高校電信物聯網專業實驗室建設思路探索
——以長江大學文理學院為例

何朝霞，朱嶸濤

（長江大學文理學院，湖北荊州 434020）

1 概述

根據《教育部關于加快推進獨立學院轉設工作的實施方案》（教法廳【2020】2號）和《教育部關于“十四五”時期高等學校設置工作的意見》（教法【2021】10號）等相關文件規定，長江大學文理學院需建設新校區完成轉設工作。學院堅持“以學科為依托，以社會需求為導向”的方針，積極構建與湖北省區域經濟社會發展需要相適應的學科專業體系。其中，電子信息工程專業是省級戰略新興（支柱）產業人才培養計劃項目，同時物聯網是國家重點發展的戰略性新興產業之一，物聯網工程專業也是學院重點培育的專業之一。隨著5G通信、物聯網、人工智能等學科與傳統學科融合不斷加深[1]，立足于區域經濟發展定位，學院的電子信息工程專業和物聯網工程專業，旨在培養更多具有創新性的技術人才，面向當前先進技術技能人才緊缺的領域，統籌多種資源建設高水平專業實驗室和實訓基地迫在眉睫。高水平專業實驗室和實訓基地的建設，一方面有利于培養高水平的應用型人才[2]，服務于新型工業、城鎮、農業等的信息化進程，服務于行業發展過程中提出的技術創新以及產業需求[3]。另一方面有利于將兩個專業打造成湖北省一流本科專業，并由此催生出新的專業，形成新的專業特色[4]。因此，建設具有輻射引領作用的高水平專業實驗室和實訓基地是當前學院發展過程中在新校區建設時亟須解決的問題[5]。

2 實驗室總體建設思路

在新工科和人工智能的背景下，電子信息工程專業和物聯網工程專業得到了迅速發展，與此同時，對高校兩專業相關的實驗室建設提出了更高的標準和要求。兩個專業原有的三個教學實驗室已有一定的規模和基礎，正在發揮積極的作用，但是隨著教學改革的進一步深入、專業學科的進一步發展以及新校區的建設，迫切需要在已有的基礎上進一步完善并充實新的內容，同時也很有必要加強實驗室建設和管理的力度，來滿足和適應專業建設及發展的需求。

目前，軟硬件相關知識過硬的專業技術人才已經成為社會上最為緊缺的人才，而電子信息工程專業和物聯網工程專業正符合這個特點。在這兩個專業的學習過程中“強基礎、重應用”，在電子信息工程專業和物聯網工程專業實驗室的建設方面也應這樣。分析兩個專業的課程體系，可以將實驗室建設分為三個層次，如圖1所示：

圖1 實驗室分類

（1）基礎實驗室：以模擬電子技術和數字電子技術、通信電子線路和通信原理等課程為主要實驗內容；

（2）應用實驗室：以單片機、FPGA、物聯網綜合應用等相關應用為主要實驗內容；

（3）專業拓展實驗室：以電子信息工程和物聯網工程專業學生學科競賽、綜合實習、學生畢業設計為主要實驗內容。

對于實驗室的建設要求可用圖2描述。其中，模電/數電實驗室可以完成電路分析基礎、模擬電子技術、數字電子技術等三門課程的實驗，通信技術實驗室可滿足通信原理、通信電子線路等課程的實驗，計算機硬件實驗室可滿足單片機、FPGA等應用的實驗，物聯網實驗室可滿足RFID識別技術應用、無線傳感網絡技術、嵌入式技術應用、移動應用開發設計與應用、物聯網項目規劃與實施、物聯網智能終端軟件系統開發等教學開展與實踐，電信物聯網創新實驗室主要是滿足各類國家級、省市級和地區競賽項目賽前訓練需求。未來兩三年內學校建設新校區，如果在實驗室建設方面投入較大，建議按照“先基礎、再應用、后專業拓展”的順序。實驗室儀器儀表的配置上考慮大眾化儀器儀表，同時配置少部分高檔儀器儀表，這樣既提高了實驗室的檔次，也為競賽科研等提供好的基礎。

圖2 實驗室建設要求

3 各實驗室功能及配套設備簡介

3.1 模電/數電實驗室

模電/數電實驗室作為電子信息工程和物聯網工程專業基礎實驗室的重要組成部分，同時它也是計算機科學與技術、機械設計及自動化等專業的基礎實驗室，占用的教學課時比較多，參與的學生和教師的人數也比較多，使用的頻率較其他專業實驗室更高，所以有必要建設2個模電/數電實驗室。學生在實驗室里通過電路分析基礎、模擬電子技術、數字電子技術等課程的實驗，掌握電子技術的基礎知識和電路的基本設計方法，能夠結合實驗案例和系統的分析，完成簡單電子系統設計和開發任務。該實驗室需要的儀器設備如表1所示。

表1 模電/數電實驗室主要儀器設備清單

3.2 通信技術實驗室

通信技術實驗室是目前學校沒有完成建設的實驗室，該實驗室的建設思路是搭建基于軟硬件互聯的創新實驗平臺，結合通信相關課程教材，將每一個知識點用原理框圖詳細設計出來，重視中間過程的展示，將各功能實現過程的中間環節測試點引出，完美地實現從理論講解過渡到實驗原理驗證，有助于學生快速理解和消化。平臺提供多種通信系統，包括有基帶傳輸系統、頻帶傳輸通信系統等，既能讓學生進一步了解和鞏固各種通信系統的架構以及系統中各單元的作用和意義，又能讓學生學會通信系統的調試方法。

同時，滿足疫情常態化下，應對突發教學任務，搭建完全開放共享的虛擬仿真實驗室。學生可以在寢室、圖書館、甚至任何一個可以學習的地方，隨時隨地進行線上仿真實驗，實現真正意義上的全開放、全共享、課內外一體化的自主學習實踐，不斷豐富學生自主學習資源。

該實驗室需要的儀器設備如表2所示。

表2 通信技術實驗室主要儀器設備清單

?

3.3 計算機硬件實驗室

分析電子信息工程專業和物聯網專業的知識體系結構，單片機和FPGA是兩個專業學習常用的硬件開發手段。計算機硬件實驗室主要是通過單片機技術和FPGA技術，使學生能夠掌握常用的基于單片機系統和可編程器件的使用和開發技能，能夠直接面向工程實踐并解決問題，完成復雜電子系統開發和設計任務。加強計算機硬件實驗室的建設，為開發人才的培養創造良好的實驗環境，進一步增強學生參與競賽和科研創新活動的興趣，提升科技創新實踐成果的培育能力，提高學生主動思考問題和解決問題的能力，更好地實現應用型人才培養這一目標。該實驗室需要的儀器設備如表3所示。

表3 計算機硬件實驗室主要儀器設備清單

3.4 物聯網應用實驗室

目前學院沒有建設物聯網應用實驗室，無法滿足專業教學實驗實訓的開展。本次項目的建立能夠滿足學院的物聯網工程專業的物聯網移動應用開發教學、物聯網智慧家居智慧交通教學、物聯網創新教學等需求。能為無線組網與技術應用、物聯網智能家居和智能交通綜合實訓、物聯網創新綜合實訓等專業課程教學實踐提供必要的支撐，同時滿足電信和物聯網專業各類國家級、省市級和地區競賽項目賽前訓練需求，能服務于地區人才培養的實訓需求，能為社會、企業提供必要的技術支持和技術人才培養。另外，實驗室還可滿足課外大學生創新創業項目、課程設計、畢業設計、教師科研、學生各種技能競賽使用等，提高學生綜合應用能力，拓寬認知。該實驗室需要的儀器設備如表4所示。

表4 物聯網應用實驗室主要儀器設備清單

3.5 電信物聯網創新實驗室

通過電信物聯網創新實驗室的建設，培養學生基本應用開發能力，重視基礎教學，立足實踐，從應用入手同時還滿足培養應用系統綜合開發能力，通過實驗環境來培養學生對實際電子系統、物聯網應用項目的整體把握能力，提供寬泛的實驗環境，讓平時一些動手能力強的學生進行創新，增加學生的就業機會；同時也為學科競賽的學生和指導老師提供課外創新的場地，積極準備各類國家級、省市級和地區競賽項目。因為該實驗室主要面向學科競賽，可以選擇配置稍微高端的儀器儀表。該實驗室需要的儀器設備如表5所示。

圖5 電信物聯網創新實驗室主要儀器設備清單

4 總結及展望

本文論述了電子信息工程專業和物聯網工程專業教學實驗室以及創新實驗室規劃和建設的思路，分析了各個實驗室建設的目的和所需的儀器設備清單。通過本輪新校區的實驗室建設，給學生的基礎能力訓練到專業能力訓練，再到創新拓展給予了全面的支撐和軟硬件條件支持，學院實驗教學水平會大幅度提升，學生的實踐水平和應用能力會大幅度提升，為學校電子信息工程專業和物聯網工程專業湖北省一流本科專業建設提供堅強有力的支撐，同時也為國家的新工科和人工智能人才培養做出應有的貢獻。