劉三榮

（棗莊學院 信息科學與工程學院，山東 棗莊 277160）

我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了面向應用的較為成熟的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，如我們熟悉的智慧城市、智能交通等.如此巨大的發(fā)展，帶來了巨大的人才需求，大部分的高校也已開設了物聯(lián)網(wǎng)相關的專業(yè).TinyOS操作系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)工程的基礎課程.它隨著“無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）”的技術研究而流行起來的.因此掌握該系統(tǒng)的相關技術也就占領了制高點.TinyOS是一門資料很少，技術較新，沒有多少較好的經(jīng)驗可以借鑒，只能自己摸索出一套適合于TinyOS課程學習的教學模式.

1 TinyOS操作系統(tǒng)與教學現(xiàn)狀

1.1 TinyOS操作系統(tǒng)

TinyOS是由美國加利福尼亞大學伯克利分校專門為無線傳感器網(wǎng)絡定制研發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，是一種基于事件驅(qū)動的操作系統(tǒng)，程序核心模塊較小，能在傳感器存儲資源少的限制上有所突破，能在無線傳感器網(wǎng)絡上有效地運行并執(zhí)行相應的管理工作.TinyOS將底層硬件進行封裝成組件架構(gòu)，對應用層通過組件的層遞結(jié)構(gòu)提供與硬件無關的接口.它的這種分層架構(gòu)有利于操作系統(tǒng)的移植.

TinyOS的架構(gòu)是一個自下而上的樹狀結(jié)構(gòu)，分成底層硬件抽象組件、中間綜合硬件組件和上層軟件組件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示.底層硬件抽象組件將物理硬件映射到TinyOS的組件模型，負責信號交互并向上報告事件的發(fā)生；中間綜合硬件組件模擬高級硬件行為，負責解析數(shù)據(jù)和傳遞數(shù)據(jù)參數(shù)；上層軟件組件主要實現(xiàn)組件控制、路由以及數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)議解析等，并向下發(fā)送指令.

nesC語言是TinyOS的編程語言，是C語言的擴展，用來構(gòu)建TinyOS的結(jié)構(gòu)和執(zhí)行模型，是進行TinyOS程序開發(fā)的工具.nesC程序結(jié)構(gòu)是由模塊組件、配置組件和編譯文件三種類型文件組成.TinyOS組件有配置組件和模塊組件兩種.通常來說，底層組件的命令可以由上層組件調(diào)用，上層組件及其事件的發(fā)生由下層組件通過觸發(fā)信號的方式通知，硬件與最底層的組件直接交互，自上而下形成一種樹狀結(jié)構(gòu)接口.接口中的命令函數(shù)由接口的提供者實現(xiàn)，接口的事件函數(shù)由接口的使用者實現(xiàn)，一個組件使用或提供多個接口，也實現(xiàn)同一接口的多個命令.模塊由應用程序代碼組成，配件說明應用程序要使用的組件及組件間的關系，將使用者與提供者連接在一起.

圖1 TinyOS體系結(jié)構(gòu)

1.2 教學現(xiàn)狀

(1)師資力量較弱.TinyOS是門全新的課程，教學老師大都是從事其他專業(yè)的，如計嵌入式的、計算機的等，很多無線傳感器網(wǎng)絡的核心技術這些老師基本沒有接觸，所以老師的技術水平不是很好，無法滿足教學的需求.帶課老師要從頭學習新的技術本來就很困難，且TinyOS資料文獻較少，經(jīng)驗傳授相對缺少了，大部分老師是自己摸索學習，然后再將摸索學習的知識傳授給學生，這樣匱乏的知識儲備和較少的經(jīng)驗肯定會影響到教學的質(zhì)量.

(2)實踐教學方法相對落后.講課和做實驗是傳統(tǒng)的教學模式的主要方式，先課堂上講理論知識再安排一次實驗.這樣的方式導致了學生所做實驗之間相互獨立.導致學生只會做這些實驗，不知道做實驗的實際意義、在什么場合應用，更不知道應用到工作中去.學生學習的目的不是很明確，知識更不能融會貫通，更不用說培養(yǎng)學習的興趣.

(3)實驗儀器設備不足.TinyOS是近幾年才走進高校的課堂，教學儀器設備相對較少，價格較貴，學校采購設備的范圍和數(shù)量受到限制，適合于專業(yè)教學的實驗設備很少，要三、四位同學使用同一套設備.且無線傳感器網(wǎng)絡設備大多是小的獨立節(jié)點，設備較易損壞.實驗設備少影響了學生學習熱情，學生的學習興趣更無法激發(fā)出來.

2 TinyOS操作系統(tǒng)教學改革探索

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學生培養(yǎng)目標，讓學生更好地掌握所學的專業(yè)知識，更好的培養(yǎng)學生實踐操作和實踐創(chuàng)新的能力，對傳統(tǒng)的教學方法和模式進行教學改革，激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)學生學習興趣.

2.1 基于MOOC與混合式教學改革

MOOC是近幾年新興的教學形式，正改變著課堂的傳統(tǒng)教學模式，適合于當今網(wǎng)絡化學習方式.教師在網(wǎng)絡上提供教學視頻為主的學習資源，學生在線學習教學視頻，通過網(wǎng)絡在師生間、學習者間的進行互動交流，完成教師提供的在線測試、在線作業(yè)、在線考試等.能夠在一定程度上實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學資源共享，推動教育的公平性.將傳統(tǒng)教學與MOOC教學方式結(jié)合起來形成混合式教學，學生在課下完成知識學習，課堂則變成師生間互動的場所，完成答疑解惑、問題討論和知識運用等.

將TinyOS的理論知識部分制作成微視頻，并作為作業(yè)布置給學生，讓學生觀看視頻完成在線學習與練習并進行交流與討論，在實踐課堂上進行關鍵知識點的討論、答疑.完成關健知識點的編程練習，從而加強實踐練習.

為了讓學生充分掌握TinyOS的知識點，結(jié)合教學內(nèi)容與實踐教學的難易程度，將知識點進行分塊，并將學生進行分組，將每一塊知識點讓一組學生共同準備，制作PPT或知識點的總結(jié)，在課堂上進行7-8分鐘的講解，并進行討論和抽查.既培養(yǎng)了學生的自學能力，制作PPT的能力，查找文獻資料的能力，又培養(yǎng)了學生解決問題的能力，從而提高學生的學習積極性和主觀能動性.

2.2 任務驅(qū)動實踐教學

TinyOS是無線傳感器網(wǎng)絡的操作系統(tǒng)，要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸三種功能.它是大量靜止或移動傳感器以自組織或多跳的方式組成無線網(wǎng)絡，協(xié)作地采集、處理、傳輸網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)被感知對象的信息，最終將信息發(fā)送給網(wǎng)絡的所有者.所以TinyOS是一門實踐性很強的課程.

針對TinyOS課程的特點，采用任務驅(qū)動式教學設計實踐教學，通過設計學生感興趣的實踐任務，在學生完成任務的過程中提取理論知識點，鞏固理論知識.在實施任務驅(qū)動式教學方式中，通過布置難度循序漸進的實踐任務，讓學生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題，進行自主或協(xié)作學習，鼓勵圍繞實踐內(nèi)容進行討論與研究，從實踐任務中提煉知識點，形成“以任務為主線、學生為主體、教師為主導”的教學模式.

帶領學生參觀物聯(lián)網(wǎng)實驗室中“智慧城市”，引導學生思考在城市交通中無人駕駛公交車中報站、紅綠燈的識別、路線的識別等是如何實現(xiàn)的.對此進行任務分析和分解，進一步引導學生思考與無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點部署、數(shù)據(jù)采集處理、路由協(xié)議等相關知識，由以有的知識引入新的知識，激發(fā)學生的好奇心和學習興趣.

基于任務驅(qū)動教學方式，設計若干循序漸進的任務，每個任務背后都隱含的相應的知識點.循序漸進的任務將教學難點進行分解細化，使學生從簡單的知識到復雜的系統(tǒng)揮金如土，層層深入，促進學生在此過程中自主學習、探索和創(chuàng)新.任務大綱與相應知識點的分配如表1所示.

表1 任務大綱與知識點分配

表中任務層層遞進，可將TinyOS的各個層次的關健技術和知識點進行概括，在以有的知識上拓展新的知識點，從而使學生溫故而知新、觸類旁通.

3 結(jié)語

TinyOS課程教學改革側(cè)重于理論教學和實踐教學，探討了如何對TinyOS課程教學方法進行改革，以適應物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學要求和培養(yǎng)目標.通過實踐采用上述教學方式對于TinyOS課程教學是行之有效的方法.它能促進學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，激發(fā)學生對TinyOS課程的學習興趣，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，更好地提高教學質(zhì)量.

〔1〕李外云.CC2530與無線傳感器網(wǎng)絡操作系統(tǒng)TinyOS應用實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社,2013.

〔2〕李歐,張效義,王曉梅,張大龍.TinyOS實用編程—面向無線傳感器網(wǎng)節(jié)點軟件開發(fā)[M].北京：機械工業(yè)出版社,2013.

〔3〕牟占生,董博杰.基于MOOC的混合式學生探究—以Coursera平臺為例[J].現(xiàn)代教育技術，2014,124(5):73-80.