RFID原理及應用課在智慧實驗室中的教學改革探索

唐 欣， 康 晉， 陳燦婷

(1.桂林電子科技大學， 廣西 桂林 541004; 2.楊凌職業技術學院， 陜西 楊凌 712100；3.桂林信息科技學院， 廣西 桂林 541004)

0 引 言

“RFID原理及應用”是為物聯網工程專業本科生開設的核心技能專業必修課。通過對本課程的學習，使學生能掌握RFID技術的概念，熟悉RFID技術相關的無線電頻率、識別系統、電磁場、電磁波、天線等基本概念，理解數據通信技術的基本概念，了解RFID技術應用系統及其設計等，培養學生掌握RFID技術的系統集成設計及分析能力，并通過典型案例來了解RFID技術在社會生產環節中的應用。但該課程教學方法仍然是以教師理論講解為主，導致學生缺乏從應用實踐中深刻理解所學內容，使得學生難以掌握該課程的教學內容，教學效果一般。為提高“RFID原理及應用”課程的教學質量，提升學生在課程過程中的參與度，本文結合智慧實驗室已有的教學條件和教具，探索“RFID原理及應用”課程在智慧實驗室中的教學方法改革。

1 智慧實驗室概述

智慧實驗室運用先進的物聯網、大數據分析、虛擬現實、5G和數字孿生等前沿技術，結合用戶、咨詢方、設計方、建設方以及專家的綜合需求，對實驗室建筑及其內部房間系統、環境系統、安防系統、能源系統、資產系統等專業設施做全面數據整合、同步和關聯，建立整體安全防護和智能管理。最終將傳統實驗室打造成具備高效和便捷、綠色和節能以及安全和安防特性的綜合教學科研場所。根據中國智慧建筑調研白皮書調研顯示，中國健全的法規和嚴格的執行制度保障了建筑安全防范達到高標準水平，智慧建筑市場呈現出整體智慧水平較高的態勢，與其他主要國家相比智慧評分優勢顯著[1]。但是實驗建筑智慧化評分及標準目前還處于空白，說明智慧實驗室領域仍然處于研究探索階段。

為促進新一代信息技術應用與教學深度融合，推進高等學校課堂教學改革，推動從教育專用資源向教育大資源轉變和從融合應用向創新發展轉變的教學研究已經開展[2]。鑒于當前RFID課程教學的現實情況，本文研究構建“互聯網+”條件下的應用型人才培養，發展基于互聯網的教育服務，以及探索新時代教學改革新模式。

2 RFID課程在實際教學過程中的問題

(1)授課方式重理論、缺實踐。RFID課程教材因不同的學校對學生的培養方案而有所差異，就目前來看，較多的學校仍然采用理論知識完善的教材，而較少采用偏重實踐應用的應用型教材。這種教材選擇主要有以下潛在的直接消極后果。一是教學內容偏理論、教師授課方式也相應的偏向理論教學，學生學習積極性欠佳、授課內容理解困難；二是課程內容偏理論的直觀印象就是公式多、書本厚，一次授課需講解的內容可能高達幾十頁，直接給學生增添了不少的心理負擔，學習壓力劇增，如課程中涉及的天線基礎、射頻基礎理論等，內容過于理論化，對于非通信相關專業的同學，需要在短時間內理解并掌握這些內容，并且還缺乏相應的課程實驗與設計實踐，因此，掌握這門課的內容并非易事。

(2)課程應用要求學生綜合能力高。本門課程包括典型RFID系統及構成，射頻電路的基本理論，包括傳輸線和諧振電路等。分析和設計射頻識別系統，要求學生具備構建閱讀器、應答器設計的能力，掌握實際RFID系統應用的能力。通過課程中的分析、討論以及對整個RFID系統設計流程的學習，培養分析溝通能力，建立從概念、算法到實際應用的思維模式，從實際需求到建立RFID識別系統的基本素質。可見，該課程要求學生具備基本的硬件電路設計，如原理圖的設計、PCB板的制作等；基本硬件電路的學習，如模擬電子電路、數字邏輯電路、高頻電子電路等；語言類的課程學習，如C語言、C#、JAVA；以及計算機專業相關的其他課程，如數據結構、數據庫、網頁制作等課程。顯然，課程內容跨度大、綜合性強，大部分學生總感覺自己缺乏太多相關課程的學習，容易喪失學習本門課的信心。

(3)解決實際RFID系統問題的能力缺失。“RFID原理及應用”課程各章節連接緊密，整個課程設計是一個完整的RFID系統，只有將每章的授課內容相互銜接并理解，才能完成一個基本的RFID系統學習任務，因此，學生較難解決信息量偏少，應用范圍廣泛的實際RFID系統問題。此外，學生在早期學習過程中，主要以被動式教育為主，學生缺乏自己獨立思考的能力，難以達到在實際問題出現時進行主動的尋找解決辦法。另外，RFID系統包括低頻、中頻、高頻、微波等不同頻段的應用系統，使用場景也千差萬別，設計、生產及建設方魚龍混雜，特別是所學設備配置與真實應用存在巨大差異時，學生在面對這種實際系統時，會顯得手足無措，暴露出解決實際系統問題的能力明顯不足的問題。

(4)課程內容與思政教育協同缺位。 “RFID原理及應用”作為物聯網專業的一門核心基礎課程，本課程的任務是教育和引導學生掌握射頻電路的基本原理、射頻識別的原理以及應用，將RFID系統應用到社會生產環節中。得益于RFID技術近年來取得了飛速的發展，在各領域的應用日益廣泛，包括門禁系統、無接觸收費系統等，這些引用場景均與人們的生命財產有關，要求RFID系統的開發和使用人員需要良好的專業技能和職業操守，但在目前的“RFID原理及應用”課程的教學課程中，教師過于重視課程內容的講解，而缺乏教師的基本要求“教書育人”中的育人方面的傳授，特別是思想政治方面的教育不足，如某校5名學生的校園卡出現數據異常，民警抓獲5名嫌疑學生[3]，大學生破解校園卡系統，白吃白喝兩年被刑拘[4]等大學生所學RFID專業知識不用在正途的例子比比皆是，動歪心思破解校園一卡通充值系統的案件屢見不鮮，至少說明了“RFID原理及應用”課程中缺乏思政教育，學生法制觀念淡薄。

3 RFID課程在智慧實驗室中的教學新方法

(1)沉浸式教學策略。智慧實驗室通過引入物聯網技術，包括RFID感知識別技術、可靠網絡傳輸系統以及局部智能決策等技術手段，實現全天候向學生開放實驗設備，實驗室信息查詢、課程學習、設備使用預約、違規操作的告警及歷史記錄的查詢，真正實現了沉浸式教學模式，增加了學生課外實踐的時長，彌補了理論課時長、配套實踐時間的不足，不僅增強了學生自主學習的靈活性，也提高了實驗設備的使用效率。

(2)共享式教學資源。通過智慧實驗室的高速網絡，借助第五代移動通信的高帶寬和超低時延的性能，突破時空的限制，讓更多的學生共享同等優質的RFID課程資源。而且，RFID課程專任教師將生成的教學視頻上傳智慧實驗室云平臺，獲授權的學生通過個人賬號，直接登錄智慧實驗室云平臺，可隨時復習和學習課堂內容，以解決當前該課程內容多、課時少的問題。同時，通過引入共享式教學資源，可以讓學生學習RFID課程相關的所有其他的基礎課程，以提升學生對不同學科的知識的綜合運用能力，以解決學生學習本課程部分課程內容缺失的短板問題。

(3)混合式教學師資。智慧實驗室區別于傳統實驗室的基礎設施，智慧實驗室內部往往是通過高速網絡通信鏈路進行實驗室的網聯化，有利于實施線上教學。因此，通過線下教師進行傳統的教學活動，同時，通過校企合作、聯合培養等新時代背景下的教學模式，在教學過程中穿插部分線上課程，將高校在研的、企業在銷售的典型RFID應用系統引入課堂，開展線上線下混合式教學，將理論與實際應用相結合的模式，從多維度激發學生的學習興趣，培養學生的應用知識的能力，培養學生解決實際RFID系統問題的能力。

(4)警醒式教學育人。 智慧實驗室通過教學環境的網聯化、教學資源的共享化，一方面，鑒于RFID技術的應用場景通常是與人們的生命財產密切相關的場所，顯然RFID技術的應用本身就是一個嚴肅的話題，另一方面，通過本課程的教學，特別是結合智慧實驗室在內的多屏互動，用以警醒學生遵紀守法，切勿利用所學RFID原理及相關技術實施違法犯罪活動，切勿做高知識犯罪分子的典型，樹立良好的人生觀、財富觀，遵守“君子愛財取之有道”的基本原則。

4 總 結

本文是近五年來“RFID原理及應用”教學實踐中的一些總結和設想，通過智慧實驗室的固有的軟硬件配套優勢，因地制宜，充分挖掘智慧實驗室的設備資源，一方面真正講全講透RFID系統的基本原理，另一方面通過將智慧實驗室的創新技術、方法和思想融入到整個RFID教學過程中，把培養具有扎實的專業知識的應用型人才作為本課程教學改革的初心和使命。