胡萍 李小順 唐劍

摘要：該文以北京農學院為例，首先討論了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室建設的必要條件，然后從學科基礎及專業(yè)必修課的課程實驗與課程設計實驗室建設，工程實踐實驗室建設，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和項目實習實驗室建設幾方面探討了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室建設，并且以將智慧農業(yè)溫室大棚和企業(yè)聯(lián)合實驗室納入該專業(yè)實驗室體系，作為農業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室建設的特色，以供相關人員參考和借鑒。

關鍵詞：農業(yè)院校；物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)；實驗室建設

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）09-0125-02

近年來，隨著國家將物聯(lián)網(wǎng)定位為一種重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，越來越多的高校開設了物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)。作為一個新興專業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室建設目前正處于探索階段。本文以北京農學院為例，對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室的建設進行了初步探討。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室建設的必要前提

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室建設，主要依靠國家和學校的在政策、資金、人力等各方面的支持。此外，實驗室建設的必要前提還應包括：

1）明確農業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標和特色。只有在前期明確了人才培養(yǎng)目標和特色，才能做到結合培養(yǎng)目標進行具體的實驗室建設。我校該專業(yè)人才培養(yǎng)目標和特色主要是以農業(yè)為行業(yè)特色，同時注重培養(yǎng)能適應物聯(lián)網(wǎng)工程所涉及的多學科發(fā)展需求的創(chuàng)新型應用人才。

2）對物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術的基本認知。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室建設，依賴于建設團隊對物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術的基本認知。

3）專業(yè)核心課程與實驗的設置。我校參考文獻1的規(guī)范[1]，設置了物聯(lián)網(wǎng)工程設計與實施、物聯(lián)網(wǎng)信息安全、物聯(lián)網(wǎng)控制、數(shù)據(jù)處理與智能決策、海量數(shù)據(jù)存儲、物聯(lián)網(wǎng)通信技術、傳感網(wǎng)原理及應用、RFID原理及應用、傳感器原理及應用、物聯(lián)網(wǎng)工程導論10門課程作為專業(yè)核心課程。 同時參考文獻2的規(guī)范 [2]將實驗教學課程分為核心課程實驗與綜合課程設計兩大類。其中，綜合課程設計包括物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)綜合課程設計、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理綜合課程設計、物聯(lián)網(wǎng)傳輸綜合課程設計、物聯(lián)網(wǎng)感知綜合課程設計和嵌入式系統(tǒng)綜合課程設計。

4）分析利用計算機科學與技術等專業(yè)已有的實驗資源。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)具有交叉性，依托于計算機科學與技術、信息與通信工程、控制科學與工程等學科。因此，我們分析利用已有專業(yè)的實驗資源，則能避免實驗室的重復建設。

2 農業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室建設方案

2.1課程實驗與課程設計實驗室建設

2.1.1學科基礎課實驗的實驗室建設

大多數(shù)高校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)中，學科基礎課程實驗和課程設計不需要建設新的實驗室。因為：進行電路與電子技術課程設計，可利用原有的“電工電子實驗室”資源；完成組成原理實驗或微機原理、匯編與接口技術實驗，可利用計算機科學與技術專業(yè)“微機原理實驗室”資源；進行數(shù)據(jù)結構與算法課程設計、面向對象程序設計課程設計以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程設計，可利用“計算機軟件實驗室”資源。

2.2.2專業(yè)必修課實驗的實驗室建設

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)必修課實驗，大部分是新增加的。很多高校都需要購置新設備，建設新實驗室。在北京農學院，實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設計與應用課程設計和單片機原理與控制技術實驗，利用了已有的“嵌入式系統(tǒng)實驗室”資源。對于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理課程設計、云計算和智能信息處理技術部分實驗，利用了已有信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)的“信息處理實驗室”的資源。對于物聯(lián)網(wǎng)通信技術實驗中的有線網(wǎng)絡實驗部分在已有的“計算機網(wǎng)絡基礎實驗室”完成。由于我院這個網(wǎng)絡實驗室原本面積稍小，實驗安排較多，已經(jīng)不能滿足物聯(lián)網(wǎng)傳輸實驗的需求，因此新建了一個“無線通信原理與技術實驗室”，以完成無線網(wǎng)絡組網(wǎng)等實驗。新建無線傳感網(wǎng)實驗室和射頻識別技術實驗室，完成傳感器與控制實驗、RFID技術實驗和無線傳感器網(wǎng)絡技術實驗。建立物聯(lián)網(wǎng)綜合系統(tǒng)實驗室，完成物聯(lián)網(wǎng)安全實驗和物聯(lián)網(wǎng)應用課程設計。

2.2工程實踐訓練的實驗室建設

工程實踐是綜合性的實驗。在課程實驗與課程設計實驗室建設部分，解決了專題實驗的需求。但是要突破課程之間的隔閡，建立知識的整體性、系統(tǒng)性和關聯(lián)性就需要通過工程實踐訓練來實現(xiàn)。

2.2.1物聯(lián)網(wǎng)綜合系統(tǒng)實驗室的模塊化設備

我校新建物聯(lián)網(wǎng)綜合系統(tǒng)實驗室用于工程實踐訓練。由于特定的封裝度較高、集成式、一體化的實驗設備與實際接觸的真正設備有較大差異性，會產(chǎn)生教學與實際應用脫節(jié)的現(xiàn)象，且不利于學生的創(chuàng)新思維培養(yǎng)。因此，在實驗室建設中，主要配置模塊化、開放性實驗設備。包括：配置信號發(fā)生器、數(shù)字示波器等基本硬件測試設備；配置多元化的物聯(lián)網(wǎng)感控模塊，如：CC2530、RFID、Crossbow等；購買了MSP430、Galileo物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板；還配備了嵌入式網(wǎng)關（Cortex—A8）、多種傳感器等。在該實驗室，學生通過網(wǎng)關控制各種不同通信平臺進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)基于網(wǎng)絡或手機APP的控制系統(tǒng)。將這些設備結合“信息處理實驗室”資源還用于我院研究生的科研。

2.2.2物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)實驗室的資源整合

為了工程實踐訓練，我們將多個原有的大型平臺進行整合，形成物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)實驗室。

1）感知北農物聯(lián)網(wǎng)實景教學科研大型平臺。這個已有的大型平臺，包括：智能水質監(jiān)控系統(tǒng)、綠地智能灌溉系統(tǒng)、智能氣象環(huán)境檢測系統(tǒng)、校園治安管理系統(tǒng)、智能交通安全系統(tǒng)、中央控制臺子系統(tǒng)、手機和網(wǎng)頁客戶端平臺。在室內以15平方米面積的北京農學院實景沙盤模型為最大硬件載體；在室外，建立三處戶外氣象站以采集校園的氣象環(huán)境狀況。該平臺具有開放性。在沙盤的四周設計很多開放性的接口和空間，學生可將自己設計的各模塊方便的接入。該平臺是工程實踐訓練最佳的實驗資源。

2）計算機實驗教學中心物聯(lián)網(wǎng)智能管理平臺。這個已有平臺，將全校計算機公共機房和我二級學院專業(yè)機房內，安裝傳感器和執(zhí)行節(jié)點設備，利用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關設備，將Zigbee無線信號轉換為適合以太網(wǎng)傳輸?shù)碾娦盘?，通過交換機與系統(tǒng)服務器相連，服務器中則安裝了軟件管理系統(tǒng)。該平臺包括了門禁管理、智能環(huán)境監(jiān)測和控制、視頻管理、安全報警等部分，是每天都在使用、學生每天上機都能看到的平臺，它工程性、綜合性極強，學生在親手操作和實際使用中訓練物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計思維。

3）物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實驗平臺。它提供了各種類型的無線傳感網(wǎng)虛擬設備以及各種典型物聯(lián)網(wǎng)應用的模板，在該平臺下，學生能基于.NET和JAVA開發(fā)。

2.2.3智慧農業(yè)溫室大棚的特色實操訓練

我們將已有的智慧農業(yè)溫室大棚納入到物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室體系中。本文認為這可作為農業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室建設的特色。

作為農業(yè)高校的二級學院，我院獨立擁有現(xiàn)代化的溫室大棚336平米，它可實現(xiàn)對溫室農業(yè)生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)采集、環(huán)境控制、種植養(yǎng)殖智能調控、視頻監(jiān)控，以及對農業(yè)大棚的遠程控制等功能。

在該溫室有水肥一體化無土栽培的綠色植物、有循環(huán)水魚群、智能養(yǎng)殖的蘆花雞等等，都是真實的場景，學生可以在此實際設計、測試和調試自己的傳感器、智慧養(yǎng)雞手機APP系統(tǒng)、養(yǎng)魚環(huán)境檢測系統(tǒng)、智能大棚控制系統(tǒng)等。大棚內還有一個2.5m×1.2m×0.8智能溫室群控制系統(tǒng)，供學生綜合設計時參考和調試使用。在智慧農業(yè)溫室大棚可以很方便地實現(xiàn)工程實踐訓練，培養(yǎng)學生思考和解決問題的能力。

2.3、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練和項目實習的聯(lián)合實驗室建設

我校在校內建立聯(lián)合實驗室，將企業(yè)請進來講課及合作項目，同時企業(yè)帶領學生走出學校去實習、體驗和參與真實的工程應用項目。

2.3.1物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)開放實驗室

在校內的計算機與信息工程學院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實訓中心，我們建立了一個物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)開放實驗室。在該實驗室，學生創(chuàng)新團隊，以項目驅動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，項目來源有教師的科研項目、與地方企業(yè)合作的橫向項目和大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。實驗室目前與安博集團、北京聯(lián)創(chuàng)中控和北京宣羽科技公司建立了合作關系，邀請這些技術公司一線工程師課堂授課，并且與之合作開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用軟件。

2.3.2北奧智能化農業(yè)聯(lián)合實驗室

已有的北奧智能化農業(yè)聯(lián)合實驗室，是我校與北京奧科美技術服務公司共建的。該實驗室主要指導我院物聯(lián)網(wǎng)本科學生的項目實習，幫助學生根據(jù)農業(yè)產(chǎn)業(yè)的實際需要，設計物聯(lián)網(wǎng)智能化解決方案和從研發(fā)到運營的全面解決方案。近兩年，該聯(lián)合實驗室指導學生開發(fā)出物聯(lián)網(wǎng)硬件設備7套。

2.3.3浪潮聯(lián)創(chuàng)教育實驗室

學校與浪潮集團有限公司、聯(lián)創(chuàng)中控（北京）教育技術有限公司簽署了共建物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)專業(yè)戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，并掛牌“教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人-創(chuàng)新實踐教育基地”。以此為基礎的浪潮聯(lián)創(chuàng)教育實驗室，指導項目實習、學科競賽等，使學生接觸到物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)一線的工程應用項目實踐，提高了人才培養(yǎng)的質量。

3結束語

本文探討了農業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室建設，包括建設的必要前提和具體方案，并把將智慧農業(yè)溫室大棚和企業(yè)聯(lián)合實驗室納入該專業(yè)實驗室體系，作為農業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室建設的特色。

參考文獻：

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