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摘要：面向地理国情监测专业本科教学，文章分析了“数字传感器网络技术”课程教学现状及其存在的不足和实践教学中的问题，从课程设置安排和应用实践多样性等方面提出了一些教学建设与改革的思路，以培养学生实际组网监测地理国情的能力和应用创新思维，提高学生积极解决问题的主观能动性，满足国家对地理国情监测领域的人才培养教育需求。
关键词：传感器网络；地理国情监测；课程建设与改革；应用实践教学
开展地理国情监测是当前国家赋予测绘地理信息部门的使命[1]以及未来20年测绘事业的发展思路之一[2]，既是国家重点发展领域也是国内外重要的学术前沿与研究热点。地理国情监测具有综合性与交叉性学科特点[2]，在物联网与对地观测技术飞速发展背景下，空天地一体化监测技术成为其中一个关键支撑技术[3]，需要通过组网技术联合多源传感器协同观测。因此，地理国情监测专业专门设立了“数字传感器网络技术”课程，讲授传感器网络体系结构与组网观测应用知识。课程内容借鉴了计算机物联网专业中无线传感器网络和物联网导论课程的一些知识资源，同时结合地理国情的特点和地理空间信息科学发展趋势设置了应用监测方法与案例分析等内容。尽管都涉及网络技术，与地理信息系统教学中注重的地理信息网络服务开发部署[4]不同，本课程教学重点关注传感器网络的部署构建，将传感器网络观测作为一种服务部署。与计算机物联网专业注重通信协议以及软件服务开发部署[5]不同，本课程将实际传感器网络带入课堂，让学生直观感受一些典型的环境监测传感器及其实际组网观测过程。为取得良好的教学效果，本文结合当前课程教学实际，提出了一些课程改革思路与建议。
一课程的主要现状
“数字传感器网络技术”是武汉大学地理国情监测专业的一门重要课程，该专业学生在学习了遥感原理、地理监测原理、GNSS原理和地理信息系统原理、计算机网络技术、、ArcGIS操作、地表覆盖与土地利用、时空数据库等前期基础课程后，在大三上学期学习本课程。“数字传感器网络技术”课程旨在培养学生组网监测地理国情的能力，掌握传感网的体系结构、部署组网流程和监测应用技术等知识。然而经过教学分析发现，“数字传感器网络技术”这门课的建设还存在以下主要不足：
（一）课程基础知识铺垫需加强
数字传感器网络技术在本专业课程体系中显得相对独立。由于数字传感器网络技术涉及传感器基本原理、网络技术、单片机与嵌入式系统以及专业应用技术等课程的知识，而本专业的前期课程安排上，与之相关的基础课程基本没有，给课程教学和学生学习带来了一定的困难。
（二）实践内容的应用领域较单一
地理国情监测涉及对自然、人文以及生态等各方面全方位多时空尺度信息的监测获取，而不同的监测目标与应用需求需要建立采用与之对应的组网监测方案。目前课程教学实践环节的主要任务是指导学生自主构建部署一个地面无线传感器网络并对武汉大学信息学部进行空气温湿度的短时监测；对于组网获取的数据，实习学生通过时空数据编辑处理以及专题制图技术得到一个短时间段的空气温湿度分布图。因此，教学实践的应用领域局限于环境监测。尽管通过课程实践，学生完成了传感器网络部署、组网监测以及对获取数据进行编辑处理和后期成图这一完整的组网监测链，但是单一的应用实践难于培养与提升其整体全面的、基于数据和需求驱动的天空地一体化组网监测能力。
（三）课程教学资源需进一步丰富
数字传感器网络技术是一门面向地理国情监测专业新开的课程，没有现成可用的教材、电子课件资源以及合适的实践教学设备。课堂教学只能借助物联网专业以及电子信息专业现有的一些教材，结合地理国情监测专业学生的知识背景编写相应讲义来进行教学。鉴于本专业学生的知识储备，目前的实践教学重在培养学生的实际组网部署能力，因此直接基于传感器网络教学中主流使用的试验箱进行编程实践教学并不适合本专业学生。随着开设地理国情监测专业高校数量的增加，本课程的相关教学资源需要逐步完善丰富起来。
二课程建设改革思路
针对地理国情监测专业学生的知识能力要求和数字传感器网络技术课程建设存在的一些不足，提供以下课程改革建设建议：
（一）加强课程设置的连贯性和关联性
通过将遥感科学与技术中的“成像传感器原理”课程纳入必选课，补充学生在传感器原理方面的基础知识；将“计算机网络技术”课程调整到大二下学期，使学生在学习了相关的互联网网络体系结构和通信协议知识以后，能够很好的将其和传感器网络中的网络体系结构、通信协议以及关键支撑技术进行对比学习，有效避免其学习难度曲线过于陡峭，增强学习的连贯性和关联性。
（二）优化课程教学安排
目前，武汉大学地理国情监测专业的数字传感器网络技术课程安排有45个学时，其中包括36个理论学时和9个课间实践学时，另外还有一周的实践教学。理论教学上，需要有效梳理和筛选其中的核心关键知识点在课堂上讲授，避免面面俱到导致的蜻蜓点水式的教学；通过重点讲清网络体系结构、比较不同通信技术的特点、以具体实例详细介绍组网原则与流程、提炼地理国情组网监测基本流程以及全面阐述天空地一体化组网观测理念及其中涉及的关键核心问题，使学生树立对地理国情组网监测技术的完整认识。实践教学上，通过加强实际组网监测案例的参观实践，使学生消化一些课堂上难于理解的知识点，比如如何对传感器网络节点具体编程以及网络如何启动运行；要进一步充分利用实际的传感器网络设备及其使用体验来增强学生对实际组网监测工作流程的理解；可以通过科学的学生分组促进基础较好感兴趣的学生带动学习较为困难的学生，避免出现不能完成实习任务的小组。
（三）完善符合专业特色需求的实践教学
尽管地理国情监测专业学生在单片机和嵌入式系统编程方面的知识比较欠缺，但如果在实践教学中提供简单的传感器网络程序编译、修改和节点程序烧写环节，可以在一定程度上增强学生对传感器网络开发的感性认识。实践教学的重点应在于采用可实际观测的传感器网络设备，给学生一定的监测要求让其自由发挥进行组网监测，而对获取的数据成果如何编辑以及出怎么样的成果，只给出宽泛的要求。这样的设置安排可以使学生更加积极去思考传感器网络监测的优势、部署组网原则与流程以及成果的整理等，让学生对实习具有较好的掌控感与成就感。
（四）多方面丰富完善教学资源
针对本课程教学内容广泛、实践要求较高的课程特点，需建立完善的课程教学小组，一门课的不同内容安排对应研究基础强的老师讲授，并结合专业的应用性特点完善电子教学资源和教材的建设。同时，在实践教学上，增加一些新的实习设备，使学生可以进行更多应用领域的组网监测实习，便于建立较全面应用组网监测的认识。此外，采用电子沙盘教学对组网监测进行模拟，也在一定程度上便于学生学习和教师教学。
（五）实施以综合实践表现为基础的考核
以往的考核以闭卷笔试为主，按平时表现20%，综合实习成果20%，期末成绩60%的比例来评定课程最终成绩。为全面、综合考查学生的实际知识能力情况，成绩评定方法调整为：平时表现占10%，期末成绩占45%，实习的综合考核与成果占45%。综合实习成果包括：实习方法概述、组网部署过程、组网监测日志、组网监测数据成图结果、问题总结及其解决方法以及组网监测实践新发现等。通过有效提高实践能力的评分占比，引导和鼓励学生提高实践动手能力，从实践中去体会和提高对课堂理论知识的理解。
三结语
高等教育的专业建设需要符合社会发展的需求，而高校专业课程的设置与建设是人才培养的基础工作。作为响应国家重大发展需求设置的地理国情监测专业，培养的学生应该具备综合应用高速发展的网络技术获取地理空间信息的能力，以满足国家在地理国情方面的人才培养需求。“数字传感器网络技术”正是在物联网和地理空间信息科学快速发展的背景下开设的全新专业课程，其建设应该更加注重理论与实践相结合，不断加强改革完善，为国家培养更多具备组网监测分析地理国情能力的专业人才。
参考文献
[1]赵健赟,宋宜容.测绘工程专业地理国情监测人才培养体系的构建与探索[J].测绘通报,2015(2):125-128.
[2]陈江平,单杰,秦昆.试论地理国情监测专业的人才培养和学科体系[J].测绘通报,2017(4):139-144.
[3]李德仁,眭海刚,单杰.论地理国情监测的技术支撑[J].武汉大学学报(信息科学版),2012,37(05):505-512.
[4]桂志鹏,陈妍,刘露.地理信息网络服务技术的互动式教学探索与课程实践[J].,2015,49:181-185.
[5]钱红燕,陈兵,燕雪峰.物联网教学实践体系研究[J].计算机教育,2011(23):21-25.
作者:邬建伟 单位:武汉大学遥感信息工程学院
