“RFID原理與技術”課程教學新挑戰與對策

[摘 要] 20世紀以后，RFID技術以其非接觸、低成本的特點廣泛應用在日常生活的各個領域，起到了巨大的作用。但近年來，該技術受到了多種信息技術的挑戰，如人臉識別、二維碼識別等，一定程度上壓縮了RFID技術的應用場景。從大量新興技術快速發展與應用的背景出發，探尋當前“RFID原理與技術”教學面臨的多種挑戰，如二維碼識別、人臉識別對RFID技術產生的影響;課程課時量的下降;理論學習與實際操作能力的側重點;實驗內容的合理安排這些方面，并提出了相應的應對措施。最后，以防碰撞算法為例說明了教學實施過程，為本課程的教學改革提供有益借鑒。

[關鍵詞] RFID;物聯網;課程改革;仿真實驗

[基金項目] 2018年度教育部協同育人項目“RFID原理與技術創新課程”（201801155016）

[作者簡介] 孫高飛（1983—），男，湖北安陸人，博士，常熟理工學院計算機科學與工程學院網絡與物聯網工程系講師，主要從事物聯網應用研究。

[中圖分類號] G643 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）29-0073-04 ? [收稿日期] 2021-03-16

RFID（Radio Frequency Identification）技術是自20世紀90年代以來逐漸興起的一種利用無線射頻進行自動識別的技術，具有非接觸、多標簽同時識別、識別速度快、標簽抗污染小型化等諸多優點，在社會生活的各領域中，如交通運輸、物流追蹤、食品安全等發揮著重要的作用。自2010年來物聯網工程專業逐漸成為很多高校的新增專業，“RFID原理與技術”也成為物聯網專業的核心專業課。通過這一課程的開設，有力地促進了學校教學與實際運用之間的深度鏈接，對于深化工程教育改革，推進新工科建設起到了重要的促進作用。

對于這樣一門涵蓋知識內容廣泛且有一定深度、理論與實踐結合緊密的物聯網工程專業課，要達到較好的教學效果，滿足應用型人才的培養目標要求，并非易事。在多年的教學實踐過程中，不少高校教師做出了大量的有益探索。針對課程內容廣泛及增強學生學習主動性問題，提出了利用翻轉課堂方式對教學內容全覆蓋，為學生提供個性化的學習體驗，取得了較好的教學效果[1]。同時重點關注了RFID相關技術標準的學習，以實際應用為牽引，著重培養學生的實際應用和解決問題能力[2]。通過對教學內容分層設計，并結合翻轉課堂，有效提高了學生的學習積極性[3]。詳細分析課程實驗遇到的困難，提出了基于軟件仿真的教學方法，提升了實驗效果[4]。針對應用型本科的RFID工程實訓教學，厘清了課程定位，通過理論教學與工程實訓相結合，提高了學生的認知能力與動手能力，有助于培養學生的創新應用能力[5]。從新工科背景下的物聯網專業建設角度，提出了任務分解、項目驅動的教學思路，分享了課程改革的教學實踐，有力推動了課程改革進程[6]。上述文獻中關于本課程的教學改革探索，主要集中在對現有課程內容的教學內容、過程的優化設計，以及針對不同的教學目標和條件，如新工科、應用型人才培養需要等角度，研究通過改進教學方法、側重教學內容等方法提升教學效果，但對目前面臨的技術發展背景及其對課程教學的影響分析不夠全面。本文將綜合利用已有的課程改革成果和經驗，并重點關注新技術發展對本課程帶來的挑戰，并嘗試給出相應的課程改革方法。

一、當前課程教學存在的現實問題

首先，我們應該看到，技術發展的速度正在逐漸加快，RFID技術已經不再“先進”，隨著移動互聯網和4G、5G網絡的興起，RFID技術的使用空間不斷被壓縮。“黑”科技不斷涌現，如二維碼識別、人臉識別、聲紋識別、指紋識別等不斷取代RFID的應用場景，如移動支付、門禁考勤、物流跟蹤等。從日常生活中，可以明顯看出RFID的應用范圍在逐年下降，如很多高校的校園卡基本被二維碼識別方式所取代，食堂就餐、進出圖書館等已不再需要攜帶校園卡，乘坐公共交通也無須辦理實體公交卡而是通過手機二維碼支付。在這樣的實際情況面前，教師不能再言稱RFID技術先進、應用廣泛。學生也會對學習這門課的意義產生疑惑，學習這門課程的動力有明顯下降，從而最終影響到課程的教學效果。

其次，該門課程所包含內容廣泛，涉及射頻振蕩電路、電磁場及天線、編譯碼、信道傳輸、加密解密、多用戶接入技術等諸多知識點，點多線長，對學生的專業基礎知識水平有著較高的要求。并且不少高校的物聯網專業都屬于計算機學院或計算機學科，課程設置上偏向計算機類課程，學生的計算機專業基礎知識較為全面，但通信方面的基礎較為薄弱。然而，隨著教學改革的不斷深入，大量的基礎課程內容被調減，本課程的課時同樣較為有限（筆者所在院校該課程共48學時），既不能期望前期課程中對涉及的這些基礎知識有全面、系統的學習，也不允許本課程能詳細展開學習每

一個涉及的知識點。這樣的現實條件，也給該課程的學習帶來了不小的挑戰。

再次，面臨新工科及應用型人才的培養要求，本課程作為專業核心課，而非作為理論基礎類課程的教學安排，對課程的教學安排也帶來了新的挑戰。總的課時有限，既要照顧到理論教學的需要，讓學生能夠了解系統的工作原理，掌握相關的技術原理，又需要留出課時用于實踐類實驗項目。例如，RFID技術標準中廣泛應用的曼徹斯特碼、密勒碼，學生需要在理解其編碼流程，以及采用這些編碼的意義之后，再通過實驗進一步掌握這類編碼的實際應用方式。一旦缺少這部分的理論學習，學生只能掌握各種編譯碼規則，而不知道為什么需要編譯碼，對培養創造性思維以及實際的靈活應用是不利的。

最后，本課程的實驗安排上，既要照顧到基本原理進一步理解的需要，也需要掌握具體的RFID器件及系統操作。對于基本原理，如RFID標準中常用的編碼譯碼，加密解密算法，在具體的器件中都是封裝在內的，無法通過編程改變，需要設計合適的理論仿真實驗加以驗證。而對于實際RFID器件，雖然其使用較為廣泛，但涉及器件本身的只有讀卡、寫卡這兩個基本過程，要讓整個系統能有應用價值，還必須額外添加其他嵌入式系統、網絡傳輸等支持設備和模塊，才能最終構建出完整的應用系統。這些理論驗證與實際應用系統的構建，需要在有限的實驗課時中加以合理安排，滿足學生對系統原理及實際系統學習的需要。