物聯網專業實驗室建設初探以及注意的幾個問題

溫顯斌　肖迎元　王曉曄　徐海霞　高贊　張曉輝　王志剛

摘 要：物聯網技術涉及到多學科的融合，其人才培養在注重基礎知識的同時，應側重與知識或系統的集成技術和能力，于是物聯網工程專業實驗室建設至關重要。在分析目前物聯網實驗室建設存在的問題的基礎上，針對我校的人才培養目標，提出物聯網實驗室建設與發展的思路，搭建了學生實驗、創新與教師科研三種功能合一的物聯網環境，并對實驗室建設注意的問題進行了闡述。

關鍵詞：物聯網；實驗室建設；大學教育；科研平臺

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）03-00-03

0 引 言

物聯網產業的發展離不開人才的培養， 自2010 年以來，國內高校紛紛增設物聯網相關專業或在傳統專業中設置物聯網方向。作為物聯網專業人才培養的一個重要環節，物聯網實驗室建設也開始受到各方的重視。但是，如何正確把握物聯網人才需求的特點，科學進行人才培養定位，同時建設與之適應的實驗室，正成為各高校迫切需要考慮解決的問題。

1 高校物聯網實驗室建設存在的問題

物聯網系統包含感知層、網絡層、計算層和應用層四個層次的體系架構。感知層主要用于采集物理世界中發生的物理事件和數據； 網絡層主要完成感知層數據的收集和傳輸； 應用層主要提供支撐平臺和應用服務。因此，物聯網屬于典型的交叉學科，涉及到計算機、通信、控制、電子、信息安全等多個專業知識，雖然各個專業的知識已經較為成熟，但是作為一門新開設的專業，需要對以上各種技術進行集成并創新。當前，很多高校在物聯網的人才培養和實驗室的建設上，沒有深入把握“集成、應用和服務是物聯網的核心”這一重要內涵，存在以下問題：

（1）在人才培養上出現將物聯網視為簡單學科組合，側重某一或幾個硬件或軟件領域技術研發，課程體系缺乏應用支撐等問題。物聯網實驗室在實驗內容設置上只聚焦于“感知層”和“網絡層”，而忽視“應用層”。在實驗類型設置上側重于“技術驗證”而忽視“綜合應用”，缺乏設計性、綜合性和創新性實驗。

（2）在實驗室建設上，要么將本校已有學科和專業的實驗室簡單組合起來，作為新辦專業的實驗室，其實驗條件不過是將以往分散在傳感器實驗室和網絡實驗室的實驗進行簡單組合和疊加；要么物聯網實驗室都以實驗箱為實驗平臺，實驗內容以傳感器、單片機、無線網絡通信等為主，缺少物聯網的綜合應用開發環境，無法完成同時涉及到物聯網三個層次的綜合性、設計性和創新性實驗。

（3）實驗室建設過多強調演示或體驗，忽略綜合應用開發環境的建設。很多高校建設智能家居演示館、智能交通沙盤等體驗演示平臺，缺少學生、教師實踐創新和科研的可擴展性。

2 我校物聯網實驗室建設探索

2.1 實驗室建設目標

圍繞物聯網產業培育、技術研發和前沿發展等需求，通過建立物聯網實驗室，為教學提供實驗、實訓平臺，使學生在“實戰”中系統的了解物聯網知識體系的構成，深入學習和理解主要知識點及重點技術，結合物聯網行業特點，構建“智慧實驗室”，使得實驗室內的各種物與物之間、設備與設備之間互聯互通，構建一個真實的物聯網環境和系統平臺，在開放性的實驗平臺和系統中，引導和培養學生的自主學習與創新能力，從而提升教學效果，增強學生的學習與創新能力，進而提高學生的就業能力與就業質量。

2.2 實驗室建設基本思路

針對物聯網專業寬基礎、重系統、重應用的特點，兼顧教學與科研開發，建立“點面”結合的物聯網實驗體系和物聯網環境，滿足物聯網工程專業培養學生的創新力、綜合力的目標。

（1）點：配合物聯網核心課程，深入講解原理及基本概念，通過實驗過程加深理解對知識點理解。

（2）面：基于“智慧實驗室”背景，側重物聯網基本架構及不同的應用架構，實現由點及面，建立系統觀；再由面及點，在系統的基礎上深入到一些點，達到知識的深層次掌握，及不同知識點的融會貫通，形成學生的能力。

2.3 建設內容：

專業建設可容納40組的實驗室場地，隨著專業規模的擴大，實驗室場地也將及時增加。實驗室的建設將包含4個平臺，如圖1所示。

圖1 實驗室建設包含的4個平臺

（1）基礎實驗平臺：該平臺通過購置無線傳感器網絡實驗箱、RFID實驗箱等設備，滿足物聯網核心課程教學實驗，通過實踐讓學生掌握基本知識點。

（2）云信息處理平臺：搭建驗證實驗為主的通用完整物聯網系統，幫助學生建立物聯網系統觀。

（3）綜合應用開發平臺：針對我們學校及學院教學、科研的需要，將實驗室內的照明、窗簾、監控安防、考勤、教務教學通過云計算平臺集成一個智慧物聯網應用系統，并可通過購置的無線傳感器網絡實驗箱、RFID實驗箱等與該系統互聯互通，建立物聯網應用的實訓、創新和體驗環境，讓學生對物聯網行業應用有所了解，提升學生對物聯網專業方向的興趣。側重特定行業應用，搭建一個物聯網行業可發應用框架，為學生與教師在物聯網領域創新和科研開發提供物聯網開發環境和開發平臺。

（4）實訓創新平臺：主要給學生提供系列物聯網開放核心模塊、套件，和自主創新的實驗環境，引導學生自主實踐，自主創新。同時也為課程設計、學生項目開發、學科競賽等提供實踐環境，激發學生基于物聯網核心模塊創新物聯網的行業應用，主要培養學生的創新思維與工程思維。

2.4 實驗室主要特點

系統性：感知層、網絡層和應用層搭建的物聯網綜合應用系統。

透明性：系統及主要實驗設備實現“透明化”設計，讓學生能夠對相關設備具有直觀的了解和認識，增強學生的學習興趣，提高學生學習效果。

開放性：系統的設計具有充分的開放性，提供強大的擴展功能，在教學中可以鼓勵和引導學生對系統進行改造和創新應用。

豐富性：針對實驗室系統，配套豐富的實驗案例以輔助教學。

3 物聯網實驗室建設注意的問題

3.1 與本學校人才培養目標相適應

每所大學都有區別于其它大學的優勢或特色，因此對于物聯網專業各大學的人才培養目標也有所不同。在物聯網實驗室建設中，各大學應利用自身的優勢或特色，在滿足基本共性的基礎上結合本學校物聯網專業人才培養目標進行建設。

3.2 具備先進性

物聯網是一門正在不斷發展中的新興學科，因此在實驗室建設時要具備先進性，使其與當前技術發展同步。

3.3 具備開放性

物聯網是一個創新性強、應用范圍較廣的學科，實驗室建設不僅服務于物聯網專業的學生，其他專業的學生也可以根據自己應用方案在此平臺上做實驗或者應用開發；實驗平臺不僅為學生提供實驗環境，也是教師及科研人員的研究開發平臺，同時可作為企業合作研究平臺。

3.4 具備擴展性

物聯網的本質就是要通過傳感器、射頻等技術實現所有物體的相連，由于實驗室建設速度總是滯后于科技發展的速度，因此在實驗室的規劃中必須充分考慮延伸實驗室功能等后續要求，為實驗室規格提升和持續發展提供可能。于是要有統一開放的接口，便于實驗系統功能的擴展和延伸。

3.5 實驗室師資隊伍建設

物聯網實驗室是多學科、各種設備的集成綜合的結果，涉及到的知識面寬廣，單一學科的實驗室人員無法滿足實驗室的管理和學生實驗指導。因此在建設物聯網實驗室的同時也要加強師資隊伍的建設，建設硬實力的同時也抓好軟實力。

4 結 語

物聯網工程作為一個新專業，涉及學科多，知識范圍廣，本文針對現在高校物聯網實驗室建設幾乎都是實驗箱式的實驗環境，結合我校物聯網實驗室建設體會，針對物聯網工程專業實驗室建設進行了探討，并對物聯網實驗室建設提出幾點注意事項。

參考文獻

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