量大面廣的“傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程教學(xué)體系與考核方式研究

引言

傳感器網(wǎng)絡(luò)（通常指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）是涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿和熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多在空間上分布的自動(dòng)裝置組成的一種新型架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，裝置使用傳感器協(xié)作地感知不同位置的物理或環(huán)境狀況（如溫濕度、振動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)等），通過自身配置的微處理單元進(jìn)行感知信息初步提取，借助通信模塊進(jìn)行信息傳輸，然后在控制中心進(jìn)行詳細(xì)分析處理（數(shù)據(jù)挖掘），進(jìn)而獲得用戶關(guān)心的有用信息。可見，傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與傳感器技術(shù)、MEMS技術(shù)、通信技術(shù)以及信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步是密不可分的，具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)由最初的戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等軍事應(yīng)用，逐漸拓展到如環(huán)境與生態(tài)監(jiān)測(cè)、健康監(jiān)護(hù)、家庭自動(dòng)化、以及交通控制等民用領(lǐng)域［七特別是近年來物聯(lián)網(wǎng)概念的提出和發(fā)展，使得作為物聯(lián)網(wǎng)重要支撐技術(shù)的“傳感器網(wǎng)絡(luò)”已經(jīng)引起了世界各國學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認(rèn)為是對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。物聯(lián)網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后的又一次信息化產(chǎn)業(yè)浪潮，有望成為后金融危機(jī)時(shí)代經(jīng)濟(jì)增長的引擎。目前，全球互聯(lián)網(wǎng)正處于逐步升級(jí)階段，傳感物聯(lián)網(wǎng)方興未艾,著力突破傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，做好核心技術(shù)培訓(xùn)和教育、及早部署后IP時(shí)代相關(guān)技術(shù)研發(fā)，使信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、邁向信息社會(huì)的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，這些都成為科技時(shí)代發(fā)展的必然和趨勢(shì)。傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已與計(jì)算機(jī)技術(shù)一樣，成為人們?cè)谌粘Ｉ?、工作和科學(xué)研究中接觸最廣的技術(shù)之一。

高校特別是研究生的教育對(duì)于普及傳感器網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)、增強(qiáng)學(xué)生技術(shù)積累和開發(fā)創(chuàng)新意識(shí)非常重要，而國家對(duì)研究生課程體系的改革也提出了要求和建議。2012年2月28日，原國務(wù)院學(xué)位委員會(huì)主任委員劉延?xùn)|在召開的國務(wù)院學(xué)位委員會(huì)第二十九次會(huì)議上指出，要全面提升學(xué)位與研究生教育水平。教育部隨后也出臺(tái)了關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見。不論從實(shí)施人才強(qiáng)國戰(zhàn)略、建設(shè)創(chuàng)新型國家需要，還是從凈化人才培養(yǎng)環(huán)境、防止學(xué)術(shù)失范等要求看，都必須提高研究生教育質(zhì)量，這也是社會(huì)對(duì)高等學(xué)校和科研院所的期待。我校也進(jìn)行了“新一輪研究生培養(yǎng)方案特別是課程體系的修訂工作”，并于2012年9月在入學(xué)的研究生中開始實(shí)施。

本項(xiàng)目組負(fù)責(zé)的課程“傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”于2008年開課,是國內(nèi)最早開設(shè)此類課程的單位之一，該課程于2013年成為公共研究生課程，供全校的研究生選擇，并已經(jīng)成為多個(gè)學(xué)科的必修課。2013年選課人數(shù)達(dá)145人、2014年180人，量大面廣，涉及到我校電信學(xué)部各專業(yè)、物理學(xué)院、機(jī)械學(xué)院、土木學(xué)院、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)學(xué)院、材料學(xué)院等多個(gè)院系。根據(jù)項(xiàng)目組調(diào)研，目前還沒有一本針對(duì)如此多學(xué)科的研究生傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)教案，國內(nèi)外所出版技術(shù)書籍均是側(cè)重理論研究，進(jìn)一步制定合適的教學(xué)課程教案、改進(jìn)教學(xué)方法和考核方式等,讓學(xué)生了解最先進(jìn)的技術(shù)水平和應(yīng)用案例，開拓學(xué)生的視野,這對(duì)學(xué)生業(yè)務(wù)素質(zhì)的提高、學(xué)科體系建設(shè)具有重要意義。

1傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程的教學(xué)與考核探索

基于傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究生教學(xué)體系的改進(jìn)，項(xiàng)目組主要開展了以下工作。

1.1教學(xué)過程中的學(xué)生問卷調(diào)查

傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程課題組自2008年開課以來，每年堅(jiān)持給學(xué)生發(fā)布自行設(shè)計(jì)的調(diào)查問卷。課題組設(shè)計(jì)的課程調(diào)查表如圖1所示，同時(shí)課題組結(jié)合問卷等信息，不斷調(diào)整課程內(nèi)容、教學(xué)方法、考核考試等，力圖在課程全過程中做到有理論、有案例、有實(shí)驗(yàn)、人人參與課堂，使廣大同學(xué)真正從課堂學(xué)到知識(shí)、讓自己受益。

圖1課題組設(shè)計(jì)的課程調(diào)查表

1.2教學(xué)內(nèi)容的更新和完善

目前，傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)沒有成型的教學(xué)方案。筆者從2000年開展無線傳感網(wǎng)科學(xué)研究以來，閱讀了大部分相關(guān)方面的專業(yè)書籍，但此類書籍主要是面向科研人員的，生澀難懂。同時(shí)，針對(duì)本門課程面向多個(gè)學(xué)科的研究生，學(xué)生基礎(chǔ)差異大、各方獲取知識(shí)角度和深度不同，制定合理的教案，對(duì)各學(xué)科研究生理解、掌握傳感器網(wǎng)絡(luò)方向知識(shí)是非常必要的。本研究擬采取如下措施開展工作：利用項(xiàng)目組掌握的專業(yè)書籍和科研文章，進(jìn)行歸納和總結(jié)，在此基礎(chǔ)上，補(bǔ)充一些相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本概念，形成該課程內(nèi)容的新體系；結(jié)合項(xiàng)目組科研成果及近年研究生對(duì)課程內(nèi)容的反饋要求，通過增加應(yīng)用案例提升學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解；利用網(wǎng)絡(luò)，了解行業(yè)最新信息，進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的補(bǔ)充和添加。

電子課件的合理制定，對(duì)體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容以及增強(qiáng)學(xué)生的理解非常重要。基于此，項(xiàng)目組采取以下措施來豐富電子課件:項(xiàng)目組利用訪問國內(nèi)外多所著名大學(xué)和參加傳感器網(wǎng)絡(luò)國際會(huì)議的機(jī)會(huì)，捜集了豐富的多媒體以及PPT課件的素材，并不斷及時(shí)更新到電子課件中；結(jié)合項(xiàng)目組科研的應(yīng)用案例和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖片，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理、應(yīng)用等教案內(nèi)容，用多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)形式展現(xiàn)出來；通過聲情并茂的電子課件制作,讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中體驗(yàn)到傳感器網(wǎng)絡(luò)的各類信息，使學(xué)生能夠更好地理解該課程內(nèi)容。

通過上述教學(xué)內(nèi)容以及電子課件的改善，各個(gè)學(xué)科的學(xué)生均表示能夠按照切身需要學(xué)到想學(xué)的知識(shí)。

1.3搭建演示實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)開闊學(xué)生視野、通過實(shí)踐鞏固理論知識(shí)、提高系統(tǒng)分析能力和工程實(shí)踐能力起到積極作用叫項(xiàng)目組利用科研項(xiàng)目的成果，完成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺(tái)的搭建工作。以該平臺(tái)為基礎(chǔ)，面向“傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程，建立了快速無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接平臺(tái)、無線加速度測(cè)試平臺(tái)、智能材料無線采集系統(tǒng)、無線傾角測(cè)量系統(tǒng)、無線應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)參與搭建或觀看平臺(tái)演示，進(jìn)一步加深對(duì)該課程的理解和興趣。圖2所示是一個(gè)無線加速度節(jié)點(diǎn)的實(shí)物圖。

圖2無線加速度節(jié)點(diǎn)

2新型教學(xué)與考核模式探索

項(xiàng)目組成員近年訪問了斯坦福、UCBerkley,UCDavis、加州理工學(xué)院等世界名校，并對(duì)他們的一些課程教學(xué)方式與考核模式進(jìn)行調(diào)研，上述學(xué)校對(duì)學(xué)生的考核側(cè)重強(qiáng)調(diào)學(xué)生的課堂參與情況、動(dòng)手能力，而不是僅僅用一張期末試卷定成績,上述模式可以有效地激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)課程的各個(gè)階段的積極性，利于學(xué)生掌握課程。

基于上述調(diào)研以及項(xiàng)目組對(duì)歷年來上課學(xué)生的調(diào)查問卷,本課程采取了以下教學(xué)方式：主講教師授課為主，并邀請(qǐng)行業(yè)學(xué)者或工程師結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)講述傳感器網(wǎng)絡(luò)特定應(yīng)用；結(jié)合學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行分組，課后預(yù)留作業(yè)，然后以Workshop形式進(jìn)行匯報(bào)，將此作為課程環(huán)節(jié)的重要部分；每1~2次課對(duì)一個(gè)專題進(jìn)行講授，各個(gè)專題有聯(lián)系但又相互獨(dú)立，更利于學(xué)生側(cè)重學(xué)習(xí)和聽講。

對(duì)于考核方式：課堂表現(xiàn)10%，學(xué)生小組Workshop報(bào)告20%,課堂作業(yè)10%，期末考試60%。上述模式已經(jīng)初步在本人研究生課程考核推進(jìn)實(shí)施了，盡管無形中增加了教師的工作量，但大部分學(xué)生認(rèn)同該種模式，學(xué)習(xí)效果反應(yīng)較好。同時(shí)，在教學(xué)實(shí)踐過程中，應(yīng)調(diào)整上述各部分權(quán)重和增刪相關(guān)考核環(huán)節(jié)，最后設(shè)計(jì)出更合理的研究生教學(xué)考核模式。

3總結(jié)

總之，傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的支撐技術(shù)，目前已經(jīng)貫穿于人們的生產(chǎn)生活中?？梢哉f，anytime、anywhere都存在著傳感網(wǎng)，它已經(jīng)成為科技時(shí)代發(fā)展的重要技術(shù)標(biāo)志。在高校為相關(guān)專業(yè)的研究生以及本科生開設(shè)“傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程，對(duì)普及傳感器網(wǎng)絡(luò)知識(shí)、提升學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)甚至促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步，都是具有重要意義的。本文結(jié)合項(xiàng)目組多年講授“傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”課程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)方式、考核模式等加以總結(jié)，希望為相關(guān)課程的講授起到借鑒作用。

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