高校电信物联网专业实验室建设思路探索——以长江大学文理学院为例

摘要：文章分析了电子信息工程专业和物联网工程专业实验室建设的必要性，提出了实验室总体建设思路，包括实验室建设的三个层次和建设的要求等。然后分析了建设的五个实验室的目的，给出了模电/数电实验室、计算机硬件实验室、通信技术实验室、物联网应用实验室以及电信物联网创新实验室建设所需的仪器设备清单，为长江大学文理学院新校区电子信息工程和物联网工程专业的实验室建设提供了思路。

关键词：电子信息工程;物联网工程;实验室建设;仪器设备

中图分类号：G622      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）23-0115-02

1 概述

根据《教育部关于加快推进独立学院转设工作的实施方案》（教法厅【2020】2号）和《教育部关于“十四五”时期高等学校设置工作的意见》（教法【2021】10号）等相关文件规定，长江大学文理学院需建设新校区完成转设工作。学院坚持“以学科为依托，以社会需求为导向”的方针，积极构建与湖北省区域经济社会发展需要相适应的学科专业体系。其中，电子信息工程专业是省级战略新兴（支柱）产业人才培养计划项目，同时物联网是国家重点发展的战略性新兴产业之一，物联网工程专业也是学院重点培育的专业之一。随着5G通信、物联网、人工智能等学科与传统学科融合不断加深[1]，立足于区域经济发展定位，学院的电子信息工程专业和物联网工程专业，旨在培养更多具有创新性的技术人才，面向当前先进技术技能人才紧缺的领域，统筹多种资源建设高水平专业实验室和实训基地迫在眉睫。高水平专业实验室和实训基地的建设，一方面有利于培养高水平的应用型人才[2]，服务于新型工业、城镇、农业等的信息化进程，服务于行业发展过程中提出的技术创新以及产业需求[3]。另一方面有利于将两个专业打造成湖北省一流本科专业，并由此催生出新的专业，形成新的专业特色[4]。因此，建设具有辐射引领作用的高水平专业实验室和实训基地是当前学院发展过程中在新校区建设时亟须解决的问题[5]。

2 实验室总体建设思路

在新工科和人工智能的背景下，电子信息工程专业和物联网工程专业得到了迅速发展，与此同时，对高校两专业相关的实验室建设提出了更高的标准和要求。两个专业原有的三个教学实验室已有一定的规模和基础，正在发挥积极的作用，但是随着教学改革的进一步深入、专业学科的进一步发展以及新校区的建设，迫切需要在已有的基础上进一步完善并充实新的内容，同时也很有必要加强实验室建设和管理的力度，来满足和适应专业建设及发展的需求。

目前，软硬件相关知识过硬的专业技术人才已经成为社会上最为紧缺的人才，而电子信息工程专业和物联网工程专业正符合这个特点。在这两个专业的学习过程中“强基础、重应用”，在电子信息工程专业和物联网工程专业实验室的建设方面也应这样。分析两个专业的课程体系，可以将实验室建设分为三个层次，如图1所示：

（1）基础实验室：以模拟电子技术和数字电子技术、通信电子线路和通信原理等课程为主要实验内容;

（2）应用实验室：以单片机、FPGA、物联网综合应用等相关应用为主要实验内容;

（3）专业拓展实验室：以电子信息工程和物联网工程专业学生学科竞赛、综合实习、学生毕业设计为主要实验内容。

对于实验室的建设要求可用图2描述。其中，模电/数电实验室可以完成电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术等三门课程的实验，通信技术实验室可满足通信原理、通信电子线路等课程的实验，计算机硬件实验室可满足单片机、FPGA等应用的实验，物联网实验室可满足RFID识别技术应用、无线传感网络技术、嵌入式技术应用、移动应用开发设计与应用、物联网项目规划与实施、物联网智能终端软件系统开发等教学开展与实践，电信物联网创新实验室主要是满足各类国家级、省市级和地区竞赛项目赛前训练需求。未来两三年内学校建设新校区，如果在实验室建设方面投入较大，建议按照“先基础、再应用、后专业拓展”的顺序。实验室仪器仪表的配置上考虑大众化仪器仪表，同时配置少部分高档仪器仪表，这样既提高了实验室的档次，也为竞赛科研等提供好的基础。

3 各实验室功能及配套设备简介

3.1 模电/数电实验室

模电/数电实验室作为电子信息工程和物联网工程专业基础实验室的重要组成部分，同时它也是计算机科学与技术、机械设计及自动化等专业的基础实验室，占用的教学课时比较多，参与的学生和教师的人数也比较多，使用的频率较其他专业实验室更高，所以有必要建设2个模电/数电实验室。学生在实验室里通过电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术等课程的实验，掌握电子技术的基础知识和电路的基本设计方法，能够结合实验案例和系统的分析，完成简单电子系统设计和开发任务。该实验室需要的仪器设备如表1所示。

3.2 通信技术实验室

通信技术实验室是目前学校没有完成建设的实验室，该实验室的建设思路是搭建基于软硬件互联的创新实验平台，结合通信相关课程教材，将每一个知识点用原理框图详细设计出来，重视中间过程的展示，将各功能实现过程的中间环节测试点引出，完美地实现从理论讲解过渡到实验原理验证，有助于学生快速理解和消化。平台提供多种通信系统，包括有基带传输系统、频带传输通信系统等，既能让学生进一步了解和巩固各种通信系统的架构以及系统中各单元的作用和意义，又能让学生学会通信系统的调试方法。

同时，满足疫情常态化下，应对突发教学任务，搭建完全开放共享的虚拟仿真实验室。学生可以在寝室、图书馆、甚至任何一个可以学习的地方，随时随地进行线上仿真实验，实现真正意义上的全开放、全共享、课内外一体化的自主学习实践，不断丰富学生自主学习资源。

该实验室需要的仪器设备如表2所示。

3.3 计算机硬件实验室

分析电子信息工程专业和物联网专业的知识体系结构，单片机和FPGA是两个专业学习常用的硬件开发手段。计算机硬件实验室主要是通过单片机技术和FPGA技术，使学生能够掌握常用的基于单片机系统和可编程器件的使用和开发技能，能够直接面向工程实践并解决问题，完成复杂电子系统开发和设计任务。加强计算机硬件实验室的建设，为开发人才的培养创造良好的实验环境，进一步增强学生参与竞赛和科研创新活动的兴趣，提升科技创新实践成果的培育能力，提高学生主动思考问题和解决问题的能力，更好地实现应用型人才培养这一目标。该实验室需要的仪器设备如表3所示。

3.4 物联网应用实验室

目前学院没有建设物联网应用实验室，无法满足专业教学实验实训的开展。本次项目的建立能够满足学院的物联网工程专业的物联网移动应用开发教学、物联网智慧家居智慧交通教学、物联网创新教学等需求。能为无线组网与技术应用、物联网智能家居和智能交通综合实训、物联网创新综合实训等专业课程教学实践提供必要的支撑，同时满足电信和物联网专业各类国家级、省市级和地区竞赛项目赛前训练需求，能服务于地区人才培养的实训需求，能为社会、企业提供必要的技术支持和技术人才培养。另外，实验室还可满足课外大学生创新创业项目、课程设计、毕业设计、教师科研、学生各种技能竞赛使用等，提高学生综合应用能力，拓宽认知。该实验室需要的仪器设备如表4所示。

3.5 电信物联网创新实验室

通过电信物联网创新实验室的建设，培养学生基本应用开发能力，重视基础教学，立足实践，从应用入手同时还满足培养应用系统综合开发能力，通过实验环境来培养学生对实际电子系统、物联网应用项目的整体把握能力，提供宽泛的实验环境，让平时一些动手能力强的学生进行创新，增加学生的就业机会;同时也为学科竞赛的学生和指导老师提供课外创新的场地，积极准备各类国家级、省市级和地区竞赛项目。因为该实验室主要面向学科竞赛，可以选择配置稍微高端的仪器仪表。该实验室需要的仪器设备如表5所示。

4 总结及展望

本文论述了电子信息工程专业和物联网工程专业教学实验室以及创新实验室规划和建设的思路，分析了各个实验室建设的目的和所需的仪器设备清单。通过本轮新校区的实验室建设，给学生的基础能力训练到专业能力训练，再到创新拓展给予了全面的支撑和软硬件条件支持，学院实验教学水平会大幅度提升，学生的实践水平和应用能力会大幅度提升，为学校电子信息工程专业和物联网工程专业湖北省一流本科专业建设提供坚强有力的支撑，同时也为国家的新工科和人工智能人才培养做出应有的贡献。

参考文献：

[1] 郭东亮.新建院系电子信息类教学实验室建设[J].实验科学与技术，2021，19（6）：137-140.

[2] 章飞，胡莹.船舶电子与通信创新实践平台建设[J].航海教育研究，2021，38（4）：28-32.

[3] 丁玲，丁世飞，张健，等.使用VGG能量损失的单图像超分辨率重建[J].软件学报，2021，32（11）：3659-3668.

[4] 刘娜.基于物联网技术的智能实验室建设研究[J].大众标准化，2021（21）：38-40.

[5] 万平，李明，杨辉跃，等.军队院校物联网工程专业实验室建设方案研究[J].物联网技术，2021，11（5）：109-110，114.

【通联编辑：唐一东】

收稿日期：2022-05-15

作者简介：何朝霞（1984—），女，湖北黄冈人，硕士，副教授，研究方向为信号与信息处理。