何麗莉 胡成全 白洪濤

摘要：針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的核心課程——《無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程開(kāi)設(shè)時(shí)間較短、缺乏統(tǒng)一規(guī)范的問(wèn)題，在筆者近年連續(xù)講授該門(mén)課程的基礎(chǔ)上，提出了課程所面臨的困難和挑戰(zhàn)，初步確定了該課程在本校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的主要授課內(nèi)容和覆蓋范圍，設(shè)計(jì)了“課程應(yīng)用項(xiàng)目”環(huán)節(jié)，貫穿于整個(gè)課程教學(xué)的始終。課程實(shí)踐表明：課程應(yīng)用項(xiàng)目能夠增強(qiáng)學(xué)生的興趣、提升教學(xué)效果，有利于學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用項(xiàng)目；物聯(lián)網(wǎng)工程

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）40-0170-02

一、引言

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是我國(guó)大力發(fā)展的重要戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。為了加大該產(chǎn)業(yè)人才的培養(yǎng)力度，2010年教育部下發(fā)了《教育部辦公廳關(guān)于戰(zhàn)略性新興專(zhuān)業(yè)相關(guān)專(zhuān)業(yè)申報(bào)和審批工作的通知》。目前全國(guó)已有150余所高校開(kāi)設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)[1]。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，《無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)課程》不但被多數(shù)高校列入物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的核心課程，同時(shí)還被很多高校列入計(jì)算機(jī)、通信、電子等相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生和高年級(jí)本科生的選修課。吉林大學(xué)在2010年就開(kāi)始為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的高年級(jí)本科生開(kāi)設(shè)《無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程，對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行了一定的探索與實(shí)踐。

二、課程特點(diǎn)以及挑戰(zhàn)

《無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程涉及計(jì)算機(jī)、微電子、傳感器、網(wǎng)絡(luò)、通信、信號(hào)處理等諸多領(lǐng)域，是一門(mén)交叉性高、跨度大的綜合型課程。從課程內(nèi)容的組織到課程實(shí)施與評(píng)價(jià)均給一線(xiàn)教師帶來(lái)很大挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)如下。

1.《無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)》連貫的系統(tǒng)講授，需要覆蓋從硬件到軟件，從單個(gè)感知節(jié)點(diǎn)到整個(gè)感知網(wǎng)絡(luò)，從感知層到應(yīng)用層，幫助學(xué)生建立起對(duì)于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體認(rèn)知。而一般計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的電子和通訊領(lǐng)域背景知識(shí)相對(duì)薄弱，這需要教師在課程的初期，從適當(dāng)?shù)慕嵌龋羞x擇性的對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的底層相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行介紹。

2.《無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)》作為一門(mén)新課程，可供參考的本科教學(xué)資源不夠豐富。國(guó)外對(duì)于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究起源于20世紀(jì)70年代，在90年代為學(xué)術(shù)界廣泛認(rèn)可，中國(guó)學(xué)術(shù)界在2000年前后也對(duì)該領(lǐng)域開(kāi)展研究，并取得了一定的成果。然而教學(xué)工作是以實(shí)驗(yàn)室研究的形式，只針對(duì)少數(shù)研究生、博士生等專(zhuān)業(yè)研究型人才開(kāi)展。特別是在2009年以前，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)幾本“無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)”相關(guān)中文圖書(shū)可供選擇[2-5]。這一現(xiàn)象在“物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)”開(kāi)設(shè)以后得到了一定改善，但相比其他計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)傳統(tǒng)課程而言，教學(xué)資源仍然匱乏。

《無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程實(shí)驗(yàn)需要多種不同類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)裝置、儀器和設(shè)備，以及多種不同的開(kāi)發(fā)環(huán)境。較大實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地才能實(shí)現(xiàn)完整的效果。而市場(chǎng)上尚無(wú)系統(tǒng)、完整的滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)所有需要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。此外由于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的應(yīng)用相關(guān)性，也決定了很難形成一套大而全的滿(mǎn)足所有任課教師需要的教學(xué)器材。這需要教師在教學(xué)中根據(jù)各自的實(shí)際情況，挑選合適的教學(xué)工具輔助教學(xué)。

三、課程內(nèi)容與結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)當(dāng)時(shí)公開(kāi)出版發(fā)行的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)圖書(shū)、教材以及國(guó)外課程網(wǎng)站[6-11]內(nèi)容的研究，確定面向計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的《無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程內(nèi)容組織如下。

1.無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)概述。主要講述無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的歷史、主要的應(yīng)用領(lǐng)域、開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以及當(dāng)前這些平臺(tái)的限制。

2.建立無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。討論網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、時(shí)間同步、定位、路由算法等。

3.數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。主要介紹數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理方面的內(nèi)容。

4.實(shí)例研究。結(jié)合工業(yè)界和學(xué)術(shù)界在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最新的研究進(jìn)展開(kāi)展討論。

5.應(yīng)用項(xiàng)目。學(xué)生展示根據(jù)他們的興趣而設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用項(xiàng)目。展示的次序應(yīng)該遵守自底向上的原則，從感知節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)再到數(shù)據(jù)處理最后到管理軟件，形成完整的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)認(rèn)知。

具體的內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排如下：

四、課程應(yīng)用項(xiàng)目

課程應(yīng)用項(xiàng)目是對(duì)學(xué)生考核的重要單元。在課程開(kāi)始階段，一旦學(xué)生掌握了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念、特征和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，就鼓勵(lì)并幫助學(xué)生找到他們感興趣的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)用領(lǐng)域的選擇可以很寬泛，但在熟悉的領(lǐng)域中，學(xué)生更容易發(fā)現(xiàn)合適的問(wèn)題。例如圍繞“無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在校園中的應(yīng)用”這個(gè)領(lǐng)域選題的學(xué)生，更容易發(fā)現(xiàn)“教室長(zhǎng)明燈”這樣的問(wèn)題，并確定“基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的教室照明管理”這樣適宜的題目。隨著課程的開(kāi)展，學(xué)生可以不斷完善其關(guān)注的項(xiàng)目，通過(guò)設(shè)計(jì)合適的傳感器、MAC協(xié)議、路由協(xié)議，并在該應(yīng)用情境下，探討定位、同步、安全等技術(shù)的可應(yīng)用性。在課程的最后階段，學(xué)生提交并展示完整的項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

以項(xiàng)目的形式，從具體的問(wèn)題出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，能夠從創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力兩方面培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力。創(chuàng)新能力培養(yǎng)體現(xiàn)在發(fā)揮想象力，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求，提出新的解決問(wèn)題的思路和方案的能力。工程實(shí)踐能力培養(yǎng)表現(xiàn)在運(yùn)用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的概念和原理，設(shè)計(jì)適應(yīng)社會(huì)需求的技術(shù)方案，論證方案的可行性，發(fā)現(xiàn)并排除故障問(wèn)題的能力。2～3人組成一組，組員之間分工合作完成項(xiàng)目并進(jìn)行報(bào)告展示，更從交流溝通、團(tuán)隊(duì)合作兩方面培養(yǎng)學(xué)生的能力。

《無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程是一門(mén)系統(tǒng)性很強(qiáng)的課程，其教學(xué)內(nèi)容跨度大給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，以應(yīng)用項(xiàng)目貫穿學(xué)習(xí)過(guò)程，能夠增強(qiáng)學(xué)生的興趣，提升教學(xué)效果，有利于學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。在條件允許時(shí)，還可以在課程內(nèi)增加驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步提高學(xué)生無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)踐的能力。

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