以产品设计为导向的“ID识别技术及应用”教学研究

李济生

北京交通大学计算机信息技术学院 北京 100044

随着智能化社会的发展，智能卡技术已经渗透到我们社会生活的各个领域。为了跟进时代的步伐，使学生了解由智能识别技术应用而生的各种智能化产品，我院为高年级学生开设ID识别技术及应用课程。该课程是技术性、工程性和应用性很强的专业课程，其目标是要强化学生的动手能力，培养工程应用型人才，同时也作为一种就业前的技能实训。

1 课程教学存在的问题

1.1 教学内容缺乏系统性

ID识别技术及应用是一门新型课程，涉及ID识别中的诸多技术，包括磁卡识别技术、条形码识别技术、IC卡识别技术以及射频卡识别技术等。目前市场上很难找到相应内容的教材，而课程教学内容主要以相关的ISO国际标准和以解剖市场上典型的ID识别产品设计方法为基础来规划的。由于课程内容相对零乱，教学与实验也未能有机地结合，导致课程内容在设计和组织上缺乏系统性和连贯性。随着教学的逐年深入，这门技术性很强的课程不仅没有体现出强化学生实践水平和提高学生动手能力的特点，而且逐步变成了一门科普性的教学课程，这与当初规划课程的目标相违背。如何克服课程教学中存在的问题，规划出系统性强、教学和实验能紧密结合的内容就成为我们课程改革的主要目标。

1.2 对实践教学环节重视不够

在最初的课程建设中，没有将实验教学环节放在课程教学的重要地位，理论教学内容偏多，课堂上涉及大量的ISO国际标准、抽象的概念和复杂的硬件控制时序。对于这些课堂教学内容，学生往往感觉枯燥无味，没有什么吸引力，致使思想容易涣散，注意力不够集中[1]，教学效果极其不佳，导致一部分学生离开课堂，甚至某些学生把选修这门课程作为获取学分的一种手段。另一方面，由于教学内容没有与实验内容紧密结合，使很多ID识别技术的常用方法和手段不能通过实验进行验证和再设计，很多学生本想通过这门课的学习来提升自己的动手能力，但教学内容未能体现强化实践能力的特点，反而成了这门课程的短处，使部分学生丧失了学习兴趣。

1.3 实验平台相对落后和不足

课程实验是以MCS51单片机实验箱为实验平台，平台相对陈旧，并经常出现故障，使很多实验难以开展和进行。由于教学经费有限，MCS51实验平台相对落后，学院也不愿意在这种平台上投入更多的经费，致使实验装置不能更新和补充，其中磁卡刷卡头、IC卡读卡装置和射频卡读卡器每种都不足10台，而选课学生较多，经常5～6人使用一套实验平台和装置。这样一来，每套实验装置只有2～3人能真正投入到实验过程中，其他学生不能有效地参与到实验的设计和程序调试的整个过程，明显地降低了实验教学对这门课程所起的作用和产生的效果。这个原本强调实验教学环节的课程，由于实验设备不足和老旧，实验平台相对落后，而失去了开设的意义。随着时间的推移，这门培养学生动手能力和实践能力的课程也就逐步停留在口头上了。

2 课程教学改革

2.1 以产品设计为导向优化教学内容

根据课程的定位和对以往教学实践活动的总结，我们对教学内容进行了重新优化，以产品设计为主线，在ISO国际标准的限定范围内，将ID识别技术中涉及的概念、方法和内容，以及ID识别产品中广泛采用的硬件技术和软件技术作为重点系统设计和优化课程。我们分别针对磁卡识别、条形码识别、IC卡识别和射频卡识别规划出了相关ID产品应具有的功能和设计方案，并采取理论教学与实践教学紧密配合的方式来开展教学实践活动。通过将抽象的产品设计需要解决的问题和采用的方法作为课程教学内容，并将诸多技术问题逐个从概念、理论和技术上进行突破，来充分凸显课程技术性和实践性强的特点。这种用产品设计过程中涉及的各个重要环节来布局课程教学内容的方法，大大增强了课程内容的系统性和连贯性。通过以产品设计为导向的教学活动，使学生掌握了产品设计的基本思路、方法和过程，同时也为他们今后的产品开发奠定了基础。

2.2 注重培养学生的兴趣和热情[2]

“兴趣”是最好的学习动力，只有让学生有了兴趣，才能使他们更好地完成课程教学内容。该课程直观上有一定的吸引力，但其内容却非常枯燥，怎样能够激发学生的学习信心和兴趣，是前期教学需要解决的问题。我们首选磁卡识别技术作为这门课程的突破口，原因是磁卡识别技术相对简单，概念比较清晰，容易理解，内容除了计算机应用方面的知识外，还涉及磁电转换、光电转换、机械等很多相关学科知识，这些都是学生非常感兴趣的内容。理论部分讲完之后，马上进入磁卡识别技术的实验环节，让学生设计完成一个具有银行使用磁卡读卡器功能的设备。按照这个思路，将教学和实验紧密结合起来，连贯操作，使学生逐步进入我们预想的教学和学习境地，学生的兴趣逐步提高，并能把实验当做完成一个产品的设计与实现认真对待，使课程教学顺利地展开和进行。

2.3 以产品设计为导向的教学模式

产品化教学是“行为导向”教学法的一种，它主要是选取生产实践中具有典型意义的若干“项目”作为载体，或者借用生产实践中的“项目”概念，根据项目的基本特征和形式，为达到教学目标要求而设计出若干个与课程要求相一致的“教学项目”，把课程教学内容包括课程所要求的知识和技能融合在这些项目中，通过完成这些项目中规定的每一项工作任务达到教学目的的教学方法[3]。

在教学中，我们注重教学内容的产品化设计导向，把每个教学部分都规划成不同产品设计与实现过程中的各个知识环节和实践环节。就射频卡而言，我们选择学校食堂使用的售饭机作为射频卡教学对象，根据食堂售饭机的基本功能，分析了售饭机的基本组成和需要解决的问题。从硬件来看，它包括射频部分、LCD显示部分、射频卡内数据的读取部分、密钥的校验和卡的识别部分等；从软件来看，它包括密钥的校对算法编程、射频IC卡的数据输入与输出控制编程、LCD的显示控制编程及数据通信编程等软件。在功能分析的基础上，我们讲述了食堂售饭机的设计思路、硬件技术和软件技术等问题，特别是每个部分涉及的关键知识和应该采用的方法，使学生从整体上建立实验设计思路和方案，为后续实验打下良好的基础。

3 实践教学改革

3.1 建设新型实验平台

以前采用的MCS51实验平台相对落后，不能满足日益发展的计算机技术要求。为此我院专门为这门课程购置了30台STM32单片机实验平台，并结合STM32实验平台接口的特点设计和制作了30块STM32单片机与ID识别装置的接口电路板，以满足课程实验的要求。另外，我们还设计和制作了30块STM32单片机与IC卡接口的电路板，用以完成IC卡的数据识别实验。通过实验平台的更新和升级，课程实验水平达到了一个新的高度。在新的实验平台上做ID识别技术实验，不仅使学生接触到新型单片机技术，加深了对STM32单片机内部接口的认识和理解，提高了STM32单片机的编程能力，而且还掌握了ID识别技术的硬件设计方法，时序控制中的软件编程技巧，是一举多得的事情。另外，学院还为该课程购置了磁卡刷卡头、射频读卡器等装置，使总实验装置达到30套，若2人一组，一次可接纳60名学生参与实验，大大改善了实验环境。

3.2 以设计产品为目标的实验内容

目前我们已经开设了3个产品设计性实验，分别面向磁卡、IC卡和射频卡的数据识别。在磁卡识别技术实验中，要求学生完成一个具有正反向刷卡的磁卡数据识别装置，该实验需达到的目标是具有银行磁卡读卡器正反向刷卡的功能。在IC卡识别技术实验中，使用SLE4442逻辑加密卡来模拟公交卡的应用模式，完成IC卡充值、乘车单次刷卡减费、乘车上下车刷卡减费等功能。在射频卡识别技术实验中，结合学校食堂售饭系统的应用模式，完成射频卡充值和售饭减费的功能。这些产品功能对学生来讲是非常熟悉的，他们不必在理解上花费更多的时间。另外实验中涉及很多时序控制问题，而时序控制在以往硬件课程实验中是很少遇到的，难度相对较大，且要求必须严格和准确，这个实验过程培养了学生的耐心和细心，加深了对硬件控制的理解，学生在体验这个过程的同时也提高了自身的实践能力。

3.3 充分利用课外时间

由于实验内容是以产品设计为目的，实验工作量相对较大，要在有限的实验课时里完成这些任务是不可能的。为此我们将实验平台和实验装置发放给学生实验组，由组长负责维护实验设备的安全。学生可以利用课余时间到实验室进行讨论、设计和调试程序。在实验课上教师除了解决学生在实验中遇到的问题，与学生讨论实验方案、实验设计和实验调试等问题外，还要掌握各实验组的实验进度，完成的内容和质量，以及每名学生对实验的贡献等，以便给出相应的实验成绩。

4 考核与评价方式

提高学生的实践能力是课程的教学目标，考核实践能力而不是考核记忆能力是我们课程教学对学生评价的重要方面。多年来我们一直采用开卷考试，并保持部分试题源自于实际应用，强调以应用为导向的试题内容。这种考核方式能够较好反映学生的实践能力和对知识的综合应用能力。另外我们扩大了学生平时成绩的比例，使学生平时的实践活动得到认可，这样学生在平时学习时就注重实际综合能力的训练。

总成绩的评定方案：考试成绩占50%，平时成绩占10%，实验成绩占40%。

5 结束语

培养高水平且具有实际应用能力的学生是我国现代化建设中不可缺少的基本要素，而提高教学水平是培养高水平人才的基础。为了培养符合社会需要的计算机应用人才，我们对ID识别技术及应用课程进行了改革，坚持以产品设计为导向规划教学和实践内容。经过多年的教学实践，证明这种教学模式对于提高学生的实践能力是非常有帮助的。我们将继续对课程进行研究和探索，寻找更加适合培养高质量人才的教学模式。

[1]胡晓婷,王树梅,任世锦.提高计算机组成原理课程教学效果的途径与方法[J].计算机教育,2011(22):97-100.

[2]吴姝芹,范勇.应用型单片机原理课程教学探索与实践[J].轻工科技,2012(4):165-166.

[3]单丹.浅谈项目化教学在“单片机原理及应用”课程中的应用[J].中国电力教育,2010(25):91-92.