余華平　劉波濤　劉鵬

摘要摘要：《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心課程，建設(shè)好該課程教材十分必要。根據(jù)該課程特點(diǎn)，以長(zhǎng)江大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)《無(wú)線傳感傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程教材建設(shè)為例，分析了該課程教材建設(shè)的基本依據(jù)、基本原則和基本目標(biāo)，把《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程教材編寫的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)成基礎(chǔ)理論教學(xué)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和綜合課程設(shè)計(jì)3部分，使學(xué)生能系統(tǒng)化學(xué)習(xí)課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)，教師能夠有效把握課程教學(xué)內(nèi)容，從而提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生能力。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；教材編寫；內(nèi)容設(shè)計(jì)；物聯(lián)網(wǎng)工程

DOIDOI：10.11907/rjdk.171042

中圖分類號(hào)：G436

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2017）05021003

0引言

2010年物聯(lián)網(wǎng)被首次寫入《政府工作報(bào)告》，2010年3月教育部下發(fā)《教育部辦公廳關(guān)于戰(zhàn)略性新興專業(yè)相關(guān)專業(yè)申報(bào)和審批工作的通知》，指出：“支持和鼓勵(lì)有條件的高等學(xué)校從本科教育入手，加速教學(xué)內(nèi)容、課程體系、教學(xué)方法、管理體制與運(yùn)行機(jī)制的改革和創(chuàng)新，積極培養(yǎng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)的人才”[1]。目前，全國(guó)已有近500所高校開(kāi)設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，大多依托于計(jì)算機(jī)科學(xué)或電氣通信工程等相關(guān)專業(yè)辦學(xué)，在校學(xué)生總數(shù)也已超過(guò)20 000人[2]。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐中起著承上啟下的作用，是關(guān)鍵技術(shù)之一。《無(wú)線傳感器網(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)、通信等相關(guān)專業(yè)研究生和高年級(jí)本科生的選修課[3]。2014年9月，長(zhǎng)江大學(xué)依托計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院正式招收物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生，每屆約80人，目前在校本科生已超過(guò)200人[4]。鑒于此，開(kāi)展該課程教材編寫的研究與探討十分必要。

1教材編寫依據(jù)與基礎(chǔ)

在信息爆炸時(shí)代，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已成為研究熱點(diǎn)和應(yīng)用熱點(diǎn)[5]。無(wú)論是以培養(yǎng)學(xué)科型人才為主的高校，還是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主的高校，都有開(kāi)設(shè)《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程的先例，相關(guān)教材也在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和專業(yè)建設(shè)過(guò)程中起到了積極作用[6]，但無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，現(xiàn)有教材已不能完全適應(yīng)各專業(yè)發(fā)展，特別是現(xiàn)有教材的很多內(nèi)容都不符合學(xué)院的實(shí)際情況，因此需要定期編寫或更新符合各高校教學(xué)實(shí)際和反映無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的新教材。

長(zhǎng)江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院最早在計(jì)算機(jī)類研究生中開(kāi)設(shè)《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》的研討課程；2014年，學(xué)院開(kāi)始招生《物聯(lián)網(wǎng)工程》專業(yè)本科生，在其人才培養(yǎng)計(jì)劃中設(shè)置了《傳感器網(wǎng)絡(luò)》必修課程；物聯(lián)網(wǎng)工程系教研活動(dòng)也多次專題討論了傳感器網(wǎng)絡(luò)課程群的建設(shè)工作，大家一致認(rèn)為，《物聯(lián)網(wǎng)工程》專業(yè)需要編寫一本適用于本院學(xué)生實(shí)際和學(xué)院實(shí)驗(yàn)平臺(tái)條件的《傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程教材，建立以《傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程為核心的“傳感器網(wǎng)絡(luò)課程群”；2016年“傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程團(tuán)隊(duì)成功申報(bào)了“《傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程教學(xué)資源建設(shè)研究與實(shí)踐”教研項(xiàng)目。課程團(tuán)隊(duì)中有長(zhǎng)期從事無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)研究和工程實(shí)踐的教師，主持過(guò)5項(xiàng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的省部級(jí)縱向科研項(xiàng)目，并依托這些相關(guān)項(xiàng)目的成果獲得湖北省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，這些科研項(xiàng)目的積累為編寫高質(zhì)量、特色鮮明的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)教材奠定了基礎(chǔ)。目前，《傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程團(tuán)隊(duì)已編寫了較為完備的計(jì)算機(jī)類研究生《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程教案和適用于物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)的《傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程教案，并在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)2014級(jí)學(xué)生中使用并逐漸完善。在實(shí)際講授中，通過(guò)增加提升學(xué)生項(xiàng)目實(shí)踐能力和專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)內(nèi)容，促使學(xué)生積極思考，受到學(xué)生的普遍歡迎。

2教材編寫原則與目標(biāo)

《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程涉及計(jì)算機(jī)、微電子、傳感器、網(wǎng)絡(luò)、通信、數(shù)據(jù)分析處理等諸多領(lǐng)域，是一門面向?qū)嶋H應(yīng)用、交叉性強(qiáng)、跨度大的綜合型課程[5]。其技術(shù)發(fā)展更新快、實(shí)踐應(yīng)用要求高、課時(shí)少、教學(xué)內(nèi)容切割和教學(xué)難度大。因此，教材編寫應(yīng)力求在內(nèi)容設(shè)計(jì)上有一定特色，理論聯(lián)系實(shí)際，反映國(guó)內(nèi)外學(xué)科進(jìn)展；在體系結(jié)構(gòu)安排上，要體現(xiàn)科學(xué)性和適用性。具體分析如下：

（1）針對(duì)專業(yè)建設(shè)實(shí)際和課程特點(diǎn)，理論與實(shí)踐結(jié)合，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容分塊設(shè)計(jì)。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程核心專業(yè)課程建設(shè)的實(shí)際需要和《傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程特點(diǎn)，以加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力為目標(biāo)，理論聯(lián)系實(shí)際，力求系統(tǒng)地介紹無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在理論和實(shí)踐方面的基本原理與經(jīng)典協(xié)議、算法以及典型應(yīng)用案例。教材內(nèi)容分塊設(shè)計(jì)，力求核心內(nèi)容的基礎(chǔ)性和體系性，以及擴(kuò)展內(nèi)容（進(jìn)階內(nèi)容）的先進(jìn)性和前瞻性，同時(shí)結(jié)合學(xué)院在物聯(lián)網(wǎng)方向的科研成果和學(xué)院實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)備條件，編寫實(shí)踐案例和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，突出實(shí)用性和實(shí)踐性。

（2）參考優(yōu)秀教材和跟蹤技術(shù)進(jìn)展，科學(xué)編排教材結(jié)構(gòu)，突出“傳感器網(wǎng)絡(luò)課程群”建設(shè)。在精研國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀教材的基礎(chǔ)上，結(jié)合《傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程團(tuán)隊(duì)在學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)和計(jì)算機(jī)類研究生中的教學(xué)實(shí)踐積累，科學(xué)編排教材結(jié)構(gòu)，舍去現(xiàn)有教材中一些陳舊或次要內(nèi)容，增加一些新穎或重要內(nèi)容。同時(shí)，綜合考慮“傳感器網(wǎng)絡(luò)課程群”內(nèi)各課程之間的內(nèi)容劃分與教學(xué)銜接，強(qiáng)調(diào)《傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程知識(shí)體系的系統(tǒng)性和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)實(shí)踐性。

（3）教學(xué)配套資源綜合設(shè)計(jì)。在《傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程群的框架內(nèi)，綜合設(shè)計(jì)《傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程教材、配套PPT、練習(xí)題庫(kù)和實(shí)驗(yàn)教程等教學(xué)資源。要充分重視課后思考題和習(xí)題設(shè)計(jì)，習(xí)題力求體現(xiàn)基本概念、基本原理、基本算法和具體應(yīng)用案例等相關(guān)內(nèi)容，以幫助學(xué)生更好地理解相關(guān)技術(shù)，增強(qiáng)學(xué)生項(xiàng)目分析和設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力。

（4）參考書(shū)目反映目前國(guó)內(nèi)外最新材料，編寫專業(yè)詞匯索引表。給出擴(kuò)展學(xué)習(xí)和跟蹤最新研究進(jìn)展的參考書(shū)目和網(wǎng)址列表，編寫統(tǒng)一的專業(yè)詞匯表，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)和準(zhǔn)確理解各項(xiàng)技術(shù)。

3教材內(nèi)容設(shè)計(jì)

根據(jù)上述原則和目標(biāo)，長(zhǎng)江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程組在廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外公開(kāi)出版發(fā)行的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)圖書(shū)、教材以及國(guó)外課程網(wǎng)站[610]的基礎(chǔ)上，將《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》教材內(nèi)容設(shè)計(jì)為3個(gè)模塊：基礎(chǔ)理論教學(xué)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和綜合課程設(shè)計(jì)。

3.1基礎(chǔ)理論教學(xué)

基礎(chǔ)理論教學(xué)主要包括4部分：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)高級(jí)主題（進(jìn)階內(nèi)容）。每一章節(jié)后面設(shè)置本章小結(jié)和習(xí)題，在教材最后設(shè)置專業(yè)詞匯索引表，供學(xué)生加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)理解和學(xué)習(xí)。①無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)部分主要講述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念、體系結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)、主要的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展歷史，以及傳感器節(jié)點(diǎn)模塊組成、能耗模型與節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等；②無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)部分討論無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層（信道編碼、調(diào)制）、介質(zhì)訪問(wèn)控制層（802.11標(biāo)準(zhǔn)、MAC協(xié)議）、網(wǎng)絡(luò)層（路由協(xié)議）、傳輸層等；③無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)部分討論無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步技術(shù)、定位技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)等；④無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)高級(jí)主題（進(jìn)階內(nèi)容）部分討論無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真分析技術(shù)、特殊無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用案例等。具體內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排如表1所示。

3.2課內(nèi)實(shí)驗(yàn)

在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，以教材第4章“實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”和第15章“基于 CC2530 ZigBee WSN實(shí)驗(yàn)”為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)兩個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、兩個(gè)中級(jí)難度實(shí)驗(yàn)和兩個(gè)高級(jí)難度的選做實(shí)驗(yàn)[78]，如表2所示。

3.3綜合課程設(shè)計(jì)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合課程設(shè)計(jì)在綜合6個(gè)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展和深入，設(shè)計(jì)6個(gè)綜合工程應(yīng)用實(shí)例（教材第12章）[78]。綜合課程設(shè)計(jì)安排學(xué)生以2～4人為一組協(xié)作地選擇完成6個(gè)綜合工程應(yīng)用實(shí)例中的1個(gè)，每個(gè)工程實(shí)例配置指導(dǎo)教師1位，負(fù)責(zé)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)和實(shí)例成果驗(yàn)收，通過(guò)驗(yàn)收遴選出優(yōu)秀小組在課程設(shè)計(jì)年級(jí)交流大會(huì)上匯報(bào)，提升學(xué)生綜合工程實(shí)踐能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力和交流匯報(bào)能力。具體如表3所示。

4結(jié)語(yǔ)

《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》是一門系統(tǒng)性很強(qiáng)的課程，其教學(xué)內(nèi)容跨度大、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)給教師講授、學(xué)生學(xué)習(xí)帶來(lái)了雙重挑戰(zhàn)，而一本合適的《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程教材是上好該課程的基礎(chǔ)。本文以長(zhǎng)江大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課程教材編寫為例，探討了該教材編寫的依據(jù)與基礎(chǔ)、原則與目標(biāo)，并給出了編寫實(shí)例。但是，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一門綜合性課程，除了一本符合學(xué)生實(shí)際和實(shí)驗(yàn)環(huán)境實(shí)際的教材外，還需要教師根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，進(jìn)一步將知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)成模塊，提供給學(xué)生，促進(jìn)其自主學(xué)習(xí)。同時(shí)，要根據(jù)課程實(shí)踐性特點(diǎn)，在課程學(xué)時(shí)等條件允許的情況下，在課內(nèi)外增加設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)一步提高學(xué)生無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)踐的能力。

參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)：

[1]溫家寶.十一屆全國(guó)人大三次會(huì)議政府工作報(bào)告[EB/OL].http：//www.gov.cn/2010lh/content_1555767.htm，2010.

[2]余琽，趙健，黃傳河，等.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)與實(shí)踐教學(xué)研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2013，8（15）：9497.

[3]李峰.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2011（8）：1820.

[4]長(zhǎng)江大學(xué)招生信息網(wǎng).長(zhǎng)江大學(xué)分省歷年招生計(jì)劃[EB/OL].http：//zszc.yangtzeu.edu.cn/page.html，2017.

[5]孫潔.面向物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)課程群建設(shè)[J].高教論壇，2016，4（4）：7879.

[6][美]胡飛，曹小軍.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理與實(shí)踐[M].牛曉光，宮繼兵，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[7][美]IAN F，AKYILDIZ MEHMET CAN VURAN.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].徐平平，劉昊，褚宏云，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[8]許毅，陳立家.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[9]王小強(qiáng)，歐陽(yáng)駿，黃寧淋.ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[10]李云.CC2530與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS應(yīng)用實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

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