◆赵春光 陈付龙 任秀梅 宋星星 宛伟健 余坤宏 王杨 赵传信

作者：赵春光，安徽师范大学数学计算机科学学院实验师，研究方向为实验室管理；陈付龙，安徽师范大学数学计算机科学学院副教授，博士，硕士研究生导师，研究方向为物联网、嵌入式系统；任秀梅、宋星星、宛伟健、余坤宏、王杨、赵传信，安徽师范大学数学计算机科学学院（241002）。

1 前言

物联网掀起了第三代信息产业浪潮，它突破了传统的互联网，并在互联网的基础上，力求把人和物看成可以连接在网络中的结点，可以随时通信，达到高度智能化的互联时代。2009年8月，在时任总理温家宝“感知中国”的讲话后，物联网产业迅速发展，并在这几年有了长足的进步。中国科学院等科研院所、华为等通信运营商、清华大学等多所大学在无锡建立了物联网研究院。2010年初，教育部下达设置物联网专业申报通知，2010年6月，江南大学开办中国第一所物联网工程学院，引起全国本科、高职院校的普遍关注。物联网工程专业是教育部为适应教育改革和市场经济的需要而重新整合的一个新兴专业，自2010年在31所大学首批开设以来，在2010—2013年期间，教育部陆续批准在262所本科院校开设该专业，物联网技术相关人才成为高校人才培养和市场需求的新热点，在很多未专门开设物联网工程专业的高校也设置了物联网方向。

物联网涉及高频微波、通信工程、电子信息技术、计算机科学与技术、有线和无线网络技术、单片机和嵌入式技术、物流管理等多个领域。鉴于物联网工程专业的学科交叉性，其实验教学的目的是在学生学习抽象的专业理论知识的同时，通过教师演示、学生亲自动手实验，直观地验证和理解组成物联网系统的各类技术的基本原理和工作机制，培养学生在系统应用技能方面的实践创新能力。因此，实验教学在物联网工程专业教学中占据非常重要的位置。在物联网工程专业实验教学中，物联网实验教学仪器和设备是满足实验教学需求的物质基础。目前，各高校对物联网实验教学仪器和设备的需求大大推动了物联网实验教学仪器和设备产业的发展，相关的物联网实验教学仪器产业范围也在逐步扩大。

2 物联网实验教学仪器和设备的种类

物联网实验教学仪器和设备是指在教学活动中用于方便教学的器材，分为硬件设施和软件设施，在教学设备中运用了物联网相关理论和技术。

技术内涵 物联网专业是复合型的专业，其中涵盖了物联网的核心技术，如RFID射频识别、通信和网络传输、嵌入式系统、传感器的感知和识别检测、物联网数据的管理和信息处理等技术[1]。因此，物联网教学仪器技术体系主要由如下几部分组成。

1）感知技术，包括传感技术（如温度传感、湿度传感、烟雾传感等技术）和识别技术（如条形码、二维码和RFID等技术）。

2）控制技术，包括施动技术（如直流电机、步进电机、开关、继电器等技术）。

3）通信技术，包括有线通信和无线通信技术，以无线通信技术（如GSM/GPRS/3G/4G、WiFi、ZigBee、蓝牙等技术）为主。

4）系统开发技术，包括嵌入式应用系统开发平台（如数据库、开发集成环境等）和开发方法等。

产品种类 物联网的实验教学产品主要分为仪器仪表、实验箱、实训平台和创新套件[1]以及体验中心等形式。此外，物联网实验器材还包括钳、剪、镊、钻、烙等工具以及PCB板、面包板、焊锡、线缆等耗材。

1）实验仪器仪表。物联网实验采用的仪器仪表主要有示波器、频谱分析仪、信号发生器、万用表、电源装置等。而在示波器中，有触控式测量仪器平板示波器、液晶数位式示波器、数字示波器ODM和手持彩色液晶数字存储式示波器等示波器。其中比较典型的有上海泰克科技有限公司的数字示波器。该实验设备主要是通过数据采集、A/D转换、软件编程等一系列技术制造出来的高性能示波器，并且可以完整地解决测试、测量和监测解决方案相关技术。信号发生器中包括正弦信号发生器、低频信号发生器、高频信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器、函数发生器、脉冲信号发生器、随机信号发生器、噪声信号发生器和伪随机信号发生器。

2）实验箱。在实验箱形式产品中，有物联网综合实训平台箱、RF-USN V10、SP-WSNCE15A物联网教学实验箱、IPV6无线传感网络实验箱、嵌入式3G移动互联网、示波器、物联网综合实验系统和物联网云计算教学系统等设备。其中比较典型的有深圳无线龙科技公司推出的RF-USNV10。该实验设备能够较完整地完成最新一代USN网络相关传感器和射频识别、微功耗网状无线网络、无线互联和将采集数据送往互联网的全过程多种教学实验。另外还有凌阳公司研发的SP-WSNCE15A物联网教学实验箱，这是一款采用传感器、射频识别技术的物联网教学平台，应用范围较广，适用于物联网工程专业、通信、嵌入式、电子信息、计算机、自动化、机电一体化等专业的教学及科研。

3）实训平台和创新套件。在实训类设备中，有智慧交通物联网实训系统、智能电网实训系统、食品智能追溯实训系统、智能家居综合实训系统等设备。如北京新大陆时代教育科技有限公司的物联网智能追溯实训系统、浙江求是科教设备有限公司的QS-iHome-I型物联网—智能家居综合实训系统。

4）体验中心。物联网体验中心是仿照实物系统构建的完整的物联网应用系统。国内已陆续出现一系列物联网体验中心平台，有广东顺德物联网体验馆（中国内地首个物联网新技术体验中心）、郑州物联智能家居体验中心、无锡感知中国博览馆、大连供热物联网体验中心等。广东顺德物联网体验馆于2012年2月16日开馆，由IBM软件集团、软通动力信息技术（集团）有限公司、广东物联天下科技集团三方合作建成，包括智能平台、珠三角产业物联网现状与未来、城域物联网、未来家具城、媒体流、家电产品生命周期管理、智能生活、智能市场、智能仓库及智能会议10个展区。同年，首家供热物联网体验中心在大连市高新区网络产业大厦成立。郑州物联智能家居体验中心，主要有智能照明、电器控制、安放监控、环境调节、健康报告、综合服务等模块。

3 物联网实验教学仪器和设备产业发展状况

物联网实验教学仪器和设备产业链 物联网实验教学系统主要有感知层、网络层、处理和应用层[2]，构成从物体感知到实际应用的完整体系，如图1所示。

目前，在学术界还没有发现针对物联网实验教学仪器和设备产业链的研究成果，通过分析物联网体系结构，结合对物联网专业要求和产业链相关理论的理解，可得出物联网实验教学仪器和设备产业链的内涵、要素和技术等。

物联网教学仪器和设备产业正形成一条包括物体感知、识别、采集、传输、处理、应用等多个环节的多功能产业链，并且包括设备物质、相关技术、资金等链条。该产业链构成要素主要有设备提供商、网络提供商、应用与软件提供商、系统集成商、芯片与技术提供商、运营商及服务提供商等[3]。而物联网教学仪器和设备产业链支撑技术主要满足物联网专业学生的专业要求，由物联网的核心技术决定。由物联网教学仪器和设备产业链要素可知每个环节的关键技术都必须满足。例如，RFID至少应包含电子标签、阅读器、数据处理和存储的设备以及系统软件；传感器主要有温湿度传感器、光电传感器、红外传感器等；无线通信技术至少包括WiFi、Zigbee、蓝牙以及无线传感网络等。

市场发展状况 作为国家战略性新兴产业之一，物联网是近几年的热点话题，是当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一，是全球各发达国家信息化社会建设的重要内容。物联网实验教学仪器和设备产业也同样迅速发展。国内大学紧跟产业发展，国家战略体系将物联网专业引入高校，而这些高校的发展也将进一步影响并促进物联网教学仪器和设备产业的发展，通过对开设物联网的高校地区分布，可分析物联网实验教学仪器和设备的产业市场发展情况。物联网工程本科专业开设情况如图2所示。

可见，江苏为我国开设物联网专业学校第一大省，占总数的10%；其次是河南、陕西、湖北和四川，各占约6%。也可以看到几乎在全国各省、市、区都有学校开设物联网专业，普及范围较为广泛。经济越发达的地区开设的物联网专业的院校基本越多，且主要集中在江苏、广东、辽宁、北京、山东、福建、浙江等东部沿海经济区以及河南、安徽、重庆、湖南、四川、陕西等中西部地区。而且，也可以发现，物联网发展不平衡，具有明显的层次特征，开设物联网专业院校多且发展较好的地区都集中在东部沿海，即长三角和珠三角省域分布较为集中。

企业发展状况 目前市场上生产物联网实验教学设备和仪器的企业众多，从中国教育装备采购网（http://www.caigou.com.cn/z/wulianwang.shtml）获得的数据显示，具有代表性且成就显著的有北京联创中控、新大陆公司旗下的新大陆教育、杰创科技和深圳市海天雄电子有限公司等近300家企业，各企业发展及产业分布领域如图3所示。

图3（a）显示，绝大多数企业自产自销，随着市场和企业的成熟，也有近20%的企业专门从事营销，在生产企业和学校之间架起桥梁。图3（b）显示，企业相对集中于设置物联网专业较多、研发力量较为雄厚的京、沪、深、穗、宁、杭、苏、锡等城市。图3（c）显示，物联网实验教学设备和仪器主要分布在实验箱、通信与网络、单片机与嵌入式系统、传感与RFID等10多个种类中，较多的企业提供物联网实验箱，也有一些企业在实训设备和体验中心推出产品。

4 物联网教学仪器和设备产业发展中遇到的问题

调查显示，目前国内有很多大中型物联网企业已具有较为完善的技术，也有很多掌握核心技术的人才，但是由于物联网教学仪器和设备利润低、风险大、投入多、批量小，所以物联网实验教学设备多为不完善的设备[4]，还存在一些问题亟待解决。

实验设备技术简单且重复 物联网是一个综合性很强的学科，涉及知识面非常广，应用领域也非常多。不同层次的学生对掌握物联网知识和技能的要求不一样。而目前市面上的物联网实验教学仪器和设备针对性不强，大都是依照原有学科理论培养体系而设计的，各实验项目主要完成对教材中相应知识点的验证演示，往往是含有一种或几种物联网技术的设备，很难通过对这种设备的运用达到物联网核心技术的掌握，这种模式对于学生能力的培养效果有待商榷。另外，产业出现大量的技术重入现象，导致市场价格偏低。面对物联网实验教学仪器和设备与物联网专业发展脱节等现象，市场亟需一种能全面、系统涵盖相关技术，满足物联网专业教学需要的实验设备[6-7]。

标准化统一问题 任何一种设备用于教学，都有对教学的适应性问题。物联网仪器和设备标准之争将体现新的特点，如何充分认识这个新兴产业和技术特征，走好标准之路，依赖标准在企业发展中起到无可替代的作用。现在物联网教学仪器和设备还仅是零星碎片应用，最大领域的技术标准化还处于幼年期或是呈碎片状的，标准先导、标准协调和标准创新是产业后期将要努力做到的。而服务标准化也是物联网教学仪器和设备的一个重大问题，没有广泛地为普通民众所能接受的服务，物联网只能是空中阁楼，所以伴随技术创新、系统集成创新而来的新应用和新商业模式的标准化问题也陆续出现[5]。因此，技术标准化、服务标准化、应用标准化和商业标准化是需要持续研发的聚焦点，将物联网技术纳入教育仪器和设备体系就必须考虑标准化问题。

设备的开放性不足 实验箱的系统结构开放性明显不足[6]，严重限制了学生实践能力和创新能力的发挥。硬件都是设计调试好的，几乎无法进行更改和配置，不便于学生认识和理解其硬件组成。学生在现有的硬件条件下可以完成软件设计和实训，而到实际应用领域，换成一个全新的硬件平台和环境，可能会不知所措。

对物联网实验教学建设认识不足 我国的物联网进入高速发展时期，但是当前的物联网发展在我国的高等教育领域中所处的实际水平较低。建成完整物联网实验室并及时进行更新的院校只有十几所著名院校，多数学院的实验室还停留在互联网实验室的水平上，并且硬件设备老化比较严重。以上数据和我国院校的总数以及高等教育的规模相比可以发现，物联网这个新概念在高等教育领域还远远没有深入人心。

售后服务不完善 教学设备供应商的售后服务水平一直是学校采购者关心的重要话题，也是采购成交评定办法中所考虑的必备要素。如何提升售后服务能力，更是各供应商提升企业综合竞争力的重要课题。而目前市场中生产教学设备的公司售后服务尚不完全，主要表现有：学校设备损坏不能得到及时维修；售后服务时间在项目质保期过后，供应商的履行能力下降，供应商为学校维修时经常收各种费用，学校会因辨不清真伪而花费大量费用，造成资金浪费[7]。

5 物联网教学仪器和设备对策研究

为推进物联网专业建设进度、提高物联网专业学生培养质量，针对现阶段物联网典型教学仪器和设备产业发展中存在的问题，从以下几方面提出对策建议。

全面涵盖物联网核心技术，按需定制 将物联网的相关核心技术（如物联网通信和网络、传感和控制、嵌入式系统工程开发、RFID和物联网数据融合及管理等技术）分散到不同物联网实验教学设备中，教师和学生可以根据自己需要，在设备上任意选择相关技术模块进行集成，实现自己的实验设计，从而解决内容分散的问题，同时降低设备成本。

加强标准化建设，促进企业进步 企业首先要根据自身优势和资源等情况，定位即将来临的物联网仪器和设备的目标市场。其次，企业要进行选择，确定企业战略，制定企业总的愿望和目标。然后，企业量身定制企业标准化战略。标准化工作应努力建立相关领域的全面视野，跟踪本企业领域相关的研发重点和进展，分析技术先进性和适用性，了解群众普遍接受的服务要求等，加快推进物联网实验教学仪器和设备标准体系的建设和相关国家标准制定，并积极参与相关国际标准的制定。

完善设备功能，促进教学发展 实验设备应该提供从底层核心部分到各模块、再到一个完整的模拟系统的一整套软硬件资源，给学生提供组成物联网系统的硬件和软件基础模块，让学生进行系统设计和模块组装训练；同时，还应该提供一个核心的系统开发平台和调试环境，提高学生的开发能力，这样才能使物联网教学仪器和设备具有较完善的功能。

加强联合实验室建设，加大政策实施 学校和企业要提高认识，积极推动物联网专业教育和物联网校企联合实验建设。学校需要科学制订学院的发展规划，统筹规划建设资金，积极争取企业支持，做好物联网联合教育和联合实验室建设。企业需要跟踪学校学科和专业建设需求，将成熟的技术产品化，为学校提供满足教学需要的实验教学设备。

改善服务质量，提高服务品质 服务需要付出人力物力以及财力，教育设备产业也是如此。当前，学校和企业应分别设立维护维修专项资金，提供订购维修等费用，使设备得到有效的保障与维护。同时也要尝试服务外包，企业将非核心业务发包给本企业以外的服务提供者，减少企业的产业链，提高竞争优势。除此之外，还可以选择战略合作供应商，让供应方与采购方达成一种长期互助合作关系，相应的，售后服务变得简单方便。

6 结束语

高校是培育物联网人才的集结地，是中国物联网未来的希望。高校对物联网实验教学仪器和设备的选择显得尤为重要，物联网教学仪器和设备的价格和性能也是很重要的因素。因此，研制和开发高性价比的物联网仪器和设备应是目前物联网研究的一个重要的研究方向。高校应加大对物联网设备的投资力度，国家也需要加强对物联网产业的投资和对物联企业的政策支持，以促进物联网实验教学设备产业的发展。

[1]朱志亮,陈东红.中国物联网教育装备现状分析及前景探索[J].中国教育技术装备,2013(18):4-7.

[2]闫雪.电信运营商在物联网商业生态系统中的定位[D].北京:北京邮电大学,2010.

[3]戴蕾.我国物联网产业链构建研究[D].北京:北京邮电大学,2011.

[4]付永贵.基于分组教学的高校物联网实验室构建研究[J].中国教育信息化,2011(5):63-65.

[5]郑兆铭.物联网产业相关企业标准化之路的思考[M]//经济发展方式转变与自主创新:第十二届中国科学技术协会年会（第一卷）.北京:中国科学技术协会学会学术部,2010:1-8.

[6]李建斌,党力明,潘向峰.物联网实训系统建设探析[J].实验科学与技术,2014,12(2):185-188.

[7]尹恩德.教育装备项目的售后服务模式研究[J].教学仪器与实验,2010,26(3):52-54.