应用型本科高校RFID课程教学改革与实践

郭文龙，陈晓峰

（福建江夏学院，福建 福州 350108）

0 引 言

为了进一步满足物联网技术在各个领域的应用需求，近年来，教育部在许多高校批准设立物联网工程专业，许多高校均投入了大量的人力、物力支持物联网专业建设。然而，作为新成立的专业，各高校无论是人员配置还是课程设置或多或少存在一定偏差，这一切均需要时间来逐步完善。物联网有感知层、网络层和应用层三层体系结构，作为物联网感知层的RFID技术课程，在物联网工程专业的人才培养计划中占据着举足轻重的地位[1]。作为关键课程，其教学的成败直接关乎学生的发展[2]。由于开课时间短，各高校配置的实验设备不一，教学方法也不尽相同，所以积极探索应用型本科高校的RFID课程教学方法极其重要。

1 RFID课程分析

作为物联网三层体系结构中最底层数据采集的RFID技术，在人才培养计划中具有核心地位。该课程教学内容主要包括RFID工作频率、天线技术、射频前端电路、编码与调制、电子标签和读写器的体系结构、中间件、RFID系统安全及RFID标准体系等[3]。通过该课程的学习，要求学生能掌握RFID的概念，熟悉RFID技术相关无线电频率、电感耦合和电磁反向散射的原理，理解数据编码与调制的过程，具备利用RFID技术采集数据并通过计算机互联实现物品的自动识别和信息互联共享[4]。通过培养提高学生RFID技术的系统设计和分析能力，为今后参加工作打下良好基础。

该课程分理论和实验两部分，是一门理论和实践要求都很强的课程，通过理论学习辅以必要的实践，把基本概念和理论与实际应用相结合，使学生能更好地把理论学习中学到的知识加以消化，使学生在参加基本实验技能训练的同时，获得RFID技术的完整概念，进而真正掌握理论知识[5]。目前有些高校将理论和实验设为同一门课程，有些高校则是将理论和实验分开为两门课程，但无论采用哪种课程设置方式，其理论和实践并行的教学手段均保持一致。

2 教学内容安排

按照理论先行、实验滞后的原则，根据课程理论知识，制定理论教学安排，见表1所列。

表1 理论教学安排

理论课讲完天线技术之后，实验课即可着手上课，按照RFID射频识别的频率进行划分，常用的RFID系统有低频（125 kHz）、高频（13.56 MHz）、超高频（900 MHz）和微波系统[6]。通过构建适合物联网专业特点的模块化教学模式，实验内容分基础性验证实验和综合性设计实验两大类[7]。实验教学安排见表2所列。

表2 实验教学安排

基础性实验以读写电子标签的验证为主，穿插讲解原理，借助于验证实验，使学生理论联系实际，熟练掌握RFID各频段的特点及应用领域。同时增加WSN与UHF ISO18000-6 Reader 结合应用实验，PC机软件界面上显示的电子标签信息是通过无线传输WSN模块之间的信息传输来获取的。PC机首先通过ZigBee USB 模块发送命令，与读写器相连的ZigBee RS 232模块通过无线接收该命令，读写器识别到命令后，读取电子标签的信息，然后反向传给PC机。通过该实验，可以使学生熟练掌握WSN与RFID读写器相结合的应用场景和实际操作方法。

综合性实验挑选比较简单直观的基于RFID的仓储管理系统设计，该系统的硬件涉及2台读写器和若干标签，由于900 MHz的超高频RFID读写器读写距离适中，比较贴近现实环境，所以读写器选择基于UHF 900M ISO18000-6协议。系统可以根据各校的实际情况，选择C语言、C++语言或C#等开发，数据库可以选择ACCESS或SQL设计。系统功能如下：数据库中存放电子标签ID号和商品类别号、商品详细描述信息，开发一个简单展示界面，界面上有串口连接、商品信息登记、商品入库监测、商品出库监测及查询某种商品的库存等五个功能；利用读写器采集两三个电子标签ID号并在软件界面上登记商品信息；当已登记信息的电子标签经过入库读写器时，该商品的库存量增加一，当已登记信息的电子标签经过出库读写器时，该商品的库存量减少一；可实时在界面上查看所有商品的库存情况。

3 教学方法探析

由于RFID理论性和实践性均很强且较为抽象，故教学过程需结合多种教学方法进行，常用的教学方法有案例教学法和项目驱动法等[8]。

案例教学法是教学中常用的教学方法之一，它要求教师必须在备好整门课程的情况下，用统揽全局的思想去设计相关案例。案例可以是全程教学围绕一个大案例，局部教学围绕一些小案例进行，也可以根据课程知识逐章逐节设计。根据RFID的理论实际情况，该课程采用局部设计案例的教学方法。如在讲天线知识点的时候，教师需事先搜索相关实际天线的案例，分析每种天线的优缺点，然后切入RFID天线的理论知识。在课程临近结束时需设计一个RFID系统的完整案例，把单一的知识点连成一条线，只有这样，学生才能综合掌握课程知识，对RFID课程进行系统化的理解。

项目驱动法以任务为导向，可以使学生从被动学习转为主动学习，也是常用的教学方法之一，对RFID课程的实践教学可以多采用项目驱动教学法。教师首先结合相应实验用少许时间讲解该实验的原理，然后围绕该实验的目的要求学生在规定的时间内完成任务。在原理清晰和任务明确的条件下，学生自行通过探究完成实验任务。项目驱动法可以使学生融入到实验当中，激发学生的求知欲望，从而完成实践操作。每个实验完成之后，教师需预留几分钟时间对实验过程中出现的问题进行讲解，使学生意识到问题所在，进而在下一次的实验中予以纠正并逐步提高。

4 考核方式改革

考核方式采用期末考核和平时考核相结合的方法。平时考核包括考勤、课堂表现、期中考试（如有）、作业和实验报告等，平时成绩占学期总评成绩的30%～40%。理论部分的期末考试除了基本的客观题外，可适当增加论述题，如“从软硬件等方面阐述基于RFID的智能停车场管理系统的构成及实施方案”等，论述题可发挥学生的主观能动性，也更能考查学生掌握知识的程度。实验部分的期末测试除了常规的测试数据外，也应包括分析题，侧重考查学生发现问题、分析问题并解决问题的能力。学期总评成绩的平时分构成见表3所列。如果将RFID技术的课程分为理论课和实验课两门课并分别考核的话，方法同理。

表3 平时成绩构成

5 结 语

物联网工程专业是近年新成立的一个专业，RFID技术课程则是该专业的核心课程之一。结合自身教学过程，对该课程授课内容进行划分，并结合案例教学法和项目驱动法进行讲授，最后对课程考核方式进行了改革。经两个学年的教学实践和期末针对学生的个别访谈反馈情况证明，该教学方法深受学生欢迎，学生从传统的被动学习逐渐转化为主动学习、深入学习，学生的学习热情大大提高，探索知识的能力也获得了提高。诚然，课程教改还有待进一步推进，如如何更好地与后继课程衔接、实践课程如何继续深化等，这一切都尚需在今后的教学过程中不断加以改进。