无线传感器网络教学创新与实践

彭家和

摘要：高校的无线传感器网络教育对于培养信息化人才而言不可或缺，融入了教学创新理念的高校无线传感器网络教学更是如虎添翼，而教学创新理念在高校无线传感器网络教学当中实际应用是一个非常值得研究的课题。本文章首先对教学创新理念与无线传感器网络教学相关进行了简单概述，其次对无线传感器网络教学现状以及无线传感器网络教学的具体内容进行了分析，并且对教学创新理念在无线传感器网络教学中的应用优势进行了探讨，最后针对教学创新理念在无线传感器网络教学中的实际应用进行了研究。

关键词：无线传感网络；课程教学；教学创新

引言：伴随着现代科学技术的发展，教学创新理念逐渐走进了高校无线传感器网络教学的课堂，而作为信息化教育重中之重的无线传感器网络教学，其中的教学创新理念运用能够极大的提升高校无线传感器网络教学整体的水平，大大增强无线传感器网络教学的直观性和能动性，为高校无线传感器网络教学工作的高效顺利进行提供了极大的保障。

1. 教学创新理念与无线传感器网络教学相关概述

作为物联网工程专业的一门专业核心课，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、数据分析处理等诸多领域，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，实践性较强^[1]。目前在讲授时大多以讲述理论为主、实验为辅的方式进行，实验课只能完成一些简单的基础实验和验证性实验，无法真正提高学生动手实践能力和自主创新能力。以多跳中继无线传输方式将所感知信息传送到用户终端，在环境监测、卫生医疗、工农业控制和军事国防等领域有广泛的应用前景^[2]。美国《商业周刊》将无线传感器网络列为 21 世纪最有影响的 21 项技术之一；在《MIT 技术评论》评出的深远影响人类未来生活十大新兴技术之中，传感器网络位列第一 ；我国《国家中长期科学与技术发展规划（2006-2020 年）》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将无线传感网列入重点研究领域^[3]。

2. 无线传感器网络教学现状

1. 课程内容繁多时间较短

当下高校网络教学模式无线传感器网络排课多，课程专业知识密集，学生需要在学期时间内学习消化的知识晦涩且繁多，导师的课业压力也很沉重。导师进行网络教学时大多采用讲授法，即导师按照书本讲解，学生被动听课学习，在这种“灌输式”教育模式下，学生很难有精力自主思考理解专业知识，并且学生有问题也很难及时和导师沟通解决。而老师在课时有限课业繁重的情况下也很难开展讲授书本知识之外的课堂活动来激发学生的积极性与创造力，导致学生的学习态度消极，对于专业知识的理解吸收慢，且固化死板，没有发挥出网络教学的优势。

2. 理论知识难以实践

在目前的传统教学模式中，学生只是被动接受基础无线传感器网络理论知识，却对无线传感器网络语言的实际用法没有掌握。许多高校的无线传感器网络仍通过传统教学方式，并且以理论知识的讲授为主，实践教学则因为实训室设备资源不足等原因而受到限制，导致学生所学习到的理论知识难以与实践对照。而无线传感器网络作为一个需要极强实操性的课程，传统教学模式缺乏实践结合的培养孵化方式并不适合当今飞速发展的社会对于无线传感器网络人才的需求。

3. 评测标准固化单一

由于各方面原因，基础无线传感器网络的考核仍是采用考试答题形式，并结合平时表现以及作业项目情况评判学生最终成绩。这样单一的考核方式无法准确真实的反映学生的实际操作能力，更偏向于对学生学习效果的把握。因此导致导师无法完全掌握无线传感器网络学生的无线传感器网络语言实际操作能力，进而陷入传统模式下“灌输式”教学的恶性循环，导致高校无线传感器网络学生只注重成绩而忽视专业素养和综合能力的现象，导致学生毕业后“眼高手低”，只有应试答题能力而非实际操作能力。

3. 教学创新理念在无线传感器网络教学中的应用优势

1. 高效率教学，拆分知识点

区别于无线传感器网络传统教学以教材单元和课时作为教学单位的传统观念，在教学创新理念下进行无线传感器网络教学，可以结合视频图片音频等多媒体形式对知识点进行拆分细化，以此作为教学单位对学生进行教学。相对于传统教学的“灌输式”教育方式，以多媒体形式出现的以知识点单位划分的线上教学有助于学生逐步深化理解吸收无线传感器网络理论知识。结合教学创新理念的翻转课堂教学方式，在专业知识资源广泛同时，多媒体形式更能激发学生积极学习态度，锻炼学生的自主学习能力，同时也能减轻导师的课业压力，以达到更好的教学效果。

2. 实践教学，可视化教学进度

互联网教学结合线上课程能够搭建数据监测系统，导师在虚拟系统总成后台能够能够对学生在线时长、课程点击率、教学视频完播率以及考核成绩等教学测评数据带来更垂直的层次体验，导师能更直观的看到学生在学习无线传感器网络过程中的代码编程数据。数据监测系统提供的可视化教学进度大大提升了导师对于学生教学进度的把控，实现了传统教学所不能实现的成体系可视化的分层教学，以便于导师对于不同学习进度学生进行分层针对性教学

^[4]。而对于学生而言，导师通过教学创新理念线上教学，可以向学生展示无线传感器网络代码、无线传感器网络开发的成果，也能达到理论运用于实践的效果，以便于高校更好的培养孵化优秀的无线传感器网络专业人才。

3. 多样化教学，增加学生选择

慕课线上课程结合数据监测系统，能够对学生在线时长、课程点击率、教学视频完播率以及考核成绩等教学测评数据带来更垂直的层次体验，讲师能更直观的看到学生在学习过程中的操作数据。可视化教学进度大大提升了讲师对于学生教学进度的把控，实现了传统教学所不能实现的成体系可视化的分层教学，以便于讲师对于不同学习进度学生进行分层针对性教学。而对于学生而言，讲师通过慕课线上教学，可以向学生展示综合办公实际场景、综合处理实际问题，也能达到理论运用于实践的效果。慕课教学平台在提供专业课程资源的同时，富有浩如烟海的网络教学资源，能给学生基于无线传感器网络基础上，如：“进阶无线传感器网络”课程、“专业无线传感器网络”课程以及专业外的课程等更多学习选择。并且专业课程测评结合多种形式，包括但不限于知识点解读、案例分析、编程实操等多种考核形式，区别于无线传感器网络传统测评模式单一死板的考核形式，通过多样化的教学与考核模式，不但能增加学生的选择，激发学生的学习积极性，培养学生的创造力，更能全面的测评学生的专业知识理解吸收程度以及专业实际操作水平，有助于培养孵化有执行力，有创造力的优秀无线传感器网络人才。

4. 教学创新理念在无线传感器网络教学中的实际应用

1. 授课教学应用

相较于传统无线传感器网络教学的枯燥乏味，自主创新创意项目更能够吸引高校学生的目光，激发高校学生计算机学习的热情，可以极大的激发学生无线传感器网络学习的积极性。兴趣是最好的老师，只有激发学生的学习积极性，引导学生产生学习热情，才能更好的理解吸收无线传感器网络知识，切实掌握无线传感器网络的编程要领。在高校无线传感器网络教学当中应用教学创新理念，采用新奇的自主创新创意项目，来发挥教学创新理念展示的直观性与趣味性，从而帮助高校计算机学生理解吸收，提升高校无线传感器网络教学工作的效率和质量，进而推动高校无线传感器网络教学进步的进程，促进高校无线传感器网络教学高效稳定进行^[5]。案例教学法对于无线传感器网络课程的教学效果具有明显的提升作用，在实际的案例教学中可以让学生通过实际的工程问题来更好的了解理论基础知识以及相关知识的实际应用，同时也可以让学生在对案例进行分析时培养他们的思维能力，通过去发现问题并结合所学知识去解决问题，来培养学生实际应用能力和创新能力等等，因为这种教学方法给学生留有大量的思考讨论的空间，因此可以更好的激发学生的学习兴趣，提升教学效果。在进行案例选择时应该注重选择具有代表性、有使用价值的案例融入教学，这样对于学生学习效果以及综合能力的提升都具有重要作用^[6]。例如在无线传感器网络节点设计的教学中，老师可以进行案例法教学，首先是要进行理论基础的讲解，然后通过案例让学生了解该项设计的实际应用，并通过案例的实际应用过程掌握应用要点，进而实现学生通过对理论基础的理解以及对案例的分析，可以自主设计相关作品。

2. 运行测试应用

在进行高校无线传感器网络教学时，计算机教师可以通过可视化多媒体教学演示无线传感器网络运行的原理来把握教学的深度和广度，同时也能通过VR虚拟现实技术演示无线传感器网络运行原理来精准控制课堂的时间和教学的难度。并且在高校无线传感器网络教学当中运用教学创新理念，将多媒体作为教学辅助展示形式出现，能够极大的提升无线传感器网络代码运行原理演示的直观性。在高校无线传感器网络教学当中运用教学创新理念，通过视频动画或者3D模型的形式，能够更加直观的展示出无线传感器网络代码运行原理的逻辑性和科学性，方便高校学生进行理解和吸收。

（三）故障保护应用

当无线传感器网络代码运行出现各项故障的情况下，采用虚拟化技术能够对运行代码出现的各种故障进行保护，保障代码能够顺利运用，避免由于代码运行错误产生的各项故障而带来硬件损失。无线传感器网络代码实际运行过程当中，由于不可控因素，难免会出现代码运行不稳定或者运行效果与预期不符的情况出现。在无线传感器网络代码运行不稳定或者运行效果与预期不符的情况下，为了避免本地计算机重要数据资料损坏或丢失，甚至硬件的损坏，就需要虚拟化技术对计算机系统进行保护。当无线传感器网络代码运行发生宕机或者错误的情况时，由于提前虚拟了运行系统，设置了虚拟系统的资源调用权限，最大程度上避免了无线传感器网络代码宕机或者错误导致本地资源受损。

（四）身份鉴别应用

身份鉴别就是完备的验证程序，此项程序具有公开性特征，对于多数用户开放化使用，其种类形式较多，但是整体上能归结为两类。在这两类身份鉴别形式之中，都体现着教学创新理念的作用。其一，是端口计算机访问鉴别，另一个则是计算机访问鉴别。事实上不论何种的身份鉴别方式，在实际应用中都是以基于HTTP进行对应链接展开，并且要求使用网络连接账号秘密进行登录。而要求输入账号密码信息才能够进行有效访问的形式，就存在着账号密码信息被捕捉的可能性，而教学创新理念通过将实际输入密码存储到TACACS服务器的隐藏文件夹当中，解决了账号密码被盗取的可能性。在无线传感器网络代码项目中合理运用教学创新理念进行身份鉴别能够保障学生的账户安全，避免出现本地计算机信息资料被窃取的情况。教学创新理念在无线传感器网络代码项目当中的身份鉴别作用，不但保障了本地计算机的访问安全，也形成了对学生本地计算机资料信息的有效安全保护。除此之外，在互联网络通信连接的过程中，大多数的互联网用户受到NAT技术的影响，其应用网址都会被隐藏起来。教学创新理念与数据库编程技术结合，能够将互联网络通信连接学生被隐藏起来的应用网址，显示为统一化的公用地址进行访问连接。教学创新理念在无线传感器网络代码项目中起到了隐藏展开多项信息的作用，在实际应用当中可以帮助导师通过此项作用，使用校园内部局域网络通信进行访问，避免出现外部互联网络不法分子窥探高校内部数据资料，在提高了高校内部信息资料保密性的同时，使用此种通讯方式也极大的提高了数据资料传递的安全性。

（五）革新考核方式

结合慕课教育教学环境，同时革新考核方式，将课程实验成绩占 20%，主要考察学生实验操作、实验报告和设计性实验的完成情况，培养学生的实践能力和创新能力。期末考试成绩占 40%，分为填空题、简答题、分析题和综合应用题，考察学生基本知识的掌握情况和综合应用能力。专题阅读汇报成绩占 20%，主要考察学生的应用能力、表达能力、总结能力和团队合作能力，实施过程如下：教师布置专题汇报类型，例如：无线传感器网络中某一技术或协议的仿真实现、改进或综述，无线传感器网络中某一新技术的介绍，课程总结等类型；学生自行分组分工，要求完成文档撰写和 PPT 汇报；该组同学回答老师和同学的问题。简而言之，计算机系统虚拟化技术在无线传感器网络教学中的应用，能够完善学生本地计算机的整合规划系统，实现硬件资源的高效利用，同时令硬件设备能够进行多系统协同运作跨越显示障碍，使得导师能够将学生虚拟系统进行总成，极大的提高了导师对于学生学习进度观察的直观性。可以说计算机虚拟化技术通过强大的虚拟化能力以及系统整合技术，在无线传感器网络教学领域当中起到了举足轻重的作用。

结束语：综上所述，教学创新理念在高校网络教学当中的作用不可谓不大，通过教学创新理念在高校网络教学当中的应用，极大的提高了无线传感器网络技术教学的直观性、实操性以及安全性，强化了高校无线传感器网络教学的教学质量。并且，教学创新理念在高校无线传感器网络教学当中实际应用为高校无线传感器网络教学科学健康发展，为社会输出更多优秀的无线传感器网络人才打下了良好的基础。

参考文献：

[1]沈林.基于慕课的“无线传感器网络”课程应用型人才培养思考[J].无线互联科技,2020,17(15):111-112.

[2]彭家和.应用型高校无线传感器网络改革与实践探索[J].中国新通信,2020,22(12):166-167.

[3]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设计教学改革与实践[J].计算机教育,2020(06):174-178.

[4]华翔,舒力力,李晓艳,鲁梦桥.通信类课程创新能力培养研究与改革——以“无线传感器网络”课程为例[J].教育教学论坛,2020(08):210-211.

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

[6]张爱清,叶新荣,谢小娟.《无线传感器网络》课程理论教学改革与实践[J].教育现代化,2018,5(19):97-99.

基金项目：2019教育部协同育人项目，项目编号：201901134069。

作者简介：彭家和（1966.06-），男，云南大理人，硕士，教授， 研究方向：通信网络工程。