鄧賢君+易靈芝+王彥+黃智偉

作者簡介：鄧賢君（1981—），男，博士，講師，主要從事無線通信、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的教學(xué)和科研工作。摘要：基于在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)領(lǐng)域的研究及在嵌入式領(lǐng)域的研發(fā)和教學(xué)經(jīng)歷，本文作者從嵌入式的角度對(duì)“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”這門課程的教學(xué)模式進(jìn)行了思考和探索。本文總結(jié)了“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程的特點(diǎn)，對(duì)這門課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法提出了一些自己獨(dú)特的建議。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；嵌入式；教學(xué)方法

伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，20世紀(jì)90年代末在美國發(fā)端了現(xiàn)代意義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著非常廣泛的應(yīng)用，無論是在國家安全還是在促進(jìn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面均有著廣泛的應(yīng)用前景。

近年，“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”作為一門重要的專業(yè)課進(jìn)入了國內(nèi)不少大學(xué)信息專業(yè)的課堂，大學(xué)生在本科階段、碩士階段就能接觸、了解、學(xué)習(xí)和掌握這門前沿學(xué)科，這對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和教學(xué)將起到非常重要的促進(jìn)作用。2000年以后，國內(nèi)大部分高校都開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的課程，包括單片機(jī)原理、DSP原理及應(yīng)用、ARM、FPGA、Linux嵌入式系統(tǒng)等，經(jīng)過十多年的發(fā)展，這些課程的教學(xué)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于嵌入式技術(shù)的推動(dòng)起到了巨大的作用，也促進(jìn)了嵌入式行業(yè)的快速發(fā)展。2005年以后，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）開始進(jìn)入高校課堂，包括在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的物聯(lián)網(wǎng)（IOT）也在2010年以后成為時(shí)代的新寵兒。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)作為新興技術(shù)，還有很多問題需要深入進(jìn)行研究，在這種背景下，把這門課程引入高校的課堂，對(duì)教師的教學(xué)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。由于這是門新課程，因此對(duì)“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)如何組織開展探討和研究具有非常重要的意義。

南華大學(xué)相關(guān)專業(yè)近年來也新開設(shè)了這門課，本文作者有著從事嵌入式技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)和高校教學(xué)的經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合作者所從事的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)主題的研究經(jīng)歷和在讀博單位所承擔(dān)的部分教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，本文擬從嵌入式的角度來談?wù)剬?duì)“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)的一些思考和建議，以供參考。

一、“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程的特點(diǎn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在感測(cè)區(qū)域內(nèi)的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，并通過各種無線通信形成的多跳、自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織性、分布式處理、協(xié)同通信等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來在環(huán)保、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”這門課程的特點(diǎn)主要有如下三點(diǎn)：

（1）這是一門交叉性學(xué)科。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的課程內(nèi)容涉及面十分廣泛，是多學(xué)科交叉融合而發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)教師的教學(xué)提出了很高的要求，要求教師具備廣泛的專業(yè)知識(shí)、扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。

（2）這是一門工程性、應(yīng)用性非常強(qiáng)的學(xué)科。這就決定了這門課除了課堂教學(xué)外，還需要依托實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要通過完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系來使學(xué)生掌握和理解這門課程的精髓。

（3）這是一門還在飛速發(fā)展中的學(xué)科，還遠(yuǎn)沒有達(dá)到成熟。要求教師在教學(xué)的同時(shí)，還需要不斷跟進(jìn)學(xué)科前沿，了解研究動(dòng)態(tài)，及時(shí)把最新的研究成果傳授給學(xué)生。

二、“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)方法研究與探討基于“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”這門課程的以上三個(gè)顯著特點(diǎn)，本文接下來從理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面來談?wù)剬?duì)這門課程教學(xué)的一些建議。

1理論教學(xué)

首先，選一本好的教材。一本好的教材對(duì)于教師的備課、學(xué)生的預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)都是非常重要的。當(dāng)前國內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)出了一批無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的教材，但是這些教材的質(zhì)量良莠不齊，所以教師在選擇教材上要慎之又慎。其次，教師在上課之前要積極認(rèn)真?zhèn)湔n。當(dāng)前國內(nèi)這門課程的師資很缺乏，很多上這門課的教師都沒有專門從事無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的經(jīng)歷，也沒有實(shí)際參與過這方面的項(xiàng)目開發(fā)，所以這就對(duì)教師的備課提出了很高的要求。如前所述，這門課程是多學(xué)科融合的交叉學(xué)科，要把這門課程所涉及的知識(shí)點(diǎn)講透徹、讓學(xué)生容易接受和理解，教師自己要先理解透徹，而要做到這一點(diǎn)是非常不容易的。教學(xué)內(nèi)容方面，個(gè)人認(rèn)為需要在課堂上介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念、發(fā)展歷程及主要支撐技術(shù)，如定位技術(shù)、同步技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)和服務(wù)質(zhì)量管理等。最后，為了上好這門課，教師需要時(shí)刻關(guān)注、跟蹤這門技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，積極投入到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究中去?？蒲信c教學(xué)相互促進(jìn)，相輔相成，沒有科研的教學(xué)好比無源之水，對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這類正在高速發(fā)展的學(xué)科，更是如此。

2實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”這門工程性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程的教學(xué)成效起著重要作用。但是由于這是一門新興課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用什么設(shè)備、如何組織、授課學(xué)時(shí)等，目前在開設(shè)這些課程的高校之間并沒有統(tǒng)一的意見。

（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備方面：國內(nèi)現(xiàn)在有不少教學(xué)儀表公司都開發(fā)了針對(duì)高校學(xué)生學(xué)習(xí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用的實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)，系統(tǒng)提供的實(shí)驗(yàn)基本上包含了傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)知識(shí)點(diǎn)的訓(xùn)練，而且價(jià)格方面也比較優(yōu)惠，性價(jià)比比較高。此外，授課教師或者團(tuán)隊(duì)可以基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，利用已有的嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備來“發(fā)明”傳感器網(wǎng)絡(luò)的新設(shè)備。保證這些設(shè)備能夠聯(lián)網(wǎng)，可以考慮將8位處理器如C8051和32位的處理器如ARM、DSP等進(jìn)行結(jié)合，來搭建一個(gè)基本的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)平臺(tái)，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用已有的教學(xué)資源，激發(fā)教師和學(xué)生的創(chuàng)造力，同時(shí)又可以大大節(jié)省采購設(shè)備的成本，一舉兩得。

（2）實(shí)驗(yàn)課組織方面：建議采用“從小到大、循序漸進(jìn)”的方式，首先完成一個(gè)小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)部署，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)際部署場景的把握，然后循序漸進(jìn)，從簡單的程序開始，一步步加強(qiáng)程序的復(fù)雜程度和功能，直到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能完善，達(dá)到節(jié)能、運(yùn)行生命周期長、有效完成某項(xiàng)應(yīng)用的目的。

（3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法方面：建議采用“基本+拓展”模式。在基礎(chǔ)階段，通過講解和引導(dǎo)，由學(xué)生親自組隊(duì)動(dòng)手完成傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署和測(cè)試，并且要求任務(wù)完成后，要提交正式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并在班上進(jìn)行交流互動(dòng)，通過整個(gè)環(huán)節(jié)來促進(jìn)學(xué)生對(duì)課堂理論教學(xué)部分所講授的知識(shí)進(jìn)行深入理解。拓展階段，采用“第二課堂”模式和電子設(shè)計(jì)大賽培訓(xùn)模式，給學(xué)生一項(xiàng)具體任務(wù)及一些指標(biāo)和一定的時(shí)間期限，讓學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，自由組隊(duì)，自由發(fā)揮，努力完成任務(wù)。在任務(wù)完成后，教師和學(xué)生一起進(jìn)行評(píng)測(cè)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，讓學(xué)生能對(duì)所學(xué)知識(shí)有更深入的理解和掌握。通過這種模式，能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

本文作者結(jié)合自己在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究和教學(xué)經(jīng)歷，根據(jù)這門課程的特點(diǎn)，對(duì)這門課程如何進(jìn)行理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了研究與探討，并提出了一些建議，這些建議對(duì)于高校教師如何進(jìn)行“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”的教學(xué)具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

孫利民.無線傳感器網(wǎng)絡(luò).北京：清華大學(xué)出版社，2005.

胡四泉，王志良.“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討.中國電力教育，2010（31）.