量大面广的“传感器网络技术”课程教学体系与考核方式研究

引言

传感器网络（通常指无线传感器网络）是涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿和热点研究领域。传感器网络是由许多在空间上分布的自动装置组成的一种新型架构网络，装置使用传感器协作地感知不同位置的物理或环境状况（如温湿度、振动、压力、运动等），通过自身配置的微处理单元进行感知信息初步提取，借助通信模块进行信息传输，然后在控制中心进行详细分析处理（数据挖掘），进而获得用户关心的有用信息。可见，传感器网络发展与传感器技术、MEMS技术、通信技术以及信号处理技术的进步是密不可分的，具有广泛的应用前景。目前，无线传感器网络已经由最初的战场监测等军事应用，逐渐拓展到如环境与生态监测、健康监护、家庭自动化、以及交通控制等民用领域［七特别是近年来物联网概念的提出和发展，使得作为物联网重要支撑技术的“传感器网络”已经引起了世界各国学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。物联网和无线传感器网络已经成为继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息化产业浪潮，有望成为后金融危机时代经济增长的引擎。目前，全球互联网正处于逐步升级阶段，传感物联网方兴未艾,着力突破传感网、物联网的关键技术，做好核心技术培训和教育、及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”，这些都成为科技时代发展的必然和趋势。传感器网络技术已与计算机技术一样，成为人们在日常生活、工作和科学研究中接触最广的技术之一。

高校特别是研究生的教育对于普及传感器网络的知识、增强学生技术积累和开发创新意识非常重要，而国家对研究生课程体系的改革也提出了要求和建议。2012年2月28日，原国务院学位委员会主任委员刘延东在召开的国务院学位委员会第二十九次会议上指出，要全面提升学位与研究生教育水平。教育部随后也出台了关于全面提高高等教育质量的若干意见。不论从实施人才强国战略、建设创新型国家需要，还是从净化人才培养环境、防止学术失范等要求看，都必须提高研究生教育质量，这也是社会对高等学校和科研院所的期待。我校也进行了“新一轮研究生培养方案特别是课程体系的修订工作”，并于2012年9月在入学的研究生中开始实施。

本项目组负责的课程“传感器网络技术”于2008年开课,是国内最早开设此类课程的单位之一，该课程于2013年成为公共研究生课程，供全校的研究生选择，并已经成为多个学科的必修课。2013年选课人数达145人、2014年180人，量大面广，涉及到我校电信学部各专业、物理学院、机械学院、土木学院、创新实验学院、材料学院等多个院系。根据项目组调研，目前还没有一本针对如此多学科的研究生传感器网络教学教案，国内外所出版技术书籍均是侧重理论研究，进一步制定合适的教学课程教案、改进教学方法和考核方式等,让学生了解最先进的技术水平和应用案例，开拓学生的视野,这对学生业务素质的提高、学科体系建设具有重要意义。

1传感器网络技术课程的教学与考核探索

基于传感器网络技术的研究生教学体系的改进，项目组主要开展了以下工作。

1.1教学过程中的学生问卷调查

传感器网络技术课程课题组自2008年开课以来，每年坚持给学生发布自行设计的调查问卷。课题组设计的课程调查表如图1所示，同时课题组结合问卷等信息，不断调整课程内容、教学方法、考核考试等，力图在课程全过程中做到有理论、有案例、有实验、人人参与课堂，使广大同学真正从课堂学到知识、让自己受益。

图1课题组设计的课程调查表

1.2教学内容的更新和完善

目前，传感器网络教学没有成型的教学方案。笔者从2000年开展无线传感网科学研究以来，阅读了大部分相关方面的专业书籍，但此类书籍主要是面向科研人员的，生涩难懂。同时，针对本门课程面向多个学科的研究生，学生基础差异大、各方获取知识角度和深度不同，制定合理的教案，对各学科研究生理解、掌握传感器网络方向知识是非常必要的。本研究拟采取如下措施开展工作：利用项目组掌握的专业书籍和科研文章，进行归纳和总结，在此基础上，补充一些相关的基础知识和基本概念，形成该课程内容的新体系；结合项目组科研成果及近年研究生对课程内容的反馈要求，通过增加应用案例提升学生对专业知识的理解；利用网络，了解行业最新信息，进行传感器网络知识的补充和添加。

电子课件的合理制定，对体现教学内容以及增强学生的理解非常重要。基于此，项目组采取以下措施来丰富电子课件:项目组利用访问国内外多所著名大学和参加传感器网络国际会议的机会，捜集了丰富的多媒体以及PPT课件的素材，并不断及时更新到电子课件中；结合项目组科研的应用案例和实验数据图片，将无线传感器网络原理、应用等教案内容，用多媒体虚拟实验形式展现出来；通过声情并茂的电子课件制作,让学生在虚拟的环境中体验到传感器网络的各类信息，使学生能够更好地理解该课程内容。

通过上述教学内容以及电子课件的改善，各个学科的学生均表示能够按照切身需要学到想学的知识。

1.3搭建演示实验平台

实验平台对开阔学生视野、通过实践巩固理论知识、提高系统分析能力和工程实践能力起到积极作用叫项目组利用科研项目的成果，完成了无线传感器网络开发平台的搭建工作。以该平台为基础，面向“传感器网络技术”课程，建立了快速无线传感器网络连接平台、无线加速度测试平台、智能材料无线采集系统、无线倾角测量系统、无线应变测量系统，让学生有机会参与搭建或观看平台演示，进一步加深对该课程的理解和兴趣。图2所示是一个无线加速度节点的实物图。

图2无线加速度节点

2新型教学与考核模式探索

项目组成员近年访问了斯坦福、UCBerkley,UCDavis、加州理工学院等世界名校，并对他们的一些课程教学方式与考核模式进行调研，上述学校对学生的考核侧重强调学生的课堂参与情况、动手能力，而不是仅仅用一张期末试卷定成绩,上述模式可以有效地激发学生在学习课程的各个阶段的积极性，利于学生掌握课程。

基于上述调研以及项目组对历年来上课学生的调查问卷,本课程采取了以下教学方式：主讲教师授课为主，并邀请行业学者或工程师结合自身经验讲述传感器网络特定应用；结合学生专业特点进行分组，课后预留作业，然后以Workshop形式进行汇报，将此作为课程环节的重要部分；每1~2次课对一个专题进行讲授，各个专题有联系但又相互独立，更利于学生侧重学习和听讲。

对于考核方式：课堂表现10%，学生小组Workshop报告20%,课堂作业10%，期末考试60%。上述模式已经初步在本人研究生课程考核推进实施了，尽管无形中增加了教师的工作量，但大部分学生认同该种模式，学习效果反应较好。同时，在教学实践过程中，应调整上述各部分权重和增删相关考核环节，最后设计出更合理的研究生教学考核模式。

3总结

总之，传感器网络作为物联网行业的支撑技术，目前已经贯穿于人们的生产生活中。可以说，anytime、anywhere都存在着传感网，它已经成为科技时代发展的重要技术标志。在高校为相关专业的研究生以及本科生开设“传感器网络”课程，对普及传感器网络知识、提升学生创新意识甚至促进社会进步，都是具有重要意义的。本文结合项目组多年讲授“传感器网络技术”课程经验，对教学内容改革、教学方式、考核模式等加以总结，希望为相关课程的讲授起到借鉴作用。

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