應(yīng)用型本科高校RFID課程教學(xué)改革與實(shí)踐

郭文龍，陳曉峰

（福建江夏學(xué)院，福建 福州 350108）

0 引 言

為了進(jìn)一步滿足物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求，近年來，教育部在許多高校批準(zhǔn)設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，許多高校均投入了大量的人力、物力支持物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設(shè)。然而，作為新成立的專業(yè)，各高校無論是人員配置還是課程設(shè)置或多或少存在一定偏差，這一切均需要時(shí)間來逐步完善。物聯(lián)網(wǎng)有感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層體系結(jié)構(gòu)，作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的RFID技術(shù)課程，在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)計(jì)劃中占據(jù)著舉足輕重的地位[1]。作為關(guān)鍵課程，其教學(xué)的成敗直接關(guān)乎學(xué)生的發(fā)展[2]。由于開課時(shí)間短，各高校配置的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不一，教學(xué)方法也不盡相同，所以積極探索應(yīng)用型本科高校的RFID課程教學(xué)方法極其重要。

1 RFID課程分析

作為物聯(lián)網(wǎng)三層體系結(jié)構(gòu)中最底層數(shù)據(jù)采集的RFID技術(shù)，在人才培養(yǎng)計(jì)劃中具有核心地位。該課程教學(xué)內(nèi)容主要包括RFID工作頻率、天線技術(shù)、射頻前端電路、編碼與調(diào)制、電子標(biāo)簽和讀寫器的體系結(jié)構(gòu)、中間件、RFID系統(tǒng)安全及RFID標(biāo)準(zhǔn)體系等[3]。通過該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能掌握RFID的概念，熟悉RFID技術(shù)相關(guān)無線電頻率、電感耦合和電磁反向散射的原理，理解數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制的過程，具備利用RFID技術(shù)采集數(shù)據(jù)并通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息互聯(lián)共享[4]。通過培養(yǎng)提高學(xué)生RFID技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析能力，為今后參加工作打下良好基礎(chǔ)。

該課程分理論和實(shí)驗(yàn)兩部分，是一門理論和實(shí)踐要求都很強(qiáng)的課程，通過理論學(xué)習(xí)輔以必要的實(shí)踐，把基本概念和理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，使學(xué)生能更好地把理論學(xué)習(xí)中學(xué)到的知識(shí)加以消化，使學(xué)生在參加基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的同時(shí)，獲得RFID技術(shù)的完整概念，進(jìn)而真正掌握理論知識(shí)[5]。目前有些高校將理論和實(shí)驗(yàn)設(shè)為同一門課程，有些高校則是將理論和實(shí)驗(yàn)分開為兩門課程，但無論采用哪種課程設(shè)置方式，其理論和實(shí)踐并行的教學(xué)手段均保持一致。

2 教學(xué)內(nèi)容安排

按照理論先行、實(shí)驗(yàn)滯后的原則，根據(jù)課程理論知識(shí)，制定理論教學(xué)安排，見表1所列。

表1 理論教學(xué)安排

理論課講完天線技術(shù)之后，實(shí)驗(yàn)課即可著手上課，按照RFID射頻識(shí)別的頻率進(jìn)行劃分，常用的RFID系統(tǒng)有低頻（125 kHz）、高頻（13.56 MHz）、超高頻（900 MHz）和微波系統(tǒng)[6]。通過構(gòu)建適合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)特點(diǎn)的模塊化教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分基礎(chǔ)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)兩大類[7]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排見表2所列。

表2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)以讀寫電子標(biāo)簽的驗(yàn)證為主，穿插講解原理，借助于驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，熟練掌握RFID各頻段的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)增加WSN與UHF ISO18000-6 Reader 結(jié)合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，PC機(jī)軟件界面上顯示的電子標(biāo)簽信息是通過無線傳輸WSN模塊之間的信息傳輸來獲取的。PC機(jī)首先通過ZigBee USB 模塊發(fā)送命令，與讀寫器相連的ZigBee RS 232模塊通過無線接收該命令，讀寫器識(shí)別到命令后，讀取電子標(biāo)簽的信息，然后反向傳給PC機(jī)。通過該實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生熟練掌握WSN與RFID讀寫器相結(jié)合的應(yīng)用場景和實(shí)際操作方法。

綜合性實(shí)驗(yàn)挑選比較簡單直觀的基于RFID的倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)的硬件涉及2臺(tái)讀寫器和若干標(biāo)簽，由于900 MHz的超高頻RFID讀寫器讀寫距離適中，比較貼近現(xiàn)實(shí)環(huán)境，所以讀寫器選擇基于UHF 900M ISO18000-6協(xié)議。系統(tǒng)可以根據(jù)各校的實(shí)際情況，選擇C語言、C++語言或C#等開發(fā)，數(shù)據(jù)庫可以選擇ACCESS或SQL設(shè)計(jì)。系統(tǒng)功能如下：數(shù)據(jù)庫中存放電子標(biāo)簽ID號(hào)和商品類別號(hào)、商品詳細(xì)描述信息，開發(fā)一個(gè)簡單展示界面，界面上有串口連接、商品信息登記、商品入庫監(jiān)測、商品出庫監(jiān)測及查詢某種商品的庫存等五個(gè)功能；利用讀寫器采集兩三個(gè)電子標(biāo)簽ID號(hào)并在軟件界面上登記商品信息；當(dāng)已登記信息的電子標(biāo)簽經(jīng)過入庫讀寫器時(shí)，該商品的庫存量增加一，當(dāng)已登記信息的電子標(biāo)簽經(jīng)過出庫讀寫器時(shí)，該商品的庫存量減少一；可實(shí)時(shí)在界面上查看所有商品的庫存情況。

3 教學(xué)方法探析

由于RFID理論性和實(shí)踐性均很強(qiáng)且較為抽象，故教學(xué)過程需結(jié)合多種教學(xué)方法進(jìn)行，常用的教學(xué)方法有案例教學(xué)法和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法等[8]。

案例教學(xué)法是教學(xué)中常用的教學(xué)方法之一，它要求教師必須在備好整門課程的情況下，用統(tǒng)攬全局的思想去設(shè)計(jì)相關(guān)案例。案例可以是全程教學(xué)圍繞一個(gè)大案例，局部教學(xué)圍繞一些小案例進(jìn)行，也可以根據(jù)課程知識(shí)逐章逐節(jié)設(shè)計(jì)。根據(jù)RFID的理論實(shí)際情況，該課程采用局部設(shè)計(jì)案例的教學(xué)方法。如在講天線知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，教師需事先搜索相關(guān)實(shí)際天線的案例，分析每種天線的優(yōu)缺點(diǎn)，然后切入RFID天線的理論知識(shí)。在課程臨近結(jié)束時(shí)需設(shè)計(jì)一個(gè)RFID系統(tǒng)的完整案例，把單一的知識(shí)點(diǎn)連成一條線，只有這樣，學(xué)生才能綜合掌握課程知識(shí)，對(duì)RFID課程進(jìn)行系統(tǒng)化的理解。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法以任務(wù)為導(dǎo)向，可以使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，也是常用的教學(xué)方法之一，對(duì)RFID課程的實(shí)踐教學(xué)可以多采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法。教師首先結(jié)合相應(yīng)實(shí)驗(yàn)用少許時(shí)間講解該實(shí)驗(yàn)的原理，然后圍繞該實(shí)驗(yàn)的目的要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)。在原理清晰和任務(wù)明確的條件下，學(xué)生自行通過探究完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法可以使學(xué)生融入到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，從而完成實(shí)踐操作。每個(gè)實(shí)驗(yàn)完成之后，教師需預(yù)留幾分鐘時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行講解，使學(xué)生意識(shí)到問題所在，進(jìn)而在下一次的實(shí)驗(yàn)中予以糾正并逐步提高。

4 考核方式改革

考核方式采用期末考核和平時(shí)考核相結(jié)合的方法。平時(shí)考核包括考勤、課堂表現(xiàn)、期中考試（如有）、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，平時(shí)成績占學(xué)期總評(píng)成績的30%～40%。理論部分的期末考試除了基本的客觀題外，可適當(dāng)增加論述題，如“從軟硬件等方面闡述基于RFID的智能停車場管理系統(tǒng)的構(gòu)成及實(shí)施方案”等，論述題可發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，也更能考查學(xué)生掌握知識(shí)的程度。實(shí)驗(yàn)部分的期末測試除了常規(guī)的測試數(shù)據(jù)外，也應(yīng)包括分析題，側(cè)重考查學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題的能力。學(xué)期總評(píng)成績的平時(shí)分構(gòu)成見表3所列。如果將RFID技術(shù)的課程分為理論課和實(shí)驗(yàn)課兩門課并分別考核的話，方法同理。

表3 平時(shí)成績構(gòu)成

5 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是近年新成立的一個(gè)專業(yè)，RFID技術(shù)課程則是該專業(yè)的核心課程之一。結(jié)合自身教學(xué)過程，對(duì)該課程授課內(nèi)容進(jìn)行劃分，并結(jié)合案例教學(xué)法和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法進(jìn)行講授，最后對(duì)課程考核方式進(jìn)行了改革。經(jīng)兩個(gè)學(xué)年的教學(xué)實(shí)踐和期末針對(duì)學(xué)生的個(gè)別訪談反饋情況證明，該教學(xué)方法深受學(xué)生歡迎，學(xué)生從傳統(tǒng)的被動(dòng)學(xué)習(xí)逐漸轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)、深入學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情大大提高，探索知識(shí)的能力也獲得了提高。誠然，課程教改還有待進(jìn)一步推進(jìn)，如如何更好地與后繼課程銜接、實(shí)踐課程如何繼續(xù)深化等，這一切都尚需在今后的教學(xué)過程中不斷加以改進(jìn)。