基于工作过程系统化的物联网专业课程教学设计——以RFID技术课程为例

赵 丹，李 昂，李丹丹

（南京理工大学 紫金学院，江苏 南京 210023）

0 引 言

物联网作为一个新兴的热门产业，有很大的潜力和前景[1]。物联网工程也是高等院校顺应技术发展趋势而新增的一门学科，由计算机科学与技术、网络工程、电子技术、信息工程、通信工程及边缘学科渗透、相互融合[2]发展而来。随着物联网技术的蓬勃发展，对物联网专业的人才需求也愈加强烈。但现代企业更青睐具有实践能力和创新能力的新型应用型人才。

2014年3月，中国教育部改革方向已经明确：1 200所全国普通本科高等院校中，将有600多所逐步向应用技术型大学转变。应用型本科学院以培养具备综合职业能力和全面素质的高等技术应用型人才为办学宗旨[3]。

“应用型本科”是对新型的本科教育和新层次的高职教育相结合的教育模式的探索，重在“应用”二字，要求以体现时代精神和社会发展要求的人才观、质量观和教育观为先导，在新的高等教育形势下构建满足和适应经济与社会发展需要的新的学科方向、专业结构、课程体系，更新教学内容、教学环节、教学方法和教学手段。然而，目前我国高等院校专业的课程体系大多属于学科型体系，不利于应用型人才的培养。

传统的学科知识系统化课程是根据相对静态的学科体系中的间接经验进行演绎的结果，课程内容的变化也不甚显著。随着高等教育的改革以及应用型本科对人才培养要求的不断深化，要求教学方式从传统的以教师为主体向以学生为主体的实践教学转变。如果教师对课程内容不加梳理，对课程结构的组织形式不加思索，不讲究课程单元结构设计，而只是一味地根据学科知识结构对所教授的内容进行排序，虽然可以传递一定量的信息，但不利于激发学生的学习兴趣、培养学生的学习自主性、挖掘学生的探索精神和创新精神，教学效果也可能不尽如人意。

为了进一步提高物联网专业课程教学效率，培养具有较强实践能力和创新能力的高素质应用型人才，本文以RFID技术课程为例，进行了基于工作过程系统化的课程教学设计应用和探索。

1 工作过程系统化

早在20世纪90年代，德国就提出了工作过程课程体系的理念。我国很多学者也从不同的角度分析和研究了“工作过程系统化课程体系”。其中，现任教育部职业技术教育中心研究所研究员的姜大源教授研究的“工作过程系统化课程设计”在各高等院校，尤其是高等职业院校中得到了广泛的认可，并在实践中取得了良好的效果。

所谓工作过程，指的是个体为完成一件工作任务并获得工作成果而进行的一个完整的工作程序，是一个综合的、时刻处于运动状态但结构相对固定的系统[4]，是要把实际的工作过程，按照职业成长规律和认知学习规律，经过教学处理，演绎为有逻辑关系、可用于教学的工作过程[5]。工作过程系统化正是对课程本质的回归工作。过程系统化课程设计的目的在于寻求工作过程与教学过程之间系统化的纽带[5]。

2 RFID课程教学现状

2.1 课程定位和教学目标

RFID技术是物联网工程专业一门重要的专业基础课程。该课程是涵盖通信、射频、天线、工艺、制造等多学科的综合性课程。

通过对课程的学习，学生能够了解和掌握射频识别技术的概念，熟悉射频识别技术相关的无线电通信、电磁辐射、天线设计、数据变换、信息安全等基本概念，理解数据通信技术的基本概念，了解射频识别技术应用系统及其设计等；逐步培养学生具备射频识别技术的系统集成设计及分析能力，并通过典型案例来了解射频识别技术在社会生产环节中的应用，为未来从事相关行业、增加就业竞争力打下良好的基础。

2.2 传统教学方式的弊端

2.2.1 教学效果不理想

在教学改革之前，RFID技术课程一直沿用传统授课方式，课堂上以传授知识为主，注重理论的学习而忽视技能培养[6]。这种方式以教师单向灌输、学生被动接受为主，更加注重理论知识的学习。教师一言堂，课堂气氛沉闷，教师与学生之间的互动性较差。学生获取知识大多依赖于老师的讲授，普遍缺乏自主学习的意识，一般不会进行主动思考，难以激发学生的学习兴趣和调动学生的积极性，不利于培养学生的学习能力，教学效果差强人意。

2.2.2 教学顺序不合理

一直以来，RFID技术课程是以教授理论知识为课程内容主体，所采用的教材是按照学科体系排序来编排的；在教学过程中，也惯用按学科体系排序来安排课程内容进行教学。

目前，RFID技术课程所使用的教材，其内容安排如下：第一章是技术概要；第二章到第八章分别对RFID技术中所涉及的数字通信、天线、射频前端、电子标签、阅读器、标准体系和中间件进行了分述；第九章、第十章讲解了应用系统搭建测试。这样的课程内容排序类似于在一个货柜中的每层，预先分门别类地放置好了对应的知识，是一种堆栈式的仓储结构[7]。而这种方式处理下的课程本质上是一种基于知识储备的课程，与知识应用的目标大相径庭甚至背道而驰[7]。

事实上，RFID技术是物联网感知层的主要构成部分，其应用领域非常广泛，并且已经在人们的日常生产和生活中都有具体应用。因此，这门课程具有很强的应用性。在教学中，可以将知识点融入到设计的项目中进行讲解，让学生在实际动手操作中主动吸收消化这些知识点，让课堂教学更加生动、具体、活泼。那么，如何对原有教学内容进行合理排序，使理论知识与实践有机结合，很好地实现教学目标，是非常值得思考和解决的问题。

2.2.3 考核方式不灵活

当前，RFID技术课程的考核方式主要以期末的卷面成绩作为最终的考核标准。这种单一的结果评价方式具有很多弊端，既不能全面地评价学生的学习效果和对知识、技能的掌握程度，也不能真实地反映教师的教学水平和教学效果。

对于学生而言，无形中会形成唯分数论的思想，重成绩而轻能力，认为只要学好理论知识、考出高分就可以获得优良的评价，从而忽略对实践能力的培养。于是，就会出现只会考试不会做事的“人才”，这也是企业招聘人才或评价员工时经常会提到的问题—一个人的素质与能力是否匹配。

对于教师而言，教学水平和教学效果应该体现在学生对理论知识的理解、掌握和运用上以及学生的学习能力上。单纯的卷面分数虽然从一定程度上可以反映教师的教学效果，但学生对教师所教授的知识是否能够真正地消化和运用，仍然需要借助其他实践类考核内容进行考量和评估。

2.3 基于工作过程系统化的课程设计

2.3.1 课程单元结构设计

课程单元又叫学习情境，是工作过程系统化课程设计思想的突出表现。学习情境的设计必须坚持“比较学习三原则”，在同一范畴内或同一参照系框架内，通过至少三个学习情境的重复性工作，借助比较、迁移和内化的学习过程进行训练，达到“熟能生巧”[7]。

学习情境设计是本次教学改革研究的关键内容。结合课程内容、相关企业对从业人员的岗位需求、学校培养目标和学生自身素质等方面的考量，同时参考专家意见、借鉴成功案例经验等，决定在学习情境设计环节采用基于13.56 MHz的RFID系统设计。13.56 MHz是最典型的RFID高频工作频段，我们国家在此频段的研究最成熟，且实际应用比较广泛，学生比较容易理解。在此基础上，设计三个典型应用场景（即确定参照系为项目），分别是：门禁系统、公交充值扣费系统、校园一卡通系统。其中，门禁系统主要实现基于RFID的电子锁开关功能；公交充值扣费系统主要实现基于RFID的公交卡充值、刷卡自动扣费、费用不足告警等功能；校园一卡通系统项目实现的功能要更加丰富，包括食堂充值消费、超市消费、宿舍门禁、教学考勤、异常告警等。由此可见，三者从应用上是相互平等的关系，从复杂度上是由易到难的关系。在以上设计的比较学习中，利用重复的工作过程，通过“手把手、放开手、甩开手”的渐进过程，达到学生在学中做、做中学的教学效果，达到专业知识与岗位需求技能一体化的教学目标[8]。有目的地提升学生的学习能力，挖掘学生的可持续发展能力。具体学习情境设计如图1所示。

图1 基于工作过程系统化的RFID技术课程单元结构设计

2.3.2 课程教学结构设计

课程内容的排序需要结构，这一结构是知识传递的路径，知识只有在结构化的情况下才能有效传递[9]。

传统的基于学科体系的课程内容排序已不再适用于基于工作过程系统化的课程教学过程结构，需要将实际工作过程作为教学过程结构设计的依据，并以普适性“工作过程”，即完整的行动和思维过程—“资讯、决策、计划、实施、检查、评价”六步骤，对客观存在的实际工作过程进行教学处置[7]，对教学顺序进行重新规划，将学科知识点分散到学习情境教学中。

对照教学大纲，根据设计的三组学习情境，结合当前使用的教材，完成以下教学结构设计（如图2所示）：

图2 基于工作过程系统化的RFID技术课程教学结构设计

（1）在背景调研阶段融入教材的第一章内容，介绍RFID的概念、优势、应用场景等，重点讲解RFID技术基本工作原理和系统组成，让学生对RFID有一个初步认识，在调研过程中加深对RFID的理解。

（2）在需求分析阶段，将教材的第七章和第八章内容组织起来，重点讲解行业标准、中间件作用和RFID应用框架，在此基础上引导学生完成该阶段的任务。

（3）在方案设计阶段，将教材的第五、六、九章内容组织起来，重点讲解RFID电子标签、读写器和应用系统的构成，使学生深入理解RFID系统的各组成部件。

（4）在项目实施阶段，将教材的第二、三、四章内容组织起来，重点解决RFID中的技术问题，包括无线通信、数据变换、数据完整性、防碰撞、信息安全、电磁辐射、天线设计等，帮助学生消化解决技术难题。

（5）在验收汇报阶段，融入教材的第十章内容，主要讲解RFID系统测试主要内容、测试方法、测试流程及规范等，学生对搭建的系统进行调试和完善，完成项目验收，将之前所学所做进行整体梳理和回顾，形成技术文档，巩固对知识点的理解、掌握和运用。

（6）在教学评价阶段，根据学生完成的情况，如小组分工合作、项目调研、方案研讨和设计、项目功能和性能实现、调测验收、技术报告撰写等工作过程进行评价，评价方式采用自我评价和老师点评相结合。

2.4 基于工作过程系统化的课程实施与考核

基于工作过程系统化的RFID技术课程在实施过程中，以项目为载体，重构教学内容，组织教学活动。利用三个教学情境，完成重复的工作过程，以此逐步加强学生对理论知识的理解和掌握，提高学生实践动手能力和项目实施技能。

针对基于工作过程系统化的课程教学特点，在考核方式上也进行了初步探索。在原有考核方式的基础上加入了过程性考核部分，并在期末试卷中增加了项目实践中的部分知识点。

由此，在教学改革实施中，制定本课程的考核方式为：平时成绩+实践成绩+卷面成绩。其中，平时成绩权重占比20%，包括课堂考勤、课堂表现、作业情况；实践成绩权重占比30%，包括动手表现、实践成果展示、实践报告；期末卷面成绩权重占比50%。各项指标的权重在教学过程中可能会根据实际情况作适当调整。

3 结 语

基于工作过程系统化的教学方式打破了传统的学科教学形式，对知识和技能进行解构与重构[10]。由于加入了实践环节，增加了学习的趣味性，受到了学生的广泛欢迎。课堂氛围不再沉闷乏味，而是变得轻松活泼起来，减轻了学生上课的拘束感，学生愿意主动与老师进行交流讨论，课堂互动性有了很大的改善。教师不再是知识的传授者，而是成为教学的组织者、引导者、咨询者和评价者。学生成为了学习主体，提高了学生的学习兴趣，调动了学生的学习积极性；并且通过重复性的过程训练，使学生的理论联系实际、分析问题、解决问题的能力得到了很大的提升，为学生的可持续发展奠定了良好的基础；同时，学生对教学知识点的理解更加具体深入，对知识点的掌握更加牢固。因此，期末考试卷面成绩也要比往年有很大的提高。

本次教学实践主要在RFID技术课程中进行应用和探索。在学习情境设计方面，由于受到器材、资金和时间方面的限制，主要采用了13.56 MHz的RFID系统设计。在后续教学中，可以考虑扩展工作频率的范围，加入其他频段的项目设计；同时，也将尝试在物联网的其他专业课程中运用基于工作过程系统化的课程教学设计，并探索基于工作过程系统化的物联网专业课程体系构建。