高校電信物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗室建設(shè)思路探索
——以長江大學(xué)文理學(xué)院為例

何朝霞，朱嶸濤

（長江大學(xué)文理學(xué)院，湖北荊州 434020）

1 概述

根據(jù)《教育部關(guān)于加快推進(jìn)獨立學(xué)院轉(zhuǎn)設(shè)工作的實施方案》（教法廳【2020】2號）和《教育部關(guān)于“十四五”時期高等學(xué)校設(shè)置工作的意見》（教法【2021】10號）等相關(guān)文件規(guī)定，長江大學(xué)文理學(xué)院需建設(shè)新校區(qū)完成轉(zhuǎn)設(shè)工作。學(xué)院堅持“以學(xué)科為依托，以社會需求為導(dǎo)向”的方針，積極構(gòu)建與湖北省區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展需要相適應(yīng)的學(xué)科專業(yè)體系。其中，電子信息工程專業(yè)是省級戰(zhàn)略新興（支柱）產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計劃項目，同時物聯(lián)網(wǎng)是國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)也是學(xué)院重點培育的專業(yè)之一。隨著5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等學(xué)科與傳統(tǒng)學(xué)科融合不斷加深[1]，立足于區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展定位，學(xué)院的電子信息工程專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，旨在培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新性的技術(shù)人才，面向當(dāng)前先進(jìn)技術(shù)技能人才緊缺的領(lǐng)域，統(tǒng)籌多種資源建設(shè)高水平專業(yè)實驗室和實訓(xùn)基地迫在眉睫。高水平專業(yè)實驗室和實訓(xùn)基地的建設(shè)，一方面有利于培養(yǎng)高水平的應(yīng)用型人才[2]，服務(wù)于新型工業(yè)、城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)等的信息化進(jìn)程，服務(wù)于行業(yè)發(fā)展過程中提出的技術(shù)創(chuàng)新以及產(chǎn)業(yè)需求[3]。另一方面有利于將兩個專業(yè)打造成湖北省一流本科專業(yè)，并由此催生出新的專業(yè)，形成新的專業(yè)特色[4]。因此，建設(shè)具有輻射引領(lǐng)作用的高水平專業(yè)實驗室和實訓(xùn)基地是當(dāng)前學(xué)院發(fā)展過程中在新校區(qū)建設(shè)時亟須解決的問題[5]。

2 實驗室總體建設(shè)思路

在新工科和人工智能的背景下，電子信息工程專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)得到了迅速發(fā)展，與此同時，對高校兩專業(yè)相關(guān)的實驗室建設(shè)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。兩個專業(yè)原有的三個教學(xué)實驗室已有一定的規(guī)模和基礎(chǔ)，正在發(fā)揮積極的作用，但是隨著教學(xué)改革的進(jìn)一步深入、專業(yè)學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展以及新校區(qū)的建設(shè)，迫切需要在已有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善并充實新的內(nèi)容，同時也很有必要加強實驗室建設(shè)和管理的力度，來滿足和適應(yīng)專業(yè)建設(shè)及發(fā)展的需求。

目前，軟硬件相關(guān)知識過硬的專業(yè)技術(shù)人才已經(jīng)成為社會上最為緊缺的人才，而電子信息工程專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)正符合這個特點。在這兩個專業(yè)的學(xué)習(xí)過程中“強基礎(chǔ)、重應(yīng)用”，在電子信息工程專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室的建設(shè)方面也應(yīng)這樣。分析兩個專業(yè)的課程體系，可以將實驗室建設(shè)分為三個層次，如圖1所示：

圖1 實驗室分類

（1）基礎(chǔ)實驗室：以模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)、通信電子線路和通信原理等課程為主要實驗內(nèi)容；

（2）應(yīng)用實驗室：以單片機、FPGA、物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用等相關(guān)應(yīng)用為主要實驗內(nèi)容；

（3）專業(yè)拓展實驗室：以電子信息工程和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生學(xué)科競賽、綜合實習(xí)、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計為主要實驗內(nèi)容。

對于實驗室的建設(shè)要求可用圖2描述。其中，模電/數(shù)電實驗室可以完成電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等三門課程的實驗，通信技術(shù)實驗室可滿足通信原理、通信電子線路等課程的實驗，計算機硬件實驗室可滿足單片機、FPGA等應(yīng)用的實驗，物聯(lián)網(wǎng)實驗室可滿足RFID識別技術(shù)應(yīng)用、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)應(yīng)用、移動應(yīng)用開發(fā)設(shè)計與應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)項目規(guī)劃與實施、物聯(lián)網(wǎng)智能終端軟件系統(tǒng)開發(fā)等教學(xué)開展與實踐，電信物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實驗室主要是滿足各類國家級、省市級和地區(qū)競賽項目賽前訓(xùn)練需求。未來兩三年內(nèi)學(xué)校建設(shè)新校區(qū)，如果在實驗室建設(shè)方面投入較大，建議按照“先基礎(chǔ)、再應(yīng)用、后專業(yè)拓展”的順序。實驗室儀器儀表的配置上考慮大眾化儀器儀表，同時配置少部分高檔儀器儀表，這樣既提高了實驗室的檔次，也為競賽科研等提供好的基礎(chǔ)。

圖2 實驗室建設(shè)要求

3 各實驗室功能及配套設(shè)備簡介

3.1 模電/數(shù)電實驗室

模電/數(shù)電實驗室作為電子信息工程和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)基礎(chǔ)實驗室的重要組成部分，同時它也是計算機科學(xué)與技術(shù)、機械設(shè)計及自動化等專業(yè)的基礎(chǔ)實驗室，占用的教學(xué)課時比較多，參與的學(xué)生和教師的人數(shù)也比較多，使用的頻率較其他專業(yè)實驗室更高，所以有必要建設(shè)2個模電/數(shù)電實驗室。學(xué)生在實驗室里通過電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等課程的實驗，掌握電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識和電路的基本設(shè)計方法，能夠結(jié)合實驗案例和系統(tǒng)的分析，完成簡單電子系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)任務(wù)。該實驗室需要的儀器設(shè)備如表1所示。

表1 模電/數(shù)電實驗室主要儀器設(shè)備清單

3.2 通信技術(shù)實驗室

通信技術(shù)實驗室是目前學(xué)校沒有完成建設(shè)的實驗室，該實驗室的建設(shè)思路是搭建基于軟硬件互聯(lián)的創(chuàng)新實驗平臺，結(jié)合通信相關(guān)課程教材，將每一個知識點用原理框圖詳細(xì)設(shè)計出來，重視中間過程的展示，將各功能實現(xiàn)過程的中間環(huán)節(jié)測試點引出，完美地實現(xiàn)從理論講解過渡到實驗原理驗證，有助于學(xué)生快速理解和消化。平臺提供多種通信系統(tǒng)，包括有基帶傳輸系統(tǒng)、頻帶傳輸通信系統(tǒng)等，既能讓學(xué)生進(jìn)一步了解和鞏固各種通信系統(tǒng)的架構(gòu)以及系統(tǒng)中各單元的作用和意義，又能讓學(xué)生學(xué)會通信系統(tǒng)的調(diào)試方法。

同時，滿足疫情常態(tài)化下，應(yīng)對突發(fā)教學(xué)任務(wù)，搭建完全開放共享的虛擬仿真實驗室。學(xué)生可以在寢室、圖書館、甚至任何一個可以學(xué)習(xí)的地方，隨時隨地進(jìn)行線上仿真實驗，實現(xiàn)真正意義上的全開放、全共享、課內(nèi)外一體化的自主學(xué)習(xí)實踐，不斷豐富學(xué)生自主學(xué)習(xí)資源。

該實驗室需要的儀器設(shè)備如表2所示。

表2 通信技術(shù)實驗室主要儀器設(shè)備清單

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3.3 計算機硬件實驗室

分析電子信息工程專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的知識體系結(jié)構(gòu)，單片機和FPGA是兩個專業(yè)學(xué)習(xí)常用的硬件開發(fā)手段。計算機硬件實驗室主要是通過單片機技術(shù)和FPGA技術(shù)，使學(xué)生能夠掌握常用的基于單片機系統(tǒng)和可編程器件的使用和開發(fā)技能，能夠直接面向工程實踐并解決問題，完成復(fù)雜電子系統(tǒng)開發(fā)和設(shè)計任務(wù)。加強計算機硬件實驗室的建設(shè)，為開發(fā)人才的培養(yǎng)創(chuàng)造良好的實驗環(huán)境，進(jìn)一步增強學(xué)生參與競賽和科研創(chuàng)新活動的興趣，提升科技創(chuàng)新實踐成果的培育能力，提高學(xué)生主動思考問題和解決問題的能力，更好地實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)這一目標(biāo)。該實驗室需要的儀器設(shè)備如表3所示。

表3 計算機硬件實驗室主要儀器設(shè)備清單

3.4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實驗室

目前學(xué)院沒有建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實驗室，無法滿足專業(yè)教學(xué)實驗實訓(xùn)的開展。本次項目的建立能夠滿足學(xué)院的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)移動應(yīng)用開發(fā)教學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)智慧家居智慧交通教學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新教學(xué)等需求。能為無線組網(wǎng)與技術(shù)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)智能家居和智能交通綜合實訓(xùn)、物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新綜合實訓(xùn)等專業(yè)課程教學(xué)實踐提供必要的支撐，同時滿足電信和物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)各類國家級、省市級和地區(qū)競賽項目賽前訓(xùn)練需求，能服務(wù)于地區(qū)人才培養(yǎng)的實訓(xùn)需求，能為社會、企業(yè)提供必要的技術(shù)支持和技術(shù)人才培養(yǎng)。另外，實驗室還可滿足課外大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、教師科研、學(xué)生各種技能競賽使用等，提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力，拓寬認(rèn)知。該實驗室需要的儀器設(shè)備如表4所示。

表4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實驗室主要儀器設(shè)備清單

3.5 電信物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實驗室

通過電信物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實驗室的建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生基本應(yīng)用開發(fā)能力，重視基礎(chǔ)教學(xué)，立足實踐，從應(yīng)用入手同時還滿足培養(yǎng)應(yīng)用系統(tǒng)綜合開發(fā)能力，通過實驗環(huán)境來培養(yǎng)學(xué)生對實際電子系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項目的整體把握能力，提供寬泛的實驗環(huán)境，讓平時一些動手能力強的學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新，增加學(xué)生的就業(yè)機會；同時也為學(xué)科競賽的學(xué)生和指導(dǎo)老師提供課外創(chuàng)新的場地，積極準(zhǔn)備各類國家級、省市級和地區(qū)競賽項目。因為該實驗室主要面向?qū)W科競賽，可以選擇配置稍微高端的儀器儀表。該實驗室需要的儀器設(shè)備如表5所示。

圖5 電信物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實驗室主要儀器設(shè)備清單

4 總結(jié)及展望

本文論述了電子信息工程專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)實驗室以及創(chuàng)新實驗室規(guī)劃和建設(shè)的思路，分析了各個實驗室建設(shè)的目的和所需的儀器設(shè)備清單。通過本輪新校區(qū)的實驗室建設(shè)，給學(xué)生的基礎(chǔ)能力訓(xùn)練到專業(yè)能力訓(xùn)練，再到創(chuàng)新拓展給予了全面的支撐和軟硬件條件支持，學(xué)院實驗教學(xué)水平會大幅度提升，學(xué)生的實踐水平和應(yīng)用能力會大幅度提升，為學(xué)校電子信息工程專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)湖北省一流本科專業(yè)建設(shè)提供堅強有力的支撐，同時也為國家的新工科和人工智能人才培養(yǎng)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。