《ZigBee技术应用及无线传感网络技术》课程改革探索

龙海燕+张天飞+丁娇+梁美玉+张磊

摘 要：针对应用型本科《ZigBee技术应用及无线传感网络技术》课程教学，从岗位与能力出发，探索新的教学模式，培养学生的学习兴趣，着力提高学生的工程实践能力和创新能力，提供一种新的人才培养思路。

关键词：ZigBee；岗位；课程改革；人才培养

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）12-0-02

0 引 言

物联网产业作为一种新兴产业，需要大量的应用型人才。安徽省紧紧抓住物联网产业发展机遇，不断推进经济转型升级，尤其是合肥市瑶海区，已正式成为全省首家省级专业物联网科技产业园[1]。其中，无线传感器网络作为物联网领域的关键技术，被认为是21世纪最重要的技术之一[2]。其所对应的电子信息工程专业的一门核心课程《ZigBee技术应用及无线传感网络技术》地位尤为重要。

1 课程教学现状

《ZigBee技术应用及无线传感网络技术》是一门理论性和实践性都很强的课程，该技术利用无线传感器网络节点以自组织方式构成无线网络，其目的是感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并将其发送给观察者。同时，无线传感器网络具有多学科高度交叉，集传感器技术、嵌入式技术、无线通信以及分布式信息处理等技术于一体的特点，涉及的知识面较广[3]。教学内容涵盖硬件平台基础、路由协议、MAC协议、物理层设计、时间同步技术、安全技术、IEEE802.15.4标准、ZigBee标准、仿真平台等。但在实际教学过程中，仍采用讲述为主、实验为辅的方式进行教学，对于学生而言，学习这些前沿技术很困难。因此，为适应当前物联网行业的发展需求，紧跟无线网络通信技术不断发展的趋势，在充分进行市场调研的基础上，把握当前的岗位需求，分析传统《ZigBee技术应用及无线传感网络技术》课程教学中存在的不足，将此课程分成理论教学与项目实践两部分。其中，理论教学内容求新，并强化实践教学过程，突出理论与实践相结合的特色。

2 课程改革设计

目前，传统的《ZigBee技术应用及无线传感网络技术》课程教学中仍存在以下问题：

（1）教学效果差。此课程属于交叉学科，教学内容跨度大、难度高。仅以教师在课堂上口述和利用多媒体的方式教学，对于刚开始涉足物联网无线传感器网络方向的学生而言难以接受，导致学生只能死记硬背，但又学后即忘。

（2）实践教学环节还存在很多不足之处。实验主要以驗证性实验为主，过分依赖理论教学，实验内容陈旧等可通过在“智能家居”工程观下，进行学科建设和改革的方式来解决问题，体现专业特色。

（3）难以实现理论教学和实践教学紧密结合的教学目标。课堂教学与实验课教学的安排有一定的时间间隔。在课堂教学时，学生不能及时应用理论，也难以理解理论知识，使理论教学变得空洞。而到实验课时，学生对课堂上所学的内容已无太多印象。此问题可通过建立“项目教学课堂”解决， 结合理论进行教学，同时做到及时应用，让理论与实践无缝衔接，使学生更容易掌握工程技能。

总之，传统的教学模式单调，教学过程枯燥无味，教学内容抽象，学生学习积极性差，各个教学环节明显脱节，严重影响了本课程的教学质量和教学效果，阻碍了本科院校实现培养实用型技术人才的目标。

《ZigBee技术应用及无线传感网络技术》课程涉及内容相当广泛，因此，其理论授课需要合理安排教学次序、循序渐进、深入浅出。课程的教学要做到有层次性，并将其分成三个阶段：启发阶段、实践阶段、创新阶段 [4]。启发阶段培养学生的兴趣；实践阶段加深学生对问题的理解，验证理论知识，掌握技术；创新阶段发挥学生的主观能动性，激发学生潜能，提倡自己动手、设计，培养学生的创新思维能力。在教学过程中，将知识融入课堂、融入比赛、融入生活、融入社会，学生自主互动和小组竞争相结合，形成“四融入一结合”的教学特色，体现知识的“模块化”、“项目化”及 “综合化”。为此，课程从理论学习及实践执行两方面进行改革。

在理论学习中，引入典型物联网下无线传感器网络的项目剖析和项目实施为教学案例，从生产产品所需的知识与技能出发，以项目实例为导向，采用任务驱动式教学法，使学生更加直观清楚地认识到物联网下无线传感器网络的实例项目所需的知识与技能，提高学生的认知能力。

在实践执行过程中，实验室模拟物联网下无线传感器网络方向的相应岗位环境供学生实践与学习，直接在相应的工作情景中培育学生相应的工程及创新能力，使整个教育过程紧密结合企业和社会的需求。

3 课程改革实施

3.1 教学与实验设备准备

以较为成熟之一的“智能家居”作为载体，进行教学与实验设备的准备，形成教学与实践的主线。实验设备从演示实践教学、基本技能训练实践教学、工程项目实训实践教学三个层面进行选择，可实现教学的三个阶段。 即通过 “项目教学课堂”，使理论与实践无缝衔接，也可以锻炼学生的工程实践能力和创新能力。其技术基于智能家居实际工程项目及生活需求，教学充分体现了岗位需求教育的特点。

3.2 课程体系构建

根据教学大纲和岗位能力的需求，构建“基于岗位的模块化”课程体系。如智能家居WSN的选型（节点架构，硬件组件、能量消耗、操作系统及智能家居环境等知识点）；智能家居WSN的网络设计（设计方案及优化等知识点）；智能家居WSN的构建和应用实现（相关协议，仿真平台及开发平台，时间同步技术及节点定位，安全及容错技术等知识点）。从基本概念、设计、综合应用等方面进行分模块教学。

3.3 课程教学方法

结合物联网下无线传感器网络方向产业的岗位需求，实施“任务驱动、理实一体”的项目化教学方法。例如，智能家居开关研发工程师，要求能够负责智能开关或电子开关的硬件和软件设计，熟悉WiFi、ZigBee等。实施项目化教学，即可开展 “智能照明系统”项目。其实施过程为：

（1）“启发阶段”：教师布置任务，即项目题目“智能照明系统”，目标是利用ZigBee技术实现灯具开关控制、场景控制等，接着进行“基于岗位的模块化”课程体系知识点学习，可进行“无线温度检测实验”的项目化教学，实现模块数据传输，学习协议栈中关于串口的基本设置和操作；

（2）“实践阶段”：学生进行“点对多点无线通讯实验”，及对知识点的理解，以及运用理论进行相应的实践，完成点对多点通讯操作过程，掌握FDMA方式对该模块进行配置；

（3）“创新阶段”：提升学生的综合能力，完成项目目标。

4 结 语

《ZigBee技术应用及无线传感网络技术》课程改革，坚持以项目为驱动，以岗位需求为导向，探索岗位与课程相结合的人才培养模式，制定适合岗位需求，学生易于掌握的培养方式，使学生掌握无线传感器网络的相关知识，具备岗位需求的实践技能，如产品生产、安装或产品维护、维修及研发等。增强技术竞争力，提高电子信息工程专业毕业生的就业优势。

参考文献

[1]徐辉.基于安徽产业发展需要的物联网应用型人才培养模式改革研究[J].开封教育学院学报，2015，35（6）：283-284.

[2]朱晓荣，齐丽娜，孙君，等.物联网与泛在通信技术[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3]朱宝华.物联网专业人才需求与高职专业人才培养初探[J].成才之路，2015 （5）：32-33.

[4]杨玺.基于项目驱动的无线传感器网络教学模式探索[J].考试周刊，2013 （ 61）：111-112.

[5]朱洪波，杨龙祥，朱琦.物联网产业化发展思路与泛在无线通信技术研究[J].中兴通讯技术，2012，18（2）：1-4.

[6]王成福，赵敏笑，朱墨池.物联网产业技术技能人才培养对策[J].成人教育，2014（11）：68-70.

[7]梅娟，杨晓健.高职依托物联网产业链培养软件人才模式研究[J].价值工程，2016，35（2）：250-251.

[8]石鲁生，朱慧博.无线传感器网络数据融合技术与展望[J].物联网技术，2017，7（8）：31-33，36.endprint