徐毅，秦宁宁无毒的
（江南大学物联网工程学院，江苏无锡214122）
［摘要］无线传感器网络课程的知识点包括了从感知层的硬件构成到应用层的安全设置。分析了目前无线传感器网络实验教学过程中存在的问题，提出了面向工程应用的无线传感器网络实验教学的必要性，详细设计了一个以“基于物联网的水产养殖监控系统开发”为工程应用背景的无线传感器网络的综合实验方案，给出了实验成绩的考核方法，取得了很好的实验效果。
［关键词］无线传感器网络；实验设计；工程应用；项目驱动
［基金项目］2018年度国家自然科学基金“随机异质传感器网络覆盖性能的系统级评估与优化”（61702228）
［作者简介］徐毅(1972—)，男，四川仪陇人，工学硕士，江南大学物联网工程学院实验室讲师，主要从事物联网技术应用研究；秦宁宁（1980—），女，黑龙江虎林人，工学博士，江南大学物联网工程学院信息技术系教授，主要从事无线传感器网络理
论及应用研究。
［中图分类号］G642.423［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2021）08-0145-04［收稿日期］2020-08-16
一、背景
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，以下简称WSN）是物联网工程专业的一门专业核心课程，其知识点包括了从感知层的硬件构成到应用层的安全设置，内容难度和跨度都很大，这也体现了物联网学科的前沿性和交叉性。通过综合实验整合优化应用课堂教学内容，培养学生的工程意识和综合素质，以及学生的创新实践能力，这是传统的WSN实验教学所无法比拟的[１]。 二、存在问题
目前WSN课程缺少有效的与课程内容设置相适应的实验体系，也很难与课堂教学内容和课时设置相对应。这主要体现在：第一，选择合适的内容难，课堂教学内容既独立又前后关联；第二，现有的实验内容大多由学校通过集中采购的实验箱提供，实验箱都是以功能模块为基础，以实验内容作为区分，缺少综合性[２]；第三，实验箱中的功能模块都是以黑盒封装在一起，模块之间的物理连接都隐藏在实验箱内部，学生无法深入了解，影响了学生的直观认识以及对实验原理的深入了解、熟悉和掌握；第四，实验箱价格昂贵，受条件限制，很难做到每个学生一个实验箱，影响学生独立实验能力的培养；第五，实验箱的实验内容已经固化，和实际的工程应用之间还有很大差距，实验内容无法拓展，
无法发挥学生的能动性、课程教学内容的连贯性以及与其他课程之间的高度相关性[３]；第六，实验内容、时间和地点相对固定，实验考核方式简单，都是在指定时间、指定地点，对指定实验以验证性实验的结果作为实验考核依据，无法体现学生个体之间的能力差异。
通过对上述现行WSN课程实验教学内容存在的不足进行总结，设计以项目为驱动，以实际工程应用为目的的WSN综合实验，可以围绕一个需要研究解决的特定项目系统展开，重构实验教学方法。以解决实际问题为导向，贯穿整个WSN的教学内容体系，关联其他学科，包括数据库、信号处理、EDA、控制理论等课程内容。培养学生使用现代工具解决实际工程项目问题的能力，让学生在寻解决问题的方法中进行知识的学习与应用，而不是知识的简单套用[４]。强调以团队合作为基础，以项目任务为驱动，以实际应用为导向，注重实验设计的逻辑性和综合性，引导学生将子实验组合成为最终可以面向实际应用的综合性实验，让学生从解决实际工程项目问题的实验中获得很好的体验感[５]。
三、实验方案设计
猪肉精
本文设计的以项目应用为驱动的综合实验主要以水产养殖过程中“基于物联网的水产养殖监
图1系统整体架构
（五）综合实验设计的数据处理层硬件
led调光电源
图2是系统的硬件设计，硬件部分要满足：是成本低廉，由于系统面向中小型农村养殖户，额的硬件设备不可取；二是实现养殖水域—养殖（上位机）中远距离的无线数据传输，节约成本，也方便布局；三是方便拓展。本系统旨在针对某一水池环境，较为简单，养殖户有多个池塘时，应能够对此系统进行拓展，从而同时取得多个水环境的参数，并能够采取控制。
本系统的传感器模块包含温度传感器、
传感器，控制模块包含三个继电器，用来控制进
H无穷控制图2系统硬件架构cng加气机
通过上述系统的详细设计，既可以使学生掌握一般工程项目实现的基本过程，也能够熟悉物联网工程项目的基本构成。图4为学生完成实验后所展示的上位机界面。
四、实验方案的实现与实验成绩的考核
以上述所设计的实验方案，学生以2～3人为一个团队，分别完成系统的数据采集、数据分析以及上位机的平台展示等功能。系统实现所需要的硬件资源可以利用实验室已有的实验箱资源，也可以由学生自行采购，学院的教学实践经费承担。学生既可以在实验室完成实验，也可以利用课余时间来完成。
实验结束后，学生将提交实验样品和实验报告，并要回答实验老师的现场提问。实验成绩考核由以下几个部分综合评价后构成：第一，有类似于科技小论文形式的实验报告；第二，可以实际运行且运行效果良好的实验样品；第三，现场的实际操作动手能力和相互协作能力；第四，实验内容设计的创新性或研究性以及实验内容的实用性、指导性和科学性；第五，实验数据处理的规范性；第六，实验结论的明确性、实验结果表达的完整性以及实验结论的直观性。
通过上述实验成绩考评，既体现了实验内容的可拓展性，使每个学生的能力都能得到充分展示，又加强了团队之间的合作。
五、实践所取得的成果
图3上位机监控流程
图4Labview的水质监控展示
Design of Comprehensive Experimental Teaching of Wireless Sensor Network with Engineering
Application Orientation XU Yi,QIN Ning-ning
(College of Internet of Things Engineering,Jiangnan University,Wuxi,Jiangsu 214122,China)
垃圾篓
Abstract:The knowledge points of the Wireless Sensor network course include security settings from the hardware composition of the sensing layer to the application layer.In this paper,the problems existing in the experimental teaching of Wireless Sensor Network (WSN)are analyzed.The necessity of engineering-oriented ex-perimental teaching of the WSN is proposed.A comprehensive experimental scheme of WSN with the background of "development of aquaculture monitoring system based on Internet of Things"is designed in detail,and the eval-uation methods of the experimental teaching are also provided.Good experimental teaching results have been achieved.
Key words:wireless sensor network (WSN);experimental teaching design;engineering application;pro-ject-driven
参考文献
［1］陈海生，郭晓云，王峰，等.“无线传感器网络技术”课程实验教学探索［J ］.河北农业大学学报(农林教育版),2017,19(5):64-67.
［2］何冀军，卫兵，潘洁珠.项目驱动的物联网专业课程教学改革与实践［J ］.合肥师范学院学报,2015,33(11):86-88.
［3］宁卓，李牧阳，梅新志.无线传感器网络课程实验教材建设［J ］.电脑知识与技术2017,13(30):49-50.
［4］陈彦彬，林燕雄，黄佳旭，等.模块化物联网技术综合实训装置设计与实现［J ］.实验室科学,2018,21(4):57-61.［5］郑来芳.无线传感器网络实验教学方法研究［J ］.软件导刊-教育技术，2018,17(11):67-68.
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