以应用创新为导向的高职WSN应用课程建设与探索

胡拥兵

摘要： 随着物联网应用技术飞速发展， ZigBee、低功耗蓝牙、低功耗WIFI、NFC等WSN技术已经得到广泛应用，智能家居、智慧城市等创新性应用不断涌现。作为高职的传统WSN应用课程，把教学的重点放在技术基础的教学上，侧重网络基础的浅显理论，以及WSN应用的简单示例，课程内容与技术发展现状存在脱节。而今，国家高度重视物联网技术发展，并把创新创业作为技术发展新引擎，而WSN应用课程由于其课程特点，在应用创新上大有可为。本论文探讨WSN应用课程的设计，在课程建设中，把应用创新作为高职WSN应用课程的引导，突出对应用创新的教学，在已经成熟的WSN技术及各种物联网技术平台上开展WSN的理论与实践教学，探索与拓展高职学生的技术发展空间。

Abstract： With the rapid development of IoT application technologies， WSN technologies such as ZigBee， low-power Bluetooth， low-power WIFI， and NFC have been widely used， and innovative applications such as smart homes and smart cities are emerging. As a traditional WSN course in higher vocational education， the focus of teaching is on the technology-based teaching， focusing on the basic theories of the network foundation， and simple examples of WSN applications. There is a disconnect between the curriculum content and the status quo of technological development. Nowadays， the state attaches great importance to the development of Internet of Things technology， and regards innovation and entrepreneurship as a new engine for technological development. The WSN curriculum has great potential for application innovation due to its curriculum characteristics. This paper explores the design of the WSN curriculum. In the curriculum construction， application innovation is used as a guide for higher vocational WSN courses， and the teaching of application innovation is highlighted. The theory of WSN is developed on mature WSN technologies and various Internet of Things technology platforms. Practice teaching， exploring and expanding the technical development space for higher vocational students.

关键词： 无线传感器网络；应用创新

Key words： wireless sensor network；application innovation

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）26-0296-02

0 引言

目前，物联网引领着世界第三次产业升级和发展，已深入各行各业，并一直是政府、企业及舆论关注的焦点。随着相关软硬件技术飞速发展，物联网相关应用也取得各种突破。智能家居、智慧城市、共享单车、自动驾驶汽车等各类创新性“黑科技”应用不断涌现，争相亮相。物联网对传统的产业及发展模式产生持续和深远影响。

作为物联网的关键接入技术，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）技术发展非常迅速，如ZigBee、低功耗蓝牙、低功耗WIFI、NFC等近距离WSN技术已经非常成熟，并得到广泛应用。NB-IOT、LoRaWan等远距離WSN技术应用范围日益庞大。无线传感器网络的应用前景十分广阔，能够广泛应用于国防军事、环境检测、智能家居、医疗护理、危险区域远程控制、城市交通和星际探索等领域，因此得到各国政府、军方、跨国公司和科研机构的广泛关注和高度重视[1]。

作为物联网领域的重要支撑技术，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》明确列出对无线传感器网络的研究要求。广州市也提出建设“智慧城市”与“智慧社区”的意见与要求。无线传感器网络技术毫无疑问是关键核心技术之一。对于物联网应用技术专业，无论是从专业建设的角度，从“以办人民满意的社区高职教育和服务广州现代城市发展”的办学宗旨，还是服务于“智慧社区”建设，作为物联网应用技术专业的核心课程，WSN应用课程都应得到足够重视。

传统无线传感器网络应用课程基于ZigBee技术进行设计，已经与WSN技术发展现状不相适应，有必要对无线传感器网络课程的教学内容进行调整和补充，让学生通过WSN应用课程的学习，更全面的了解与掌握WSN的发展现状与主要技术，更加清晰的理解现有WSN相关产品的技术路线与设计思路，以更加全面开放的思路去设计实现物联网解决方案及产品，突出并落实WSN应用课程在物联网应用创新方面的优势。

1 课程特点

无线传感器网络是由大量传感器节点通过自组织方式构成的多跳无线网络。无线传感器网络技术集传感器、嵌入式、无线通信和信息处理等技术于一体，这也使得无线传感器网络相关课程建设存在各方面的挑战，主要体现在以下几个方面：

①本课程设计多个专业学科，理论教学内容杂、跨度大、难度高。涉及的内容主要有：传感器技术、电子技术、无线通信技术、传感网络协议、嵌入式操作系统与开发、定位技术、数据处理等。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]。教师应具备广博而深厚的专业知识，这样才能提供较好的理论教学。

②本课程所涉技术处于发展前沿，新技术不断涌现，教学内容需与时俱进。在WSN领域，新硬件、新协议、新算法、新系统的不断涌现。在教学过程中，教师需要不断学习，根据技术发展不断更新和调整教学内容，让学生紧跟技术发展脚步。

③WSN与场景密切相关。不同应用场景下使用的WSN网络协议、硬件平台等都存在很大不同。如何在教学过程中针对不同的场景提取出共性问题，使学生在掌握共性问题的基础上针对具体场景找出差异并合理选择技术路线存在较大挑战。

④对学生要求较高。WSN理论知识晦涩、所涉及知识点繁杂，不仅要求学生有扎实的基础知识和宽泛的知识面，还需要学生具有较强的学习能力和主动钻研的积极性。因此激发学生学习兴趣也是本课程建设的难点之一。

⑤无线传感器网络技术标准较多、仿真平台和开发环境复杂多样、应用型的实训设备还不完善，很容易造成学生学习上产生混乱和困惑，同时教师的备课难度大大增加。因此，如何开设合适的实训课程需要不断探索。

2 我学院课程建设、设计与探索

为了优化WSN的总体教学效果，我们从课程、学生、教师与专业特点出发，对该门课程进行更加实用教学设计，突出强调WSN的应用创新。

①依托行业成熟技术，让理论知识贴近创新。根据前期课程的教学情况，调整WSN应用课程的教学重点与难点、教学进度、实验实训的授课安排等。深入研究WSN的知识点，提取共性知识，将知识点讲深、讲透，使学生掌握WSN技术的精髓，能举一反三。同时将当前WSN技术发展的前沿代入课程，让学生能紧跟技术发展脚步。如基础理论教学内容部分，设计思路应围绕传感器的无线接入解决方案，介绍常见的无线传感器网络技术。根据相关技术的特点及参数等，联系实际应用的场景及注意事项，突出WSN应用课程侧重于应用的特点。除了传统的Zigbee技术原理、发展、技术特点、芯片、协议栈、开发平台及SDK、应用场景及常见应用等，还补充NFC、蓝牙、低功耗WIFI、NB-IoT、Lora Wan等技术方面的知识。

②依托地方产业特色，让教学内容贴近专业目标定位。专业与行业以及企业开展了非常深入的产教融合的合作。选择广东省物联网协会作为行业应用的入口，与省物联网协会合作建设物联网应用创新实训室，依托地方产业特色，引入物联网智能传感传感器技术、自组网技术与系统设备的安装、调试与日常维护、物联网智能家居工程应用、智慧交通应用、智慧教室与物联网云平台的创新实训与设计开发项目等。联合省物联网协会关联企业搭建了物联网创新云平台。该平台开发提供前端设备和模块、软件模块库，可由教师或学生设计系统功能和系统架构，进行由浅至深的创新系统开发，并将所开发的系统应用到实际，可以与实际的系统进行对比，达到更好的学习实践效果。

③以科研促WSN应用课程教学。与传统的理论实践和验证性实验教学相比，创新实践教学要突出“创新”二字。除了教学组织过程也要创新之外，实践教学内容的创新对教师就提出了更高的要求。教师应当比学生具有更强的创新思维和创新能力，因此，教师必须在科研的能力上有所要求才能保证创新实践教学的质量[3]。WSN技术仍处于高速发展状态，教师在教学的同时，还需不断跟进学科前沿，探索基于WSN相关的科研项目，因此能及时把最新的研究成果和行业发展情况与学生分享，激起同学们的学习兴趣。对于那些对WSN表现出极大兴趣的同学，教师引导其加入自己的科研团队以及相关众创空间，既为自己的科研团队注入新生力量，又能通过使某些学生在WSN上深入学习，带动其他同学在该课程上的学习。

④以创新项目促学。创新项目能使促进学生的学习积极性。主要有两种途径：

1）与企业合作，引入物联网众创项目，带动优秀的学生完成项目，在项目的完成过程中，深入掌握WSN实现的理论基础、技术特点、开发技术等。例如实现物联网创新开发系统（涵盖智能家居、远程温湿度检测、图书盘点）的数据采集与设备控制、并将设计和开发的数据，直接上传到远程云平台，并通过手机可以远程实现数据的监测和设备的控制。采用行业中成熟的MQTT协议、以及物联网中间件架构，通过B/S与架构下，均可实现物联网的数据采集与控制，支持最新的html5协议，实现互联网控制。

2）剖析同类院校或业界成功或者接近成功的WSN众创项目和众筹项目，阐述WSN技术在这类项目中的作用，特点，让学生对WSN技术的重要性有更深感触。通过以上途径让学生更有兴趣对各类传感网协议技术进行更深刻理解。

⑤对接职业资格标准对WSN技术的需求。与省物联网协会开展职业资格认证合作，协会对课程教师开展职业资格认证相关培训。通过培训，教师对接相应职业资格标准要求，同时结合WSN体系结构特点，构建课程知识体系与内容。对于高校物联网专业有效对接区域物联网产业，课程内容深入对接职业标准，教学过程对接生产过程，进而为企业输送紧缺的物联网专业人才，都有着非常重要的意义[4]。

⑥以赛促学，多模式互补。以理论教学为基础，实训教学为主导，以应用为导向，项目、竞赛、案例为辅助驱动力，构建“多模式互补”的新的物联网应用技术专业WSN应用课程教学模式，培养具有扎实WSN技术知识、能独立探索与合作创新的物联网应用技术专业学生。

3 结语

WSN应用课程是我学院物联网应用技术专业的专业核心课程。为了提高WSN应用课程的教学质量，提高专业学生的创新能力，本文研究了当前WSN应用课程的产业情况，课程特点，分析了我院进行该课程建设和教学设计的探索，提出了具体的课程建设过程和教学设计思路，为WSN应用课程的建设给出了一种新的基本思路。

参考文献：

[1]尚兴宏.无线传感器网络若干关键技术的研究[D].南京理工大学，2012.

[2]王健.高职“无线传感器网络技术”课程教学研究[J].中国市场，2017-01.

[3]金星，等.無线传感器网络创新性实践教学的实施赵良[J].实验室研究与探索，2014，10.

[4]马长胜.高职院校课程内容与职业标准对接研究——以物联网专业为例[J].产业与科技论坛，2017，06.