田新志 陳曉范 申海杰

摘要：在“新工科”建設背景下，該文從《無線傳感器網(wǎng)絡與實踐》課程的特點出發(fā)，對該課程的課程目標定位、課程標準的建設、課程教學內容的設計、課程教學資源的建設、課堂教學過程的設計以及師資隊伍建設等方面進行了較為詳細的探究。提出了基于CDIO理念與項目化、啟發(fā)討論式相結合的教學模，旨在使學生能更有效地學習課程內容，使教師能更好地把握教學內容，提高教學質量。

關鍵字：“新工科”；無線傳感器網(wǎng)絡；課程建設

中圖分類號：G436 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）14-0152-03

為積極應對新一輪科技革命和產業(yè)變革，支持服務創(chuàng)新驅動發(fā)展，我國制定了一系列國家戰(zhàn)略，自2017年2月以來，教育部積極推進新的建設工程，形成了“復旦共識”，“天大行動”和“北京指南”，并發(fā)表了《關于“新工科”研究與實踐的通知》以及《關于促進新工程部門研究與實踐的通知》，旨在探索引領全球工程教育的中國模式和經驗，助力我國高等教育強國建設。[1]“新工科”人才的培養(yǎng)離不開高等院校[2]，2018年3月教育部辦公廳印發(fā)《關于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知》中認定612個項目為我國首批“新工科”研究與實踐項目。而“新工科”這一概念，成為高等教育與大型科研機構討論的中心議題。

而對于物聯(lián)網(wǎng)來說，其本身就被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產業(yè)的第三次浪潮，是信息領域的一次重大發(fā)展和變革，2009年8月，我國首次提出發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)。2010年3月，教育部下發(fā)《教育部辦公廳關于戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關專業(yè)申報和審批工作的通知》，我國高校開始創(chuàng)辦物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。2015年7月，國務院公布推動“互聯(lián)網(wǎng)+”的步履指點定見，將進一步加速我國物聯(lián)網(wǎng)的成長。

因此，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)不論是在“新工科”的背景下還是在同家的物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略中都占有舉足輕重的地位，而無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Networks， WSN）技術在物聯(lián)網(wǎng)工程實踐中起著承上啟下的作用，是關鍵技術之一?！稛o線傳感器網(wǎng)絡與實踐》為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的主干課程，同時也是一些計算機、通信等專業(yè)研究生和本科生的選修課。

1 課程建設目標、標準及定位

1.1 課程建設目標

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一個新興專業(yè)，而物聯(lián)網(wǎng)技術本身的特殊性，多學科融合、快速發(fā)展、應用廣泛等特點，容易讓專業(yè)建設進入迷茫誤區(qū)。各大高校的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)都沒有先導經驗，都是在摸索著前進。對于如何建設物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)以及將物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建成什么樣子也一直是當前高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)負責人研討的熱門話題。在“新工科”背景下，應用型本科院校的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的培養(yǎng)目標是要適合于“新工科”的要求。既要有扎實的理論功底，又要有很強的動手能力?！稛o線傳感器網(wǎng)絡與實踐》作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的主干課程在這一點上更應是如此，該課程的理論教學部分開設在大二第二學期，一般實踐部分則開設在大四第一學期。在大二第二學期，學生已經學過一些物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的基礎知識，如《物聯(lián)網(wǎng)導論》等。這時進行《無線傳感器網(wǎng)絡與實踐》的理論學習是比較不錯的選擇。到了大四第一學期，學生們已經把物聯(lián)網(wǎng)的大部分主干課程都學習完了，學生有了不錯的理論知識體系，這時進行實踐方面的學習理念有針對性，這樣安排的目的主要是讓學生把理論與實踐相結合起來，實現(xiàn)學生職業(yè)能力的培養(yǎng)。

1.2 課程的建設標準及定位

如何確定課程的建設標準，一直以來出沒有一個統(tǒng)一的說法，不同學校有不同的做法，但課程建設的標準無疑是課程建設的重中之重，一個富有成效的課程建設標準，在課程標準的制定之前，都要經過嚴密的安排、充分的調研。在“新工科”背景下及要求下，首先要了解本校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的培養(yǎng)目標、培養(yǎng)方式、培養(yǎng)方向、學校的師資情況、用于支撐教學的實驗條件等一系列問題。其次要深入企業(yè)進行必要的調研，調研的目的是為將來學生畢業(yè)后的就業(yè)有一個比較清晰的方向把握，當然條件允許的話也可以與相關行業(yè)的技術人員直接參與課程標準的制定，認真收集行業(yè)的專業(yè)技術人員對課程標準的建設建議，力圖做到課程建設標準能更好地貼近企業(yè)實際，以便培養(yǎng)出來的學生能夠學以致用。當然學校還可以讓學生到企業(yè)進行現(xiàn)場教學，把課堂搬到企業(yè)或聘請資深的行業(yè)人員來學校任教交流的方式來開展課程教學活動，進行工學結合校企合作，讓學生在更多的機會接觸到工程實際，親身體會物聯(lián)網(wǎng)的神奇之處?！稛o線傳感器網(wǎng)絡與實踐》課程強調的是理論與實踐相結合，可以采用CDIO理念與項目化教學相結合的形式，CDIO[6]整合構思（conceive）、設計（design）、實現(xiàn)（implement）以及動作（operate）的過程，從最初的產品研發(fā)進行到生命周期，并以此為載體，實行有效的關聯(lián)，讓學生邊學做，獲取工程能力，為學生未來職業(yè)生涯的發(fā)展打下良好的基礎。

2 教學內容設計

2.1 基礎理論教學

無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network， WSN）是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網(wǎng)絡，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡覆蓋地理區(qū)域內被感知對象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡的所有者。

在“新工科”背景下，以突出專業(yè)特色方向與導向，建立《無線傳感器網(wǎng)絡與實踐》基礎理論教學內容的設計。

基礎理論教學是以無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構來設計的主要包括4部分[4]：無線傳感器網(wǎng)絡基礎知識、無線傳感器網(wǎng)絡組網(wǎng)技術、無線傳感器網(wǎng)絡支撐技術和無線傳感器網(wǎng)絡應用。

無線傳感器網(wǎng)絡基礎知識部分的教學內容設計中，主要介紹無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念，發(fā)展歷程、應用情況及關鍵技術等；

無線傳感器網(wǎng)絡組網(wǎng)技術部分，主要講解無線傳感器網(wǎng)絡的底層技術，即物理層中的信道編碼、信號調制技術；媒體訪問控制層的標準及相應的介質訪問控制協(xié)議等；網(wǎng)絡層中的路由選擇協(xié)議和傳輸層中的信息的傳輸控制協(xié)議等；

無線傳感器網(wǎng)絡支撐技術部分，是在充分了解了無線傳感器網(wǎng)絡的低層協(xié)議技術的基礎上進一步討論學習有關無線傳感器網(wǎng)絡中的時間同步技術、傳感器節(jié)點定位技術、以及信息數(shù)據(jù)的融合技術等，為無線傳感器網(wǎng)絡的應用奠定基礎。

無線傳感器網(wǎng)絡應用部分，無線傳感器網(wǎng)絡建立的目的就是應用，在這一部分將主要討論學習無線傳感器網(wǎng)絡在實際生產生活中的應用。

2.2實踐教學內容

理論與實踐相結合才能在人才的培養(yǎng)上做到全方位的訓練學生理論理解能力和實際工程應用能力。

1）課內實驗

課內實驗的設計主要目的是為了讓學生盡快把所學知識融會貫通，為了讓學生能更加直觀的認識無線傳感器網(wǎng)絡，加深對理論知識的理解，課內實驗以驗證性實驗為主，比如：點對點/廣播通信實驗、RSSI采集實驗、基于Zstack協(xié)議實驗中的網(wǎng)絡拓撲實驗等。同時再配套一些與應用有關的綜合性實驗，如：多點自組織組網(wǎng)實驗、信息廣播/組播實驗以及Zigbee串口應用實驗等。通過這些實驗，可讓學生對《無線傳感器網(wǎng)絡與實踐》有一個比較清晰的認識，為后面的綜合課程設計打下基礎。

2）綜合課程設計

《無線傳感器網(wǎng)絡與實踐》的綜合課程設計與工程實踐的緊密相關的，是課內實驗基礎上的深入與拓展。對于綜合課程設計教學可以把課程設計成6-8個綜合工程應用案例，如：智能家居系統(tǒng)、樓宇安防信息采集系統(tǒng)、森林火災監(jiān)測系統(tǒng)、洪水監(jiān)測系統(tǒng)、遠程醫(yī)療服務系統(tǒng)、智慧交通系統(tǒng)、智慧管道系統(tǒng)等。然后將學生按3-5人分組，每個組完成一個案例。每個工程案例配1-2名教師（其中要求至少有一名教師具有實際工程經驗）進行指導。通過綜合課程設計提升學生綜合工程實踐能力、團結協(xié)作能力。

3 教材及教學資源建設

要想上好一堂高質量的課，優(yōu)秀的教材與豐富的教學資源是必不可少的，《無線傳感器網(wǎng)絡與實踐》的教材與教學資源的建設是保障課程目標的基礎

《無線傳感器網(wǎng)絡與實踐》課程能選教材從目前所了解的情況看局限性很大，一般很少能同時滿足理論教學與實踐教學，如清華大學出版社出版珠《無線傳感器網(wǎng)絡技術原理》側重于理論，而實際的工程應用只是作為簡單介紹，并沒有就具體的實現(xiàn)過程進行說明?！稛o線傳感器網(wǎng)絡與實踐》課程是一門理論與實踐并重的課程，按照課程目標是為了融合所學知識以企業(yè)實際工程案例為背景，以項目化教學的形式來達到。目前大多數(shù)的教材都是由沒有多少實際工程經驗的高校教師編制而成的。要想提高教學質量，教材的編寫還是離不開行業(yè)的資深技術人員的支持，現(xiàn)在比較好的做法是教材的編寫由經驗豐富的高校教師與行業(yè)的資深工程技術共同來完成教材編寫。這樣既可以發(fā)揮行業(yè)資深工程技術人員的實踐優(yōu)勢，又可以發(fā)揮高校教師在理論教學方面的特長。

而優(yōu)秀的教學資源除了教材以外，還有很多其他方面的東西，大學教育與中小學基礎教育不同，學生除了完成正常的課堂學習以外，更多的是課后的自主學習。《無線傳感器網(wǎng)絡與實踐》的課內教學不足以滿足課程的要求，因此學生的課后學習也很重要。對于《無線傳感器網(wǎng)絡與實踐》來說，給學生提供的應該是大量的網(wǎng)絡教學資源，而網(wǎng)絡資源的建設則要投入大量的人力與物力，如建設課程網(wǎng)站，學生在課后可以在網(wǎng)站上進行自由學習，學生可以在線與教師進行交流等。網(wǎng)站上也會有一些教學視頻、課程資料及案例資源等信息。

4 課堂教學設計

上好一堂課，課堂的教學設計怎么做，是每位教師都會碰到的問題，也是最不好解決的問題，不同的課有不同的特點?！稛o線傳感器網(wǎng)絡與實踐》既有理論又有實踐，而目前對學生來說，純理論的學習太過于枯燥。如何在課堂上調動學生的學習積極性，不讓學生在上課期間都被手機、平板等電子產品給吸收過去呢？在這里提出一種基于CDIO理念的理論課程教學方法，CDIO的理念讓學生充分融入課堂教學中，解決在理論教學過程中學生感到枯燥無聊的問題，通過CDIO理念培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力。而對于實踐教學環(huán)節(jié)來說則采用案例教學、項目化、啟發(fā)討論式等方式，利用優(yōu)秀案例的實現(xiàn)把理論知識融入實踐當中。

5 師資隊伍建設

沒有哪位教師能獨自一人把《無線傳感器與實踐》這門課程建設起來，好的課程體系需要有優(yōu)秀的師資隊伍?！稛o線傳感器網(wǎng)絡與實踐》也是最近幾年才興新起的課程，大部分的教師經驗都不是很足，再加上該課程內容涉及知識面廣，內容也較新，且其技術更新?lián)Q代頻率快，對實際工程的要求也較高。這些特點也就決定了師資隊伍是一支年輕而又有活力的隊伍，這對青年教師來說也是有不小壓力的?，F(xiàn)在的高校教師中，有行業(yè)工作經驗的寥寥無幾，那么大多數(shù)的做法就是讓這些有意向在這一方面發(fā)展的教師到行業(yè)培訓一段時間，再回學校承擔教學任務?；谝陨戏N種原因，作者認為高校物聯(lián)網(wǎng)工程的教學團隊的建設已經迫在眉睫了。但是師資隊伍的建設也不是一朝一夕的事情，那么現(xiàn)階段比較可行的一條捷徑便是校企合作，并且是深度合作。讓教師學生到企業(yè)中去，企業(yè)的資深技術人員到學校來。

6 結語

《無線傳感器網(wǎng)絡與實踐》課程的建設是一項比較復雜的系統(tǒng)工程，該課程理論與實踐并重，其教學內容跨度大、理論性與實踐性強的特點給教師講授、學生學習帶來了雙重挑戰(zhàn)，而清晰的課程目標、精準的課程定位、合理的教學內容安排、豐富的教學資源、良好的課堂教學設計和優(yōu)秀的師資隊伍是上好該課程的基礎。本文在“新工科”背景下對以上幾個方面的問題進行了較為詳細的探究。但是，《無線傳感器網(wǎng)絡與實踐》作為一門綜合性課程，除以上這些之外，教師還可以根據(jù)學生具體情況，進行有針對性的教學，其目的就是為提高學綜合能力。

參考文獻：

[1] 何謂“新工科”，https：//baike.baidu.com/item/新工科/20597803？fr=aladdin

[2] 陶銘，曲超，洪小宇.“新工科”背景下物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案探索[J].現(xiàn)代計算機，2017（7）39-43.

[3]國務院關于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見，http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-07/04/content_10002.htm

[4] 余華平，劉波濤，劉鵬，等.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)《無線傳感器網(wǎng)絡》課程教材建設探究[J].軟件導刊，2017（5）210-212.

[5]余琽，趙健，黃傳河，等.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設與實踐教學研究[J].計算機教育，2013，8（15）：94-97.

[6] 劉焱.基于CDIO理念的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)與課程體系建設[J].才智——創(chuàng)新教育，2016.