刘刚 刘森 刘中华 邱涌

摘要：《传感器网络》是物联网工程专业的工程应用能力培养必修课程，但现有的教学过程存在能力培养目标不明确、教学内容陈旧、评价标准不合理等问题。本文结合《工程教育认证标准（2016版）》中对学生工程实践能力的明确要求，通过构建毕业要求能力点、企业深度参与课程教学、实施基于工程教育专业认证理念的考核过程，对传感器网络课程的理论、实践教学环节以及考核过程进行改革，试点于物联网工程专业本科学生并取得良好效果。本文提出的基于工程教育专业认证理念的教学改革方法可推广于物联网工程、计算机科学与技术本科专业教学实践中。

关键词：工程教育;专业认证;传感器网络;毕业要求能力

中图分类号：G642

文献标识码：A

文章编号：1672 - 9129（2018）12 - 0069 - 02

引言：传感器网络是物联网工程专业的工程应用能力培养必修课程，在国民经济建设和国防军事上具有十分重要的应用价值。但是传统的教学方法采用“注入式”教学方法，不管是从内容上，还是从实施方式上，都没有结合物联网产业的社会需求和相关技术飞速发展的现实，导致学生动手能力低、解决复杂工程能力不足、就业核心竞争力不强等现象。目前，课程教学主要存在以下三个问题：

（1）教学内容过于陈旧，与当前最流行的技术和社会需求脱节，导致所学不能致用。

（2）理论课程配套的课程设计题目过于老套，学生很难有创新意识。

（3）评分标准不够合理，不能准确量化学生成绩。

工程教育是我国高等教育的重要组成部分。工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。工程教育专业认证的核心就是要确认工科专业华业生达到行业认可的既定质量标准要求，是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。

《工程教育认证标准（2016版）》中对学生的工程实践能力有明确的规定。毕业要求中的第一点就指出“工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题”。此外，在毕业要求的其他条款中多次出现了“复杂工程问题”，如：在第二点问题分析中就要求“研究分析复杂工程问题”，在第3点设计/开发解决方案中指出“能够设计针对复杂工程问题的解决方案”等等。在整个12条毕业要求中“复杂工程问题”在其中8条中出现，这就说明了本科工程教育的基本定位是培养学生解决复杂工程问题的能力[1]。学生解决复杂工程问题能力的培养是一项系统性、全局性的工作，这涉及到科学的安排教学内容、开展多种形式的教学活动以及设计合理的教学评价体系。基于工程教育专业认证理念，国内专家学者在计算机科学与技术本科专业认证[2]、物联网工程本科专业课程体系优化[3]_、理论教学[4-5]和实践教学[6-7]等方面进行了卓有成效的改革。

本文以工程教育专业认证的要求为指导，对物联网工程本科专业《传感器网络》课程教学过程进行改革，总体思路如下：

（1）建立适应工程教育专业认证要求的课程考核能力点标准。

（2）探索校企合作机制，突出学生主体地位，探索适应工程教育专业认证要求的教学模式，并将内容贯彻到考核过程。

（3）面向工程教育专业认证的要求，构建《传感器网络》课程考核体系。

1 毕业要求能力点与解决复杂工程问题能力的培养

《传感器网络》课程主要内容包括：传感网络概论、微型传感器的基本知识、传感网络的通信与组网、传感网络的支撑技术、传感网络应用开发、传感网络协议的技术标准和传感器网络的军事应用等七部分。

1.1 毕业要求能力点分解。《传感器网络》课程支持的毕业要求来源于工程教育专业认证标准12项能力点中的问题分析、设计/开发解决方案、使用现代工具和工程与社会。课程对应的能量点要求分解如下：

能力点1.对复杂的计算机、物联网工程问题进行建模、求解和优化。

能力点2.针对开发组件、系统和产品设计测试用例，进行合理、有效的软硬件测试。

能力点3.掌握开发、选择与使用恰当的平台、技术、资源和现代工程工具的方法，并理解其局限性。

能力点4.熟悉计算机、物联网工程专业领域相关的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规。

1.2 解决复杂工程问题能力的培养。在理论和实践教学过程中，从无线传感网络基本概念、传感器特性及选型、传感网络的通信与组网、传感网络的时间同步机制和定位技术、传感网络的能量管理和安全機制、传感网络的应用开发等主题出发，由浅人深地讲授传感器网络应用开发基本概念、原理、相关技术和设计方法。在此基础上，以军事应用为背景，给出一个完整传感器网络应用的设计、实现、测试和维护等过程，培养学生解决复杂传感网络应用工程问题的能力。

2 教学方式方法

课堂教学首先要使学生掌握课程教学内容中规定的基本概念、基本原理和基本方法。特别是通过讲授，使学生能够对这些基本概念和原理有更深入的理解，使之有能力应用到实际问题的处理中。使用多媒体课件，配合板书和范例演示讲授课程内容。适当引导学生阅读外文书籍和资料，培养自学能力。

转变教育教学观念，突出学生主体地位。由传授知识为主向培养能力、提高素质为主转变;由强调以教师为主体向以教师为主导、学生为主体转变。在教学方法上，推行以教师为主导、以学生为主体的工程型学习方法，整个学习过程都以学生为中心，学生由传统学习过程中的被动接受者转变为积极主动的参与者。以剖析计算机领域相关工程原理形成过程为载体，以分析、研究和解决计算机领域工程实际问题为主线，以团队合作为形式，将知识学习与问题研究相结合，在学习知识的同时，训练分析、解决问题的能力。学生在思考、分析和探究问题过程中主动获取并应用知识，在解决问题过程中培养和锻炼实践能力，在团队交流与合作过程中提高综合素养。教师在工程型学习中的作用则是合理设置工程专题及实际应用项目，介绍相关知识，提供主要参考资料及其获取途径，提出学习与研究的要求和评价标准;组织学生学习并安排进度，进行必要的答疑。形成教师“导”、学生“演”的工程场景式学习氛围。通过这一过程，使学生循序渐进地完成相关知识的学习与方法的训练。

为了解决教师和学生与企业脱节的问题，引入企业进入理论和实践教学环节。通过2017年教育部产学研协同育人项目“物联网协同创新实验室”，充分利用企业提供的教学资源、技术和平台，对现有课程设计的教学大纲、教学内容、实施方式、考核目标和评分标准进行改革和实践，具体做法如下：

（1）构建了物联网人才培养生态环境。通过配套的传感器网络课程设计环节，除直接对个体进行技能与实践能力的培训外，也把企业使用的技术与项目产品引入课堂，让老师在教书育人的同时参与到项目和技术的学习中，提高老师本身与企业的沟通能力并参与到企业的项目开发中，有利于培养出更多的具备较强应用实践能力的学生。

（2）基于企业项目背景的实验。目前部分课程实验项目来自于企业客户与合作伙伴，客户与合作伙伴还提供实验项目运行所依赖的企业环境软件系统，以支撑实验项目的真实企业体验。学生在进行一个企业实验项目的同时，还可以通过这个项目了解整个企业以及行业的其他相关软件项目系统，从而熟悉整个企业与行业的业务规则，拓展学生的企业经验与行业知识。

（3）基于创新的课程设计。在配套的课程设计过程中，引入创新设计，注重引导学生进行创新思考。实训中巧妙设计引导学生使用已知思考未知，并引导学生在已有实训项目中使用最新技术，引导学生在实训项目中融人其他技术，创造新的产品。同时，在实训中向学生介绍目前行业的传感网络技术最新发展，鼓励学生把个人的商业意识融人到项目开发中，直接把实训项目改良后作为商品推出，从而达到创新创业孵化的目的。

3 课程考核

3.1 过程性考核。企业参与理论教学和实验教学环节，对平时作业和实验项目提出建设性内容，并给出评价标准，成绩计人课程考核的平时成绩和实验成绩部分;鼓励学生创造性学习活动并计人考核成绩;鼓励学生积极思考和自学能力培养，对课程知识点的新见解、实验项目的优良解决方案在课程考核中给予加分。

3.2 考试命题改革的措施。

（1）对于传感器选型以及性能指标理解，要求学生结合战场环境下徒手人员、武装人员以及车辆的探测与识别进行传感器的正确选型。

（2）对传感器网络应用层的数据融合过程，要求学生结合楼宇房间温度采集以及通信过程、SQL查询语句进行分析。

（3）对无线传感节点的继电器控制能力，要求学生通过轮询、I/O中断、定时中断三种方式编程实现感知功能。试题提供无线传感节点板的相关技术资料，确保学生将重点放在分析、配置与设计方面。

（4）以传感网络仿真与开发过程为例，考核学生选择与使用恰当的平台、技术、资源和信息技术工具，并理解其局限性的能力。

3.3 成绩评定方法。

（1）平时成绩占20%，包括作业和考勤。新颖的解题方法和方案设计思想可加分，体现在最终成绩中。

（2）实验成绩占10%，创新性解决方案可加分，体现在最终成绩中。

（3）期末考试成绩占70%，采用百分制，开放类、分析类、设计与开发类试题分值不低于总分的50%。期末考核形式采用开卷笔试，提供《传感器网络》课程所有理论知识点素材、实验设备技术资料，在规定的时间内要求学生对开放类、分析类、设计与开发类等试题完成作答。

4 考核结果

通过课程考核，测试出学生对于传感器网络课程基础理论的理解情况，并重点考察学生分析、解决基本传感网络实际问题的能力;设计测试用例，进行合理、有效的软硬件测试能力;选择与使用恰当的平台、技术能力;专业领域相关的技术标准的理解能力。从2017-2018-1学期物联网工程专业本科学生的成绩分布上看，过半学生达到了课程考核中等偏上的要求，还有相当数量学生仅掌握了本课程的基础理论，在解决具体传感网络实际问题方面存在不足。在今后理论和实验教学环节中需要进一步有针对性对学生加强该方面训练。另外，由于《传感器网络》课程应用背景的广泛性，在考核方式中尝试加入了能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价传感器网络工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律及文化的影响，并理解应承担的责任等相关内容。对于4项能力点，《传感器网络》课程达成毕业要求能力评价值分别为77.3%、76.11%、77.2%和92.88%。按照课程达成情况评价期望值为75%考虑，可认为该年級学生达成了课程要求的毕业能力。

5 结论

本文将工程教育专业认证理念应用于物联网工程本科专业的《传感器网络》课程教学改革过程中，紧密围绕毕业要求能力点，改革课程的教学及考核方法并取得较好效果。改革形成的方法体系可在物联网工程、计算机科学与技术两个本科专业的其它课程中推广，真正培养学生解决复杂工程问题的能力，实现与以产出为导向的国际化工程教育理念接轨。

参考文献：

[1]工程教育认证工作指南（2016版）[Z].中国工程教育专业认证协会秘书处，2015.

[2]蒋宗礼.计算机科学与技术专业的认证与改革[J].计算机教育，2010，（1）：7 -11.

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[4]黄岚，吕春利，史银雪等.面向工程认证的计算机组成原理课程建设探索[J].教育教学论坛，2018，（12）：260 - 262.

[5]王玲，彭开香，李擎.基于工程教育认证的嵌入式系统及应用课程的改革与实践[J].高等理科教育，2017，（5）：116 - 120.

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