物聯(lián)網(wǎng)背景下的《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課程改革

引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，萬物互聯(lián)已悄然走進(jìn)人們的生活。物聯(lián)網(wǎng)不是一門學(xué)科，而是綜合性應(yīng)用技術(shù)，其內(nèi)容涵蓋諸多學(xué)科。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是我校通信工程專業(yè)的一門專業(yè)限選課，該課程囊括的藍(lán)牙，ZigBee，WiFi，無線傳感網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容是物聯(lián)網(wǎng)感知層的核心技術(shù)。我校通信工程專業(yè)沒有開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程，因此將物聯(lián)網(wǎng)引入到無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)過程中，這對于教學(xué)活動(dòng)的開展具有重大意義。本文主要針對該課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行探討分析，給出相應(yīng)的課程改革方案。

1 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程問題分析

1.1 理論教學(xué)過多

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程教學(xué)過程中大部分時(shí)間都是教師講、學(xué)生聽，課程教學(xué)環(huán)節(jié)仍是傳統(tǒng)的教學(xué)模式，學(xué)生沒有真正參與到教學(xué)過程中。通信工程人才培養(yǎng)方案中，理論學(xué)時(shí)多， 實(shí)踐動(dòng)手學(xué)時(shí)少，學(xué)生鍛煉的機(jī)會(huì)少，無法提高學(xué)生的實(shí)踐能力。學(xué)生學(xué)完相關(guān)內(nèi)容后，不能與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，更沒有能力去組建無線網(wǎng)絡(luò)。

1.2 教材針對性差

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程涉及知識(shí)點(diǎn)較多，如藍(lán)牙等短距離無線通信、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等，范圍較廣。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大部分教材涵蓋的內(nèi)容往往廣而不?；蛘邔６粡V，再或者只有理論內(nèi)容，無實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容等。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更新速度快，教材無法適應(yīng)其發(fā)展速度，且教材中存在較多問題，沒有針對性，需要加以改進(jìn)。

1.3 學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)考試類別為考查課，上課時(shí)間為大四上學(xué)期。學(xué)生對該課程的重視度不夠，加之教學(xué)內(nèi)容理論性太強(qiáng)， 過于枯燥，教學(xué)環(huán)節(jié)過于陳舊，學(xué)生對該課程興趣不高，限制了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程改革措施

2.1 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

結(jié)合教學(xué)過程中存在的問題，調(diào)整我校通信工程人才培養(yǎng)方案。2013 版人才培養(yǎng)方案中，總學(xué)時(shí)為 42，理論學(xué)時(shí)為 34，實(shí)踐學(xué)時(shí)為 8。2016 版人才培養(yǎng)方案中，總學(xué)時(shí)為 48，理論學(xué)時(shí)為 24，實(shí)踐學(xué)時(shí)為 24。人才培養(yǎng)方案中增加了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)和理論學(xué)時(shí)已達(dá)到1∶ 1，可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。在教學(xué)過程中，教師進(jìn)行理論授課時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容，更好地為實(shí)踐環(huán)節(jié)服務(wù)。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生注重理論知識(shí)，能夠運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)踐環(huán)節(jié)的問題，真正達(dá)到理論和實(shí)踐相互增長的目的。

2.2 確定教學(xué)內(nèi)容

選定一本教材作為理論部分教材，內(nèi)容要涵蓋多種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使學(xué)生對該部分有初步認(rèn)識(shí)。另外，編寫合適的實(shí)踐教學(xué)教材，給出實(shí)踐教學(xué)的主線，如任務(wù)、目的、要求等， 具體細(xì)節(jié)可結(jié)合學(xué)生基礎(chǔ)設(shè)定，并及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)過程中引入物聯(lián)網(wǎng)的概念，使學(xué)生對“物聯(lián)網(wǎng)”“互聯(lián)網(wǎng) +”等名詞有一定的認(rèn)知，利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程中所學(xué)內(nèi)容， 能獨(dú)自構(gòu)建“物聯(lián)網(wǎng)”和“互聯(lián)網(wǎng) +”網(wǎng)絡(luò)并應(yīng)用。

2.3 項(xiàng)目式實(shí)踐教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)部分采用項(xiàng)目式教學(xué)，以綜合項(xiàng)目為主線，劃分出諸多基礎(chǔ)項(xiàng)目，要求學(xué)生熟悉基礎(chǔ)項(xiàng)目，掌握常用無線技術(shù)，能夠利用無線技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)等。項(xiàng)目選擇時(shí)一般選擇與生活相關(guān)的案例，如智能家居、智能大棚等。對于綜合項(xiàng)目，大部分學(xué)生則開始無法獨(dú)立完成該項(xiàng)目，故把項(xiàng)目進(jìn)行分解，分成多個(gè)子項(xiàng)目，每個(gè)子項(xiàng)目按照熟悉無線技術(shù)的應(yīng)用、進(jìn)行小項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目功能三個(gè)步驟進(jìn)行。最后把小項(xiàng)目進(jìn)行整合，完成該綜合項(xiàng)目，使學(xué)生利用理論教學(xué)知識(shí)解決實(shí)踐問題，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

本文以智能實(shí)訓(xùn)室系統(tǒng)為例，通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)室的智能化管理。實(shí)訓(xùn)室是通信工程專業(yè)專門為學(xué)生提供實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、科技創(chuàng)新的場所，學(xué)生使用時(shí)間和器件完全開放。由于學(xué)生人員不固定，使用時(shí)間不固定，故存在較多管理問題。

2.3.1 分析需求

實(shí)訓(xùn)室管理存在較多問題，如安全、電源、環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備管理等。項(xiàng)目要求實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能實(shí)訓(xùn)室系統(tǒng)，通過采用 ZigBee，WiFi，紅外，傳感器，APP 等技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)室的智能化管理。通過該系統(tǒng)，實(shí)訓(xùn)室管理員能夠?qū)崟r(shí)了解實(shí)訓(xùn)室的動(dòng)態(tài)，并可在智能終端上發(fā)出指令，控制實(shí)訓(xùn)室各個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)室的智能化管理。

2.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能實(shí)訓(xùn)室系統(tǒng)主要由智能終端、網(wǎng)關(guān)、ZigBee 網(wǎng)絡(luò)三大模塊組成，整體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。智能實(shí)訓(xùn)室系統(tǒng)中的網(wǎng)關(guān)是系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)和 WiFi 通信。ZigBee 調(diào)器和 ZigBee 節(jié)點(diǎn)之間按照星型組網(wǎng)方式組成 ZigBee 控制網(wǎng)。智能實(shí)訓(xùn)室系統(tǒng)的各子系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息匯集到 ZigBee 協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳送至終端。

2.3.3 項(xiàng)目劃分

智能實(shí)訓(xùn)室可按照所涉及技術(shù)對 ZigBee，WiFi，網(wǎng)關(guān)，紅外，數(shù)據(jù)庫，APP 進(jìn)行劃分，分成的多個(gè)子項(xiàng)目見表 1 所 列。每個(gè)子項(xiàng)目又可延伸出該技術(shù)的基礎(chǔ)項(xiàng)目，如 ZigBee技術(shù)。學(xué)生只有熟悉了基礎(chǔ)項(xiàng)目，才能進(jìn)行 ZigBee 信息采集、控制等功能，繼而進(jìn)行 ZigBee 組網(wǎng)。表 1 中，項(xiàng)目劃分由左向右進(jìn)行，學(xué)生實(shí)現(xiàn)過程由右向左。學(xué)生通過完成基礎(chǔ)項(xiàng)目的操作，進(jìn)一步熟悉 ZigBee 技術(shù)的配置、協(xié)調(diào)器配置等，然后完成 ZigBee 信息采集，如采集實(shí)訓(xùn)室的溫濕度情況，再發(fā)送給協(xié)調(diào)器。

2.4 改革課程考核方式

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程教學(xué)大綱考核方式 ：理論考試占60%，大作業(yè)占 30%，考勤占 10%。以往大作業(yè)都以書面形式提交，未以項(xiàng)目為依托，無法真正考核學(xué)生的專業(yè)水平及實(shí)踐能力。進(jìn)行課程改革后，大作業(yè)的 30% 在項(xiàng)目中進(jìn)行考核，主要依據(jù)為學(xué)生的動(dòng)手能力、項(xiàng)目完成情況等。在以后的課程改革過程中，會(huì)逐漸加重實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的考核比例。

3 結(jié) 語

《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課程內(nèi)容過于抽象，通過引入物聯(lián)網(wǎng)部分，增強(qiáng)了實(shí)踐性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，同時(shí)也提高了教師的實(shí)踐能力。通過對本校 2013 級、2014 級、2015 級通信工程專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課程改革，學(xué)生反饋意見較好，取得了較好的教學(xué)效果。學(xué)生通過學(xué)習(xí)該課程，能夠利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)。2012 級學(xué)生基于物聯(lián)網(wǎng)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的僅有 2 項(xiàng)，2013 級相關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)有 10 項(xiàng)，2014 級已增加到 15 項(xiàng)。學(xué)生基于物聯(lián)網(wǎng)參與科技創(chuàng)新的項(xiàng)目中，2013 級有 5 項(xiàng)，2014 級有 8 項(xiàng)，2015 級 有 10 項(xiàng)。我校通信工程專業(yè) 2013 級之前的學(xué)生從未參加過物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)大賽，通過該課程物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的引入，近三年通信工程專業(yè)的學(xué)生參加全國各類大賽的人數(shù)逐漸增加。例如，2013 級參加全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)大賽的為一組，獲得華東賽區(qū)一等獎(jiǎng)，2014 級增加到兩組，2015 級為三組，且有一組進(jìn)入全國總決賽，獲得全國物聯(lián)網(wǎng)大賽二等獎(jiǎng)。通過課程改革，學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問題的能力有了明顯提高，該課程改革取得了一定成效。未來，對該課程進(jìn)行的課程改革仍會(huì)不斷創(chuàng)新，以適應(yīng)我校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。