高职“无线传感器网络技术”课程教学研究

王健

[摘要]“无线传感器网络技术”课程是高职院校物联网应用技术专业的核心课程，在专业人才培养方案中具有重要地位。无线传感器网络涉及学科领域较多，课程的理论与实践体系设计存在较大困难。文章从课程的理论教学、实训教学、实训平台及教学方法等多个方面进行了研究，以电路设计、程序设计、嵌入式开发等技能训练为抓手，积极拓展第二课堂，结合技能竞赛、省市级创新创业项目，锻炼了学生的能力，增强了学生创新创业意识，达到了较好的教学效果。

[关键词]无线传感器网络；物联网；课程改革；创新创业

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2017.02.233

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量传感器通过无线通信方式构成的多跳自组织网络，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户。[1]“无线传感器网络”概念一经提出就迅速成为学术研究热点，并被美国《商业周刊》列为21世纪最有影响的技术之一。[2]随着近年来国家对于物联网技术的关注程度不断提升，作为物联网的关键支撑技术的无线传感器网络技术也逐渐升温，《无线传感器网络技术》课程已成为高职院校物联网应用技术专业的核心课程。[3]

我国高校于2010年起开始开设物联网专业，绍兴职业技术学院（下文简称“我校”）于 2012年正式获批开设物联网应用技术专业，当年开始招生，规模为100人，属于浙江省第一批开设物联网应用技术专业的高职高专院校。根据该校物联网应用技术专业人才培养方案规定，“无线传感器网络技术”课程是物联网应用技术专业核心课程。作为一门新兴课程，课程的教学内容、教学方法、实训设施、实验课程都处于不断变化更新中，该校已连续四年开设了《无线传感器网络技术》课程，在此课程的内容设置、实训设施选型、实验课程教授方面进行了一些探索，特别是在拓展第二课堂、培养学生创新创业意识方面积累了一定的经验。

1 “无线传感器网络技术”课程特点

无线传感器网络是集传感器技术、嵌入式系统、电子技术、现代网络和无线通信技术于一体的综合信息处理系统，[4]具有广泛的应用前景，是计算机信息领域最活跃的研究热点之一。课程涉及的无线传感器网络通信协议、网络种类、网络设备、网络标准都是随着技术进步在不断更新的，这就要求课程内容须紧跟学术研究成果和行业规范标准，课程内容时效性较强。此外本课程较为注重工程实践应用，强调技能培养。

学科交叉是“无线传感器网络技术”课程最大的特点，也是其最大的难点。学科交叉使得此课程涉及的知识面较广，不仅包括传感器、硬件电路、软件编程等基础知识，也包含通信协议、软件算法等前沿知识。此门课程的学习对学生素质要求较高，高职高专学生学习此门课程具有较大的难度。

2 课程实施存在的问题

2.1 教学内容设计难度大

根据绍兴职业技术学院物联网应用技术专业人才培养方案规定，“无线传感器网络技术”课程在第三学期开设，一周4课时，共64课时，课程容量有限。但是此课程的理论和实践内容多，理论内容包括：无线传感器网络基础知识、协议规范、传感器检测技术、射频识别技术、通信技术、定位技术、时间同步技术、安全技术、数据管理与数据融合等；实践内容包括：传感器识别应用、传感器驱动电路设计、C语言编程、ZigBee组网、WI-FI通信、Bluetooth通信等。高难度、多种类、大跨度的知识体系让课程教学内容成为一个难点。如何在有限的课程容量中设置最合适的内容，是此课程成功的基础。

2.2 学生素质要求高

该课程涉及的理论知识较为深入且实践项目均要求学生能够综合应用传感器、电子电路、软件编程等方面知识。该课程的授课对象是绍兴职业技术学院大二学生，虽然在学习此课程之前，学生学过“C语言程序设计”“电子技术基础”“物联网导论”等课程，但是学生缺乏综合项目的实践锻炼。该课程的学习对学生提出了一定的挑战。

2.3 实验设施标准化程度低

由于无线传感器网络发展时间较短，发展还不成熟。配套的实训设施虽然种类较多，但产品质量参差不齐，且标准化程度较低，不利于学生的技能培养。市场上物联网产品也同样没有严格的标准，各厂商均使用独立的协议，产品的通用性较差，在一定程度上会造成教师授课方向偏差。

3 改善课程教学的措施方法

3.1 合理设置教学内容

课程组在制定“无线传感器网络技术”课程标准时发现此课程内容丰富，具有较强的工程性和实践性，合理有效的实训设置是授课质量的关键。所以在课程标准设置中要求学生在掌握无线传感器网络的体系结构、网络管理技术、通信协议等理论知识的基础上，着重掌握常用传感器的使用、无线传感器网络节点开发、无线传感器组网及通信等实践知识，最终锻炼学生电路设计、程序设计、嵌入式开发等技能。同时，在培养学生的过程中，结合校园文化，让学生树立起团队合作、爱岗敬业意识。

通过调研多个企业和兄弟院校，发现目前公司主流产品和實训设备的通信方式主要有ZigBee网络、WI-FI、Bluetooth等几种方式，其中ZigBee网络应用最多，WI-FI次之。所以在实训设置时，侧重ZigBee节点开发、ZigBee组网通信等内容，让市场需求在一定程度上体现在课程内容设置中。

结合以往授课经验以及课程自身特点，对“无线传感器网络技术”课程授课内容和学时进行了精心安排，采用精简理论+项目式实训教学方法，由简到难、循序渐进，既照顾到了学生基础薄弱的情况，又保持了知识结构的完整性。具体授课安排如下表所示。

3.2 搭建创新实训平台

本校无线传感器网络实训室选用华育物联网综合实验箱进行无线传感器网络实训学习，此实验箱包含ZigBee模块、WI-FI模块、Bluetooth模块、RFID模块以及一个嵌入式网关，并配备多种传感器模块，具有较强的功能。特别是在ZigBee组网实验方面具有较强的优势，能够让学生较直观地看到实验结果和ZigBee网络结构，能够适应课程中ZigBee基础实验和组网实验。但是由于实验箱属于定制产品，体积较大，且各模块功能有一定限制，单独使用不方便，不能满足课程后续的综合创新项目应用。因此，课程组设计了一款基于ZigBee网络的开发板，开发板体积小、功能全，非常适用于独立项目应用和部署。实验箱与独立开发板的配合使用，能够完全满足学生课内课外学习的需求，效果较好。

3.3 拓展第二课堂

“无线传感器网络技术”课程内容较多，加之课堂容量有限，拓展第二课堂势在必行。第二课堂的作用主要是让学有余力或创造性思维较强的同学能够通过第二课堂实现创新探索。课程组将学有余力或有兴趣的同学吸收到物联网应用技术专业工作室，鼓励学生参与省市级大学生创新创业项目申请和省市级技能竞赛。两年来，共有30多名学生加入了物联网应用技术专业工作室，学生共申请省级创新创业项目一项、市级创新创业项目两项、校级综合项目两项，并获得省级竞赛二等奖一项、三等奖一项、市级奖项若干。通过开设第二课堂，学生各方面能力得到显著提升，创新创业意识明显增强。

3.4 完善考核方式，注重实践培养

“无线传感器网络技术”课程传统考核方式由平时成绩和期末成绩两部分组成，其中平时成绩占40%，期末考核占60%，平时成绩包括实训动手能力以及上课表现情况。为了增强学生创新创业意识，课程组将竞赛获奖、项目申请纳入课程考核中，开展学分置换。如果学生参与竞赛并获得省三等奖以上奖励或者成功申请省级创新创业项目，可以申请课程免考，这一举措大大调动了学生参与创新创业项目和技能竞赛的积极性。

4 结 论

“无线传感器网络技术”课程作为高职院校物联网应用技术专业的核心课程，具有较强的工程性和实践性。课程组结合市场需求及学生基础对教学内容进行了重组，采用精简理论+项目式实训教学方法，改善了教学效果。并积极开设第二课堂，引导学生参与技能竞赛和创新创业项目，实现学以致用，培养了学生创新创业意识。文章提出的思路符合国家关于深化高等学校创新创业教育改革的政策，与国家高职教育人才培养目标相吻合，并为创新创业教育在专业核心课程中的实践提供了参考。

参考文献：

[1] 马国强，路宁，包蕊. 农业院校“无线传感器网络”课程特点与教学方法研究[J]. 物联网技術，2015（11）：107-108.

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

[3] 赵良，金星，郑芳. 无线传感器网络创新性实践教学的实施[J]. 实验室研究与探索，2014（10）： 194-202.

[4] 刘涛，钱良，王新兵，等. 无线传感器网络实验教学方法实践与探讨[J]. 电气电子教学学报，2015（2）： 88-90.