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。南京郵電大學物聯(lián)網(wǎng)學院依據(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模式，為以綜合性實驗設(shè)計為貫穿主線，以科學研究+系統(tǒng)開發(fā)方法為教學手段的實踐型教學模式。該文探討了如何配合上述實踐型教學模式建設(shè)其相應(yīng)的實驗教學體系，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)重要的學科專業(yè)課程，選課時頗受學生青睞。

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）學生培養(yǎng)模式和授課方法問題。高年級學生普遍對基礎(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，南京郵電大學物聯(lián)網(wǎng)學院在2016到2017學年對WSN課程進行了教學改革，一改本科教育以講授知識點為主要手段的教學模式為以綜合性實驗設(shè)計為貫穿主線，以科學研究方法為教學手段的實踐型教學模式，取得了良好的教學改革效果[1]。

本文有針對性地為上述課程教學改革開發(fā)相應(yīng)的實驗教學教材，實際上，上述教學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，影響了學生的直觀認識。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，為了為本學院的WSN教學方式改革配合，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)，深化認識這門課程的特點，重新界定有物聯(lián)網(wǎng)學院特色的授課內(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)計實驗教學系列，重構(gòu)教學與實驗方法。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，并貫穿學習始終，讓學生在尋找解決問題的方法中進行知識的學習與應(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)計做準備，一步步指導(dǎo)學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)教學內(nèi)容設(shè)計實驗，在實驗中強化學生對知識點的掌握，激發(fā)學生的學習興趣，提高他們的實際動手能力，再根據(jù)學生的反饋以及實際教學效果，不斷調(diào)整實驗內(nèi)容、實驗難度以及實驗的教學方法，促進每一輪教學實踐在內(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)上述目標和建設(shè)思路，南京郵電大學物聯(lián)網(wǎng)學院無線傳感器網(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)做準備。以下以第一個自習室節(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。

自習室節(jié)能控制系統(tǒng)實時監(jiān)控自習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

在課程的具體教學實施上，我們將整個教學模式以自習室節(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，每個部分由若干學生負責，確保每個學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習等課外環(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，然后進行階段性學習成果展示和交流。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 測評標準

本課程不再以考試成績唯一的測評標準，而是考核學生接受新知識，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準。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)是對每個學生的參與度，學習態(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熟練程度三方面評價學生對實驗的總結(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。如此分別對每組學生所做的實驗給以綜合評判，督促每個學生的參與，促進學生間的交流。

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)理論教學的一個由簡入深，由易到難，一環(huán)扣一環(huán)的實驗教學系列，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實施方法和效果評價方法。使得學院WSN課程的教學一改“教師授課+ 學生復(fù)習”的傳授式教學模式，為“教師導(dǎo)學+ 學生自學+ 合作研討”的實踐型教學模式，對課程教學做出了有益探索，夯實了教學基礎(chǔ)。

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