面向产教融合的物联网工程专业实验室设计与建设

周 伟, 易 军, 陈国荣

(重庆科技学院 智能技术与工程学院, 重庆 401331)

物联网作为国家战略性新兴产业,对信息产业领域的发展和传统行业的升级起着重要的驱动作用[1-3]。人才是产业发展的关键,应用型物联网工程技术专门人才的培养关系到整个物联网产业的技术创新与推广应用。如何建设符合应用型人才培养的物联网工程专业实验室,以培养创新能力强、实践能力强和综合能力强的高素质人才,是物联网人才培养中迫切需要解决的问题。

1 物联网实验室建设的现状

随着物联网、人工智能领域对专门技术人才的需求增加,全国300多所高校开设有物联网工程专业,以培养符合社会需求的物联网应用型人才[4-6]。为提高学生实践能力,很多高校建设了物联网、云计算等新技术实验室[7-9],但目前这类实验室存在一些弊端,归纳起来主要有以下几点：重基础、轻系统，重设备、轻资源，重感知、轻应用，重展示、轻实践。同时,有些院校也建设了校企合作的创新基地,这些基地的特点是更注重培养学生的动手实操技能,只达到了“知其然”的层面。因此,在产教融合人才培养模式下,如何建设有物联网特色的综合实训实验室,为学生提供物联网综合性实验平台,已成为高校物联网实验室建设面临的急需解决的难题。

2 建设产教融合物联网工程实验室理念

产教融合是培养应用型人才的重要手段,创新的产教融合人才培养机制有助于培养创新能力强、实践能力强和综合能力强的高素质应用型人才[10-12]。产教融合物联网工程专业实验室建设借鉴各院校相关专业实验室建设的经验教训,吸收高职高专已建ICT基地中好的做法,注重差异化,发挥校企合作优势,建设国内领先的示范基地。

(1) 基础与系统并重：重视理论基础实验教学,整合基础实验教学存量资源,打好理论基础,让学生不仅“知其然”还要“知其所以然”。同时,通过建设物联网系统体验平台,让学生对系统有深刻的认识,避免“只见树木不见森林”。

(2) 体验与实践并重：通过建设基于物联网的系统体验平台,让学生深度了解专业,不会产生与其他专业类同的模糊认识。同时,通过系统实践,尽早对行业和专业有系统的实践和感知,建立系统集成的概念,拓宽学生就业的路径。

(3) 验证与科研并重：研究生培养的重点是科研能力。校企合作专业不仅着眼本科生的培养,还要着眼研究生等高层次研究型人才的培养。通过基地实验室建设,建立一套行之有效的科研管理及支撑平台。

(4) 行业与专业并重：校企合作办学的特点是深度结合行业和企业实际,突出学校行业特色,给学生提供一个模拟的企业环境,让学生及早接触到与专业相关的行业环境,做出自身职业规划。

3 产教融合物联网工程实验室方案

实验室建设围绕“321”建设目标(建设3个中心、服务2个专业、打造1个示范),即：依托实验中心、体验中心、管理中心等3个中心,服务物联网工程的云计算方向和移动互联方向2个教改试点专业方向,打造全国一流的校企深度融合示范基地(见图1)。

图1 “321”建设目标

按照“321”建设目标定位,实验室建设将按照感知层、数据传输层、平台层及应用层技术体系,重点建设物联网云基础网络平台、智慧企业生产信息协同与开发实验室、移动互联技术实验室。体验中心将以智能油田、智能家居、移动互联网为体验项目。管理中心集成云数据中心、科研创新云平台、统一融合移动业务应用开发平台等营运单元,实现服务教学、科研,支持社会服务功能定位。三个中心之间功能互有交叉、相互融合、互为补充。

3.1 物联网云基础网络实验室

物联网云基础网络实验室作为产教融合基地ICT信息化网络支撑平台,主要的作用是实现同已有物联网基础平台的互联互通,真实展现固网与移动通信网络融合一体化场景。物联网云基础网络实验室的建设包括：物联网基础实训平台、物联网综合实训平台、物联网云服务平台和PTN分组传输平台,完善的基础网络平台将很好地支撑物联网等相关专业的教学和实训,并为智慧企业生产信息协同与开发平台提供“管道”资源。

实验室方便教师指导专业教学,辅助学生了解物联网全貌,并为后期层级设备增添和平滑过渡升级等打下坚实基础。实验室承担“无线传感器网络”“物联网传感器技术”“自动检测技术”“嵌入式Linux应用与开发”“云网络系统集成”“云网络安全技术”“虚拟化与云存储”“云应用系统开发技术”“高级路由与交换”等专业课的实验、课程设计、综合实训教学,为赛课计划、大学生创新创业、毕业设计等环节提供实践平台。

3.2 智慧企业生产信息协同与开发实验室

智慧企业生产信息协同与开发实验室是基于云平台的架构集数据整合、大数据分析及油气生产物联网应用系统和信息安全保障系统于一体的开放、可拓展的创新应用开发系统。实验平台利用SOA系统将油田信息化各应用系统的数据进行统一整合、存储,再利用大数据进行数据挖掘和分析,从而实现油气生产物联网应用,系统基于SOA架构体系进行设计,以服务的形式完成与外部系统相关业务功能的集成,为外部提供基础的数据及行业信息化应用的服务接口,结合云开发平台可充分利用此开放接口整合院校已有资源,完成各项教学及科研任务。

数据统一集成共享平台能够提供基于SOA架构的开发与应用,能够基于ISC中的数据进行数据挖掘、分析和行业应用建模开发。实验室承担“大数据处理与智能决策”“大数据共享与整合技术”“SOA技术与设计”“云计算与大数据”等课程的实验和综合实训,以及毕业设计、赛课计划和创新实验等环节的教学任务。

3.3 移动互联技术实验室

移动互联技术实验室主要是基于目前主流的移动电子商务平台,根据对主流电子商务平台的开发模型进行分析,确定物联网工程(移动互联方向)专业知识能力结构方案的设计。平台由移动互联技术基础教学资源系统及移动电商系统业务运营、维护及开发系统组成。移动互联技术基础教学资源系统为学生提供基本的开发环境和开发案例库支持,基于该系统可以进行开发基础课程、服务端和移动端高级开发课程教学和实践,全面构建了通用专业开发基础能力。移动电商创新应用开发平台是面向电子商务应用及开发的教学实训平台,满足移动应用开发、电子商务运营维护两个方面的专业教学实训。

实验室充分围绕专业实践教学要求进行设计,将其设计成为面向行业的、有针对性的项目实践平台,紧密贴合移动互联网技术热点和行业趋势,以大型政企完整的B2B、B2C、B2C2C及O2O等模式移动电商平台项目为驱动,学生的实训经验即完成项目的经验,学生通过实践可覆盖移动电商应用开发、运营及运维的全部流程,可掌握从前端到后台的移动电商项目开发、运营及维护前沿技术。

实验室承担“Web程序设计基础”“JAVA程序高级设计”“基于MVC框架的NET应用开发”“HTML5开发技术”“移动互联网游戏开发技术”“基于SSH框架的JAVA应用开发”“Android系统开发项目实践”“软件开发新技术”“软件设计与体系结构”“移动互联开发技术”等课程实验教学任务,同时承担毕业设计、赛课计划和创新创业等环节的教学任务。

3.4 体验中心

体验中心是由行业信息化应用展区、数据传输展区、智慧企业生产信息协同与开发展区、移动互联技术展区以及智能家居控制系统等5个部分组成,各模块以“教学—培训—科研一体化”的形式进行设计,建成功能完备、技术先进,集教学、培训、科研、行业技术服务于一体的共享型产学研创新展示、体验平台。同时,体验中心在设计上要根据我校石油行业特色,充分体现行业技术与应用创新的结合,综合展示油气生产物联网的整体运行环境及整个系统集成,为学生提供完善的行业体验。根据展厅建设的特性,操作区域、学习区域和展示区域充分融合,方便实现体验式教学、实训、科研功能。

4 结语

建设面向产教融合的物联网工程专业实验室将有助于提升专业学科群学生的实践能力和工程素养培养,打通教学环节与行业应用瓶颈,利用与行业的紧密合作关系,将教学实践、科学研究延伸到石油化工、安全环保行业中,培养具有行业背景知识的物联网应用型专门人才。