面向產教融合的物聯網工程專業實驗室設計與建設

周 偉, 易 軍, 陳國榮

(重慶科技學院 智能技術與工程學院, 重慶 401331)

物聯網作為國家戰略性新興產業,對信息產業領域的發展和傳統行業的升級起著重要的驅動作用[1-3]。人才是產業發展的關鍵,應用型物聯網工程技術專門人才的培養關系到整個物聯網產業的技術創新與推廣應用。如何建設符合應用型人才培養的物聯網工程專業實驗室,以培養創新能力強、實踐能力強和綜合能力強的高素質人才,是物聯網人才培養中迫切需要解決的問題。

1 物聯網實驗室建設的現狀

隨著物聯網、人工智能領域對專門技術人才的需求增加,全國300多所高校開設有物聯網工程專業,以培養符合社會需求的物聯網應用型人才[4-6]。為提高學生實踐能力,很多高校建設了物聯網、云計算等新技術實驗室[7-9],但目前這類實驗室存在一些弊端,歸納起來主要有以下幾點：重基礎、輕系統，重設備、輕資源，重感知、輕應用，重展示、輕實踐。同時,有些院校也建設了校企合作的創新基地,這些基地的特點是更注重培養學生的動手實操技能,只達到了“知其然”的層面。因此,在產教融合人才培養模式下,如何建設有物聯網特色的綜合實訓實驗室,為學生提供物聯網綜合性實驗平臺,已成為高校物聯網實驗室建設面臨的急需解決的難題。

2 建設產教融合物聯網工程實驗室理念

產教融合是培養應用型人才的重要手段,創新的產教融合人才培養機制有助于培養創新能力強、實踐能力強和綜合能力強的高素質應用型人才[10-12]。產教融合物聯網工程專業實驗室建設借鑒各院校相關專業實驗室建設的經驗教訓,吸收高職高專已建ICT基地中好的做法,注重差異化,發揮校企合作優勢,建設國內領先的示范基地。

(1) 基礎與系統并重：重視理論基礎實驗教學,整合基礎實驗教學存量資源,打好理論基礎,讓學生不僅“知其然”還要“知其所以然”。同時,通過建設物聯網系統體驗平臺,讓學生對系統有深刻的認識,避免“只見樹木不見森林”。

(2) 體驗與實踐并重：通過建設基于物聯網的系統體驗平臺,讓學生深度了解專業,不會產生與其他專業類同的模糊認識。同時,通過系統實踐,盡早對行業和專業有系統的實踐和感知,建立系統集成的概念,拓寬學生就業的路徑。

(3) 驗證與科研并重：研究生培養的重點是科研能力。校企合作專業不僅著眼本科生的培養,還要著眼研究生等高層次研究型人才的培養。通過基地實驗室建設,建立一套行之有效的科研管理及支撐平臺。

(4) 行業與專業并重：校企合作辦學的特點是深度結合行業和企業實際,突出學校行業特色,給學生提供一個模擬的企業環境,讓學生及早接觸到與專業相關的行業環境,做出自身職業規劃。

3 產教融合物聯網工程實驗室方案

實驗室建設圍繞“321”建設目標(建設3個中心、服務2個專業、打造1個示范),即：依托實驗中心、體驗中心、管理中心等3個中心,服務物聯網工程的云計算方向和移動互聯方向2個教改試點專業方向,打造全國一流的校企深度融合示范基地(見圖1)。

圖1 “321”建設目標

按照“321”建設目標定位,實驗室建設將按照感知層、數據傳輸層、平臺層及應用層技術體系,重點建設物聯網云基礎網絡平臺、智慧企業生產信息協同與開發實驗室、移動互聯技術實驗室。體驗中心將以智能油田、智能家居、移動互聯網為體驗項目。管理中心集成云數據中心、科研創新云平臺、統一融合移動業務應用開發平臺等營運單元,實現服務教學、科研,支持社會服務功能定位。三個中心之間功能互有交叉、相互融合、互為補充。

3.1 物聯網云基礎網絡實驗室

物聯網云基礎網絡實驗室作為產教融合基地ICT信息化網絡支撐平臺,主要的作用是實現同已有物聯網基礎平臺的互聯互通,真實展現固網與移動通信網絡融合一體化場景。物聯網云基礎網絡實驗室的建設包括：物聯網基礎實訓平臺、物聯網綜合實訓平臺、物聯網云服務平臺和PTN分組傳輸平臺,完善的基礎網絡平臺將很好地支撐物聯網等相關專業的教學和實訓,并為智慧企業生產信息協同與開發平臺提供“管道”資源。

實驗室方便教師指導專業教學,輔助學生了解物聯網全貌,并為后期層級設備增添和平滑過渡升級等打下堅實基礎。實驗室承擔“無線傳感器網絡”“物聯網傳感器技術”“自動檢測技術”“嵌入式Linux應用與開發”“云網絡系統集成”“云網絡安全技術”“虛擬化與云存儲”“云應用系統開發技術”“高級路由與交換”等專業課的實驗、課程設計、綜合實訓教學,為賽課計劃、大學生創新創業、畢業設計等環節提供實踐平臺。

3.2 智慧企業生產信息協同與開發實驗室

智慧企業生產信息協同與開發實驗室是基于云平臺的架構集數據整合、大數據分析及油氣生產物聯網應用系統和信息安全保障系統于一體的開放、可拓展的創新應用開發系統。實驗平臺利用SOA系統將油田信息化各應用系統的數據進行統一整合、存儲,再利用大數據進行數據挖掘和分析,從而實現油氣生產物聯網應用,系統基于SOA架構體系進行設計,以服務的形式完成與外部系統相關業務功能的集成,為外部提供基礎的數據及行業信息化應用的服務接口,結合云開發平臺可充分利用此開放接口整合院校已有資源,完成各項教學及科研任務。

數據統一集成共享平臺能夠提供基于SOA架構的開發與應用,能夠基于ISC中的數據進行數據挖掘、分析和行業應用建模開發。實驗室承擔“大數據處理與智能決策”“大數據共享與整合技術”“SOA技術與設計”“云計算與大數據”等課程的實驗和綜合實訓,以及畢業設計、賽課計劃和創新實驗等環節的教學任務。

3.3 移動互聯技術實驗室

移動互聯技術實驗室主要是基于目前主流的移動電子商務平臺,根據對主流電子商務平臺的開發模型進行分析,確定物聯網工程(移動互聯方向)專業知識能力結構方案的設計。平臺由移動互聯技術基礎教學資源系統及移動電商系統業務運營、維護及開發系統組成。移動互聯技術基礎教學資源系統為學生提供基本的開發環境和開發案例庫支持,基于該系統可以進行開發基礎課程、服務端和移動端高級開發課程教學和實踐,全面構建了通用專業開發基礎能力。移動電商創新應用開發平臺是面向電子商務應用及開發的教學實訓平臺,滿足移動應用開發、電子商務運營維護兩個方面的專業教學實訓。

實驗室充分圍繞專業實踐教學要求進行設計,將其設計成為面向行業的、有針對性的項目實踐平臺,緊密貼合移動互聯網技術熱點和行業趨勢,以大型政企完整的B2B、B2C、B2C2C及O2O等模式移動電商平臺項目為驅動,學生的實訓經驗即完成項目的經驗,學生通過實踐可覆蓋移動電商應用開發、運營及運維的全部流程,可掌握從前端到后臺的移動電商項目開發、運營及維護前沿技術。

實驗室承擔“Web程序設計基礎”“JAVA程序高級設計”“基于MVC框架的NET應用開發”“HTML5開發技術”“移動互聯網游戲開發技術”“基于SSH框架的JAVA應用開發”“Android系統開發項目實踐”“軟件開發新技術”“軟件設計與體系結構”“移動互聯開發技術”等課程實驗教學任務,同時承擔畢業設計、賽課計劃和創新創業等環節的教學任務。

3.4 體驗中心

體驗中心是由行業信息化應用展區、數據傳輸展區、智慧企業生產信息協同與開發展區、移動互聯技術展區以及智能家居控制系統等5個部分組成,各模塊以“教學—培訓—科研一體化”的形式進行設計,建成功能完備、技術先進,集教學、培訓、科研、行業技術服務于一體的共享型產學研創新展示、體驗平臺。同時,體驗中心在設計上要根據我校石油行業特色,充分體現行業技術與應用創新的結合,綜合展示油氣生產物聯網的整體運行環境及整個系統集成,為學生提供完善的行業體驗。根據展廳建設的特性,操作區域、學習區域和展示區域充分融合,方便實現體驗式教學、實訓、科研功能。

4 結語

建設面向產教融合的物聯網工程專業實驗室將有助于提升專業學科群學生的實踐能力和工程素養培養,打通教學環節與行業應用瓶頸,利用與行業的緊密合作關系,將教學實踐、科學研究延伸到石油化工、安全環保行業中,培養具有行業背景知識的物聯網應用型專門人才。