RFID應用型課程實踐教學改革探索

田宏偉 任勇

[摘要]針對RFID課程實踐教學向企業實際開發環境靠攏，培養具備解決“跨界復雜工程問題”能力的工程應用型人

才的目標，從應用型本科實際出發，以企業廣泛使用的集成產品開發模式為核心，在實踐課程內容、實踐平臺構建、實踐教學組織方式和考核方式方面提出具體實施方案，為建立較為完善的應用型人才實踐教學模式提供參考。

[關鍵詞]RFID課程;實踐教學改革;集成產品開發;過程化考核

[中圖分類號]G642

[文獻標志碼]A

[文章編號]2096-0603（2019）07-0098-02

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID技術）是通過無線射頻方式獲得物體的相關數據，并對物體加以識別的自動識別技術，是物聯網技術的基礎。隨著物聯網的快速發展，RFID技術已經應用于社會生活的各個領域，包括身份識別領域、交通領域、物流領域、醫療保健領域、食品餐飲領域及零售領域等，成為我國信息化建設的核心技術之一。近幾年，隨著各高校物聯網工程專業的開設，在應用型本科人才培養環境下，如何有效開展RFID課程實踐教學改革，提高實踐教學效果，建立較為完善的實踐教學模式，是值得探討和探索的課題。

一、實踐課程內容設計

物聯網工程專業培養的是企業所需的工程應用型人才，工程應用型人才一項重要的能力便是解決“跨界復雜工程問題”的能力凹，因此在RFID的實踐教學內容設計上需要充分考慮這一點，以往的RFID實踐教學內容一般都包括高頻、低頻和超高頻電子標簽的讀寫實驗，以及在這些基礎實驗之上的綜合性實驗，由于實踐教學時間有限，過多的精力放在驗證性實驗之上，綜合性實驗效果不盡如人意。

物聯網工程專業人才實踐能力的培養要盡量做到與企業的銜接，在物聯網行業中，大部分企業完成的是系統集成性、創新性的開發，中國工程院院士鄔賀銓指出，物聯網與其說是網絡，不如說是應用，清晰地表明物聯網工程專業集成創新的特點2。因此，在RFID實踐課程內容設計上，不是簡單地在已有的實驗箱上開展基本認知實驗、基本技術實驗和綜合實踐實驗，而是采用集成產品開發（Integrated Product Development，IPD）模式，由學生項目小組根據實驗總目標，自己確定如何進行系統設計、硬件搭建和軟件開發，整個過程時間跨度大，需要項目小組以項目管理的思路在課內和課外開展實驗活動。

課程實驗總目標定位開發冷鏈運輸RFID監控系統，在給出初步的需求后，由學生組成項目小組，按照工程項目管理的流程進行需求分析、可行性分析、范圍管理、系統設計、進度管理和文檔管理等一系列活動，在開展系統設計的活動中，整個項目小組事實上已經完成了基本認知實驗、基本技術實驗和綜合實踐實驗。

二、實踐硬件平臺構建

物聯網工程專業培養的是“工程應用型”人才，必須高度重視與理論教學相輔相成的實驗教學環境B。RFID課程涉及通信原理、基礎電路、微波技術和軟件技術等，專業跨度大，所以實踐教學設備的選擇和設計一直是不斷探索的過程。目前，常見的RFID實踐教學設備主要有以下三種：（1）以廠商提供的RFID綜合教學平臺為主，一般配備多種頻段的RFID模塊，基于32位處理器的RFID原理機，同時帶有信號探測針，通過示波器能提取、展現出RFID系統中整個的射頻信號4;（2）以RFID虛擬仿真平臺為主，一般利用MATLAB/Simulink 進行輔助教學，可實現高頻接口信號調制解調仿真和包絡建波電路等試驗;（3）以自主設計模塊化實驗設備為主，一般包括具有豐富擴展接口的MCU最小系統、射頻控制模塊和天線模塊間。

三種教學設備中，RFID綜合教學平臺功能齊全，但是硬件模塊通常固化在實驗箱上，不利于學生進行課外實踐，虛擬仿真平臺一般在電子信息專業使用，學生前期已經學習了信號原理，掌握了仿真軟件使用，對計算機專業不太適合，模塊化實驗設備擴展性好、便于攜帶，更加適合學生進行課外實踐和二次開發。

基于應用型人才培養的目標，本著有利于學生自主設計的原則，設計了基于Arduino開源硬件的便于課內外自主設計實驗的RFID模塊化實驗套件，套件包括ArduinoUNO核心處理模塊、RC522射頻控制模塊、12864液晶屏、4x4 矩陣鍵盤、繼電器模塊、溫濕度傳感器模塊、SD卡存儲器模塊、WiFi模塊等。Arduino采用ATMega328作為核心CPU，具有6路模擬輸入接口和14路數字輸入輸出接口，6路PWM輸出。Arduino 開源平臺即擁有自己的設計師與愛好者社區，并有擴展庫與軟件支持，便于快速完成應用型項目的搭建。

RFID模塊化實驗套件除了能夠有效支撐課堂內的RFID綜合性實踐教學內容外，還便于攜帶，方便學生在課外進行自主練習和實踐，目前已有學生開展興趣小組活動，做好參加蘇州大學大學生課外學術科研基金項目和“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽的準備。

三、實踐教學組織方式探索

有效組織學生開展訓練，以達到工程應用能力的提升，是實踐教學的目標。但是在實際教學過程中，由于一些主客觀因素的影響，在實踐教學過程中往往是簡單的項目分組，往往是組內一個動手能力較強的學生把所有的項目內容做完，或者項目結束后沒有任何過程性記錄，或者整個項目過程沒有綜合考慮成本因素，等等。這種教學組織方式存在一些問題，譬如技術水平得到提升，但某些工程應用能力沒有得到提升，如項目管理能力和經濟決策能力;又或者項目小組團隊合作意識不強，存在有意愿的學生主動做，不愿意做的學生在邊上看的情況。

因此，需要學習和對接行業企業的產品開發組織方式，20世紀90年代后企業界不斷反思產品開發“唯技術論”觀點的不足，經過幾十年的實踐，形成了一些有效的成熟做法，如集成產品開發模式已被全世界創新型企業所認同”。IPD組織實施的核心思想是構建跨部門、跨學科的集成產品開發團隊，通過有效溝通、協調及決策，盡快實現目標。

當然集成產品開發需要一定的企業實際環境，某些要求在實踐教學環境中還不具備，但是可以根據其核心理念開展實踐教學，具體措施如下。

（一）合理劃分項目小組

集成成品開發的核心是多部門協同組成團隊，團隊成員能力互補，致力于共同目標，共同承擔責任。因此在劃分項目的小組之前，需要先進行IPD方法論的宣貫，理解集成產品開發的基本思想，學生需要根據自己的實際情況，有針對性地選擇在某方面能力具備一些優勢的隊友，組成能力互補的小組，每組成員在4人左右。

（二）有效開展團隊協作

IPD項目小組協作模式為集體決策、任務獨立，集體決策是在項目的范圍確定、系統架構選擇等關鍵點，需要由項目小組討論進行決策，而非某個學生單獨決定。這既保證了小組成員得到了某方面能力的提升，又鍛煉了自身綜合考慮多方面因素進行決策的能力。任務獨立是指每個小組成員都要承擔獨立的實踐任務，如RFID項目中射頻模塊的選型、成本的綜合考慮、文檔的編寫等。

（三）注重使用翻轉課堂

翻轉課堂教學模式將教學中心從以“教師為中心”的傳授方式轉移為以“學生為中心”的自主學習方式，強調課堂外學習，尤其是對RFID課程設計這種綜合性的實踐教學，僅僅依靠18個課時的課內時間是遠遠不夠的，因此在項目小組在課外也需要組織開展學習和討論，課內由教師進行指導，培養其思考問題解決問題的能力。

四、考核方式改革

采用集成產品開發模式進行RFID實踐教學，決定了進行過程化考核的適用性。一方面，從思想上杜絕學生應試的僥幸心理，形成良好的教風和學風四;另一方面，為學生搭建與企業實際環境接近的實踐氛圍，集成產品開發不會使用考試的方式進行考核，而是以目標產出為導向，注重過程考核。

實踐教學過程中使用集成產品開發項目管理的里程碑作為階段性考核的時間點，一般包括4個里程碑。

里程碑1：第2次實驗課結束，第1次實驗課由教師對項目進行介紹，并對集成產品開發思想進行介紹，隨后啟動項目，開展需求分析、范圍確定等工作。接下來主要靠課外時間進行小組學習和討論，在第2次實驗課結束時，需要考核項目范圍、進度計劃和成本計劃以及完成項目所需的技術介紹。

里程碑2：第3次實驗課結束，考核內容為冷鏈運輸RFID監控系統的整體設計報告，包括硬件設備選型、軟件初步界面、傳輸網絡選擇，涵蓋物聯網感知層、傳輸層和應用層三個層次內容，同時需要包括更新的進度計劃和成本計劃。

里程碑3：第5次實驗課結束，考核內容為冷鏈運輸RFID監控系統的硬件搭建、軟件功能，項目小組需對系統進行功能介紹和開發經驗分享。

里程碑4：最后一次實驗課進行，考核知識點為產品開發報告、成果展現及集成產品開發經驗教訓總結。

實施過程化考核，對學生綜合能力的培養起到促進作用，使學生產品開發能力得到鍛煉，同時在項目開發經驗積累、團隊合作意識等方面都得到了提升。

五、結語

在工程應用型人才培養理念下，以RFID課程實踐教學改革為例，以集成產品開發模式為核心，通過對課程內容、實踐平臺、教學組織方式和考核方式的改革，提高了課程教學質量，學生項目管理能力和專業技能也得到了提升，符合新工科理念下實踐課程的建設，為相關課程的實踐教學模式改革提供了參考。

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