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        農(nóng)業(yè)院?!盁o線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程特點與教學(xué)方法研究

        2015-11-26 13:32:19馬國強路寧包蕊
        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2015年11期
        關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)研究

        馬國強++路寧++包蕊

        摘 要:物聯(lián)網(wǎng)作為農(nóng)業(yè)院校的專業(yè)核心課程,“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”的教學(xué)改革已成為廣大教師的研究熱點。文章通過突出服務(wù)大農(nóng)業(yè)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用,科學(xué)設(shè)置課程內(nèi)容,創(chuàng)新實驗內(nèi)容安排,改進實踐教學(xué)效果,引入多元化考核。達到了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)實際動手能力和創(chuàng)新精神的目的,從而深化了對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)理論知識的理解。

        關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò);教學(xué)研究;實驗教學(xué);物聯(lián)網(wǎng)

        中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:2095-1302(2015)11-0-02

        0 引 言

        物聯(lián)網(wǎng)將人類生存的物理世界網(wǎng)絡(luò)化、信息化,將分離的物理世界和信息空間互聯(lián)整合,代表了未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。IBM認為,IT產(chǎn)業(yè)下一階段的任務(wù)就是把新一代IT技術(shù)充分運用到各行各業(yè)中。具體來說,物聯(lián)網(wǎng)就是把感應(yīng)器嵌入、配置到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等設(shè)施中,并且被普遍連接,形成物聯(lián)網(wǎng)[1]。

        2010年教育部下達了在我國高校設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的申報通知,首批批準開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的高校有32所。此后各類高校開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的熱情高漲。除綜合型高校和工科高校外,農(nóng)業(yè)院校也紛紛開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。天津農(nóng)學(xué)院(下文簡稱“我?!保┯?013年正式獲批開設(shè)“物聯(lián)網(wǎng)工程”本科專業(yè),當年開始招生,規(guī)模為60人。

        “無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。作為新設(shè)專業(yè),對于這門課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗項目內(nèi)容設(shè)置、實驗教學(xué)模式等,許多農(nóng)業(yè)院校都在摸索過程中。我校在2014年就為計算機應(yīng)用技術(shù)(農(nóng)信方向)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程,對該課程的教學(xué)進行了一定的實踐與探索,并積累了一定的經(jīng)驗。

        1 課程教學(xué)現(xiàn)狀及問題

        “無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程內(nèi)容十分豐富,集無線通信與網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)原理與技術(shù)、傳感器原理與技術(shù)于一體[3],具有多學(xué)科高度交叉的特點,且均屬于前沿課題,涉及的知識面廣、內(nèi)容更新發(fā)展快,故在本科階段開設(shè)該課程具有很大的挑戰(zhàn)性。主要表現(xiàn)在缺乏適合農(nóng)業(yè)院校本科生使用的教材,缺乏標準統(tǒng)一的實驗設(shè)備,缺乏科班出身的師資力量三方面。

        1.1 缺乏適合農(nóng)業(yè)院校本科生使用的教材

        自從在高校設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)以來,各個高校和出版社都進行了相關(guān)教材的編寫。這些教材的理論部分都大致包括如下幾部分內(nèi)容:無線自組織網(wǎng)絡(luò)原理、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、路由協(xié)議、MAC層協(xié)議、定位技術(shù)、時間同步技術(shù)、無線網(wǎng)安全等。上述內(nèi)容多以簡介和綜述的方式進行表述,這對農(nóng)業(yè)院校的本科生來說,理解起來較為困難。原因在于農(nóng)業(yè)院校的本科生工科基礎(chǔ)課開設(shè)相對較少,因而農(nóng)業(yè)院校本科生在學(xué)習(xí)這方面內(nèi)容時略顯吃力。

        1.2 缺乏標準統(tǒng)一的實驗設(shè)備

        隨著近幾年“物聯(lián)網(wǎng)”概念熱度快速提升,各種生產(chǎn)“物聯(lián)網(wǎng)”實驗設(shè)備的公司和廠家紛紛成立。各種仿真平臺、開發(fā)環(huán)境五花八門[4]。比如有的使用CC2430芯片作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的實驗基礎(chǔ),有的使用CC2530芯片作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的實驗基礎(chǔ)等。實驗平臺、開發(fā)環(huán)境的多樣化,技術(shù)標準不統(tǒng)一,實驗設(shè)備不完善給“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程的實驗教學(xué)帶來一定難度。容易給學(xué)生造成思維的混亂,也增加了教師備課的困難。因而急需一套統(tǒng)一標準、統(tǒng)一項目、統(tǒng)一實驗平臺、統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境的實驗教學(xué)模式。

        1.3 缺乏科班出身的師資力量

        師資力量明顯缺乏,尤其在農(nóng)業(yè)院校,工科師資本來就相對薄弱。需著力培養(yǎng)一批無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的骨干教師。

        2 結(jié)合農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng),合理確定教學(xué)內(nèi)容

        農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要是指通過無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù),使用無線傳感器節(jié)點實時采集環(huán)境信息,進而構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),及時準確地確定環(huán)境條件和參數(shù)變化,將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)以人力為中心、依賴孤立機械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為依托,大量使用各種自動化、智能化、遠程控制的生產(chǎn)設(shè)備,實現(xiàn)半自動或自動監(jiān)控的精細生產(chǎn)模式。

        2.1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用

        我國是一個農(nóng)業(yè)大國,地域遼闊,自然災(zāi)害頻發(fā),氣候復(fù)雜多變,將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于解決“三農(nóng)”問題是一個很好的發(fā)展機遇。物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用包括:監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況、畜禽的環(huán)境狀況、土壤氣候變更以及大面積的地表檢測,收集溫度、風力、濕度、大氣、降雨量、土壤水分、土壤pH值等,從而進行科學(xué)預(yù)測,幫助農(nóng)民減災(zāi)、抗災(zāi),進行科學(xué)種植,進而提高農(nóng)業(yè)的綜合效益。

        2.2 教學(xué)內(nèi)容與課時分配

        我?!盁o線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程面向“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)本科開設(shè),開課學(xué)期為二年級第二學(xué)期,總共32學(xué)時,其中課堂講授24學(xué)時、實驗課8學(xué)時。先修課程包括“計算機網(wǎng)絡(luò)”、“C++程序設(shè)計”等。如何利用有限的課時使學(xué)生掌握農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)最核心、最需要的傳感網(wǎng)知識,是我們改革課程內(nèi)容和實驗項目內(nèi)容的目標和方向。

        為了適應(yīng)本科生的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)知識體系的建立、突出農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)知識和能力需求,盡量涉及到種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)、大田作物、溫室種植等各個領(lǐng)域的監(jiān)測需求,課堂講授內(nèi)容和實驗項目內(nèi)容如表1所列。

        3 創(chuàng)新實驗環(huán)節(jié)安排,引入多元化考評方式

        “無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”是門理論與技術(shù)并重、對嵌入式編程實踐能力要求很強的課程。單憑8學(xué)時(4次)實驗課,難以達到預(yù)期效果。為此,我們改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式,將以往的教師講授為主、學(xué)生被動接受,改為學(xué)生自己動腦、教師啟發(fā)指導(dǎo)的教學(xué)模式。強化實驗課教學(xué)環(huán)節(jié),著重培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力、獨立思考能力、創(chuàng)新能力,培養(yǎng)團隊合作精神[5]。

        3.1 全天候開放實驗室

        由于實驗課時有限,僅僅靠實驗課達到培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握傳感器網(wǎng)絡(luò)編程的目標是不現(xiàn)實的。為此,我們的“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程”實驗室,作為“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)面向?qū)W生開放的指定實驗室,充分利用實驗室的空閑時間,為學(xué)生提供實際鍛煉動手能力的硬件條件,營造良好的自主實踐環(huán)境,并由專門的實驗教師進行指導(dǎo)和答疑。

        3.2 基于項目的實驗內(nèi)容設(shè)計

        以課程項目設(shè)計為紐帶,鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)能力。每3-4名學(xué)生組成一個小組,實行組長負責制。小組成員共同討論提出項目方案和具體實施步驟,并進行人員分工。在項目實施過程中,每個小組成員一方面獨立完成自己分工的任務(wù),另一方面還需與小組其他成員進行溝通交流、協(xié)作一致完成項目整體功能。在課程設(shè)計結(jié)束時,每組撰寫詳細的課程設(shè)計報告和總結(jié)報告。

        3.3 鼓勵師生參加技能競賽

        從我國目前開展的各級各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新設(shè)計比賽的技術(shù)層面來看,更注重本行業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)[6]。廣泛開展大學(xué)生實踐創(chuàng)新計劃項目和大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽項目[7]。

        通過鼓勵師生參加天津市教委、中國電子學(xué)會、教育部等各級各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新與設(shè)計比賽,鍛煉了隊伍、開闊了視野。近三年來,獲得市級競賽三等獎兩項、二等獎一項,參與國家級競賽一項。

        3.4 多元化考評模式

        具體來說,期末考試采用閉卷筆試方式,主要測試理論知識掌握的熟練程度、對知識點的理解能力等,分值占總成績的50%;實驗項目開發(fā)能力占總成績的30%,主要對學(xué)生實驗過程中動手能力和實際解決問題的能力進行評價;開發(fā)文檔撰寫和協(xié)作能力評價占總成績的20%。

        4 結(jié) 語

        農(nóng)業(yè)院校的“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生,能力重點側(cè)重于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的實際應(yīng)用,以適應(yīng)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展迫切需要的物聯(lián)網(wǎng)專門人才。

        “無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”作為農(nóng)業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的重點課程,實踐性很強。我們通過改進課堂教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段、創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié),充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和動手實踐能力,改善了教學(xué)效果,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情,使學(xué)生不僅鞏固了所學(xué)到的專業(yè)知識,同時提高了應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

        參考文獻

        [1]胡忠望.“物聯(lián)網(wǎng)工程”新專業(yè)課程體系的設(shè)計[J].中國電力教育,2010(22):109-110.

        [2]吳迪,朱昌平.“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)實踐與探索[J]. 中國電力教育,2012(20):63-64.

        [3]孫玉昕.《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課程實驗教學(xué)研究[J].軟件導(dǎo)刊,2015,14(3):166-167.

        [4]李小龍.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)研究[J].電腦知識與技術(shù),2014(33):7964-7965.

        [5]周偉,易軍,張元濤,等.“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)模式探索[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(社會科學(xué)版),2014(5):165-166.

        [6]李進.技能競賽背景下的《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程改革探索[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2014,13(7):188-189.

        [7]王其,劉青山,錢承山,等. 基于工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系改革與探索[J].科技信息,2013(12):23-24.

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