溫顯斌　肖迎元　王曉曄　徐海霞　高贊　張曉輝　王志剛

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

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；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(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開人才的培養(yǎng)， 自2010 年以來，國內(nèi)高校紛紛增設物聯(lián)網(wǎng)相關專業(yè)或在傳統(tǒng)專業(yè)中設置物聯(lián)網(wǎng)方向。作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)人才需求的特點，科學進行人才培養(yǎng)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(lián)網(wǎng)實驗室建設存在的問題

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包含感知層、網(wǎng)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(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)； 網(wǎng)絡層主要完成感知層數(shù)據(jù)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(lián)網(wǎng)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(yè)知識，雖然各個專業(yè)的知識已經(jīng)較為成熟，但是作為一門新開設的專業(yè)，需要對以上各種技術進行集成并創(chuàng)新。當前，很多高校在物聯(lián)網(wǎng)的人才培養(yǎng)和實驗室的建設上，沒有深入把握“集成、應用和服務是物聯(lián)網(wǎng)的核心”這一重要內(nèi)涵，存在以下問題：

（1）在人才培養(yǎng)上出現(xiàn)將物聯(lián)網(wǎng)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(fā)，課程體系缺乏應用支撐等問題。物聯(lián)網(wǎng)實驗室在實驗內(nèi)容設置上只聚焦于“感知層”和“網(wǎng)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(chuàng)新性實驗。

（2）在實驗室建設上，要么將本校已有學科和專業(yè)的實驗室簡單組合起來，作為新辦專業(yè)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(wǎng)絡實驗室的實驗進行簡單組合和疊加；要么物聯(lián)網(wǎng)實驗室都以實驗箱為實驗平臺，實驗內(nèi)容以傳感器、單片機、無線網(wǎng)絡通信等為主，缺少物聯(lián)網(wǎng)的綜合應用開發(fā)環(huán)境，無法完成同時涉及到物聯(lián)網(wǎng)三個層次的綜合性、設計性和創(chuàng)新性實驗。

（3）實驗室建設過多強調(diào)演示或體驗，忽略綜合應用開發(fā)環(huán)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(chuàng)新和科研的可擴展性。

2 我校物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設探索

2.1 實驗室建設目標

圍繞物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)培育、技術研發(fā)和前沿發(fā)展等需求，通過建立物聯(lián)網(wǎng)實驗室，為教學提供實驗、實訓平臺，使學生在“實戰(zhàn)”中系統(tǒng)的了解物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)行業(yè)特點，構建“智慧實驗室”，使得實驗室內(nèi)的各種物與物之間、設備與設備之間互聯(lián)互通，構建一個真實的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境和系統(tǒng)平臺，在開放性的實驗平臺和系統(tǒng)中，引導和培養(yǎng)學生的自主學習與創(chuàng)新能力，從而提升教學效果，增強學生的學習與創(chuàng)新能力，進而提高學生的就業(yè)能力與就業(yè)質量。

2.2 實驗室建設基本思路

針對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)寬基礎、重系統(tǒng)、重應用的特點，兼顧教學與科研開發(fā)，建立“點面”結合的物聯(lián)網(wǎng)實驗體系和物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，滿足物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)學生的創(chuàng)新力、綜合力的目標。

（1）點：配合物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)基本架構及不同的應用架構，實現(xiàn)由點及面，建立系統(tǒng)觀；再由面及點，在系統(tǒng)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(nèi)容：

專業(yè)建設可容納40組的實驗室場地，隨著專業(yè)規(guī)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(wǎng)絡實驗箱、RFID實驗箱等設備，滿足物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，幫助學生建立物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)觀。

（3）綜合應用開發(fā)平臺：針對我們學校及學院教學、科研的需要，將實驗室內(nèi)的照明、窗簾、監(jiān)控安防、考勤、教務教學通過云計算平臺集成一個智慧物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)，并可通過購置的無線傳感器網(wǎng)絡實驗箱、RFID實驗箱等與該系統(tǒng)互聯(lián)互通，建立物聯(lián)網(wǎng)應用的實訓、創(chuàng)新和體驗環(huán)境，讓學生對物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應用有所了解，提升學生對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)方向的興趣。側重特定行業(yè)應用，搭建一個物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)可發(fā)應用框架，為學生與教師在物聯(lián)網(wǎng)領域創(chuàng)新和科研開發(fā)提供物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)環(huán)境和開發(fā)平臺。

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

2.4 實驗室主要特點

系統(tǒng)性：感知層、網(wǎng)絡層和應用層搭建的物聯(lián)網(wǎng)綜合應用系統(tǒng)。

透明性：系統(tǒng)及主要實驗設備實現(xiàn)“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(tǒng)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(tǒng)進行改造和創(chuàng)新應用。

豐富性：針對實驗室系統(tǒng)，配套豐富的實驗案例以輔助教學。

3 物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設注意的問題

3.1 與本學校人才培養(yǎng)目標相適應

每所大學都有區(qū)別于其它大學的優(yōu)勢或特色，因此對于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)各大學的人才培養(yǎng)目標也有所不同。在物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設中，各大學應利用自身的優(yōu)勢或特色，在滿足基本共性的基礎上結合本學校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)目標進行建設。

3.2 具備先進性

物聯(lián)網(wǎng)是一門正在不斷發(fā)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(fā)展同步。

3.3 具備開放性

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

3.4 具備擴展性

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

3.5 實驗室?guī)熧Y隊伍建設

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

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