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

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