然存在一些突出的问题。

教学大纲设计不合理。目前，课程教学大纲只是选择面较宽泛，涵盖了无线传感器网络从硬件到软件等多层次内容，在有限的课时内，无法教授有效的知识和技术。课程大纲应结合学生特点，在知识选择上突出重点。

教学资源匮乏。目前尚未出现同行一致认可的《无线传感器网络》教材。已经出版的教材，大多为科研论文节选编撰，部分内容介绍不完整，教材内容缺乏整体设计。科研论文内容不适合直接作为本科生教材的章节内容。教材内容的连贯性和整体性差，对教学有一定的影响。相关参考资料以英文资料居多，学生学习参考资料有一定困难。

实验设计与课程教学匹配度低。课程实验大多选用实验室设备配套案例，与课程教材没有较好地结合。虽然实验设备提供了大量实验素材，但真正能用在实验中的案例较少;还因为一些实验设备提供商对教师的培训较少，或实验指导书不规范等原因，导致实验素材不能得到充分合理地应用。

师资力量薄弱。物联网专业是新兴专业，当前没有物联网专业毕业的教师。课程的学科交叉性，以及理论与实践并重的要求，为教师开展教学带来了挑战。本课程教师要经过一系列的学习培训，提升专业能力。同时，教师要积极关注国内外相关技术发展动态，广泛阅读国外书籍及相关文献，提升自身教学水平。

3 课程建设与课程体系构建

目前，高校在教学过程中，实践教学越来越受到重视，以“培养学生实践能力、提高学生实践素质”为主线的思路得到很多高校教师的认同[5]。《无线传感器网络》课程，理论性与实践性较强，通过课程体系建设将知识点分解到各门相关专业课中，使学生通过学习各门专业课程培养实践能力，提高实践素质。

我校物联网工程专业培养方案中已开设课程包含《无线传感器网络》课程的必要前驱、后继课程。较典型的课程有：《传感器与检测技术》、《RFID技术与应用》、《物联网控制技术》、《物联网通信技术》、《物联网工程综合实训》。在现有培养方案的基础上进行改革，建设《无线传感器网络》课程具有较好地基础。《无线传感器网络》课程建设主要围绕以下几个方面展开。

3.1 修订培养方案，优化教学大纲

物联网技术更新速度快，新技术不断涌现，各种应用需求也在随着技术更新而变化。为配合建设物联网工程专业，修订物联网工程专业培养方案，逐步建设形成了物联网课程体系，专业基础课、专业课开课顺序逐步趋于合理。教学大纲内容要逐步优化，适应物联网应用开发需求。《无线传感器网络》课程是物联网工程专业的核心课程，课程内容涵盖了物联网应用的各个层面，涉及到硬件与软件的各个层次。结合本校学生特点，确定了我校《无线传感器网络》课程教学大纲，突出应用性，教学内容做了相应的调整。硬件设计相关内容在微机原理与接口技术、单片机原理课程中学习;数据管理、无线传感器网络应用相关内容重点放在物联网工程综合实训中学习。通过调整，使各门专业课在有限学时内聚焦重点内容。

3.2 设计课程教案，整合教学资源

在教学实践中，逐步总结学生的特征及学习规律。依据大纲的教学范围，设计符合学生特点的教学方案。对于每个章节的教学内容，结合当前技术应用背景，加强或弱化讲述，让学生最大程度地掌握无线传感器网络核心知识。不断优化教学方案，针对教学内容特征，优化教学方法，增强教学效果。

经过两年的持续建设，利用蓝墨云班课建成了《无线传感器网络》在线资源共享课程，将大纲、视频、课件、作业及习题、参考资料等上传至在线课程，供学生学习下载，能够帮助学生预习和复习巩固课堂教学内容。通过整合教学资源，可以有效弥补教材与参考资料的不足，为学生提供有效的学习资源。近两届学生实行线上线下相结合教学。

3.3 实验设计

课程实验共设计4个综合实验，强化课堂教学内容，培养学生实践能力。围绕教学大纲与理论教学内容，更新实验内容，优化实验案例。重点进行实验案例设计，为学生提供典型的实验案例，与教学内容紧密关联。完成无线传感器网络实验指导书，实验指导书及其配套实验案例共享于在线课程。

3.4 教学团队建设

经过整合师资，整合光电、机械、电子、计算机学科教师加入教学团队，促进学科交叉融合，解决专业课跨学科问题。经过多学科教师组合及现有教师师资培训，初步形成了物联网工程专业教学团队，为《无线传感器网络》课程前驱课与后续课程提供了有力保障。

3.5 教學效果

课程取得了一定的成绩，在学生竞赛、就业、开发创新项目方面有一定成绩。2016届毕业生44人，其中33人毕业设计选题与物联网应用系统及感知技术有关。物联网工程专业学生在“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛、互联网+创新创业大赛等竞赛上取得了较好成绩。

4 结语

课程建设中，以培养具有无线传感器网络应用开发能力的应用型人才为目标，针对课程特点及存在的问题，系统修改了人才培养方案和课程教学大纲。通过构建《无线传感器网络》课程体系，解决课程跨学科、难度大、内容广等问题。利用在线课程平台，整合教学资源，进行线上线下混合模式教学。设计实验，加强实践环节教学，提升学生实践能力。整合多学科教师，以教学团队完成跨学科专业课程教学。经过两届课程教学实践表明，该方案取得了一定效果，在学生竞赛、就业、开发创新项目方面有一定成绩。目前，物联网应用开发发展迅速，教学改革应紧跟行业发展，教师将在以后的教学实践中总结经验，不断完善。为进一步开展教学研究，为培养具有综合创新能力的物联网应用系统开发技术人才奠定基础。

参考文献

[1] 吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010（21）：26-29.

[2] 王汝传，孙立娟.无线传感器器网络技术及其应用[M].北京：人民邮电出版社，2011.

[3] 崔逊学，左从菊.无线传感器网络简明教程[M].北京：清华大学出版社，2015.

[4] 孙玉昕.《无线传感器网络技术》课程实验教学研究[J].软件导论，2015，14（3）：166-167.

[5] 张琳，容晓峰，沈虹.移动应用开发课程建设与教学模式探索[J].计算机教育，2012（14）：95-99.