高校物联网实验教学平台建设研究

周瑞琪 李英 毛谦昂 陈妍茜

摘 要：物联网是一个面向应用、多学科交叉的综合技术。为了培养针对物联网技术专业领域进行创新创业的人才，需要建设物联网实验教学平台。文中通过对各类物联网实验教学平台产品的定位、功能及高校中的应用情况进行梳理分析，提出了高校建设物联网实验教学平台的建议。

关键词：物联网；创新创业；实验教学；实验平台

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2018）03-0-03

0 引 言

物联网是让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络[1]，是在互联网基础上对用户端的延伸与扩展，按照约定的协议，能够把任何物品与互联网相连接，从而进行信息交换和通信，大幅增加了可收集到的数据量和数据类型。将云计算、大数据分析与智能决策技术进行融合，对这些数据进行处理、分析和挖掘，更加迅速、准确、智能地对物理世界进行管理和控制[2]，从而推动产品与服务创新，打造全新的商业模式，加速行业变革[3]。因此，针对物联网核心技术和典型应用的研究开发成为各高校和相关企业的重要工作，也成为各高校相关专业教学和科研的新方向。

培养掌握物联网技术并将其应用于相关领域的科学研究、技术开发、产品设计与专业教学技能的人才十分重要。物联网实验教学平台是物联网教学中的重要工具，因此，针对目前已有的各类平台，对其进行定位、功能等梳理分析具有重要意义。

国外学者对物联网的应用与平台开发做出了一些研究。例如，Mazhelis等认为物联网在不同的研究领域有着广泛的应用范围，包括射频识别、机对机交流、普适计算等[4]；一些学者提出了物联网技术发展面临的挑战，如大数据、互操作性、安全性、隐私等[5]；Kumar比较了现有的多种基于云的物联网开发平台，并仔细评价了IBM平台，通过比较多种不同的开发平台发现，所有平台均能提供物联网的基本功能，但IBM的物联网平台在集成运行时间和开发友好性方面显示了其独特优势[6]。

关于物联网实验平台的探索与建设，国内一些学者做了研究，并取得了一定成果。在物联网实验课程设置方面，赵同刚等人根据卓越工程师培养计划，以突出通信特色为出发点，以实际工程为背景，着力提高学生的工程素质和工程实践能力，设计的实验内容使得学生在掌握基本知识和工程实践能力方面有了较大进步[7]；陈玉川利用现代物联网技术感知学生创新意识、创新思维、创新实践，将创新教学融入到校园物联网系统，实现了教学方式的创新[8]。在实验项目设计方面，樊晓露等人设計了虚拟智慧供应链贸易管理实验平台，学生最终能适应物联网环境下的贸易生产过程，以及从重视客户需求到个性化生产、流通、交易再到服务的过程[9]；周艳构建了基于RFID的物联网仓储实验系统，该系统在完成原有验证性实验的基础上，开设了更多的综合性和设计性实验，同时还开设有物联网和工业工程交叉领域的实验[10]；杨宏伟等结合智能家居的特点及特殊应用环境，设计了一种基于RFID和传感网技术的智能家居控制系统，采用ZigBee无线网络实现对各控制节点的指令控制，并通过家居智能网关与数据库进行数据交换[11]。在实验平台系统的设计方面，贾江叶将实验平台分为无线传感器网络实验系统、RFID实验系统和探索开放实验等三个部分[12]；孙冠男提出了包含射频，WiFi，蓝牙，ZigBee，3G/GPRS等物联网技术的物联网实验教学平台，阐述了基础教学部分、接入系统实验部分与综合应用实训部分的三层实验系统组成的总体架构[13]；刘佳等设计了基于无线传感器网络和射频识别技术的实验系统，实现了物联网在物流、家居和医护等方面的典型应用[14]。

通过梳理文献发现，目前国内外的研究较少针对基于云计算的物联网实验平台。许多实验平台重点关注培养物联网三层架构中感知层和网络层的技术，较少涉及应用层数据处理和上层用户接口，学生难以体会到完整的行业应用过程。实训与实验的行业覆盖度低，创新性有待提高。因此，对我国高校物联网实验教学平台产品及应用现状进行梳理和研究具有重要意义。

1 主要的物联网实验平台产品类型

通过对已有的物联网实验平台产品进行梳理，可以把这些产品分为三类：用来配合基础理论课程教学与实验的物联网基础教学实验箱，扩展性强的科研型物联网综合实验实训台，以及侧重应用实训的物联网应用沙盘实训系统。这三类物联网实验平台产品的简介及特点见表1所列。

2 高校物联网实验教学平台的建设

2.1 高校物联网实验平台的建设模式

根据对高校物联网实验室相关教师的电话访谈和调研发现，目前，建设物联网实验平台的方式主要包括以下两种：

（1）根据自身需求，直接购买物联网实验教学平台产品物联网基础教学实验箱，自己进行硬件组装与开发。通常，高校的计算机、电子、通信、机械等专业会采取这种做法。

（2）与物联网平台公司合作，共建物联网教学实验平台。由公司对学校需求进行调研，定制物联网实验平台建设解决方案，设计项目并配备设备。这种方法适合非物联网相关专业结合本专业特色，应用物联网技术进行课题研究。

2.2 高校物联网实验平台的建设目标

高校建设物联网实验教学平台的目标主要包括课程实验、竞赛设计、科研开发、创新项目等四个方面，如图1所示。

从图1中可以看出，高校物联网实验教学平台首先应满足最基本的目的，即配合课堂教学开展课程实验，使学生进一步理解课堂学习内容，完成物联网基础知识的学习、动手能力的培养。在此基础上，为学生参与物联网竞赛提供练习与开发平台，培养学生的学习能力、创新意识和动手能力。其次，科研方面应提供模块化、扩展性强的平台，配合各类课题研究，作为科研项目的原型研发平台，取得关键技术的突破。最后，学生在广泛了解物联网相关技术的基础上有了产品创意，平台应能支撑学生完成创意开发，使学生积累项目开发实践经验，利于培育物联网应用方面的创新成果。

2.3 建设物联网实验教学平台的建议

汇总通过与各高校实验室负责人邮件联系、电话访谈获得以及从网站上搜集到的数据，得到的信息见表2所列。从表2中可以看出：自2010年初教育部下达了高校设置物联网专业申报通知开始，一些高校逐渐开始重视物联网实验平台的建设；平台多建在计算机科学与工程、电子与电气工程、电子信息与通信、自动控制、遥感与遥测、精密仪器、电子商务等院系及专业。高校多为理工科类、综合类本科院校及高职高专院校。

高校中的物联网实验平台主要集中在面向研究生、博士生的科研型平台（如清华大学的物联网研究中心、武汉理工大学的交通物联网实验室），及面向专科学生的实训平台（如山东英才学院的物流实训中心、无锡职业技术学院的物联网实训基地）。相比之下，面向本科生的实验教学型平台（如北京科技大学的物联网综合实验室）较少。与物联网相关专业配套的实验教学平台建设存在较大空缺，需要高校和企业不断探索。

未来本科院校物联网人才的培养，除了技术层面，还要关注商务层面的创新能力培养。面向现代高新产业，在宽口径专业基础教学的基础上，支撑学生商业创意的验证和落地，培养物联网创新创业人才。学生通过物联网实验平台，可以实现自主学习物联网技术，完成实际项目实践，进行创新项目开发及项目成熟后的创业孵化。

（1）针对不同的专业与层次细化物联网实验教学平台。对于高水平院校通信、电子等专业，应当设计能够灵活定制物联网感知层、网络层及应用层的实验教学平台，鼓励学生基于这些平台进行理论与应用创新；对于普通学校的通信、电子等专业，应当提供标准化的物联网开发环境，培养学生开发、维护、部署物联网应用系统的能力；对于商业、经济、管理等专业，应当提供易于操作、具有宏观视野的物联网教学实验平台，让学生在实验中了解并认识物联网，掌握物联网的应用方式与成本等概念。满足不同专业学生培养的需求，提高学生的就业竞争力。

（2）物联网实验教学要与云平台、商务数据分析相结合，形成完善的实验体系。为学生搭建虚拟云计算环境，利于学生自己编写程序实现对云平台数据的自动处理，从而进行商业分析，将数据转变为可行见解，进行业务优化。

（3）在建设物联网实验教学平台前，高校应加强与物联网相关企业的联系与合作。通过与物联网企业合作，可以了解各行业最前沿物联网技术的应用情况与趋势，并将物联网技术与不同的行业背景相结合，如金融、物流、医疗、环境监测等，设计物联网创新实验，有助于培养学生物联网应用系统的公共技术基础、行业广度和灵活应用能力，使学生能够对物联网应用系统有整体把握。同时，新颖的应用场景也可激发学生的学习兴趣。

3 结 语

本文对高校物联网实验教学平台产品及应用现状进行了研究。面向本科生、满足“课程实验、竞赛设计、科研开发、创新项目”目标的实验教学平台建设仍在探索过程中。针对本科院校物联网人才的培养，除了技术层面，还要关注商务层面的创新能力，应与云平台、商务数据分析相结合，形成完善的实验体系。针对不同专业与细化层次的物联网实验教学平台，加强与物联网相关企业的联系，满足不同专业学生的培养需求，提高学生的就业竞争力，从而培养出可将物联网技术应用于各行各业的创新创业型人才。

参考文献

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