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应用型本科院校无线传感器网络教学方法研究

更新时间:2009-03-28

0 引言

无线传感器网络就是利用网络和传感器技术对某个特定区域进行监测。该技术应用范围较广,可以对光线、温度、湿度等项目进行探测和监控,实现对现场数据的采集和传递,将这些数据统一处理后可以形成有价值的现场信息,借助这些信息可以实现对生产、加工等过程的控制[1]。在无线传感器网络工作过程中,涉及感知模块、处理模块和无线通信模块等三个重要的系统模块,这些模块协同工作,完成各种监测工作[2]。无线传感器网络技术对于当前各个生产领域都有着重要的现实价值,无线传感器网络课程在应用型本科院校物联网专业中也有着重要的地位。随着物联网技术的发展,无线传感器网络课程教学越来越受到高校重视,其教学方法及教学效果也备受关注。本文试对无线传感器网络课程的教学方法改革问题展开探讨。

有的高等院校和科研院所内部管理松懈,内部制度不健全,规范科研活动必需的管理流程不完备。如:审计中发现,有的高等院校和科研院所在承担课题使用专项资金时,通过业务单位开具会务费发票虚列会议费,不能提供会议通知、会议经费预算申请、会议签到表、支付会议费无场所的消费清单等证明材料,报销会议费用直接给课题组人员。有的甚至违规划拨资金给会议业务单位,无会议实际支出,费用留存在会议场所单位。

1 无线传感器网络课程的教学重点及难点

无线传感网络课程要求学生掌握无线传感器网络的工作原理、各个模块的工作模式等内容[3],教师可针对不同层次的学生开展教学活动,通过理论教学与实践教学相结合的方式,让学生掌握相关的理论和技术,并在无线传感器网络设计和构建实践中充分应用,独立完成硬件系统设计、软件编写等工作。该课程的知识点覆盖较为广泛,包括感知层硬件、应用层软件、安全技术等。课程的内容多、难度大,是物联网学科交叉性和前沿性的具体体现[4],教学内容主要围绕4个层协议展开。

根据香菇酱的独特风味,以香菇风味酱的形态色泽、香味、口感、风味、杂质的有无为评价指标,设计香菇酱感官评分表。由100名食品专业人士对产品进行感官评价,感官评定标准见表1。

1.1 应用层

该层负责接收传感器的探测数据,并显示在人机界面上。为了按照用户需求显示各种数据,此环节需要对数据的显示格式、数据库等进行定义。在教学中需要学生掌握数据库基本理论、高级语言、图形设计等知识。

1.2 传输层

无线传感器网络课程涉及的知识点较为广泛,课堂讲解很难做到面面俱到。教师可以根据课程组织需求,引导学生进行课前探究。教师给学生布置预习作业,要求学生在课前针对某个领域或某个问题的相关知识进行自学。学生按照教师的要求对相关知识、案例应用、学习方法等进行课前准备,增强自主学习的意识。当然,该预习环节不能停留在课堂之外,教师需要组织学生在课堂上进行预习总结,如制作课件展示预习内容,通过课堂分组讨论汇总预习成果等[7]。在实际操作中,教师也可在课前布置专题预习任务,让学生在课下进行文献查阅,并将预习内容制作成课件提交。教师对学生的课件进行审阅、比较、分析后,挑选比较优秀的课件由制作组讲解,最后教师做补充点评。这样的方式可以让学生积极主动地对教学知识点进行学习和探讨,从而加深对知识的理解。

利用研制的晶体管直流增益在线测试系统,以BCX41和3CK3B两种晶体管器件作为试验样品,在CFBR-II堆上开展了不同中子辐照注量效应试验,分别获得了辐照功率为2,20,200 W下晶体管的直流增益变化趋势,结果如图8—图10所示。

1.3 路由层

该层涉及的主要功能是传感器节点之间的单跳数据转发。传感器的特征要求路由层设计必须关注能源、无线通讯等限制,在教学中需要考虑学生对计算机的算法设计、实现概率等知识的理解程度,最终结合网络需要设计一条或者多条能源优化的路径。另外,在教学中还要求学生掌握多个针对传感器的路由协议,如树形路由协议、分簇路由协议、网格路由协议等。

1.4 链路层

有效的项目任务设置可以激发学生的学习兴趣,充分调动学生学习的自觉性。实践教学是无线传感器网络课程的重要内容,项目任务的合理设计必须考虑学校的实验室条件,让“项目”开发工作有充分的硬件资源保障。在课程设计环节中,必须重视学生综合能力的提升,设置的任务需在学生已有知识储备和能力水平的基础上有一定的复杂性,以便让学生在完成项目的过程中培养主动学习的意识并获得能力的提升。

通过对无线传感器网络课程教学内容的分析,发现该课程在日常教学中存在的3个主要问题。首先,无线传感器网络课程内容涉及范围较广,包括传感器、嵌入计算、网络、通讯、分布式信息处理等,单纯的课堂教学不易将所有的知识点讲解透彻并让学生融会贯通[5]。其次,教学过程中涉及的原理知识演示难度较大,多数原理不能通过具象化的图形、课件等进行讲解,这给学生的理解并掌握相关技能增加了难度[6]。最后,无线传感器网络涉及的领域较多,寻找合适的案例并应用于课程教学的难度较大,不易借助案例为学生讲解课程涉及的相关知识。

2 无线传感器网络课程教学方法的改革

基于对无线传感器网络课程内容重点和难点的分析及对教学过程中存在问题的归纳总结,可采取以下教学方法改革措施。

2.1 引入课前探究环节

该层是在传感器与计算机之间完成数据传输的网络部分,要求利用最少的资源完成最大的数据传输量,提升网络使用效率。该层协议的设计选择拥塞检测、速率控制等技术实现数据传输控制,在教学中要求学生掌握拥塞原理、检测方法、解决措施等知识。传输层相关教学内容的教学目的是让学生学会在传感器节点上实现传输层协议,如PSRQ、ESRT等,并掌握控制无线通讯元件的技能,具备最基本的无线通讯应用能力。

2.2 利用对比法进行讲解

RBL(Research Based Learning)意为“探究教学”,是一种基于问题研究结合实验的教学方法,其教学过程需要学生主动参与,突出了以人为本的教学理念[10]。该方法将教学与实验进行有机结合,可以充分调动学生的学习积极性,让他们在探究的过程中加深对知识和技术的理解,比较适合无线传感器网络课程的教学需求[11]。将RBL教学方法应用于无线传感器网络课程中时,需要注意以下3个方面。

2.3 借助仿真手段进行讲解

徐居正将本国诗人崔恒的创作与苏、黄对比,对比中肯定了崔恒“用事奇特,殆不让二老”,这也间接肯定了苏、黄用事的精切奇特。稍后的俞好仁认为任子渊之所以注黄诗,也因其用事广博,其《黄山谷集跋》曰:“三江任子渊之注,尽括群书,以质此老使事之博。”[2](15辑,P187)

2.4 借助RBL教学方法提升教学效果

对比法即对不同学科关于同一问题或者同一学科关于同一问题的不同认识进行对比分析,从而让学生对相关知识有更加全面的认知。无线传感器网络与计算机网络有一定的相似性,而计算机网络是学生相对比较熟悉的网络形式,教师即可利用对比法讲解无线传感器网络的特点和框架结构[8]。对比法可以从相似概念入手,通过对不同概念的讲解,引出相应的教学内容,揭示相关的规律和技术差异等。教师也可借助图形分析,以深化学生对不同技术支持下网络结构差异的理解等。例如,通过对比分析互联网络与无线传感器网络之间的差别,讲解二者在协议、安全、管理、硬件等方面的差异,可以让学生直观地了解两种网络形式的不同,加深对相关的概念、原理、现象等的理解。

2.4.1 理论与实践的结合

RBL教学方法的理念是“思考、分组、讨论、分享”。理论教学中,教师可按照课程要求设置有针对性的学习任务,让学生进行课前自主预习,要求他们利用各种途径搜集与知识点有关的资源并思考、研究,为课堂学习做充分的准备。课堂上,学生分组进行学习成果汇总并公开展示,教师可选择比较优秀的若干小组,对他们的成果进行有针对性的点评,并将相关信息及时反馈给学生,最后对课堂教学内容进行补充讲解。

在实践教学中,无线传感器网络课程教学包括基础性实验和课程设计两个环节。基础性实验环节的主要教学目标是对网络开发板的认知和功能使用,如CC2530基础实验、Z-Stack开发等,课堂组织宜以教师讲解为主,让学生掌握基本的知识和技术要点。课程设计环节是对基础性实验的拓展,目标是培养学生的实践和动手能力,通常要求学生通过编程实现简单的无线传感器网络设计。在教学过程中,基础性实验环节是学生探究知识点及技术问题的过程,是学生的自我提升阶段,要求学生独立完成,而课程设计宜以小组为单位分组实现,具体过程包括小组讨论、方案设计、人员分工、项目实施、项目总结等,小组成员按照任务分工,合作完成项目开发。另外,教师可要求各组完成项目报告,内容包括课程设计的构思、设计、实施、运作等,报告中可对开发过程中出现的问题进行深入研究、总结经验并发现规律,最终形成完整可行的硬件、软件设计报告。

2.4.2 合理设置项目任务

在探究教学方法执行过程中,项目任务设计是较为关键的环节,直接影响教学效果。通常,项目任务由教师按照教学目标进行设计和组织安排,目的是让学生完成特定知识点的学习并掌握某项技术应用技能,项目任务的类型可以是解答某个问题、撰写调研报告或项目总结等。因此,无线传感器网络课程教学任务类型多样,要想让学生顺利学习并掌握相关技能,保障教学效果,就要求教师掌握最新的研究成果和技术,为课堂教学做充分的知识准备。

该层主要涉及的是相邻节点之间的数据传输,也称介质访问控制,即通常所说的MAC层。该层协议针对的是无线通讯网络,如睡眠调度、冲突检测等,主要目标是通过协议提高节点之间的通讯效率。在教学中要求学生了解通讯冲突产生的原因并加以解决,在试验中,则要求学生可以在传感器上实现典型协议,如 S-MAC、Sift MAC 等。

2.4.3 采用科学的评价机制

任何一种教学方法的实施都必须有始有终,不仅要关注过程,更要重视结果,RBL教学方法也是如此。教师在项目任务布置完成后,必须对学生做出的成果进行客观评价,在评价中,应中肯并明确指出存在的问题,这样既可以反映学生的学习成果,也可以激发学生的学习兴趣。最后,教师还应注意课后的经验总结,要对项目任务设计中存在的问题进行改进完善。通常,在教学中可以采用学生自评、教师自评、专家评价等方式,多种评价方式综合运用,可以有效发现问题,并督促教师在今后的工作中不断改进教学方法,满足无线传感器网络课程的教学需求[12]

3 结语

在进行课本剧内容的准备过程中,我们一定要按照尊重原文内容的原则进行创作,然后结合学生的认知和心理特点改编课文,让学生经过对课本剧的学习能够快速理解文章,发挥课本剧教学优势,增加对文章的掌握程度。

物联网相关技术是新兴专业,其教学内容突出体现了独特性和创新性,无线传感器网络是物联网课程中最为集成的课程之一。在教学中,教师必须重视课堂效率,运用多样化的教学方法 (如探究教学法、对比教学法、仿真模拟教学法等)来实现教学目标,借助综合化的教学方法形成适应学科发展的教学模式,这样才能保证学生获得知识和技术层面的提升,适应物联网专业的学习要求。

参考文献:

[1] 孙泽宇.应用型本科高校物联网技术课程改革方法研究[J].山东农业工程学院学报,2016,33(9):39-41.

无线传感器网络是一门实践性较强的课程,学生充分掌握相关的应用技术是该课程的最终教学目标,而仿真技术能够帮助学生理解并掌握相关的教学内容,加深对知识、技术和算法的理解,激发学生主动学习的欲望[9]。例如,借助无线传感器网络仿真系统,教师可以顺利完成复杂的课程知识讲解任务。多数模拟系统具备算法过程演示、算法分析、调试、模拟过程等功能,通过参数的调整即可展示不同的系统运行过程和结果,实现从设计、运行到结果、统计等步骤的全面自动化。模拟过程中一些重要的试验过程展示,可以给学生比较直观的认识,帮助他们提高动手能力。

[2] 于娜,郭鹏,李乃祥.农业物联网人才培养模式研究与实践[J].河北农业大学学报:农林教育版,2014,16(3):37-39.

结语:实施规范化的镇痛,任重而道远,这需要我们医护人员共同的努力。一要规范化,流程化;二要多学科协同,共同管理;三要针对具体疼痛类型,在心理和生理上做好有针对性的管理。麻醉学科在整个围术期医学中的作用越来越凸显,我们要积极践行更理想更个体化的多模式镇痛理念,让更多的患者受益。我们要意识到规范化的术后镇痛管理的重要性,结合指南及患者自身情况及当地医院情况,未来达到对每个患者都能制定出个性化规范化的镇痛方案,使其平稳舒适地度过围术期。期待在麻醉人共同努力下早日达成这个目标。

秦铁崖不再多言,当即出招,左掌半掩,右手出击,闪电般按住对手左肩。他这一招本是试招,但对方不闪不避,于是虚招变实招,右掌变龙爪手,拿定对手左肩。说起秦铁崖的龙爪手,江湖上可谓赫赫有名。然而这一次,秦铁崖却失算了。张万邦只是双臂向上虚振,没等格击到对方上臂,秦铁崖的右手就被震开。原来,张万邦体格异常雄健,最奇特的是,他的肩膀特别厚,秦铁崖的手掌在男人中无疑是巨大的,但要将他肩膀扣住,还真办不到。这还不是最厉害的,张万邦的肌腱也是强健异常,刚才,他只是向上抬了一下臂膀,肩膀上肌肉鼓起,便如充气的皮囊那样,将对手强有力的龙爪手弹滑开来。

[3] 周伟,易军,张元涛,等.“无线传感器网络”课程教学模式探索[J].重庆科技学院学报:社会科学版,2014(5):165-166.

[4] 韩光洁,朱川.“无线传感器网络”教学方法探索[J].电气电子教学学报,2014,36(4):66-68.

[5] 耿铭慈,聂爱丽.农业高职院校物联网技术课程教学研究[J].物联网技术,2015,5(7):141-142.

[6] 吴琰.物联网技术课程教学改革与实践—以淮南师范学院为例[J].淮南师范学院学报,2015,17(6):142-144.

[7] 房爱东,凌军,潘正高.应用型高校物联网工程专业建设与实践教学研究[J].西昌学院学报:自然科学版,2017,31(3):91-93.

[8] 潘翔.物联网软件设计课程一体化教学改革模式研究[J].河池学院学报,2014,34(5):111-116.

2.3 精密度与准确度实验 精密度用 RSD 表示,如表2 所示,5-羟色胺和 5-HIAA 日内精密度 RSD 均≤10.08%、日间精密度 RSD 均≤8.82%;准确度以相对回收率表示,结果表明5-羟色胺和 5-HIAA 日内、日间准确度范围在97.83%~113.00%。

[9] 吴迪,朱金秀,韩光洁,等.“无线传感器网络”教学方法探索[J].电气电子教学学报,2014,36(4):66-69.

[10]荆秦,吴兆利,王巍.RBL教学法在针灸临床课教学的应用[J].中国中医药现代远程教育,2018,16(2):20-21.

[11]谭攀攀.RBL教学法在大专药理学教学中的构建探讨[J].课程教育研究,2017(39):119-120.

1.4.2 ELISA法检测血清中IL-10的水平 采用双抗体夹心法检测,严格按照ELISA试剂盒说明书进行,450 nm波长处酶标仪检测吸光度值(OD),最后通过IL-10标准品制定浓度标准曲线计算IL-10的含量。

[12]符培亮,陈羽中,陈松,等.探索RBL教学法在医学教育中的运用[J].中国高等医学教育,2014(4):106-107.

 
孙泽宇,韩哲,闫玉良
《黄河水利职业技术学院学报》2018年第02期文献

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