农业院校无线传感器网络课程特点和教学方法研究.doc

农业院校无线传感器网络课程特点和教学方法研究 　　摘 要：物联网作为农业院校的专业核心课程，“无线传感器网络”的教学改革已成为广大教师的研究热点。文章通过突出服务大农业领域物联网的应用，科学设置课程内容，创新实验内容安排，改进实践教学效果，引入多元化考核。达到了提高学生的学习兴趣、培养实际动手能力和创新精神的目的，从而深化了对农业物联网理论知识的理解。 　　关键词：无线传感器网络；教学研究；实验教学；物联网 　　中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）11-0-02 　　0 引 言 　　物联网将人类生存的物理世界网络化、信息化，将分离的物理世界和信息空间互联整合，代表了未来网络的发展趋势。IBM认为，IT产业下一阶段的任务就是把新一代IT技术充分运用到各行各业中。具体来说，物联网就是把感应器嵌入、配置到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等设施中，并且被普遍连接，形成物联网[1]。 　　2010年教育部下达了在我国高校设置物联网专业的申报通知，首批批准开设物联网专业的高校有32所。此后各类高校开设物联网专业的热情高涨。除综合型高校和工科高校外，农业院校也纷纷开设物联网工程专业。天津农学院（下文简称“我校”）于2013年正式获批开设“物联网工程”本科专业，当年开始招生，规模为60人。 　　“无线传感器网络”是物联网工程专业一门重要的专业基础课。作为新设专业，对于这门课程的教学内容、教学方法、实验项目内容设置、实验教学模式等，许多农业院校都在摸索过程中。我校在2014年就为计算机应用技术（农信方向）专业的学生开设了“无线传感器网络”课程，对该课程的教学进行了一定的实践与探索，并积累了一定的经验。 　　1 课程教学现状及问题 　　“无线传感器网络”课程内容十分丰富，集无线通信与网络、嵌入式系统原理与技术、传感器原理与技术于一体[3]，具有多学科高度交叉的特点，且均属于前沿课题，涉及的知识面广、内容更新发展快，故在本科阶段开设该课程具有很大的挑战性。主要表现在缺乏适合农业院校本科生使用的教材，缺乏标准统一的实验设备，缺乏科班出身的师资力量三方面。 　　1.1 缺乏适合农业院校本科生使用的教材 　　自从在高校设置物联网专业以来，各个高校和出版社都进行了相关教材的编写。这些教材的理论部分都大致包括如下几部分内容：无线自组织网络原理、无线传感器网络体系结构、路由协议、MAC层协议、定位技术、时间同步技术、无线网安全等。上述内容多以简介和综述的方式进行表述，这对农业院校的本科生来说，理解起来较为困难。原因在于农业院校的本科生工科基础课开设相对较少，因而农业院校本科生在学习这方面内容时略显吃力。 　　1.2 缺乏标准统一的实验设备 　　随着近几年“物联网”概念热度快速提升，各种生产“物联网”实验设备的公司和厂家纷纷成立。各种仿真平台、开发环境五花八门[4]。比如有的使用CC2430芯片作为ZigBee网络的实验基础，有的使用CC2530芯片作为ZigBee网络的实验基础等。实验平台、开发环境的多样化，技术标准不统一，实验设备不完善给“无线传感器网络”课程的实验教学带来一定难度。容易给学生造成思维的混乱，也增加了教师备课的困难。因而急需一套统一标准、统一项目、统一实验平台、统一开发环境的实验教学模式。 　　1.3 缺乏科班出身的师资力量 　　师资力量明显缺乏，尤其在农业院校，工科师资本来就相对薄弱。需着力培养一批无线传感器网络的骨干教师。 　　2 结合农业物联网，合理确定教学内容 　　农业物联网主要是指通过无线自组织网络技术，使用无线传感器节点实时采集环境信息，进而构成监控网络，及时准确地确定环境条件和参数变化，将传统农业以人力为中心、依赖孤立机械的生产模式转向以信息和软件为依托，大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备，实现半自动或自动监控的精细生产模式。 　　2.1 农业物联网的主要应用 　　我国是一个农业大国，地域辽阔，自然灾害频发，气候复杂多变，将物联网技术用于解决“三农”问题是一个很好的发展机遇。物联网在现代农业领域的应用包括：监视农作物灌溉情况、畜禽的环境状况、土壤气候变更以及大面积的地表检测，收集温度、风力、湿度、大气、降雨量、土壤水分、土壤pH值等，从而进行科学预测，帮助农民减灾、抗灾，进行科学种植，进而提高农业的综合效益。 　　2.2 教学内容与课时分配 　　我校“无线传感器网络”课程面向“物联网工程”专业本科开设，开课学期为二年级第二学期，总共32学时，其中课堂讲授24学时、实验课8学时。先修课程包括“计算机网络”、“C++程序设计”等。如何利用有限的课时使学生掌握农业物联网最核心、最需要的传感网知识，是我们改革