【www.zhangdahai.com--其他范文】
何尔利，马满福，王昌龙，贾向东,3，王小牛，索国瑞
（1.西北师范大学 计算机科学与工程学院，甘肃 兰州 730070；
2.甘肃省物联网工程研究中心，甘肃 兰州 730070；
3.南京邮电大学 江苏省无线通信重点实验室，江苏 南京 210003）
从“复旦共识”“天大行动”到 “北京指南”，2017 年新工科建设在我国高教掀起了一场改革与研究的热潮。新工科建设要求创新工程教育方式与手段，落实以学生为中心的理念，增强师生互动，改革教学方法和考核方式，形成以学习者为中心和面向产出的教学实践模式[1-2]。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[3-4]。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。在将系统能力培养作为教学改革重点的新工科背景下，为了加深学生对WSN 课程理论知识的理解，培养学生在无线传感器网络搭建、工程实践和综合系统运用方面的能力，激发学生对无线传感器网络进一步学习的兴趣和激情，在无线传感器网络课程之后开设一门WSN 课程设计必修课。
WSN 课程设计是在程序设计、移动应用开发、RFID 技术、现代通信原理、无线传感网技术等课程后开设，目的是指导学生在理论学习的基础上，通过课程设计使学生真正理解和掌握无线传感网的相关理论，通过应用所学习的知识，解决实际无线组网问题，进而锻炼学生的综合系统设计能力和动手实践能力。针对新工科建设的目标和物联网人才的新需求，从实际教学效果和反馈来看，WSN 课程设计在以下几个方面有待改进。
1.1 课程设计内容陈旧，学生创新能力不足
给学生完成课程设计的题目2～3 年不变，大多数题目没有结合实际应用贴近生产生活，综合设计性和创新性体现不足，没有将新技术融入进来，学生感觉缺乏挑战性，学习兴趣不高，不能发挥学生的主观能动性，激发不出自主探求知识的潜能，导致动手能力和创新能力均不足。
1.2 设计过程指导不足，学生收获不大
课程设计题目布置给学生后存在“放羊”的现象，设计过程指导、监督不足，缺乏与学生的交流、讨论，设计各阶段的要求不具体，学生做个东西提交上来就算课程通过，学生对该门课程的收获不大。
1.3 分组不合理，不重视团队协作能力的培养
课程设计一般是由2～4 人分组完成，分组时学生间缺乏合理搭配，存在自由组合、同宿舍组合和关系好的组合现象，没有形成搭配合理的团队，每个人只负责自己的任务，不能发挥每个人的潜能和兴趣点，团队协作能力在整个设计过程没有得到充分的培养。
1.4 完成的系统缺少数据分析环节
学生完成的系统多数情况下只是把采集到的数据存储在本地数据库或云端，能通过Web 端或移动端进行访问、展示或控制，没有对采集的数据进一步整理、分析和趋势预测，缺少相应的提示。
1.5 考核方式单一
课程设计成绩的评定只取决于最终课程设计的报告和平时的考勤，没有将过程考核纳入到成绩评定中来。
2.1 拟定综合性设计题目
课程设计的内容应体现前期理论知识的综合运用，既要考虑加深对理论部分知识的进一步理解，又能激发学生的学习兴趣，解决实际问题，课程设计的题目尤为关键[5]。通过跟踪、搜集最新的无线传感网典型应用案例，特别是世界物联网博览会（无锡）每年发布的新应用成果、典型应用案例，以及重庆市每年发布的“重庆市十大物联网应用案例”等[6]，结合学生的实际水平和实验室现有条件，拟定出综合性较强、与工程实践结合紧密的题目供学生选择，这样的题目具有较好的实际应用价值，更能激发学生兴趣。部分已实施题目和拟实施题目见表1。
表1 WSN 课程设计参考题目
以上题目基本都涉及数据库、网络、Web 编程、Android 编程、单片机、嵌入式、传感器等内容，综合性较强。题目每年至少更新50%，还可增加少部分学生根据自己的兴趣选择的自主命题。系统从需求分析、总体框架、硬件、软件及通信数据格式等方面进行设计，完成代码编写、调试及运行等各个阶段。
设计题目6 基于ZigBee 的家庭花卉护理系统，基本要求是采集家中花卉的土壤温湿度和环境温湿度，通过ZigBee 网络上传至服务器，外出时间长的人可通过手机查看家中花卉的相关数据和控制浇水。系统要能显示实时数据、历史曲线等。完成题目需要用到数据库、ZigBee 组网、Android 开发、8051 单片机C 语言编程、网关设计及相关传感器的使用等，系统总体设计结构框图见图1。
设计题目7 基于NB-IoT 的公共停车位预定系统，基本要求是能将停车场每个车位的占、空数据用传感器采集后，通过NB-IoT 终端直接发送到IoT 管理平台，要开车外出的人可提前通过Web 端、移动App 查找目的地附近停车场的空车位进行预订。系统要能显示不同停车场的车位布局图、总车位及空车位数，具有预订计时和按时计费功能。完成题目需要用到数据库、中国电信IoT管理平台、Android开发、微信公众号开发、Web 编程、STM32 开发及地磁传感器的使用等，系统总体设计结构框图见图2。
图1 花卉护理设计框图
2.2 分析设计案例引导学生创新
通过对WSN 典型应用案例的深入分析，引导学生发现创新点，培养学生的创新思维。以设计题目6 为例，在分析智慧花盆、智能浇花系统的基础上，通过讨论、引导，学生觉得原来的系统是对水管进行控制，在家里用不方便还占空间，想到自带水箱（小水瓶）的设计，还有人提出花卉不一定都在室内，还可能放在室外或屋顶，终端节点的供电可通过太阳能来提供，进而提出增加太阳能板（迷你太阳能发电板）、夜间LED 补光等模块。此外，还邀请参加比赛获奖的高年级同学来分享、演示他们的作品，让学生实景观摩寻找创新点。随着人工智能的广泛应用，无线传感网技术与 AI 相结合的案例越来越多，也在鼓励和引导学生结合这两种技术做一些应用创新[6]。
2.3 采用面向能力导向的分组机制
综合性数据采集、监控系统的设计与实现需要几个人合作完成，有硬件设计、软件设计、通信数据格式设计及编程实现和设计报告的撰写。通过分组合作不仅可以培养学生的团队协作精神、沟通能力，还可以培养竞争意识。在2015级、2016 级的课程设计课上采用了面向能力导向的分组机制[7]，让学生先写出自己的优势和感兴趣的方面，老师再结合前一学期上理论课每个学生的表现情况进行分组，避免了关系好、同宿舍组队的情况。从整个设计过程看，这样的分组较好地发掘学生了的学习潜能，学生在小组讨论、设计答辩等环节的配合顺畅、自然。
图2 车位预订设计框图
2.4 加强设计过程指导
在课程设计开始的前几节课，老师深入每一个组对该组所选的题目进行分析，讲清楚题目所要实现的目标及功能。在设计过程中除了上课交流外，学生可以将设计的思路、改进方法、创新点和设计报告等放到网上供老师随时查看，在线指导、讨论。学院有Moodle 在线课程平台，老师可上传相关的资料、文献供学生下载，学生可上传设计文档让老师查看。2016 级的课程设计引入了雨课堂教学，老师按教学计划发布信息，学生提交设计进度和阶段成果，适时发布各组设计进度以督促进度慢的组，与学生讨论、互动次数也有较大增加，可对一些共性问题汇总后做集中讲解。另外，还结合了学校正在实施的“课堂教学延伸五个环节”（课前预习、平时作业、课外阅读、课外讨论、期中考试）中的讨论环节，应用头脑风暴的方式在小组内、小组间相互启发，学生针对讨论中提到的问题，在系统的功能和细节上做进一步的改进，使设计出的系统是一个真正贴近实用的系统。
2.5 应用多元化的综合考核方式
课程设计的考核不能只看结果，要突出过程控制，对学生设计过程中动手能力和实际解决问题的能力进行评价。各小组设计的系统在设计报告提交之前要在班上进行演示、答辩，回答老师和学生的提问并由老师和其他小组的学生打分。演示的次序应该遵守自底向上的原则，从感知节点到网络再到数据处理最后到管理软件[8-9]。提的问题如数据的采集如何实现远传，用了哪些传输方式，对数据的处理方法有哪些，系统能应用在哪些场合等。WSN 课程设计最终的成绩分布为在线交流（10%）、设计答辩（25%）、系统演示（35%）、创新点（10%）及设计报告（20%）。其中设计答辩、系统演示环节的分数是由老师打的分数和学生打的分数各占50%组成，设计报告每个小组提交一份，具体到小组内每个学生的分数，还可按其负责模块的工作量、难易程度及是否使用新技术等方面在分数上进一步区分。应用这种考核方式在第二次课程设计改革中，学生的竞争意识明显增强，每组都在尽可能详细地展示自己的作品以期得到高分。从结课学生的反馈看大多数学生都认可这种考核方式，对自己的最终得分是满意的。
学院的课程设计课程在三年级的春季学期开设，学科竞赛大多在课程设计结束的暑假进行，以课程设计所做的系统为基础，进行修改、增加创新，鼓励学生参加相关学科竞赛，通过省赛、国赛锻炼来增加学生专业学习的兴趣和系统设计能力。2018 年，“基于云平台的城区停车诱导信息发布系统”获得全国大学生物联网创新应用设计大赛西北赛区特等奖、全国总决赛一等奖，“基于二维码的门禁系统”获得创新创业电子设计大赛西北赛区一等奖，“基于云平台的智能家居系统”获得全国大学生物联网设计竞赛西北赛区特等奖、全国总决赛三等奖；
2019 年，“长租公寓环境监测及在线预订系统”“浇花神器——Mini植物精灵”获得全国大学生嵌入式人工智能设计大赛西北赛区特等奖等。参加比赛的队员由高年级和还未上WSN 课程的低年级搭配组成，通过改革发现当这些低年级的学生进入高年级学习时会带动相当一部分人对该课程感兴趣，进而准备参加比赛，以此形成良性循环，这种方式可以对低年级学生起到很好的带、传、宣作用。西北师范大学物联网工程专业WSN 课程设计开设情况见表2。
其中主动交流人次在2015 级、2016 级得到很大幅度的增长，除了课程设计改革外，还有一个原因是使用了在线教学平台、微信群等在线交流工具，有些在课堂上发言少的学生在在线工具上交流还比较积极。参加比赛的人数在改革后得到了较大幅度的增长，省赛的涨幅从改革前最高的21%增加到了45%。在对2016 级学生的调研和学院组织的学生代表讨论会上，学生对WSN课程设计的改革效果总体是肯定的，大多数学生都谈到通过课程设计的动手实现，才真正触摸和踏入了物联网的大门，对物联网应用有了更为深刻的理解。学生的评教分数从学校的教务系统可以看出改革后也有一定的提高。课程设计改革前后的增长情况见图3。
表2 课程设计开设情况
图3 课程设计改革前后的增长情况
WSN 课程设计是理论课基础性实验的延伸，重在培养学生分析、解决实际问题的系统能力和动手实践能力。结合新工科的标准，通过以上WSN 课程设计教学改革措施，不仅激发了学生对无线传感器网络的学习兴趣，提高了学生理论联系实际问题的能力，而且学生的团队协作能力、创新能力也得到了一定的提高，取得了预期的教学效果，充分显示了新措施在系统能力培养上的优势。长期坚持这些措施并持续改进完善，相信会达到课程设计开设的目的和本专业工程人才的培养目标。
猜你喜欢 课程设计无线题目 “苏州园林：景致与情思”课程设计中国中小学美术(2022年4期)2022-05-31沉睡数千年 一醒惊天下——三星堆考古启示下的儿童美术项目化课程设计少儿美术·书法版(2021年10期)2021-10-20大师操刀，通勤首选 KEF Mu3真无线降噪耳机家庭影院技术(2021年6期)2021-07-28《无线互联科技》征稿词（2021）无线互联科技(2021年4期)2021-04-21唐朝“高考”的诗歌题目文苑(2020年7期)2020-08-12本期练习类题目参考答案及提示中学生数理化·八年级数学人教版(2019年11期)2019-09-10无线追踪3小猕猴智力画刊(2019年3期)2019-04-19无线追踪小猕猴智力画刊(2017年6期)2017-07-03A Study on the Application of Task—based Approach to English Vocabulary Teaching中国校外教育(下旬)(2017年3期)2017-06-30追根求源新高考·高二数学(2014年12期)2015-10-16本文来源：http://www.zhangdahai.com/shiyongfanwen/qitafanwen/2023/0426/589842.html
