高校物聯網實驗教學平臺建設研究

周瑞琪 李英 毛謙昂 陳妍茜

摘 要：物聯網是一個面向應用、多學科交叉的綜合技術。為了培養針對物聯網技術專業領域進行創新創業的人才，需要建設物聯網實驗教學平臺。文中通過對各類物聯網實驗教學平臺產品的定位、功能及高校中的應用情況進行梳理分析，提出了高校建設物聯網實驗教學平臺的建議。

關鍵詞：物聯網；創新創業；實驗教學；實驗平臺

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）03-0-03

0 引 言

物聯網是讓所有能行使獨立功能的普通物體實現互聯互通的網絡[1]，是在互聯網基礎上對用戶端的延伸與擴展，按照約定的協議，能夠把任何物品與互聯網相連接，從而進行信息交換和通信，大幅增加了可收集到的數據量和數據類型。將云計算、大數據分析與智能決策技術進行融合，對這些數據進行處理、分析和挖掘，更加迅速、準確、智能地對物理世界進行管理和控制[2]，從而推動產品與服務創新，打造全新的商業模式，加速行業變革[3]。因此，針對物聯網核心技術和典型應用的研究開發成為各高校和相關企業的重要工作，也成為各高校相關專業教學和科研的新方向。

培養掌握物聯網技術并將其應用于相關領域的科學研究、技術開發、產品設計與專業教學技能的人才十分重要。物聯網實驗教學平臺是物聯網教學中的重要工具，因此，針對目前已有的各類平臺，對其進行定位、功能等梳理分析具有重要意義。

國外學者對物聯網的應用與平臺開發做出了一些研究。例如，Mazhelis等認為物聯網在不同的研究領域有著廣泛的應用范圍，包括射頻識別、機對機交流、普適計算等[4]；一些學者提出了物聯網技術發展面臨的挑戰，如大數據、互操作性、安全性、隱私等[5]；Kumar比較了現有的多種基于云的物聯網開發平臺，并仔細評價了IBM平臺，通過比較多種不同的開發平臺發現，所有平臺均能提供物聯網的基本功能，但IBM的物聯網平臺在集成運行時間和開發友好性方面顯示了其獨特優勢[6]。

關于物聯網實驗平臺的探索與建設，國內一些學者做了研究，并取得了一定成果。在物聯網實驗課程設置方面，趙同剛等人根據卓越工程師培養計劃，以突出通信特色為出發點，以實際工程為背景，著力提高學生的工程素質和工程實踐能力，設計的實驗內容使得學生在掌握基本知識和工程實踐能力方面有了較大進步[7]；陳玉川利用現代物聯網技術感知學生創新意識、創新思維、創新實踐，將創新教學融入到校園物聯網系統，實現了教學方式的創新[8]。在實驗項目設計方面，樊曉露等人設計了虛擬智慧供應鏈貿易管理實驗平臺，學生最終能適應物聯網環境下的貿易生產過程，以及從重視客戶需求到個性化生產、流通、交易再到服務的過程[9]；周艷構建了基于RFID的物聯網倉儲實驗系統，該系統在完成原有驗證性實驗的基礎上，開設了更多的綜合性和設計性實驗，同時還開設有物聯網和工業工程交叉領域的實驗[10]；楊宏偉等結合智能家居的特點及特殊應用環境，設計了一種基于RFID和傳感網技術的智能家居控制系統，采用ZigBee無線網絡實現對各控制節點的指令控制，并通過家居智能網關與數據庫進行數據交換[11]。在實驗平臺系統的設計方面，賈江葉將實驗平臺分為無線傳感器網絡實驗系統、RFID實驗系統和探索開放實驗等三個部分[12]；孫冠男提出了包含射頻，WiFi，藍牙，ZigBee，3G/GPRS等物聯網技術的物聯網實驗教學平臺，闡述了基礎教學部分、接入系統實驗部分與綜合應用實訓部分的三層實驗系統組成的總體架構[13]；劉佳等設計了基于無線傳感器網絡和射頻識別技術的實驗系統，實現了物聯網在物流、家居和醫護等方面的典型應用[14]。

通過梳理文獻發現，目前國內外的研究較少針對基于云計算的物聯網實驗平臺。許多實驗平臺重點關注培養物聯網三層架構中感知層和網絡層的技術，較少涉及應用層數據處理和上層用戶接口，學生難以體會到完整的行業應用過程。實訓與實驗的行業覆蓋度低，創新性有待提高。因此，對我國高校物聯網實驗教學平臺產品及應用現狀進行梳理和研究具有重要意義。

1 主要的物聯網實驗平臺產品類型

通過對已有的物聯網實驗平臺產品進行梳理，可以把這些產品分為三類：用來配合基礎理論課程教學與實驗的物聯網基礎教學實驗箱，擴展性強的科研型物聯網綜合實驗實訓臺，以及側重應用實訓的物聯網應用沙盤實訓系統。這三類物聯網實驗平臺產品的簡介及特點見表1所列。

2 高校物聯網實驗教學平臺的建設

2.1 高校物聯網實驗平臺的建設模式

根據對高校物聯網實驗室相關教師的電話訪談和調研發現，目前，建設物聯網實驗平臺的方式主要包括以下兩種：

（1）根據自身需求，直接購買物聯網實驗教學平臺產品物聯網基礎教學實驗箱，自己進行硬件組裝與開發。通常，高校的計算機、電子、通信、機械等專業會采取這種做法。

（2）與物聯網平臺公司合作，共建物聯網教學實驗平臺。由公司對學校需求進行調研，定制物聯網實驗平臺建設解決方案，設計項目并配備設備。這種方法適合非物聯網相關專業結合本專業特色，應用物聯網技術進行課題研究。

2.2 高校物聯網實驗平臺的建設目標

高校建設物聯網實驗教學平臺的目標主要包括課程實驗、競賽設計、科研開發、創新項目等四個方面，如圖1所示。

從圖1中可以看出，高校物聯網實驗教學平臺首先應滿足最基本的目的，即配合課堂教學開展課程實驗，使學生進一步理解課堂學習內容，完成物聯網基礎知識的學習、動手能力的培養。在此基礎上，為學生參與物聯網競賽提供練習與開發平臺，培養學生的學習能力、創新意識和動手能力。其次，科研方面應提供模塊化、擴展性強的平臺，配合各類課題研究，作為科研項目的原型研發平臺，取得關鍵技術的突破。最后，學生在廣泛了解物聯網相關技術的基礎上有了產品創意，平臺應能支撐學生完成創意開發，使學生積累項目開發實踐經驗，利于培育物聯網應用方面的創新成果。

2.3 建設物聯網實驗教學平臺的建議

匯總通過與各高校實驗室負責人郵件聯系、電話訪談獲得以及從網站上搜集到的數據，得到的信息見表2所列。從表2中可以看出：自2010年初教育部下達了高校設置物聯網專業申報通知開始，一些高校逐漸開始重視物聯網實驗平臺的建設；平臺多建在計算機科學與工程、電子與電氣工程、電子信息與通信、自動控制、遙感與遙測、精密儀器、電子商務等院系及專業。高校多為理工科類、綜合類本科院校及高職高專院校。

高校中的物聯網實驗平臺主要集中在面向研究生、博士生的科研型平臺（如清華大學的物聯網研究中心、武漢理工大學的交通物聯網實驗室），及面向專科學生的實訓平臺（如山東英才學院的物流實訓中心、無錫職業技術學院的物聯網實訓基地）。相比之下，面向本科生的實驗教學型平臺（如北京科技大學的物聯網綜合實驗室）較少。與物聯網相關專業配套的實驗教學平臺建設存在較大空缺，需要高校和企業不斷探索。

未來本科院校物聯網人才的培養，除了技術層面，還要關注商務層面的創新能力培養。面向現代高新產業，在寬口徑專業基礎教學的基礎上，支撐學生商業創意的驗證和落地，培養物聯網創新創業人才。學生通過物聯網實驗平臺，可以實現自主學習物聯網技術，完成實際項目實踐，進行創新項目開發及項目成熟后的創業孵化。

（1）針對不同的專業與層次細化物聯網實驗教學平臺。對于高水平院校通信、電子等專業，應當設計能夠靈活定制物聯網感知層、網絡層及應用層的實驗教學平臺，鼓勵學生基于這些平臺進行理論與應用創新；對于普通學校的通信、電子等專業，應當提供標準化的物聯網開發環境，培養學生開發、維護、部署物聯網應用系統的能力；對于商業、經濟、管理等專業，應當提供易于操作、具有宏觀視野的物聯網教學實驗平臺，讓學生在實驗中了解并認識物聯網，掌握物聯網的應用方式與成本等概念。滿足不同專業學生培養的需求，提高學生的就業競爭力。

（2）物聯網實驗教學要與云平臺、商務數據分析相結合，形成完善的實驗體系。為學生搭建虛擬云計算環境，利于學生自己編寫程序實現對云平臺數據的自動處理，從而進行商業分析，將數據轉變為可行見解，進行業務優化。

（3）在建設物聯網實驗教學平臺前，高校應加強與物聯網相關企業的聯系與合作。通過與物聯網企業合作，可以了解各行業最前沿物聯網技術的應用情況與趨勢，并將物聯網技術與不同的行業背景相結合，如金融、物流、醫療、環境監測等，設計物聯網創新實驗，有助于培養學生物聯網應用系統的公共技術基礎、行業廣度和靈活應用能力，使學生能夠對物聯網應用系統有整體把握。同時，新穎的應用場景也可激發學生的學習興趣。

3 結 語

本文對高校物聯網實驗教學平臺產品及應用現狀進行了研究。面向本科生、滿足“課程實驗、競賽設計、科研開發、創新項目”目標的實驗教學平臺建設仍在探索過程中。針對本科院校物聯網人才的培養，除了技術層面，還要關注商務層面的創新能力，應與云平臺、商務數據分析相結合，形成完善的實驗體系。針對不同專業與細化層次的物聯網實驗教學平臺，加強與物聯網相關企業的聯系，滿足不同專業學生的培養需求，提高學生的就業競爭力，從而培養出可將物聯網技術應用于各行各業的創新創業型人才。

參考文獻

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