物联网专业实验室建设初探以及注意的几个问题

温显斌　肖迎元　王晓晔　徐海霞　高赞　张晓辉　王志刚

摘 要：物联网技术涉及到多学科的融合，其人才培养在注重基础知识的同时，应侧重与知识或系统的集成技术和能力，于是物联网工程专业实验室建设至关重要。在分析目前物联网实验室建设存在的问题的基础上，针对我校的人才培养目标，提出物联网实验室建设与发展的思路，搭建了学生实验、创新与教师科研三种功能合一的物联网环境，并对实验室建设注意的问题进行了阐述。

关键词：物联网；实验室建设；大学教育；科研平台

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）03-00-03

0 引 言

物联网产业的发展离不开人才的培养， 自2010 年以来，国内高校纷纷增设物联网相关专业或在传统专业中设置物联网方向。作为物联网专业人才培养的一个重要环节，物联网实验室建设也开始受到各方的重视。但是，如何正确把握物联网人才需求的特点，科学进行人才培养定位，同时建设与之适应的实验室，正成为各高校迫切需要考虑解决的问题。

1 高校物联网实验室建设存在的问题

物联网系统包含感知层、网络层、计算层和应用层四个层次的体系架构。感知层主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据； 网络层主要完成感知层数据的收集和传输； 应用层主要提供支撑平台和应用服务。因此，物联网属于典型的交叉学科，涉及到计算机、通信、控制、电子、信息安全等多个专业知识，虽然各个专业的知识已经较为成熟，但是作为一门新开设的专业，需要对以上各种技术进行集成并创新。当前，很多高校在物联网的人才培养和实验室的建设上，没有深入把握“集成、应用和服务是物联网的核心”这一重要内涵，存在以下问题：

（1）在人才培养上出现将物联网视为简单学科组合，侧重某一或几个硬件或软件领域技术研发，课程体系缺乏应用支撑等问题。物联网实验室在实验内容设置上只聚焦于“感知层”和“网络层”，而忽视“应用层”。在实验类型设置上侧重于“技术验证”而忽视“综合应用”，缺乏设计性、综合性和创新性实验。

（2）在实验室建设上，要么将本校已有学科和专业的实验室简单组合起来，作为新办专业的实验室，其实验条件不过是将以往分散在传感器实验室和网络实验室的实验进行简单组合和叠加；要么物联网实验室都以实验箱为实验平台，实验内容以传感器、单片机、无线网络通信等为主，缺少物联网的综合应用开发环境，无法完成同时涉及到物联网三个层次的综合性、设计性和创新性实验。

（3）实验室建设过多强调演示或体验，忽略综合应用开发环境的建设。很多高校建设智能家居演示馆、智能交通沙盘等体验演示平台，缺少学生、教师实践创新和科研的可扩展性。

2 我校物联网实验室建设探索

2.1 实验室建设目标

围绕物联网产业培育、技术研发和前沿发展等需求，通过建立物联网实验室，为教学提供实验、实训平台，使学生在“实战”中系统的了解物联网知识体系的构成，深入学习和理解主要知识点及重点技术，结合物联网行业特点，构建“智慧实验室”，使得实验室内的各种物与物之间、设备与设备之间互联互通，构建一个真实的物联网环境和系统平台，在开放性的实验平台和系统中，引导和培养学生的自主学习与创新能力，从而提升教学效果，增强学生的学习与创新能力，进而提高学生的就业能力与就业质量。

2.2 实验室建设基本思路

针对物联网专业宽基础、重系统、重应用的特点，兼顾教学与科研开发，建立“点面”结合的物联网实验体系和物联网环境，满足物联网工程专业培养学生的创新力、综合力的目标。

（1）点：配合物联网核心课程，深入讲解原理及基本概念，通过实验过程加深理解对知识点理解。

（2）面：基于“智慧实验室”背景，侧重物联网基本架构及不同的应用架构，实现由点及面，建立系统观；再由面及点，在系统的基础上深入到一些点，达到知识的深层次掌握，及不同知识点的融会贯通，形成学生的能力。

2.3 建设内容：

专业建设可容纳40组的实验室场地，随着专业规模的扩大，实验室场地也将及时增加。实验室的建设将包含4个平台，如图1所示。

图1 实验室建设包含的4个平台

（1）基础实验平台：该平台通过购置无线传感器网络实验箱、RFID实验箱等设备，满足物联网核心课程教学实验，通过实践让学生掌握基本知识点。

（2）云信息处理平台：搭建验证实验为主的通用完整物联网系统，帮助学生建立物联网系统观。

（3）综合应用开发平台：针对我们学校及学院教学、科研的需要，将实验室内的照明、窗帘、监控安防、考勤、教务教学通过云计算平台集成一个智慧物联网应用系统，并可通过购置的无线传感器网络实验箱、RFID实验箱等与该系统互联互通，建立物联网应用的实训、创新和体验环境，让学生对物联网行业应用有所了解，提升学生对物联网专业方向的兴趣。侧重特定行业应用，搭建一个物联网行业可发应用框架，为学生与教师在物联网领域创新和科研开发提供物联网开发环境和开发平台。

（4）实训创新平台：主要给学生提供系列物联网开放核心模块、套件，和自主创新的实验环境，引导学生自主实践，自主创新。同时也为课程设计、学生项目开发、学科竞赛等提供实践环境，激发学生基于物联网核心模块创新物联网的行业应用，主要培养学生的创新思维与工程思维。

2.4 实验室主要特点

系统性：感知层、网络层和应用层搭建的物联网综合应用系统。

透明性：系统及主要实验设备实现“透明化”设计，让学生能够对相关设备具有直观的了解和认识，增强学生的学习兴趣，提高学生学习效果。

开放性：系统的设计具有充分的开放性，提供强大的扩展功能，在教学中可以鼓励和引导学生对系统进行改造和创新应用。

丰富性：针对实验室系统，配套丰富的实验案例以辅助教学。

3 物联网实验室建设注意的问题

3.1 与本学校人才培养目标相适应

每所大学都有区别于其它大学的优势或特色，因此对于物联网专业各大学的人才培养目标也有所不同。在物联网实验室建设中，各大学应利用自身的优势或特色，在满足基本共性的基础上结合本学校物联网专业人才培养目标进行建设。

3.2 具备先进性

物联网是一门正在不断发展中的新兴学科，因此在实验室建设时要具备先进性，使其与当前技术发展同步。

3.3 具备开放性

物联网是一个创新性强、应用范围较广的学科，实验室建设不仅服务于物联网专业的学生，其他专业的学生也可以根据自己应用方案在此平台上做实验或者应用开发；实验平台不仅为学生提供实验环境，也是教师及科研人员的研究开发平台，同时可作为企业合作研究平台。

3.4 具备扩展性

物联网的本质就是要通过传感器、射频等技术实现所有物体的相连，由于实验室建设速度总是滞后于科技发展的速度，因此在实验室的规划中必须充分考虑延伸实验室功能等后续要求，为实验室规格提升和持续发展提供可能。于是要有统一开放的接口，便于实验系统功能的扩展和延伸。

3.5 实验室师资队伍建设

物联网实验室是多学科、各种设备的集成综合的结果，涉及到的知识面宽广，单一学科的实验室人员无法满足实验室的管理和学生实验指导。因此在建设物联网实验室的同时也要加强师资队伍的建设，建设硬实力的同时也抓好软实力。

4 结 语

物联网工程作为一个新专业，涉及学科多，知识范围广，本文针对现在高校物联网实验室建设几乎都是实验箱式的实验环境，结合我校物联网实验室建设体会，针对物联网工程专业实验室建设进行了探讨，并对物联网实验室建设提出几点注意事项。

参考文献

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[4] 许淑祎，王玉峰，刘尧猛.高校物联网实验室建设思路与实施方案初探[J].科技信息， 2014（15）：143-144.