基于CDIO的物聯網專業“RFID技術與應用”課程實踐教學研究

利節+陳國榮+馮驪驍+熊茜+金尚柱+賴軍輝

摘要：“RFID技術與應用”是物聯網專業的一門核心專業課程，大多數物聯網專業都將此課程設置為學分最高的專業課程。針對應用型本科院校培養人才的特色，總結已有教學經驗，對該門課程實踐環節的教學改革進行了分析研究，提出已建設的方案，旨在加強學生編程和動手能力，提高學生應用創新的能力，培養出符合企業需求的技術創新人才。

關鍵詞：RFID；實踐教學；應用型本科

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）30-0111-02

2010、2012年教育部公布了通過審批的140個高等學校戰略性新興產業相關本科新專業，各高校紛紛開設相關專業。在新增本科專業名單中，數量約一半的高校新專業都與物聯網有關。到2014年，重慶各大高校也都開設了物聯網工程專業，輻射本科院校和高職專科學校。目前，國內物聯網企業表示計算機、通信類、應用物理類等三個學科人才是物聯網企業迫切需要的。

“RFID技術與應用”作為物聯網工程專業的核心專業課，對培養應用型創新人才尤為重要。經過對此課程的教學工作，我們發現現有的“RFID技術與應用”的教學實踐內容需要進行改革和建設，使學生在已有的基礎體系上更好地掌握具有針對性的相關知識。

一、“RFID技術與應用”在實踐教學中存在的問題

1.學生創新度低。現有模式一般為教師每次布置題目，由學生選擇。通常這些題目在網上有大量已有的資料，如往屆學生作品上傳至網絡上，這導致學生過多寄希望于抄襲網絡上的作品。同時，由于題目是已定的，未必是學生感興趣的方向，學生只是為了學分而學習，非常被動。

2.題目更新度弱。教師幾乎全部時間都花費在教學任務上，接觸外界狀態有限，因此每年的課程實踐內容更新較少，而現在學生每天卻花費大量時間在網絡上，了解國內外動態，對新的技術也更為渴望。

3.已有資料少。物聯網專業仍屬于新建專業，各高校都處于探索階段，少有成熟的實踐體系和方法作為指導。同時，針對培養應用型創新人才為目標的特點，應結合實際的行業背景制定實踐內容，培養適合企業需求的學生。

二、實踐硬件平臺

市場上現有的RFID實驗設備多數為驗證性實驗。為了滿足實踐教學的需求，設計了專業實驗平臺，遵循模塊化的設計思維，每個模塊跟理論知識相互呼應，既保證系統的通用性和可擴展性，又讓學生能夠很好地理解知識點。實驗平臺基于SG-TOP888射頻開發板，包括了射頻模塊、液顯模塊、應答器模塊和單片機模塊。單片機采用學生學過的STC89C52RC芯片，其工作頻率為9600Hz，所有I/O引腳引出，可外擴多種外設并提供豐富的再擴展接口，為接入超高頻及低頻RFID電路提供便利。射頻控制模塊主要實現對射頻讀寫芯片的控制編碼和操作。天線及匹配電路為RFID應答器提供電源，并在讀寫模塊與RFID卡之間傳送信息，由于這塊并不是我校物聯網專業的重點，因此只做應用不做編寫。模塊化設計為系統保留了更多的操作空間，通過查看原理圖可以快速掌握各模塊的功能和原理，在此基礎上衍生上位機開發。

三、基于CDIO的物聯網工程專業實踐教學

1.實驗課程的建設。為了保障學生的動手能力，“RFID技術與應用”課程約50%的課程時間為實驗，目標是通過實驗環節輔助掌握理論課程知識內容，因此實驗課程的設計更重視知識點的操作，由淺入深，逐步深化。首先，使用RFID arduino套裝啟發學生的興趣，進行簡單的電路連接，掌握RFID系統的外圍電路。其次，運用RFID單片機套裝，通過編碼操作實現射頻讀/寫卡操作、密碼更改、數據傳輸檢驗等功能，鍛煉學生的動手編碼能力。最后，結合物聯網所有專業課知識，在物聯網綜合實驗箱上進行綜合實驗，培養學生簡單的綜合設計能力。

2.實踐專周的建設。實踐專周具有較好的時間連續性和延續性的特點，因此，專周題目設計采用項目驅動的方式。三個學生為一組，可選擇自定義題目，也可選擇指定題目。學生自定義題目的內容必須包括上位機軟件開發、數據管理、多個讀卡器操作，題目難度由教師審閱并充實。指定題目依靠本校在石油領域的優勢，結合石油行業的實際RFID技術應用，設計完整的RFID系統開發。以抽油機運行異常診斷系統、油田區小車巡檢系統和油氣田資產管理系統為例講解實踐專周項目難度。

（1）抽油機運行異常診斷系統。當抽油機到達地位時，RFID標簽被讀卡器讀取，根據每次讀取時間點間的間隔，運用數據處理方法可以判斷抽油機是否運行正常。學生必須掌握RFID讀寫卡技術、數學基礎、仿真軟件等。

（2）油田區小車巡檢系統。基于RFID技術巡檢系統的任務可以在后臺管理系統中靈活配置，可以隨時添加刪除設備，添加刪除巡檢點、改變巡檢點的先后次序等。當發生突發事件，可以及時的調整巡檢順序或者增加巡檢點。在系統中，一旦巡檢任務定義好了之后，在巡檢的時候如果發生漏檢，巡檢設備將會及時的報警提醒巡檢人員和管理人員，從而徹底解決了巡檢過程中時有發生的漏檢問題。學生必須掌握RFID讀寫卡技術，上位機Java語言和數據庫功能，等等。

（3）油氣田資產管理系統。油氣田資產管理系統主要由RFID標簽、讀寫器、讀寫器天線以及應用系統組成。RFID讀寫器通過讀寫器天線發送出一定頻率的射頻信號，當標簽進入讀寫器天線所在磁場時獲得感應電流而得到能量，同時標簽向讀寫器發出自身的數據信息，讀寫器對數據信息進行采集并將數據信息傳送到計算機進行處理，并將處理結果結合應用系統，可以實現對油氣田資產的有效管理。學生必須掌握RFID讀寫卡技術，上位機Java語言和數據庫功能，等等。

四、校外實訓基地建設

物聯網專業是應用性非常強的學科，學校應結合企業的實際需求，共同制訂培養計劃與方案，使學生學以自用，在實際操作中掌握最新的物聯網應用技術，提高自身的就業競爭力。為了建立穩定長效的合作關系，我校已獲批教育部—中興通訊ICT產教融合創新基地，在云計算、移動互聯技術方向開展教學，應用研發與創新。2014年我校成為了重慶市物聯網協會副理事會單位，與中移物聯網基地建立了長期的參觀協議，為我校物聯網專業學生擴展視野和實習提供了良好的平臺。

五、結語

伴隨著“互聯網+”的提出，物聯網行業發展迅猛，對學生的需求量也逐年遞增，但物聯網專業涉及知識面廣，全國高校物聯網專業已有畢業生人數較少，并且培養計劃每年更新。要培養應用型創新人才必須依靠某個行業，并且課程進程中除了設計大量的實驗環節外，還需要配以完整的實踐專周。通過對兩個年級物聯網專業的授課，我們不斷地更新實驗題目，提高學生對知識點的理解能力。關于實踐專周，學生對自擬題目更有熱情去完成，他們提出的題目更具有創造性，每年都有學生將做好的自擬題目申請專利，大力地提高學生的創新能力。

參考文獻：

[1]趙玉蘭.“數據結構”課程實驗環節教學的改革與實踐[J].計算機教育，2010，（1）：70-72.

[2]李伙友.《計算機導論》實驗環節的課程建設與改革[J].福建電腦，2006，（2）：27-28.

[3]劉敏.“電子商務概論”課程實驗環節改革與實踐[J].實踐教學，2008，（22）：61-64.

[4]陳姍，吳永琢，劉汝元.高職院校物聯網專業實驗環節的研究探討[J].青春歲月，2013，（6）：297.

[5]唐煒.基于項目驅動的單片機類課程實踐教學改革[J].實驗室研究與探索，2010，29（5）：130-132，154.

[6]曹國平，王宜懷，曹金華.應用型本科物聯網專業RFID課程實踐教學研究[J].計算機教育，2015，（10）：100-102.

[7]崔貫勛，王勇，王柯柯，何亞輝，馬勇.基于CDIO的物聯網工程專業實踐教學體系的研究與實踐[J].實驗技術與管理，2013，30（5）：111-114.