无线传感网技术实验课程教学与改革

【摘 要】针对无线传感网技术课程涉及的前期课程比较多，课程复杂，学生基础薄弱教学较差的问题。以学生为出发点，改善实验环境，提出了理论实践相结合的教学方案，依据学生能力的不同分组合作完成实验项目。不仅提高了学生的学习兴趣和动手能力，对课程的理论学习也有很大的提升。
【关键词】实验课程；分组合作；软硬件结合 ;教育教学论坛
【基金项目】武汉市教育局教学项目（2014056）
【作者简介】吴向成（1985-），男，湖北武汉，江汉大学物理与信息工程学院，硕士研究生，实验师，研究方向为无线传感网、通信软件。
Teaching and Reform of Experimental Course for Wireless Sensor Network Technology
 WU Xiangcheng^1,2  RenXianping¹  Feng Bowen¹
（ 1. College of Physics and Information Engineering, Jianghan University, Wuhan 430056, China；
2.College of Physics Science and Technology,Central China Normal University,Wuhan 43007,China）
 
Abstract: The course of wireless sensor network technology involves many pre-courses, complicated courses, and poor student foundation teaching. The paper takes the students as the starting point, improving the experimental environment and proposed a teaching plan combining theoretical practice, and the experimental projects are completed in groups according to the different abilities of students. It not only improves students' interest in learning and hands-on ability, but also greatly enhances the theoretical study of the course.
 
Key words: Experimental Course,  Group cooperation, Hardware and software combination
 
无线传感网络综合了传感器技术、嵌入式计算、现代网络以及无线通信和分布式信息处理等技术，能够通过各种微型传感器实时感知、监测和采集环境中的信息，这些不同类型的信息数据通过无线的方式发送。并且以自组织多跳的组网方式传到用户端，从而实现信息的互联互通。无线传感网技术课程作为自动化和电信类专业的一门专业课，在整个培养计划中占用重要的地位，学好本课程对学生的专业综合性以及就业有着积极的作用。

1.目前实验教学过程中存在的问题

目前的教学模式主要是应试教育为主，大部分的高校重理论轻实践导致学生学习兴趣不高，教学效果较差；无线传感网技术课程涉及前期课程比较多，学生基础薄弱，导致课程学习效果不好；传统的实验设备为无线传感网实验箱，单纯的硬件条件已经无法满足无线传感网络中能量管理、通信协议等实验的要求。

2.实验课程的安排

本院的无线传感网络安排在大四上学期，学生面临就业和升学的压力，学习兴趣不高。为保证课程的有效进行，调整课程时间，学完前期课程后马上开展无线传感网络技术课程，例如该门课程可以安排在大三下学期。这样不仅有利于该课程的教学深度，也有利于学生加深对前期课程的理解。
重视实验教学，提升实验课时在整个课程中的学时比例。通过实验学生可以更加直观的感受和体会无线传感网络的兴趣，反过来加深对理论知识的理解。
理论和实践相结合，鉴于学生对理论知识的兴趣不高，合理安排理论和实验的教学比例，整个课程的教学全部安排在实验室，教师在讲理论知识的后可以让学生立马投入实验，这样学生可以直观的加强理论知识的理解，提升教学效果。

3.师资队伍的建设

   为了使课程开设的完善，教师的综合实力是根本。学生获取知识的最直接渠道是通过教师, 如果教师本身并不具备扎实的学科知识能力, 所培养出的学生无法更掌握完备的知识结构。由于无线传感网络是一门综合性较强的学科，研究方向较多。这就需要一批具有较强的综合研究能力的教师。高校可以制定一套完善的实验教师培训体系，定期对实验教学人员完成实验教学培训。例如在校内可以通过教研组为单位的展开教师培训，校外通过校企合作模式定期培训，形成“教学研”为一体的师资培训体系。还可以通过学生评价，同行评议等方式对任课教师做出正确的评价，促进教师的业务水平的提升。只有教师业务水平的不断提高，才能对无线传感网技术实验课程教学改革起到促进的作用。

4.实验资源的配置

目前的无线传感网实验平台多以实验箱为主，体积大成本高，不适合与学生课后自主学习。鼓励教师和学生自建平台，适合于自主式学习的教学模式。无线传感网络的传感器具有体积小的特点，这就可以为学生的自主学习提供方便，在实验环境允许的条件在，以实验模块的形式构建实验平台，学生可以在课后自主学习，这样不仅可以增加学生对课程的学习兴趣，也可以提高学生的动手能力。
为了丰富实验教学内容，课程的实验可以通过软件硬件结合的方式展开。从基础实验到综合实验的递增开展最后到开放性实验的增设。利用无线传感网络实验箱或自制传感器等硬件资源开展节点进行组网、通信、数据采集与处理、定位等实验。对于一些现有硬件条件无法做到的实验，可以通过软件仿真实现，例如使用VC++，Matlab等软件开发平台模拟无线传感网络的部署以及拓扑、通信协议的工作原理、无线网络中节点能量管理等仿真。

5.合作式学习模式的建立

学生分工协作完成整个实验项目，提高学生的专项技能，增加团队协作的能力。以远程控制实验为例，本实验基于ZigBee协议组建无线传感器网络，传感器节点为温湿度传感器，可燃气体传感器，人体红外传感器等，被控制的对象为电机，风扇，点灯等。本实验采用IT公司的CC2530芯片为核心的通用版，传感器或被控对象通过杜邦线连接主板的IO接口。通过IAR分别对协调器、终端等进行编程并下载到主板，通过ZigBee协议组建无线传感网，协调器负责组建网路和收集传感器终端的数据并做出控制信号的下发，实现无线传感网络的双向通信，作为远程控制，需要把协调器连接的PC机作为服务器端连接互联网，PC端应用程序或者手机端应用程序可以通过互联网以无线的方式访问控制传感器节点。该实验涉及到无线组网，网络配置，PC端应用程序的开发、手机端应用程序开发，个体实现实验的过程比较复杂，可以根据学生实际情况进行分组，不同的学生根据自己的专长完成相应的实验模块，例如硬件知识掌握较好的同学可以负责传感器组网；懂的安卓开发的同学负责手机端应用程序的开发，懂的其他高级程序语言的同学负责PC端应用程序的开发，最后各司其职组装成完整的系统实现系统调试。

6. 结论

无线传感网技术课程在自动化和电信类专业培养计划中起着重要的作用，本文从现存问题出发，基于实验课程安排、师资力量的建设、实验资源配置以及合作式学习模式等方面改革，应用到实践中，在我校的教学过程中取得了一定的教学效果。

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