物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)初探以及注意的幾個(gè)問(wèn)題

引 言

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)人才的培養(yǎng)，自 2010 年以來(lái)， 國(guó)內(nèi)高校紛紛增設(shè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專(zhuān)業(yè)或在傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)中設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)方向。作為物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)也開(kāi)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(diǎn)，科學(xué)進(jìn)行人才培養(yǎng)定位，同時(shí)建設(shè)與之適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室，正成為各高校迫切需要考慮解決的問(wèn)題。

1 高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)存在的問(wèn)題

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包含感知層、網(wǎng)絡(luò)層、計(jì)算層和應(yīng)用層四個(gè)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(tái)和應(yīng)用服務(wù)。因此，物聯(lián)網(wǎng)屬于典型的交叉學(xué)科，涉及到計(jì)算機(jī)、通信、控制、電子、信息安全等多個(gè)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，雖然各個(gè)專(zhuān)業(yè)的知識(shí)已經(jīng)較為成熟，但是作為一門(mén)新開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)，需要對(duì)以上各種技術(shù)進(jìn)行集成并創(chuàng)新。當(dāng)前，很多高校在物聯(lián)網(wǎng)的人才培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)上，沒(méi)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(wèn)題：

(1) 在人才培養(yǎng)上出現(xiàn)將物聯(lián)網(wǎng)視為簡(jiǎn)單學(xué)科組合，側(cè)重某一或幾個(gè)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(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)類(lèi)型設(shè)置上側(cè)重于“技術(shù)驗(yàn)證”而忽視“綜合應(yīng)用”，缺乏設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

(2) 在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)上，要么將本校已有學(xué)科和專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)單組合起來(lái)，作為新辦專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)室，其實(shí)驗(yàn)條件不過(guò)是將以往分散在傳感器實(shí)驗(yàn)室和網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單組合和疊加 ；要么物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室都以實(shí)驗(yàn)箱為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以傳感器、單片機(jī)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信等為主，缺少物聯(lián)網(wǎng)的綜合應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境，無(wú)法完成同時(shí)涉及到物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)層次的綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

(3) 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)多強(qiáng)調(diào)演示或體驗(yàn)，忽略綜合應(yīng)用開(kāi)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(pán)等體驗(yàn)演示平臺(tái)，缺少學(xué)生、教師實(shí)踐創(chuàng)新和科研的可擴(kuò)展性。

2 我校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)探索

2.1 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)

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(guò)建立物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室，為教學(xué)提供實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，使學(xué)生在“實(shí)戰(zhàn)”中系統(tǒng)的了解物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)體系的構(gòu)成，深入學(xué)習(xí)和理解主要知識(shí)點(diǎn)及重點(diǎn)技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)特點(diǎn)，構(gòu)建“智慧實(shí)驗(yàn)室”，使得實(shí)驗(yàn)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(gè)真實(shí)的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境和系統(tǒng)平臺(tái)，在開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和系統(tǒng)中，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力，從而提升教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力，進(jìn)而提高學(xué)生的就業(yè)能力與就業(yè)質(zhì)量。

2.2 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)基本思路

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)寬基礎(chǔ)、重系統(tǒng)、重應(yīng)用的特點(diǎn)，兼顧教學(xué)與科研開(kāi)發(fā)，建立“點(diǎn)面”結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)體系和物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新力、綜合力的目標(biāo)。

(1) 點(diǎn)：配合物聯(lián)網(wǎng)核心課程，深入講解原理及基本概念，通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程加深理解對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解。

(2) 面 ：基于“智慧實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)由點(diǎn)及面，建立系統(tǒng)觀(guān) ；再由面及點(diǎn)，在系統(tǒng)的基礎(chǔ)上深入到一些點(diǎn)，達(dá)到知識(shí)的深層次掌握， 及不同知識(shí)點(diǎn)的融會(huì)貫通，形成學(xué)生的能力。

2.3 建設(shè)內(nèi)容：

專(zhuān)業(yè)建設(shè)可容納 40 組的實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地，隨著專(zhuān)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)

大，實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地也將及時(shí)增加。實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)將包含 4 個(gè)平臺(tái)，如圖 1 所示。

(1) 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：該平臺(tái)通過(guò)購(gòu)置無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)箱、RFID實(shí)驗(yàn)箱等設(shè)備，滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)核心課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)， 通過(guò)實(shí)踐讓學(xué)生掌握基本知識(shí)點(diǎn)。

(2) 云信息處理平臺(tái)：搭建驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主的通用完整物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，幫助學(xué)生建立物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)觀(guān)。

(3) 綜合應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)：針對(duì)我們學(xué)校及學(xué)院教學(xué)、科研的需要，將實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的照明、窗簾、監(jiān)控安防、考勤、教務(wù)教學(xué)通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)集成一個(gè)智慧物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，并可通過(guò)購(gòu)置的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)箱、RFID實(shí)驗(yàn)箱等與該系統(tǒng)互聯(lián)互通，建立物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的實(shí)訓(xùn)、創(chuàng)新和體驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用有所了解，提升學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)方向的興趣。側(cè)重特定行業(yè)應(yīng)用，搭建一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)可發(fā)應(yīng)用框架，為學(xué)生與教師在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域創(chuàng)新和科研開(kāi)發(fā)提供物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)環(huán)境和開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

(4) 實(shí)訓(xùn)創(chuàng)新平臺(tái)：主要給學(xué)生提供系列物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放核心模塊、套件，和自主創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)踐， 自主創(chuàng)新。同時(shí)也為課程設(shè)計(jì)、學(xué)生項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、學(xué)科競(jìng)賽等提供實(shí)踐環(huán)境，激發(fā)學(xué)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(xué)生的創(chuàng)新思維與工程思維。

2.4 實(shí)驗(yàn)室主要特點(diǎn)

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(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)“透明化”設(shè)計(jì)，讓學(xué)生能夠?qū)ο嚓P(guān)設(shè)備具有直觀(guān)的了解和認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

開(kāi)放性 ：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有充分的開(kāi)放性，提供強(qiáng)大的擴(kuò)展功能，在教學(xué)中可以鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造和創(chuàng)新應(yīng)用。

豐富性 ：針對(duì)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，配套豐富的實(shí)驗(yàn)案例以輔助教學(xué)。

3 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)注意的問(wèn)題

3.1 與本學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)

每所大學(xué)都有區(qū)別于其它大學(xué)的優(yōu)勢(shì)或特色，因此對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)各大學(xué)的人才培養(yǎng)目標(biāo)也有所不同。在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，各大學(xué)應(yīng)利用自身的優(yōu)勢(shì)或特色，在滿(mǎn)足基本共性的基礎(chǔ)上結(jié)合本學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行建設(shè)。

3.2 具備先進(jìn)性

物聯(lián)網(wǎng)是一門(mén)正在不斷發(fā)展中的新興學(xué)科，因此在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)要具備先進(jìn)性，使其與當(dāng)前技術(shù)發(fā)展同步。

3.3 具備開(kāi)放性

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)創(chuàng)新性強(qiáng)、應(yīng)用范圍較廣的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)不僅服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，其他專(zhuān)業(yè)的學(xué)生也可以根據(jù)自己應(yīng)用方案在此平臺(tái)上做實(shí)驗(yàn)或者應(yīng)用開(kāi)發(fā) ；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不僅為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境，也是教師及科研人員的研究開(kāi)發(fā)平臺(tái)，同時(shí)可作為企業(yè)合作研究平臺(tái)。

3.4 具備擴(kuò)展性

物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)就是要通過(guò)傳感器、射頻等技術(shù)實(shí)現(xiàn)所有物體的相連，由于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)速度總是滯后于科技發(fā)展的速度，因此在實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃中必須充分考慮延伸實(shí)驗(yàn)室功能等后續(xù)要求，為實(shí)驗(yàn)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(kāi)放的接口，便于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展和延伸。

3.5 實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y隊(duì)伍建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室是多學(xué)科、各種設(shè)備的集成綜合的結(jié)果， 涉及到的知識(shí)面寬廣，單一學(xué)科的實(shí)驗(yàn)室人員無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室的管理和學(xué)生實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。因此在建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的同時(shí)也要加強(qiáng)師資隊(duì)伍的建設(shè)，建設(shè)硬實(shí)力的同時(shí)也抓好軟實(shí)力。

結(jié) 語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)工程作為一個(gè)新專(zhuān)業(yè)，涉及學(xué)科多，知識(shí)范圍廣， 本文針對(duì)現(xiàn)在高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)幾乎都是實(shí)驗(yàn)箱式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，結(jié)合我校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)體會(huì)，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行了探討，并對(duì)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提出幾點(diǎn)注意事項(xiàng)。