“传感技术及网络”课程的教学探索

徐江

摘要：“传感技术及网络”课程是物联网专业的核心课程，本文首先分析该课程在教学过程中遇到的挑战，然后从理论教学和实验教学两方面进行了一定的改进和探索，获得了较好的教学效果。

关键词：物联网；传感技术及网络；理论教学；实验教学

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）05-0166-02

1 引言

物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝整合[1]。其用途遍及智能交通、智能电力、仓储物流、家居安防、智能消防、公共安全、环境监测、商品市场、工业监控等多个领域。系统架构如图1所示。

<作为一门新兴技术，物联网涵盖了诸多学科的知识，被称为第三信息技术的革命性创新。2010年3月，教育部发布《关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》，全国有数百所大学申报了物联网或传感网专业，我校于2011年被教育部审批通过设置物联网专业。

物联网工程专业基本的课程大致涉及两部分的内容：一部分是计算机学科的基础课程，另一部分是体现出物联网工程专业特点的专业课[2]。“传感技术及网络”就是属于我校物联网专业的一门核心专业课程，主要讲授无线传感器网络的相关知识，安排在大二下学期讲授。经过几年的积累，对该课程教学取得了一定的经验，但是作为新开专业的一门课程，在教学过程中碰到的问题也不少，如何激发学生对物联网专业的兴趣，让学生通过本门课程的学习有所收获，成为本课程教学改革探索急需解决的问题。

2 “传感技术及网络”课程面临的挑战

（1）内容十分广泛，难度大

“传感技术及网络”是传感器技术、计算机网络、无线通信等多种技术交叉在一起的一门课程，主要包括以下关键技术：网络拓扑控制、网络协议、网络安全、时间同步、定位技术、数据融合、数据管理、无线通信技术、嵌入式操作系统等[3]，如图2所示。

（2）实验环节课时少，造成学生对传感器网络理解不深

作为一门工程性和实践性很强的课程，纯理论的课堂教学是达不到良好的教学效果的，尽管可以通过图文并茂的ppt和生动的讲解来弥补，但所谓百闻不如一做，所以如何设计实验环节，尽可能增加实验课时，做到“课程精，实验强”，是物联网工程专业建设成败的关键[2]29。

（3）实验设备不完善，标准不统一，开发环境多样化，给该课实验带来一定难度，如何制定既符合实验教学要求，又能最大限度发挥现有的师资力量，成为“传感技术及网络”实验课的一个探索性课题。

3 关于“传感技术及网络”课程改革的一些探索

上文分析了“传感技术及网络”课程在教学过程中遇到的一些问题，笔者结合自己的教学经验，就理论教学和实验教学两个方面做了以下改进的探索。

（1）由于传感技术及网络是一个新兴的研究热点，内容广泛，每个关键技术都可以展开作为一门课程来讲述，所以必须要结合系科师资的实际情况，对内容的进行选择，做到全面并有所侧重。根据我系实际情况，以及课时的安排，做出以下安排：无线传感器网络概述，2学时；路由协议，6学时；MAC协议，4学时；拓扑控制，2学时；IEEE802.15.4标准，4学时；定位技术，6学时；时间同步，2学时；安全技术，2学时；数据管理，2学时；数据融合，4学时；硬件平台，2学时；TinyOS操作系统，4学时；应用系统介绍，2学时；专题交流，6学时，共计48学时。具体到课堂教学方法上，在讲解各章节内容时，要尽量结合实际的小例子，让学生有一定的感性认识，依次激发学生的学习热情。多媒体的应用应该图文并茂，绝非教材的翻版，应该紧跟当前科研的前沿，介绍无线传感器网络相关内容的最新进展，这对老师的科研要求是比较高的。

（2）传感技术及网络实验教学课的目的是为了让学生对使用传感器节点如何构建一个网络，并在此基础上完成一些小应用。笔者经过调研，采用了南京东大移动互联技术有限公司推出的Zigbee传感器网络实验箱，其硬件部分由一块控制器板和五块传感器板构成。Zigbee模块采用的是JENNIC公司生产的JN5139，该模块集成了射频组件和无线微控制器。开发平台提供了标准的UART接口以实现程序的下载和数据的传输。这组实验设备对于完成无线感器网络的数据采集、数据通信等已经足够，还提供了多组扩展性实验。教师可以将学生分组进行实验。对于我校本门课程的实验部分一共安排了16个学时（后续还将努力增加实验课时），我们安排如下：基于IEEE802.15.4的无线单片机基本功能实验，4学时；基于Zigbee的传感器网络数据采集实验，4学时；基于Zigbee的传感器网络控制实验，4学时；基于Zigbee的数字型传感器扩展实验，4学时。第一个实验属于整个实验体系的基础部分，目的是使学生熟悉并掌握无线传感器网开发实践经验，增加感性认识，促进对理论课中的知识体系的深入理解。后面三个实验的目的是培养学生独立的思考能力和动手能力，深刻理解无线传感器网络的原理、应用。通过这四个实验的训练，彻底改变学生们只会纸上谈兵的境地，理论和实践相结合，明显地提高教学成效。

4 总结

作为较早开设物联网专业的一所普通本科院校，教学的最终目的是为了培养一批物联网领域高层次，高素质，多样化的人才。本文结合我校开设“传感器技术及网络”课程的教学实践，分析了该课程的特点，提出了教学过程遇到的挑战，并提出了改革的一些探索，也取得了较好效果。而传感器技术及网络作为当今科研领域的前沿课题，作为物联网专业的核心课程，到目前为止，我们还依然在不断摸索，不断创新。

参考文献：

[1]吴功宜. 智慧的物联网——感知中国和世界的技术[M]. 北京：机械工业出版社， 2010： 15-16.

[2]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010（21）：26-29.

[3]孙利民，李建中，陈渝，等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005.