“新工科”背景下无线传感器网络原理课程教学模式探索

周天清 赵军辉 董晶亮 李光辉 李轩

【摘要】随着新型经济的蓬勃发展，工程专业人才培养要具备新特色，也就是要适应“新工科”大环境、大背景。无线传感器网络原理是物联网工程、信息工程或相关专业的重要课程，如何在“新工科”背景下提升该课程教学效果是各高校教师需要研究的问题。基于此，重点论述“新工科”背景下无线传感器网络课程的现有教学内容、方式与方法所存在的问题，再拟出相应解决办法以切实改进教学质量，从而符合“新工科”背景下人才培养目标需要。

【关键词】新工科  无线传感器网络  创新能力  实践能力

【基金项目】江西省教育科学规划课题（编号：17YB056）;江西省教育庁教改课题重点项目（编号：JXJG-16-5-7）。

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）14-0042-02

为应对新一轮科技革命与产业变革，以创新驱动发展，从而支撑“中国制造2025”、“一带一路”、“互联网+”等国家重大战略，教育部自2017年2月以来，积极推进“新工科”建设，形成了一系列共识与行动指南，并积极倡导全国高校切实实施、努力践行，以探索出领跑全球工程教育的中国模式与中国经验，实现教育强国梦[1]。“新工科”建设凸显“五新”[2]内涵，适应以新技术、新产业、新业态、新模式为代表的经济蓬勃发展，但却对工程科技人才的培养提出了更高要求[3]。

自“新工科”理念在教育界提出后，国内许多高校纷纷响应，但鉴于该理念新出不久，众高校的“新工科”建设往往还处于起步阶段，尚未制定详细、合理的实施方案。为配合教育部“新工科”建设，不仅学校要下功夫、加强协调与督促，更重要的是课程教师要针对具体课程设计合理实施方案，落实在教学中，并不断改进与完善。

在国内众多高校中，无线传感器网络原理是物联网工程、信息工程、通信工程、电气自动化或相关专业的重要课程，它集传感器技术、微电机技术、现代网络和无线通信技术于一体，具有广泛的应用前景。在“新工科”背景下，尽管不少教师认真修订无线传感器网络原理课程的教学内容、方式、方法，但仍存在不少现实问题。

一、“新工科”背景下无线传感器网络原理课程教学中存在的问题

随着“新工科”理念的提出，无线传感器网络原理课程的原教学过中存在许多不容忽视的问题：

1.无线传感器网络原理课程教学重理论而轻实践

在教学过程中，大部分教师侧重于无线传感器网络原理的课本内容讲解，追求细致、面面俱到，理论证明严谨透彻，但却忽视教学内容的实践环节。这种教学往往是满堂理论灌输、“填鸭式”教学累了老师，疲了学生。此外，深刻复杂的理论、算法原理讲解也通常让人费解、难以接受，而这种费解、难懂的情节将极大地损害学生学习的热忱。显然，为提升教学质量，促使工程科技人才健康发展，这种纯粹的理论教学模式势必淘汰，“理论指导实践”的教学模式才是正道，值得提倡。

2.无线传感器网络原理课程教学内容单调

随着国家众多重大战略的提出与实施，未来工程科技人才的培养要求与“新工科”理念愈发契合，这就要求学生不仅要具备扎实的专业基础知识，同时还要兼备其它相关多学科知识。换言之，在高校生涯中，学生要掌握交叉领域知识，并能融会贯通。

无线传感器网络原理课程涉及传感器技术、微电机技术、现代网络和无线通信技术等多方专业学科，其应用更是囊括军事、智能农业、环境监测、医疗健康、空间探索、工程检测等诸多方面。然而，纯粹的无线传感器网络原理教学通常无法令学生明白该课程在自己专业领域的具体用法及相关模型搭建过程，这种课程定位的不确定性也将失去学生的注意力、无法达到实际教学目的。在这种情况，如何结合学生自身专业情况，有效利用教学设施，改进教学内容、方式与方法，切实提高学生工程技术技能是值得研究的问题。

二、“新工科”背景下无线传感器网络原理课程教学模式探索

为应对上述诸多问题，“新工科”背景下无线传感器网络原理课程的教学模式有待于进一步改进。为此，提出了以下几点建议：

1.坚持“理论指导实践”的教学模式

理论教学最终目的是指导实践，是增强学生动手操作能力的首要举措，亦是必不可少的环节。理论到实践中去，又在实践中得到验证与发展，这才是“新工科”建设的核心内容。因此，无线传感器网络原理课程要符合“新工科”建设理念，须坚持“理论指导实践”的教学模式，可从以下几点着手：

（1）根据课程内容，设计完整的实验指导书。在实验过程，学生独立完成设计型、创新型或综合型实验，教师只负责监督与指导。课后，学生汇报实验心得，简述实验原理，揭露实验问题，教师则引导学生作品创新与理论创新。另外，实验室可以作为一种开放资源，学生与教师可以根据自身需求合理占用。

（2）注重基础理论教学的同时，加重对学生实习实训的投入。以往的实习实训课程大多出于参观企业工作流程、认识生产设备、了解工作环境的目的，多以参观、认识为主，往往缺乏实际动手实践环节。显然，这种实习实训太过于形式化，对学生的帮助并不大。要培养符合“新工科”要求的工程技术人才，各高校必须加大对学生实习实训的投入，包括资金投入、时间投入（建议周期为0.5至1年）及人力投入。为此，学校可以同相关行业部门合作，综合利用各方资源，联合培养工程、创新、创业型人才。通过这种方式，学生既能很快地熟悉课本知识，又能获取书外知识，能快速适应社会环境与发展。

总体而言，通过亲手操作，学生既能锻炼工程技巧，验证、巩固课堂所学，又能尝试创作新产品，探索新理论。

2.兼容并包的同时，坚持“专业相关”的教学模式

无线传感器网络原理课程内容体系庞大，理论繁多，协议、算法复杂多样，如果教师一味地追求课本详授，那么往往疲于完成教学工作量，却疏于教学质量。那么如何在有限的课时内，尽可能多地让学生掌握课程理论，并能锻炼其动手能力呢？无线传感器网络原理课程教师可从以下两方面入手：

（1）坚持“专业相关”的案例教学模式。从学生专业领域从发，列举一个无线传感器网络在该领域的实际应用案例，如土木工程专业中用于检测桥梁损坏情况的无线传感器网络。为揭示该无线传感器网络功能与原理，教师须得给学生复习相关知识（包括桥梁、传感器等相关知识），当然可以通过提问的方式让学生主动回顾。随后，教师可结合该实际网络展开课程讲授工作，这样可以极大吸引学生注意力、激发学生学习兴趣，更利于理论的高效传授。

（2）坚持“专业相关”的实践教学模式。为挑起学生的学习热情，激发学生的学习动力，实践教学环节同样应紧密耦合所授专业班级，可以专业领域的典型案例为代表设计实践教学环节。例如，针对土木工程专業，同样可以用检测桥梁损坏情况的无线传感器网络为案例，要求学生设计完整的网络体系。鉴于课堂相关知识的详细讲解，学生对设计原理、设计过程有了初步了解，完全可以胜任该网络设计与开发。其实，教师对学生一个学期的实验任务不必多做要求，只要求其做好、弄透这一个网络设计就行，要其明白功能、原理、设计思路，制作成品。

三、结束语

“新工科”背景下，面对许多教师在无线传感器网络原理课程施教过程中重理论而轻实践、课程内容单调的问题，提出了“理论指导实践”的教学模式、兼容并包下“专业相关”的教学模式，以切实提高教学质量，培养符合“新工科”建设要求的高素质人才。

参考文献：

[1]陆国栋， 李拓. 新工科建设与发展的路径思考[J].高等工程教育研究， 2017（03）： 20-26.

[2]董玉冰， 李明晶. 新工科背景下混合式创新教学在数字电子课程中的应用探索[J].长春大学学报， 2017（10）：117-120.

[3]曹婷，曹原.“新工科”背景下通信原理的课程优化[J]. 价值工程， 2018（03）： 258-259.

作者简介：

周天清，华东交通大学信息工程学院讲师，博士。

赵军辉，华东交通大学信息工程学院教授，博士。

董晶亮，华东交通大学土木建筑学院讲师，博士。

李光辉，华东交通大学信息工程学院讲师，博士。

李轩，华东交通大学信息工程学院讲师，博士。