物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗室建設(shè)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(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及到多學科的融合，其人才培養(yǎng)在注重基礎(chǔ)知識的同時，應(yīng)側(cè)重與知識或系統(tǒng)的集成技術(shù)和能力，于是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室建設(shè)至關(guān)重要。在分析目前物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設(shè)存在的問題的基礎(chǔ)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(shè)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(shè)注意的問題進行了闡述。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；實驗室建設(shè)；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(shè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)或在傳統(tǒng)專業(yè)中設(shè)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(shè)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(shè)與之適應(yīng)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(shè)存在的問題

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包含感知層、網(wǎng)絡(luò)層、計算層和應(yīng)用層四個層次的體系架構(gòu)。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(luò)層主要完成感知層數(shù)據(jù)的收集和傳輸； 應(yīng)用層主要提供支撐平臺和應(yīng)用服務(wù)。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(shè)的專業(yè)，需要對以上各種技術(shù)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(shè)上，沒有深入把握“集成、應(yīng)用和服務(wù)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(cè)重某一或幾個硬件或軟件領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)，課程體系缺乏應(yīng)用支撐等問題。物聯(lián)網(wǎng)實驗室在實驗內(nèi)容設(shè)置上只聚焦于“感知層”和“網(wǎng)絡(luò)層”，而忽視“應(yīng)用層”。在實驗類型設(shè)置上側(cè)重于“技術(shù)驗證”而忽視“綜合應(yīng)用”，缺乏設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性實驗。

（2）在實驗室建設(shè)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(luò)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(luò)通信等為主，缺少物聯(lián)網(wǎng)的綜合應(yīng)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(shè)計性和創(chuàng)新性實驗。

（3）實驗室建設(shè)過多強調(diào)演示或體驗，忽略綜合應(yīng)用開發(fā)環(huán)境的建設(shè)。很多高校建設(shè)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(shè)探索

2.1 實驗室建設(shè)目標

圍繞物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)培育、技術(shù)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(gòu)成，深入學習和理解主要知識點及重點技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)特點，構(gòu)建“智慧實驗室”，使得實驗室內(nèi)的各種物與物之間、設(shè)備與設(shè)備之間互聯(lián)互通，構(gòu)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(zhì)量。

2.2 實驗室建設(shè)基本思路

針對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)寬基礎(chǔ)、重系統(tǒng)、重應(yīng)用的特點，兼顧教學與科研開發(fā)，建立“點面”結(jié)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(cè)重物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)及不同的應(yīng)用架構(gòu)，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(chǔ)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(shè)內(nèi)容：

專業(yè)建設(shè)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(shè)將包含4個平臺，如圖1所示。

圖1 實驗室建設(shè)包含的4個平臺

（1）基礎(chǔ)實驗平臺：該平臺通過購置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗箱、RFID實驗箱等設(shè)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(yīng)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(wù)教學通過云計算平臺集成一個智慧物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，并可通過購置的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(yīng)用有所了解，提升學生對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)方向的興趣。側(cè)重特定行業(yè)應(yīng)用，搭建一個物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)可發(fā)應(yīng)用框架，為學生與教師在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)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(shè)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(yīng)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(luò)層和應(yīng)用層搭建的物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用系統(tǒng)。

透明性：系統(tǒng)及主要實驗設(shè)備實現(xiàn)“透明化”設(shè)計，讓學生能夠?qū)ο嚓P(guān)設(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)注意的問題

3.1 與本學校人才培養(yǎng)目標相適應(yīng)

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(shè)中，各大學應(yīng)利用自身的優(yōu)勢或特色，在滿足基本共性的基礎(chǔ)上結(jié)合本學校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)目標進行建設(shè)。

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(shè)時要具備先進性，使其與當前技術(shù)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(yīng)用范圍較廣的學科，實驗室建設(shè)不僅服務(wù)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(yīng)用方案在此平臺上做實驗或者應(yīng)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(zhì)就是要通過傳感器、射頻等技術(shù)實現(xiàn)所有物體的相連，由于實驗室建設(shè)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(shè)

物聯(lián)網(wǎng)實驗室是多學科、各種設(shè)備的集成綜合的結(jié)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(shè)物聯(lián)網(wǎng)實驗室的同時也要加強師資隊伍的建設(shè)，建設(shè)硬實力的同時也抓好軟實力。

4 結(jié) 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(shè)幾乎都是實驗箱式的實驗環(huán)境，結(jié)合我校物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設(shè)體會，針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室建設(shè)進行了探討，并對物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設(shè)提出幾點注意事項。

參考文獻

[1] 林莉，陳麗麗.高校物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設(shè)規(guī)劃[J].長春理工大學學報，2012（4）：23- 25.

[2] 陳景賢，陳志生.高校物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設(shè)與應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2013（8）：451 - 453.

[3] 黃崢，古鵬.物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設(shè)研究與探討[J].實驗技術(shù)與管理， 2012（2）：191- 195.

[4] 許淑祎，王玉峰，劉堯猛.高校物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設(shè)思路與實施方案初探[J].科技信息， 2014（15）：143-144.