以產(chǎn)品設計為導向的“ID識別技術及應用”教學研究

李濟生

北京交通大學計算機信息技術學院 北京 100044

隨著智能化社會的發(fā)展，智能卡技術已經(jīng)滲透到我們社會生活的各個領域。為了跟進時代的步伐，使學生了解由智能識別技術應用而生的各種智能化產(chǎn)品，我院為高年級學生開設ID識別技術及應用課程。該課程是技術性、工程性和應用性很強的專業(yè)課程，其目標是要強化學生的動手能力，培養(yǎng)工程應用型人才，同時也作為一種就業(yè)前的技能實訓。

1 課程教學存在的問題

1.1 教學內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性

ID識別技術及應用是一門新型課程，涉及ID識別中的諸多技術，包括磁卡識別技術、條形碼識別技術、IC卡識別技術以及射頻卡識別技術等。目前市場上很難找到相應內(nèi)容的教材，而課程教學內(nèi)容主要以相關的ISO國際標準和以解剖市場上典型的ID識別產(chǎn)品設計方法為基礎來規(guī)劃的。由于課程內(nèi)容相對零亂，教學與實驗也未能有機地結合，導致課程內(nèi)容在設計和組織上缺乏系統(tǒng)性和連貫性。隨著教學的逐年深入，這門技術性很強的課程不僅沒有體現(xiàn)出強化學生實踐水平和提高學生動手能力的特點，而且逐步變成了一門科普性的教學課程，這與當初規(guī)劃課程的目標相違背。如何克服課程教學中存在的問題，規(guī)劃出系統(tǒng)性強、教學和實驗能緊密結合的內(nèi)容就成為我們課程改革的主要目標。

1.2 對實踐教學環(huán)節(jié)重視不夠

在最初的課程建設中，沒有將實驗教學環(huán)節(jié)放在課程教學的重要地位，理論教學內(nèi)容偏多，課堂上涉及大量的ISO國際標準、抽象的概念和復雜的硬件控制時序。對于這些課堂教學內(nèi)容，學生往往感覺枯燥無味，沒有什么吸引力，致使思想容易渙散，注意力不夠集中[1]，教學效果極其不佳，導致一部分學生離開課堂，甚至某些學生把選修這門課程作為獲取學分的一種手段。另一方面，由于教學內(nèi)容沒有與實驗內(nèi)容緊密結合，使很多ID識別技術的常用方法和手段不能通過實驗進行驗證和再設計，很多學生本想通過這門課的學習來提升自己的動手能力，但教學內(nèi)容未能體現(xiàn)強化實踐能力的特點，反而成了這門課程的短處，使部分學生喪失了學習興趣。

1.3 實驗平臺相對落后和不足

課程實驗是以MCS51單片機實驗箱為實驗平臺，平臺相對陳舊，并經(jīng)常出現(xiàn)故障，使很多實驗難以開展和進行。由于教學經(jīng)費有限，MCS51實驗平臺相對落后，學院也不愿意在這種平臺上投入更多的經(jīng)費，致使實驗裝置不能更新和補充，其中磁卡刷卡頭、IC卡讀卡裝置和射頻卡讀卡器每種都不足10臺，而選課學生較多，經(jīng)常5～6人使用一套實驗平臺和裝置。這樣一來，每套實驗裝置只有2～3人能真正投入到實驗過程中，其他學生不能有效地參與到實驗的設計和程序調(diào)試的整個過程，明顯地降低了實驗教學對這門課程所起的作用和產(chǎn)生的效果。這個原本強調(diào)實驗教學環(huán)節(jié)的課程，由于實驗設備不足和老舊，實驗平臺相對落后，而失去了開設的意義。隨著時間的推移，這門培養(yǎng)學生動手能力和實踐能力的課程也就逐步停留在口頭上了。

2 課程教學改革

2.1 以產(chǎn)品設計為導向優(yōu)化教學內(nèi)容

根據(jù)課程的定位和對以往教學實踐活動的總結，我們對教學內(nèi)容進行了重新優(yōu)化，以產(chǎn)品設計為主線，在ISO國際標準的限定范圍內(nèi)，將ID識別技術中涉及的概念、方法和內(nèi)容，以及ID識別產(chǎn)品中廣泛采用的硬件技術和軟件技術作為重點系統(tǒng)設計和優(yōu)化課程。我們分別針對磁卡識別、條形碼識別、IC卡識別和射頻卡識別規(guī)劃出了相關ID產(chǎn)品應具有的功能和設計方案，并采取理論教學與實踐教學緊密配合的方式來開展教學實踐活動。通過將抽象的產(chǎn)品設計需要解決的問題和采用的方法作為課程教學內(nèi)容，并將諸多技術問題逐個從概念、理論和技術上進行突破，來充分凸顯課程技術性和實踐性強的特點。這種用產(chǎn)品設計過程中涉及的各個重要環(huán)節(jié)來布局課程教學內(nèi)容的方法，大大增強了課程內(nèi)容的系統(tǒng)性和連貫性。通過以產(chǎn)品設計為導向的教學活動，使學生掌握了產(chǎn)品設計的基本思路、方法和過程，同時也為他們今后的產(chǎn)品開發(fā)奠定了基礎。

2.2 注重培養(yǎng)學生的興趣和熱情[2]

“興趣”是最好的學習動力，只有讓學生有了興趣，才能使他們更好地完成課程教學內(nèi)容。該課程直觀上有一定的吸引力，但其內(nèi)容卻非?？菰铮鯓幽軌蚣ぐl(fā)學生的學習信心和興趣，是前期教學需要解決的問題。我們首選磁卡識別技術作為這門課程的突破口，原因是磁卡識別技術相對簡單，概念比較清晰，容易理解，內(nèi)容除了計算機應用方面的知識外，還涉及磁電轉換、光電轉換、機械等很多相關學科知識，這些都是學生非常感興趣的內(nèi)容。理論部分講完之后，馬上進入磁卡識別技術的實驗環(huán)節(jié)，讓學生設計完成一個具有銀行使用磁卡讀卡器功能的設備。按照這個思路，將教學和實驗緊密結合起來，連貫操作，使學生逐步進入我們預想的教學和學習境地，學生的興趣逐步提高，并能把實驗當做完成一個產(chǎn)品的設計與實現(xiàn)認真對待，使課程教學順利地展開和進行。

2.3 以產(chǎn)品設計為導向的教學模式

產(chǎn)品化教學是“行為導向”教學法的一種，它主要是選取生產(chǎn)實踐中具有典型意義的若干“項目”作為載體，或者借用生產(chǎn)實踐中的“項目”概念，根據(jù)項目的基本特征和形式，為達到教學目標要求而設計出若干個與課程要求相一致的“教學項目”，把課程教學內(nèi)容包括課程所要求的知識和技能融合在這些項目中，通過完成這些項目中規(guī)定的每一項工作任務達到教學目的的教學方法[3]。

在教學中，我們注重教學內(nèi)容的產(chǎn)品化設計導向，把每個教學部分都規(guī)劃成不同產(chǎn)品設計與實現(xiàn)過程中的各個知識環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)。就射頻卡而言，我們選擇學校食堂使用的售飯機作為射頻卡教學對象，根據(jù)食堂售飯機的基本功能，分析了售飯機的基本組成和需要解決的問題。從硬件來看，它包括射頻部分、LCD顯示部分、射頻卡內(nèi)數(shù)據(jù)的讀取部分、密鑰的校驗和卡的識別部分等；從軟件來看，它包括密鑰的校對算法編程、射頻IC卡的數(shù)據(jù)輸入與輸出控制編程、LCD的顯示控制編程及數(shù)據(jù)通信編程等軟件。在功能分析的基礎上，我們講述了食堂售飯機的設計思路、硬件技術和軟件技術等問題，特別是每個部分涉及的關鍵知識和應該采用的方法，使學生從整體上建立實驗設計思路和方案，為后續(xù)實驗打下良好的基礎。

3 實踐教學改革

3.1 建設新型實驗平臺

以前采用的MCS51實驗平臺相對落后，不能滿足日益發(fā)展的計算機技術要求。為此我院專門為這門課程購置了30臺STM32單片機實驗平臺，并結合STM32實驗平臺接口的特點設計和制作了30塊STM32單片機與ID識別裝置的接口電路板，以滿足課程實驗的要求。另外，我們還設計和制作了30塊STM32單片機與IC卡接口的電路板，用以完成IC卡的數(shù)據(jù)識別實驗。通過實驗平臺的更新和升級，課程實驗水平達到了一個新的高度。在新的實驗平臺上做ID識別技術實驗，不僅使學生接觸到新型單片機技術，加深了對STM32單片機內(nèi)部接口的認識和理解，提高了STM32單片機的編程能力，而且還掌握了ID識別技術的硬件設計方法，時序控制中的軟件編程技巧，是一舉多得的事情。另外，學院還為該課程購置了磁卡刷卡頭、射頻讀卡器等裝置，使總實驗裝置達到30套，若2人一組，一次可接納60名學生參與實驗，大大改善了實驗環(huán)境。

3.2 以設計產(chǎn)品為目標的實驗內(nèi)容

目前我們已經(jīng)開設了3個產(chǎn)品設計性實驗，分別面向磁卡、IC卡和射頻卡的數(shù)據(jù)識別。在磁卡識別技術實驗中，要求學生完成一個具有正反向刷卡的磁卡數(shù)據(jù)識別裝置，該實驗需達到的目標是具有銀行磁卡讀卡器正反向刷卡的功能。在IC卡識別技術實驗中，使用SLE4442邏輯加密卡來模擬公交卡的應用模式，完成IC卡充值、乘車單次刷卡減費、乘車上下車刷卡減費等功能。在射頻卡識別技術實驗中，結合學校食堂售飯系統(tǒng)的應用模式，完成射頻卡充值和售飯減費的功能。這些產(chǎn)品功能對學生來講是非常熟悉的，他們不必在理解上花費更多的時間。另外實驗中涉及很多時序控制問題，而時序控制在以往硬件課程實驗中是很少遇到的，難度相對較大，且要求必須嚴格和準確，這個實驗過程培養(yǎng)了學生的耐心和細心，加深了對硬件控制的理解，學生在體驗這個過程的同時也提高了自身的實踐能力。

3.3 充分利用課外時間

由于實驗內(nèi)容是以產(chǎn)品設計為目的，實驗工作量相對較大，要在有限的實驗課時里完成這些任務是不可能的。為此我們將實驗平臺和實驗裝置發(fā)放給學生實驗組，由組長負責維護實驗設備的安全。學生可以利用課余時間到實驗室進行討論、設計和調(diào)試程序。在實驗課上教師除了解決學生在實驗中遇到的問題，與學生討論實驗方案、實驗設計和實驗調(diào)試等問題外，還要掌握各實驗組的實驗進度，完成的內(nèi)容和質(zhì)量，以及每名學生對實驗的貢獻等，以便給出相應的實驗成績。

4 考核與評價方式

提高學生的實踐能力是課程的教學目標，考核實踐能力而不是考核記憶能力是我們課程教學對學生評價的重要方面。多年來我們一直采用開卷考試，并保持部分試題源自于實際應用，強調(diào)以應用為導向的試題內(nèi)容。這種考核方式能夠較好反映學生的實踐能力和對知識的綜合應用能力。另外我們擴大了學生平時成績的比例，使學生平時的實踐活動得到認可，這樣學生在平時學習時就注重實際綜合能力的訓練。

總成績的評定方案：考試成績占50%，平時成績占10%，實驗成績占40%。

5 結束語

培養(yǎng)高水平且具有實際應用能力的學生是我國現(xiàn)代化建設中不可缺少的基本要素，而提高教學水平是培養(yǎng)高水平人才的基礎。為了培養(yǎng)符合社會需要的計算機應用人才，我們對ID識別技術及應用課程進行了改革，堅持以產(chǎn)品設計為導向規(guī)劃教學和實踐內(nèi)容。經(jīng)過多年的教學實踐，證明這種教學模式對于提高學生的實踐能力是非常有幫助的。我們將繼續(xù)對課程進行研究和探索，尋找更加適合培養(yǎng)高質(zhì)量人才的教學模式。

[1]胡曉婷,王樹梅,任世錦.提高計算機組成原理課程教學效果的途徑與方法[J].計算機教育,2011(22):97-100.

[2]吳姝芹,范勇.應用型單片機原理課程教學探索與實踐[J].輕工科技,2012(4):165-166.

[3]單丹.淺談項目化教學在“單片機原理及應用”課程中的應用[J].中國電力教育,2010(25):91-92.