新工科背景下应用型高校《无线传感器网络》教学方法研究
李宇
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李宇,. 新工科背景下应用型高校《无线传感器网络》教学方法研究[J]. 传感器研究,20223. DOI:10.12721/ccn.2022.157001.
摘要: 无线传感器网络课程需要打破传统教学模式,引入新的教学方法,满足新工科背景下应用型高校人才培养目标。通过分析无线传感器网络课程的特点与难点,提出重构教学内容、借助 RBL教学方法、重视实践教学等方法,培养学生的实践和创新能力。
关键词: 新工科;应用型本科院校;无线传感器网络;RBL
DOI:10.12721/ccn.2022.157001
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一、引言

“新工科”是一个以新经济、新产业为背景的概念,“新工科”建设要求根据新兴产业需求调整专业结构和人才培养模式,构建合理的知识结构。“新工科”更强调学科的综合性及实用性,“新工科”人才需要具备良好的工程实践能力及创新能力。

与学术型大学不同,应用型本科更强调“应用”性,应用型本科院校的目标是培养应用型创新人才,更加注重提升学生的实践能力和创新能力,以便学生在面对复杂问题时能够综合运用所学知识,吸纳新知识,提出建设性的解决措施。

物联网工程专业是典型的新工科专业,作为物联网工程专业的一门核心课程,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)课程涉及计算机、微电子、传感器、网络、通信等诸多领域,是一门面向实际应用、交叉性强、跨度大、知识点涵盖范围广的综合型课程[1-4]。随着物联网技术的飞速发展,无线传感器网络技术在生产领域的价值愈发凸显,高校尤其是应用型院校越来越重视无线传感器网络课程的教学方式和教学效果。本文对无线传感器网络课程的教学方法进行了一定的探索与实践。

二、无线传感器网络课程特点及难点

在无线传感器网络课程教学过程中,结合学生的教学反馈,分析总结主要存在以下问题:

1.涉及范围广。从学科角度涵盖了计算机、微电子、传感器、网络、通信等诸多领域,同时覆盖硬件和软件,从物理感知到面向应用,从单个传感器节点扩展到整个传感网,这就要求学生具备完备的知识体系。现状是学生并没有达到上述领域的知识覆盖面,在知识的广度和深度方面有所欠缺。在教学过程中也存在课程内容多和课时受限的问题,如何对知识点进行选取也直接影响到教学效果和学生应用能力的培养。

2.教学资源不足。中国的学术界从2000年开始对无线传感器网络技术领域开展研究[4],于2010年首次开设物联网工程专业,之后相继出版了一系列无线传感器网络相关图书[5],但教学资源还是相对匮乏。

3.重理论轻实践。目前大多数高校普遍以讲授理论为主、实验为辅,理论课教学方法单一,在实验课上通常完成简单的基础性验证实验,较少涉及复杂的综合性设计实验,这样就割裂了实验之间联系性,缺乏系统性。

三、无线传感器网络课程教学方法探索

针对本课程教学过程中存在的问题加以分析总结,可采取以下教学方法加以改进,提升教学效果。

1.合理设置理论课程内容

收集无线传感器网络相关图书,参考其他同类院校的课程设计,规划《无线传感器网络》授课内容。根据学时限制对课程内容进行适当设置,既兼顾到知识的系统性和实用型,又考虑到学生的接受程度,在有限的时间内让学生获得解决问题的能力。应用案例介绍方面选取具有代表性的无线传感器网络领域应用进行介绍,既要考虑前沿性又要兼顾学生的兴趣。

2.搜集高质量教学素材

中国大学MOOC等平台汇聚了大量优质的教学资源和素材,寻找合适的素材辅以课堂教学[6]。例如讲解到定位技术时,可以在课堂上展示当前热门的无人驾驶应用如何使用定位技术,让学生真正明白了学习的目的和意义,可以有效提升课堂教学质量。

3.引入RBL教学方法

无线传感器网络课程知识覆盖面很广,缺少学生的积极参与而仅依靠老师在课堂上讲解很难收到良好的效果,可引入RBL(Research Based Learning)教学方法,遵循“思考、分组、讨论、分享”的理念,引导学生主动参与课堂活动。采用面向能力导向和以兴趣为导向相结合的分组机制[7],在课前针对某个应用或某项技术以小组为单位布置预习作业,教师在课堂上安排学生在固定时间对预习作业展开讨论,并做出中肯评价。RBL教学方法可以充分调动学生的积极性,增强自主学习意识,培养团队协作精神。

4.重视实践教学设计

在实践教学中,无线传感器网络课程实践教学主要由基础性实验和综合性实验两类构成[8]。基础性实验环节的主要教学目标是对基本知识的巩固和理解,此类实验学生可以独立完成。综合性实验是对基础性实验的延伸,目标是对学生实践能力和创新能力的提升,此类实验适宜以分组形式开展。教师需要掌握最新的研究成果和技术,依据学生分组的实际水平和实验室现有设备,设计出不同难度等级、综合性强、具有挑战性的题目供学生进行选择。综合性实验题目后续还可以不断完善与创新,为参与学科竞赛奠定基础。

四、结语

本文针对无线传感器网络课程在传统教学中存在的课程内容多课时受限、教学资源匮乏、重理论轻实践等问题,提出明确人才培养目标、重构教学内容、RBL教学法、重视实践教学等方法来实现教学目标,把上述思路贯彻到实际教学活动中并持续改进完善,形成适应学科发展的教学模式,达到课程开设的目的和人才培养目标。

参考文献:

[1] 孙洁.面向物联网人才培养的传感器网络课程群建设[J].高教论坛,2016(04):78-79+53

[2] 黄旭,蒋云良,顾永跟.物联网工程专业建设中多学科融合的探索与实践[J].高等工程教育研究,2016(02):86-90.

[3] 高丽丽.以提高实践能力为目标的无线传感器网络课程教学改革[J].中国教育技术装备,2018(20):75-77.

[4] 何丽莉,胡成全,白洪涛.计算机专业《无线传感器网络》课程教学研究[J].教育教学论坛,2015(40):170-171.

[5] 孙利民,李建中,陈瑜,等.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社,2005.

[6] 杨海,梁海波,陈宁立.CDIO教学模式下《无线传感器网络》课程教学改革探索[J].中国多媒体与网络教学学报(上旬刊),2019(10):216-217.

[7] 何尔利,马满福,王昌龙,贾向东,王小牛,索国瑞.新工科背景下无线传感器网络课程设计教学改革与实践[J].计算机教育,2020(06):174-178.

[8] 孙泽宇,韩哲,闫玉良.应用型本科院校无线传感器网络教学方法研究[J].黄河水利职业技术学院学报,2018,30(02):74-76+80.

作者简介:李宇,长春财经学院,工程师,1984年9月出生,女,汉族,辽宁锦州人,硕士研究生学历,职称:工程师 研究方向:物联网和大数据。

本文为“长春财经学院校级教育教学研究课题-新工科背景下应用型高校《无线传感器网络》教学改革研究-XY202027”研究成果