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摘要：面向地理國情監測專業本科教學，文章分析了“數字傳感器網絡技術”課程教學現狀及其存在的不足和實踐教學中的問題，從課程設置安排和應用實踐多樣性等方面提出了一些教學建設與改革的思路，以培養學生實際組網監測地理國情的能力和應用創新思維，提高學生積極解決問題的主觀能動性，滿足國家對地理國情監測領域的人才培養教育需求。
關鍵詞：傳感器網絡；地理國情監測；課程建設與改革；應用實踐教學
開展地理國情監測是當前國家賦予測繪地理信息部門的使命[1]以及未來20年測繪事業的發展思路之一[2]，既是國家重點發展領域也是國內外重要的學術前沿與研究熱點。地理國情監測具有綜合性與交叉性學科特點[2]，在物聯網與對地觀測技術飛速發展背景下，空天地一體化監測技術成為其中一個關鍵支撐技術[3]，需要通過組網技術聯合多源傳感器協同觀測。因此，地理國情監測專業專門設立了“數字傳感器網絡技術”課程，講授傳感器網絡體系結構與組網觀測應用知識。課程內容借鑒了計算機物聯網專業中無線傳感器網絡和物聯網導論課程的一些知識資源，同時結合地理國情的特點和地理空間信息科學發展趨勢設置了應用監測方法與案例分析等內容。盡管都涉及網絡技術，與地理信息系統教學中注重的地理信息網絡服務開發部署[4]不同，本課程教學重點關注傳感器網絡的部署構建，將傳感器網絡觀測作為一種服務部署。與計算機物聯網專業注重通信協議以及軟件服務開發部署[5]不同，本課程將實際傳感器網絡帶入課堂，讓學生直觀感受一些典型的環境監測傳感器及其實際組網觀測過程。為取得良好的教學效果，本文結合當前課程教學實際，提出了一些課程改革思路與建議。
一課程的主要現狀
“數字傳感器網絡技術”是武漢大學地理國情監測專業的一門重要課程，該專業學生在學習了遙感原理、地理監測原理、GNSS原理和地理信息系統原理、計算機網絡技術、、ArcGIS操作、地表覆蓋與土地利用、時空數據庫等前期基礎課程后，在大三上學期學習本課程。“數字傳感器網絡技術”課程旨在培養學生組網監測地理國情的能力，掌握傳感網的體系結構、部署組網流程和監測應用技術等知識。然而經過教學分析發現，“數字傳感器網絡技術”這門課的建設還存在以下主要不足：
（一）課程基礎知識鋪墊需加強
數字傳感器網絡技術在本專業課程體系中顯得相對獨立。由于數字傳感器網絡技術涉及傳感器基本原理、網絡技術、單片機與嵌入式系統以及專業應用技術等課程的知識，而本專業的前期課程安排上，與之相關的基礎課程基本沒有，給課程教學和學生學習帶來了一定的困難。
（二）實踐內容的應用領域較單一
地理國情監測涉及對自然、人文以及生態等各方面全方位多時空尺度信息的監測獲取，而不同的監測目標與應用需求需要建立采用與之對應的組網監測方案。目前課程教學實踐環節的主要任務是指導學生自主構建部署一個地面無線傳感器網絡并對武漢大學信息學部進行空氣溫濕度的短時監測；對于組網獲取的數據，實習學生通過時空數據編輯處理以及專題制圖技術得到一個短時間段的空氣溫濕度分布圖。因此，教學實踐的應用領域局限于環境監測。盡管通過課程實踐，學生完成了傳感器網絡部署、組網監測以及對獲取數據進行編輯處理和后期成圖這一完整的組網監測鏈，但是單一的應用實踐難于培養與提升其整體全面的、基于數據和需求驅動的天空地一體化組網監測能力。
（三）課程教學資源需進一步豐富
數字傳感器網絡技術是一門面向地理國情監測專業新開的課程，沒有現成可用的教材、電子課件資源以及合適的實踐教學設備。課堂教學只能借助物聯網專業以及電子信息專業現有的一些教材，結合地理國情監測專業學生的知識背景編寫相應講義來進行教學。鑒于本專業學生的知識儲備，目前的實踐教學重在培養學生的實際組網部署能力，因此直接基于傳感器網絡教學中主流使用的試驗箱進行編程實踐教學并不適合本專業學生。隨著開設地理國情監測專業高校數量的增加，本課程的相關教學資源需要逐步完善豐富起來。
二課程建設改革思路
針對地理國情監測專業學生的知識能力要求和數字傳感器網絡技術課程建設存在的一些不足，提供以下課程改革建設建議：
（一）加強課程設置的連貫性和關聯性
通過將遙感科學與技術中的“成像傳感器原理”課程納入必選課，補充學生在傳感器原理方面的基礎知識；將“計算機網絡技術”課程調整到大二下學期，使學生在學習了相關的互聯網網絡體系結構和通信協議知識以后，能夠很好的將其和傳感器網絡中的網絡體系結構、通信協議以及關鍵支撐技術進行對比學習，有效避免其學習難度曲線過于陡峭，增強學習的連貫性和關聯性。
（二）優化課程教學安排
目前，武漢大學地理國情監測專業的數字傳感器網絡技術課程安排有45個學時，其中包括36個理論學時和9個課間實踐學時，另外還有一周的實踐教學。理論教學上，需要有效梳理和篩選其中的核心關鍵知識點在課堂上講授，避免面面俱到導致的蜻蜓點水式的教學；通過重點講清網絡體系結構、比較不同通信技術的特點、以具體實例詳細介紹組網原則與流程、提煉地理國情組網監測基本流程以及全面闡述天空地一體化組網觀測理念及其中涉及的關鍵核心問題，使學生樹立對地理國情組網監測技術的完整認識。實踐教學上，通過加強實際組網監測案例的參觀實踐，使學生消化一些課堂上難于理解的知識點，比如如何對傳感器網絡節點具體編程以及網絡如何啟動運行；要進一步充分利用實際的傳感器網絡設備及其使用體驗來增強學生對實際組網監測工作流程的理解；可以通過科學的學生分組促進基礎較好感興趣的學生帶動學習較為困難的學生，避免出現不能完成實習任務的小組。
（三）完善符合專業特色需求的實踐教學
盡管地理國情監測專業學生在單片機和嵌入式系統編程方面的知識比較欠缺，但如果在實踐教學中提供簡單的傳感器網絡程序編譯、修改和節點程序燒寫環節，可以在一定程度上增強學生對傳感器網絡開發的感性認識。實踐教學的重點應在于采用可實際觀測的傳感器網絡設備，給學生一定的監測要求讓其自由發揮進行組網監測，而對獲取的數據成果如何編輯以及出怎么樣的成果，只給出寬泛的要求。這樣的設置安排可以使學生更加積極去思考傳感器網絡監測的優勢、部署組網原則與流程以及成果的整理等，讓學生對實習具有較好的掌控感與成就感。
（四）多方面豐富完善教學資源
針對本課程教學內容廣泛、實踐要求較高的課程特點，需建立完善的課程教學小組，一門課的不同內容安排對應研究基礎強的老師講授，并結合專業的應用性特點完善電子教學資源和教材的建設。同時，在實踐教學上，增加一些新的實習設備，使學生可以進行更多應用領域的組網監測實習，便于建立較全面應用組網監測的認識。此外，采用電子沙盤教學對組網監測進行模擬，也在一定程度上便于學生學習和教師教學。
（五）實施以綜合實踐表現為基礎的考核
以往的考核以閉卷筆試為主，按平時表現20%，綜合實習成果20%，期末成績60%的比例來評定課程最終成績。為全面、綜合考查學生的實際知識能力情況，成績評定方法調整為：平時表現占10%，期末成績占45%，實習的綜合考核與成果占45%。綜合實習成果包括：實習方法概述、組網部署過程、組網監測日志、組網監測數據成圖結果、問題總結及其解決方法以及組網監測實踐新發現等。通過有效提高實踐能力的評分占比，引導和鼓勵學生提高實踐動手能力，從實踐中去體會和提高對課堂理論知識的理解。
三結語
高等教育的專業建設需要符合社會發展的需求，而高校專業課程的設置與建設是人才培養的基礎工作。作為響應國家重大發展需求設置的地理國情監測專業，培養的學生應該具備綜合應用高速發展的網絡技術獲取地理空間信息的能力，以滿足國家在地理國情方面的人才培養需求。“數字傳感器網絡技術”正是在物聯網和地理空間信息科學快速發展的背景下開設的全新專業課程，其建設應該更加注重理論與實踐相結合，不斷加強改革完善，為國家培養更多具備組網監測分析地理國情能力的專業人才。
參考文獻
[1]趙健赟,宋宜容.測繪工程專業地理國情監測人才培養體系的構建與探索[J].測繪通報,2015(2):125-128.
[2]陳江平,單杰,秦昆.試論地理國情監測專業的人才培養和學科體系[J].測繪通報,2017(4):139-144.
[3]李德仁,眭海剛,單杰.論地理國情監測的技術支撐[J].武漢大學學報(信息科學版),2012,37(05):505-512.
[4]桂志鵬,陳妍,劉露.地理信息網絡服務技術的互動式教學探索與課程實踐[J].,2015,49:181-185.
[5]錢紅燕,陳兵,燕雪峰.物聯網教學實踐體系研究[J].計算機教育,2011(23):21-25.
作者:鄔建偉 單位:武漢大學遙感信息工程學院
