摘要：在对“无线传感网络”课程教学改革的实践中提出了一种项目驱动的教学模式，制定了以工程应用为目标的课程主线，紧密结合理论和实践教学内容，并对实践环节和考核方式进行了改革，提高了学生的学习积极性和动手能力，效果良好。
关键词：无线传感网络；项目驱动；教学改革
作者简介：潘勇（1981-），男，重庆人，重庆三峡学院计算机科学与工程学院，讲师；熊江（1969-），男，重庆人，重庆三峡学院计算机科学与工程学院，教授。（重庆 404100）
基金项目：本文系重庆市教委科研基金项目（项目编号：KJ131108）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）14-0184-01
“无线传感网络”是物联网工程专业课程体系中一门重要的专业课，主要讲授无线传感网络的基本概念、网络协议和算法、设计基础和测试技术。该课程一般以“传感器技术与应用”、“单片机原理与应用”及“通信原理”为先修课程。作为一门面向物联网应用、联系物联网理论/系统/设计、课程设计和毕业设计等教学环节的专业课程，其目的是指导学生掌握无线传感网络软硬件设计手段，提高学生实践能力和综合解决问题的能力。
当前该课程理论教学过于宏观，偏重算法，教学形式单一，实验教学还停留在验证实验为主的老路上。传统的教学方法和授课模式无法调动学生的学习积极性，无法有效提高学生的动手能力，为改善教学效果，笔者针对无线传感网络课程提出了项目驱动为主线的教学模式，把教学和实践紧密结合，以激发学生积极性，提高学生动手能力。
一、课程教学内容体系改革
该课程的主要内容包括微型集成智能传感器、组网与通信和以单片机为控制核心的信息处理与传输。为在授课中突出重点，理论与实践并重，在课程教学内容安排上进行了一定整合。
物联网工程专业不是以理论为主导，其重点在于工程应用。针对上述问题，首先在教学实践中制定了一条以工程应用为目标的课程主线，它构建在无线传感网络三大支撑技术——传感技术、计算机技术和通信技术的基础上，在进行理论讲授后即针对相应工程应用深入讲解一款经典芯片，为后续设计打下基础，如图1所示。
这条主线以最终设计并制作一款可实现数据采集、通信及组网的无线传感网络节点为目标展开，对于48学时的课程可以安排32学时的理论课进行讲授，16学时的实验课进行实践。通过主线可以将无线传感网络理论部分和实际工程应用部分有机结合。据此主线，还可根据课时的多少进行相应扩充，例如低能耗通信协议、节点定位和数据融合程序的开发。
二、实践环节的教学改革
作为工程应用型专业，实验的重要性不言自明。在本课程中实验课程约占总学时的33%，而且一上手就是设计性实验，实验内容有针对性地覆盖了理论课的授课内容。在安排上也围绕课程主线进行，使理论课和实验课成为有机整体，学生从亲自焊接一块节点的电路板开始，直到完成一个基本的无线传感通信网络。其目的要求如表1所示。
表1 实验课内容及要求
序号题目目的要求
1节点制作实验熟悉节点硬件电路；掌握节点焊接技能；掌握节点硬件调试和纠错
2无线通信实验熟悉无线通信芯片的工作原理；掌握无线点对点通信接口电路；掌握无线点对点通信的应用编程
3温度传感实验熟悉温度传感芯片的工作原理；掌握节点单片机与温度传感器接口电路；掌握温度传感器的应用编程
4液晶显示实验熟悉液晶模块的工作原理；掌握节点单片机与液晶模块的接口电路；掌握液晶屏显示的应用编程
5无线传感网组网实验熟悉无线传感网的工作原理；掌握无线传感网组网接口电路；掌握无线传感网通信与组网协议的应用编程
三、课程考核方式和评价的教学改革
目前国内高校对无线传感网络课程的考核多采用闭卷形式，学生记忆的知识空泛而零散。而且当前国内无线传感网络教材质量参差不齐，学生考出好的成绩其实是对一些表面概念的死记硬背，学完还是不会动手。经过改革，考试形式采用大作业的形式。大作业的题目是实现一个星形拓扑的具有自组织、自管理功能的无线传感网络，这一题目涉及了无线传感网络设计制造与硬件调试、温度传感数据的采集与编程、单片机和无线通信芯片之间数据交换与编程、无线通信芯片之间通信组网与编程。学生在完成过程中既有前期实验的积累，又在前期基础上进行了升级。另外，要求学生根据自己的创意，让设计出的系统面向某个实际应用。比如医院病人体温监测系统、森林火灾监测系统等。作业分组完成，一组4人，撰写设计报告，现场演示系统运行结果，参考电子设计竞赛模式进行比赛打分，并确定以下评分标准：网络系统硬件电路合理，焊点美观，硬件测试正常；网络系统软件设计合理，结果显示直观，采集数据实时，通信数据收发准确，网络运行稳定；达到以上标准即可评为良好及以上。创意应用方案可作加分处理。
四、教学方式改革
为了激发学生的学习兴趣，提高动手能力，参考全国大学生电子设计竞赛模式，在教学方式上引入教学—实验—比赛机制，笔者在教学实践中按照实际提出明确设计目标，布置任务。学生根据目标和布置的任务在实验中探索解决，并随时得到老师的指导，最后组织比赛并评分的流程实施如下：
1.设计合理教学任务
学生首先设计电路原理图，根据电路图制作电路板并焊接，然后根据实验课任务编写程序并下载调试。每个大实验又分解为几个基本任务和一个创新任务。以无线传感网组网实验为例，分为两个基本任务和一个创新任务，任务内容及要求如下：
基本任务：参照频分复用思想，利用射频芯片本身的频道，实现一对三星形拓扑通信网构建；分析无线芯片数据包构造，利用信息数据长度，实现一对三星形拓扑通信网构建。
创新任务：利用以上两种思路的一种，组建一个网状网络，由两个一对三星形拓扑网络构成。
2.学生动手实践
实验课是学生动手实践的主要平台，学生在实验课上根据老师布置的任务和讲解自己动手实践。老师要跟踪学生实践过程中的问题，及时给予解决，并启发全班同学一起思考，不积累问题，引导学生不断完善，优化方案。同时电路板学生也可以带走，利用课余时间继续专研。
3.组织学生比赛
当学生完成所有基础实验后，最后的大作业提交以现场比赛打分的形式进行。对于各个组的设计结果，优点要肯定，不足之处也要给出建议。学生在这个环节，成就感往往能得到极大的满足。正好以此为契机，鼓励通过本课程学习已对物联网产生兴趣的学生参加更高层次的校级、省级比赛，不断提升自身能力。
五、教学效果
1.课堂和实验课教学效果
通过教学设计和教学实践，学生在课堂上积极主动地进行思考和回答问题，对学习充满了兴趣，能够在教师的引导下主动思考问题，主动上网查阅资料。在实验课上，多数同学不仅能迅速地完成布置的实验项目，而且互相之间讨论热烈，并积极地和老师交流。有些同学则更为深入，不满足于当前的实验结果，而是更深入地研究芯片性能，提出了若干创意和想法，并不断测试与优化。事实证明，这些小组最后的大作业完成得非常出色。
2.大作业反馈教学效果
从交上来的25份大作业看，学生在设计上充分发挥了主观能动性，界面及通信协议设计多样化，如有的利用界面图形设计软件在一块单色液晶上设计出动画效果以显示通信结果，有的移植成熟的有线通信协议，如Modbus协议编写程序，在此协议下系统运行稳定可靠。学生在查阅资料完成大作业的过程中不仅巩固了课堂和教材上的内容，还自发加入了网络中新流行的界面设计思想或一些工业化的通信协议设计方法。
总之，学生在学习过程中发挥了主体作用，提高了自身硬件调试能力和软件编程能力。
参考文献：
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（责任编辑：王祝萍）