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      高職“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程教學(xué)研究

      2017-02-28 21:50:10王健
      中國(guó)市場(chǎng) 2017年2期
      關(guān)鍵詞:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

      王健

      [摘要]“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程是高職院校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的核心課程,在專業(yè)人才培養(yǎng)方案中具有重要地位。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及學(xué)科領(lǐng)域較多,課程的理論與實(shí)踐體系設(shè)計(jì)存在較大困難。文章從課程的理論教學(xué)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)及教學(xué)方法等多個(gè)方面進(jìn)行了研究,以電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、嵌入式開(kāi)發(fā)等技能訓(xùn)練為抓手,積極拓展第二課堂,結(jié)合技能競(jìng)賽、省市級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目,鍛煉了學(xué)生的能力,增強(qiáng)了學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí),達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

      [關(guān)鍵詞]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò);物聯(lián)網(wǎng);課程改革;創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)

      [DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2017.02.233

      無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)是由大量傳感器通過(guò)無(wú)線通信方式構(gòu)成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò),目的是協(xié)作地采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地域內(nèi)感知對(duì)象的監(jiān)測(cè)信息,并報(bào)告給用戶。[1]“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)”概念一經(jīng)提出就迅速成為學(xué)術(shù)研究熱點(diǎn),并被美國(guó)《商業(yè)周刊》列為21世紀(jì)最有影響的技術(shù)之一。[2]隨著近年來(lái)國(guó)家對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)注程度不斷提升,作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也逐漸升溫,《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課程已成為高職院校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的核心課程。[3]

      我國(guó)高校于2010年起開(kāi)始開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè),紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院(下文簡(jiǎn)稱“我?!保┯?2012年正式獲批開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè),當(dāng)年開(kāi)始招生,規(guī)模為100人,屬于浙江省第一批開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的高職高專院校。根據(jù)該校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案規(guī)定,“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)核心課程。作為一門(mén)新興課程,課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)訓(xùn)設(shè)施、實(shí)驗(yàn)課程都處于不斷變化更新中,該校已連續(xù)四年開(kāi)設(shè)了《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課程,在此課程的內(nèi)容設(shè)置、實(shí)訓(xùn)設(shè)施選型、實(shí)驗(yàn)課程教授方面進(jìn)行了一些探索,特別是在拓展第二課堂、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

      1 “無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程特點(diǎn)

      無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、電子技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信技術(shù)于一體的綜合信息處理系統(tǒng),[4]具有廣泛的應(yīng)用前景,是計(jì)算機(jī)信息領(lǐng)域最活躍的研究熱點(diǎn)之一。課程涉及的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)種類、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)都是隨著技術(shù)進(jìn)步在不斷更新的,這就要求課程內(nèi)容須緊跟學(xué)術(shù)研究成果和行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),課程內(nèi)容時(shí)效性較強(qiáng)。此外本課程較為注重工程實(shí)踐應(yīng)用,強(qiáng)調(diào)技能培養(yǎng)。

      學(xué)科交叉是“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程最大的特點(diǎn),也是其最大的難點(diǎn)。學(xué)科交叉使得此課程涉及的知識(shí)面較廣,不僅包括傳感器、硬件電路、軟件編程等基礎(chǔ)知識(shí),也包含通信協(xié)議、軟件算法等前沿知識(shí)。此門(mén)課程的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生素質(zhì)要求較高,高職高專學(xué)生學(xué)習(xí)此門(mén)課程具有較大的難度。

      2 課程實(shí)施存在的問(wèn)題

      2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)難度大

      根據(jù)紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案規(guī)定,“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程在第三學(xué)期開(kāi)設(shè),一周4課時(shí),共64課時(shí),課程容量有限。但是此課程的理論和實(shí)踐內(nèi)容多,理論內(nèi)容包括:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)、協(xié)議規(guī)范、傳感器檢測(cè)技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、通信技術(shù)、定位技術(shù)、時(shí)間同步技術(shù)、安全技術(shù)、數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)融合等;實(shí)踐內(nèi)容包括:傳感器識(shí)別應(yīng)用、傳感器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、C語(yǔ)言編程、ZigBee組網(wǎng)、WI-FI通信、Bluetooth通信等。高難度、多種類、大跨度的知識(shí)體系讓課程教學(xué)內(nèi)容成為一個(gè)難點(diǎn)。如何在有限的課程容量中設(shè)置最合適的內(nèi)容,是此課程成功的基礎(chǔ)。

      2.2 學(xué)生素質(zhì)要求高

      該課程涉及的理論知識(shí)較為深入且實(shí)踐項(xiàng)目均要求學(xué)生能夠綜合應(yīng)用傳感器、電子電路、軟件編程等方面知識(shí)。該課程的授課對(duì)象是紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院大二學(xué)生,雖然在學(xué)習(xí)此課程之前,學(xué)生學(xué)過(guò)“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”“電子技術(shù)基礎(chǔ)”“物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論”等課程,但是學(xué)生缺乏綜合項(xiàng)目的實(shí)踐鍛煉。該課程的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生提出了一定的挑戰(zhàn)。

      2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化程度低

      由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展時(shí)間較短,發(fā)展還不成熟。配套的實(shí)訓(xùn)設(shè)施雖然種類較多,但產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,且標(biāo)準(zhǔn)化程度較低,不利于學(xué)生的技能培養(yǎng)。市場(chǎng)上物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品也同樣沒(méi)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),各廠商均使用獨(dú)立的協(xié)議,產(chǎn)品的通用性較差,在一定程度上會(huì)造成教師授課方向偏差。

      3 改善課程教學(xué)的措施方法

      3.1 合理設(shè)置教學(xué)內(nèi)容

      課程組在制定“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)發(fā)現(xiàn)此課程內(nèi)容豐富,具有較強(qiáng)的工程性和實(shí)踐性,合理有效的實(shí)訓(xùn)設(shè)置是授課質(zhì)量的關(guān)鍵。所以在課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置中要求學(xué)生在掌握無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、通信協(xié)議等理論知識(shí)的基礎(chǔ)上,著重掌握常用傳感器的使用、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)、無(wú)線傳感器組網(wǎng)及通信等實(shí)踐知識(shí),最終鍛煉學(xué)生電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、嵌入式開(kāi)發(fā)等技能。同時(shí),在培養(yǎng)學(xué)生的過(guò)程中,結(jié)合校園文化,讓學(xué)生樹(shù)立起團(tuán)隊(duì)合作、愛(ài)崗敬業(yè)意識(shí)。

      通過(guò)調(diào)研多個(gè)企業(yè)和兄弟院校,發(fā)現(xiàn)目前公司主流產(chǎn)品和實(shí)訓(xùn)設(shè)備的通信方式主要有ZigBee網(wǎng)絡(luò)、WI-FI、Bluetooth等幾種方式,其中ZigBee網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最多,WI-FI次之。所以在實(shí)訓(xùn)設(shè)置時(shí),側(cè)重ZigBee節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)、ZigBee組網(wǎng)通信等內(nèi)容,讓市場(chǎng)需求在一定程度上體現(xiàn)在課程內(nèi)容設(shè)置中。

      結(jié)合以往授課經(jīng)驗(yàn)以及課程自身特點(diǎn),對(duì)“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程授課內(nèi)容和學(xué)時(shí)進(jìn)行了精心安排,采用精簡(jiǎn)理論+項(xiàng)目式實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法,由簡(jiǎn)到難、循序漸進(jìn),既照顧到了學(xué)生基礎(chǔ)薄弱的情況,又保持了知識(shí)結(jié)構(gòu)的完整性。具體授課安排如下表所示。

      3.2 搭建創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

      本校無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)室選用華育物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí),此實(shí)驗(yàn)箱包含ZigBee模塊、WI-FI模塊、Bluetooth模塊、RFID模塊以及一個(gè)嵌入式網(wǎng)關(guān),并配備多種傳感器模塊,具有較強(qiáng)的功能。特別是在ZigBee組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),能夠讓學(xué)生較直觀地看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果和ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),能夠適應(yīng)課程中ZigBee基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。但是由于實(shí)驗(yàn)箱屬于定制產(chǎn)品,體積較大,且各模塊功能有一定限制,單獨(dú)使用不方便,不能滿足課程后續(xù)的綜合創(chuàng)新項(xiàng)目應(yīng)用。因此,課程組設(shè)計(jì)了一款基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)板,開(kāi)發(fā)板體積小、功能全,非常適用于獨(dú)立項(xiàng)目應(yīng)用和部署。實(shí)驗(yàn)箱與獨(dú)立開(kāi)發(fā)板的配合使用,能夠完全滿足學(xué)生課內(nèi)課外學(xué)習(xí)的需求,效果較好。

      3.3 拓展第二課堂

      “無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程內(nèi)容較多,加之課堂容量有限,拓展第二課堂勢(shì)在必行。第二課堂的作用主要是讓學(xué)有余力或創(chuàng)造性思維較強(qiáng)的同學(xué)能夠通過(guò)第二課堂實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新探索。課程組將學(xué)有余力或有興趣的同學(xué)吸收到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)工作室,鼓勵(lì)學(xué)生參與省市級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目申請(qǐng)和省市級(jí)技能競(jìng)賽。兩年來(lái),共有30多名學(xué)生加入了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)工作室,學(xué)生共申請(qǐng)省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目一項(xiàng)、市級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目?jī)身?xiàng)、校級(jí)綜合項(xiàng)目?jī)身?xiàng),并獲得省級(jí)競(jìng)賽二等獎(jiǎng)一項(xiàng)、三等獎(jiǎng)一項(xiàng)、市級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)若干。通過(guò)開(kāi)設(shè)第二課堂,學(xué)生各方面能力得到顯著提升,創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)明顯增強(qiáng)。

      3.4 完善考核方式,注重實(shí)踐培養(yǎng)

      “無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程傳統(tǒng)考核方式由平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)兩部分組成,其中平時(shí)成績(jī)占40%,期末考核占60%,平時(shí)成績(jī)包括實(shí)訓(xùn)動(dòng)手能力以及上課表現(xiàn)情況。為了增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí),課程組將競(jìng)賽獲獎(jiǎng)、項(xiàng)目申請(qǐng)納入課程考核中,開(kāi)展學(xué)分置換。如果學(xué)生參與競(jìng)賽并獲得省三等獎(jiǎng)以上獎(jiǎng)勵(lì)或者成功申請(qǐng)省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目,可以申請(qǐng)課程免考,這一舉措大大調(diào)動(dòng)了學(xué)生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和技能競(jìng)賽的積極性。

      4 結(jié) 論

      “無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程作為高職院校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的核心課程,具有較強(qiáng)的工程性和實(shí)踐性。課程組結(jié)合市場(chǎng)需求及學(xué)生基礎(chǔ)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重組,采用精簡(jiǎn)理論+項(xiàng)目式實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法,改善了教學(xué)效果。并積極開(kāi)設(shè)第二課堂,引導(dǎo)學(xué)生參與技能競(jìng)賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目,實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用,培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)。文章提出的思路符合國(guó)家關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的政策,與國(guó)家高職教育人才培養(yǎng)目標(biāo)相吻合,并為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育在專業(yè)核心課程中的實(shí)踐提供了參考。

      參考文獻(xiàn):

      [1] 馬國(guó)強(qiáng),路寧,包蕊. 農(nóng)業(yè)院?!盁o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程特點(diǎn)與教學(xué)方法研究[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2015(11):107-108.

      [2] 孫玉昕.《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].軟件導(dǎo)刊,2015(3): 166-167.

      [3] 趙良,金星,鄭芳. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2014(10): 194-202.

      [4] 劉濤,錢(qián)良,王新兵,等. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法實(shí)踐與探討[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2015(2): 88-90.

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