“傳感技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)探索

徐江

摘要：“傳感技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)”課程是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的核心課程，本文首先分析該課程在教學(xué)過程中遇到的挑戰(zhàn)，然后從理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩方面進(jìn)行了一定的改進(jìn)和探索，獲得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；傳感技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)；理論教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）05-0166-02

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，它具有基于標(biāo)準(zhǔn)和互操作通信協(xié)議的自組織能力，其中物理的和虛擬的“物”具有身份標(biāo)識(shí)、物理屬性、虛擬的特性和智能的接口，并與信息網(wǎng)絡(luò)無縫整合[1]。其用途遍及智能交通、智能電力、倉儲(chǔ)物流、家居安防、智能消防、公共安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、商品市場、工業(yè)監(jiān)控等多個(gè)領(lǐng)域。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

<作為一門新興技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)涵蓋了諸多學(xué)科的知識(shí)，被稱為第三信息技術(shù)的革命性創(chuàng)新。2010年3月，教育部發(fā)布《關(guān)于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)申報(bào)和審批工作的通知》，全國有數(shù)百所大學(xué)申報(bào)了物聯(lián)網(wǎng)或傳感網(wǎng)專業(yè)，我校于2011年被教育部審批通過設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)基本的課程大致涉及兩部分的內(nèi)容：一部分是計(jì)算機(jī)學(xué)科的基礎(chǔ)課程，另一部分是體現(xiàn)出物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)特點(diǎn)的專業(yè)課[2]?！皞鞲屑夹g(shù)及網(wǎng)絡(luò)”就是屬于我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，主要講授無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識(shí)，安排在大二下學(xué)期講授。經(jīng)過幾年的積累，對(duì)該課程教學(xué)取得了一定的經(jīng)驗(yàn)，但是作為新開專業(yè)的一門課程，在教學(xué)過程中碰到的問題也不少，如何激發(fā)學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的興趣，讓學(xué)生通過本門課程的學(xué)習(xí)有所收獲，成為本課程教學(xué)改革探索急需解決的問題。

2 “傳感技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)”課程面臨的挑戰(zhàn)

（1）內(nèi)容十分廣泛，難度大

“傳感技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)”是傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無線通信等多種技術(shù)交叉在一起的一門課程，主要包括以下關(guān)鍵技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全、時(shí)間同步、定位技術(shù)、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)管理、無線通信技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)等[3]，如圖2所示。

（2）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)課時(shí)少，造成學(xué)生對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)理解不深

作為一門工程性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，純理論的課堂教學(xué)是達(dá)不到良好的教學(xué)效果的，盡管可以通過圖文并茂的ppt和生動(dòng)的講解來彌補(bǔ)，但所謂百聞不如一做，所以如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，盡可能增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)，做到“課程精，實(shí)驗(yàn)強(qiáng)”，是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)成敗的關(guān)鍵[2]29。

（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)備不完善，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，開發(fā)環(huán)境多樣化，給該課實(shí)驗(yàn)帶來一定難度，如何制定既符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，又能最大限度發(fā)揮現(xiàn)有的師資力量，成為“傳感技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)”實(shí)驗(yàn)課的一個(gè)探索性課題。

3 關(guān)于“傳感技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)”課程改革的一些探索

上文分析了“傳感技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)”課程在教學(xué)過程中遇到的一些問題，筆者結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，就理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面做了以下改進(jìn)的探索。

（1）由于傳感技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)新興的研究熱點(diǎn)，內(nèi)容廣泛，每個(gè)關(guān)鍵技術(shù)都可以展開作為一門課程來講述，所以必須要結(jié)合系科師資的實(shí)際情況，對(duì)內(nèi)容的進(jìn)行選擇，做到全面并有所側(cè)重。根據(jù)我系實(shí)際情況，以及課時(shí)的安排，做出以下安排：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述，2學(xué)時(shí)；路由協(xié)議，6學(xué)時(shí)；MAC協(xié)議，4學(xué)時(shí)；拓?fù)淇刂疲?學(xué)時(shí)；IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，4學(xué)時(shí)；定位技術(shù)，6學(xué)時(shí)；時(shí)間同步，2學(xué)時(shí)；安全技術(shù)，2學(xué)時(shí)；數(shù)據(jù)管理，2學(xué)時(shí)；數(shù)據(jù)融合，4學(xué)時(shí)；硬件平臺(tái)，2學(xué)時(shí)；TinyOS操作系統(tǒng)，4學(xué)時(shí)；應(yīng)用系統(tǒng)介紹，2學(xué)時(shí)；專題交流，6學(xué)時(shí)，共計(jì)48學(xué)時(shí)。具體到課堂教學(xué)方法上，在講解各章節(jié)內(nèi)容時(shí)，要盡量結(jié)合實(shí)際的小例子，讓學(xué)生有一定的感性認(rèn)識(shí)，依次激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。多媒體的應(yīng)用應(yīng)該圖文并茂，絕非教材的翻版，應(yīng)該緊跟當(dāng)前科研的前沿，介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)內(nèi)容的最新進(jìn)展，這對(duì)老師的科研要求是比較高的。

（2）傳感技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課的目的是為了讓學(xué)生對(duì)使用傳感器節(jié)點(diǎn)如何構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并在此基礎(chǔ)上完成一些小應(yīng)用。筆者經(jīng)過調(diào)研，采用了南京東大移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)有限公司推出的Zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)箱，其硬件部分由一塊控制器板和五塊傳感器板構(gòu)成。Zigbee模塊采用的是JENNIC公司生產(chǎn)的JN5139，該模塊集成了射頻組件和無線微控制器。開發(fā)平臺(tái)提供了標(biāo)準(zhǔn)的UART接口以實(shí)現(xiàn)程序的下載和數(shù)據(jù)的傳輸。這組實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)于完成無線感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信等已經(jīng)足夠，還提供了多組擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)。教師可以將學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對(duì)于我校本門課程的實(shí)驗(yàn)部分一共安排了16個(gè)學(xué)時(shí)（后續(xù)還將努力增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)），我們安排如下：基于IEEE802.15.4的無線單片機(jī)基本功能實(shí)驗(yàn)，4學(xué)時(shí)；基于Zigbee的傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)，4學(xué)時(shí)；基于Zigbee的傳感器網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)，4學(xué)時(shí)；基于Zigbee的數(shù)字型傳感器擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，4學(xué)時(shí)。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)屬于整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系的基礎(chǔ)部分，目的是使學(xué)生熟悉并掌握無線傳感器網(wǎng)開發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，增加感性認(rèn)識(shí)，促進(jìn)對(duì)理論課中的知識(shí)體系的深入理解。后面三個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的思考能力和動(dòng)手能力，深刻理解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的原理、應(yīng)用。通過這四個(gè)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，徹底改變學(xué)生們只會(huì)紙上談兵的境地，理論和實(shí)踐相結(jié)合，明顯地提高教學(xué)成效。

4 總結(jié)

作為較早開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一所普通本科院校，教學(xué)的最終目的是為了培養(yǎng)一批物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域高層次，高素質(zhì)，多樣化的人才。本文結(jié)合我校開設(shè)“傳感器技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)實(shí)踐，分析了該課程的特點(diǎn)，提出了教學(xué)過程遇到的挑戰(zhàn)，并提出了改革的一些探索，也取得了較好效果。而傳感器技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今科研領(lǐng)域的前沿課題，作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的核心課程，到目前為止，我們還依然在不斷摸索，不斷創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

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[2]吳功宜.對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)體系建設(shè)的思考[J].計(jì)算機(jī)教育，2010（21）：26-29.

[3]孫利民，李建中，陳渝，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.