“信息識別技術(shù)”課程教學(xué)改革與探索

蔡超峰 耿鑫

摘 要：“信息識別技術(shù)”是我校電子信息工程專業(yè)的必修課。針對該課程實踐性強的特點，我們遵照“CDIO工程教育”理念對課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)進行了精心的設(shè)計。在課堂教學(xué)方面精簡教學(xué)內(nèi)容，強化案例教學(xué)的作用，在實踐教學(xué)方面針對各種識別技術(shù)的特點精心設(shè)計實驗和課程設(shè)計的題目，將“做中學(xué)”的原則貫徹到課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，注重鍛煉和提高學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使整個學(xué)習(xí)過程充滿挑戰(zhàn)性和實用性，取得了比較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：信息識別技術(shù) 教學(xué)改革與探索 CDIO工程教育 “做中學(xué)”

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0163-02

Teaching Reform and Exploration of Information Recognition Technology Course

Cai Chaofeng Geng Xin

（College of Electronic Information Engineering College， Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou Hehan，450001，China）

Abstract：Information Recognized Technology is a compulsory course of the specialty of electronics information engineering in the Zhengzhou University of Light Industry. Based on the characteristics of high practice of Information Recognized Technology course， all the links in the teaching process are well-designed according to the concept of CDIO engineering education. On the one hand， the teaching content is reduced and the role of case teaching is strengthened. On the other hand， the titles of experiment and curriculum design are well designed based on the characteristics of all information recognized technologies. The principle of “l(fā)earning by doing” is carried out through all the links in the teaching process and then the students ability of engineering practice and innovation are improved. Moreover， the students interest in learning are aroused， which make it challenging and practical to study the course. Finally， better teaching effects are achieved.

Key words：Information recognized technology；Teaching reform and exploration；CDIO engineering education；“l(fā)earning by doing”

隨著我國信息化建設(shè)進程的加快，信息識別技術(shù)已廣泛應(yīng)用于零售、物流、圖書情報、醫(yī)療衛(wèi)生、金融服務(wù)及個人身份驗證等諸多領(lǐng)域，在我國國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。作為我校電子信息工程專業(yè)的必修課，“信息識別技術(shù)”闡述了信息識別技術(shù)的基本概念和基本原理，著重介紹了如何基于條碼、磁卡、IC卡、射頻標簽、生物特征等構(gòu)建實際的信息識別系統(tǒng)，是一門實踐性非常強的學(xué)科。CDIO是Conceive（構(gòu)思）、Design（設(shè)計）、Implement（實現(xiàn)）和Operate（運作）四個英文單詞的縮寫，為近年來國際工程教育改革領(lǐng)域的最新成果[2-3]。該文結(jié)合電子信息工程專業(yè)的特點以及CDIO工程教育理念的要求，首先仔細規(guī)劃“信息識別技術(shù)”的課程體系，著重講述信息識別技術(shù)的基本原理、基本概念和實際的應(yīng)用案例，然后將理論知識與工程實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，促進學(xué)生掌握相關(guān)的識別技術(shù)，實現(xiàn)課程教學(xué)目標。

1 課堂教學(xué)體系的設(shè)計

“信息識別技術(shù)”的教學(xué)目標是使學(xué)生理解并掌握各種識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)，熟悉信息識別過程中數(shù)據(jù)代碼的編制、信息載體的表述與選擇、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)，能夠自己或者配合團隊進行信息識別系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，從而掌握如何在生產(chǎn)生活中使用信息識別技術(shù)。我們遵照“CDIO工程教育”理念，對課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)進行精心設(shè)計，將“做中學(xué)”的原則貫徹到課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使整個學(xué)習(xí)過程充滿挑戰(zhàn)性和實用性[4]。針對電子信息工程專業(yè)學(xué)生的特點，我們將課程體系分為課堂教學(xué)體系、實踐教學(xué)體系兩大部分。

對課堂教學(xué)體系的設(shè)計，一方面我們要做“減法”?！靶畔⒆R別技術(shù)”包括條碼識別技術(shù)、磁卡及IC卡識別技術(shù)、射頻識別技術(shù)、生物識別技術(shù)等識別技術(shù)，內(nèi)容十分廣泛。在學(xué)時非常有限的情況下，通過在技術(shù)成熟度、應(yīng)用前景、市場規(guī)模等方面對上述各種識別技術(shù)進行比較，并結(jié)合電子信息工程專業(yè)課程設(shè)置的特點，我們選取射頻識別技術(shù)作為本課程的重點內(nèi)容，對于其他類型的識別技術(shù)則不做重點闡述。此外，對于電子信息工程專業(yè)三年級本科生來說，各種識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)他們已經(jīng)在先修課程中學(xué)習(xí)過。例如，光的反射原理和磁滯現(xiàn)象分別是條碼識別技術(shù)和磁卡識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)，這部分內(nèi)容在“大學(xué)物理”中有過介紹；射頻識別技術(shù)的相關(guān)理論基礎(chǔ)學(xué)生也在“電路分析、電磁場與電磁波、電波與天線、信息論與編碼、通信原理”等課程中學(xué)習(xí)過。因此，我們要求學(xué)生提前復(fù)習(xí)這些內(nèi)容并在課前提問，從而幫助學(xué)生掌握各種識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

對課堂教學(xué)體系的設(shè)計，另一方面我們也要做“加法”。針對該課程實踐性、應(yīng)用性強的特點，我們在課堂上安排了大量的實際應(yīng)用案例，對國內(nèi)外信息識別技術(shù)的應(yīng)用情況做了全面的介紹和細致的分析，力圖使學(xué)生從技術(shù)、應(yīng)用特別是系統(tǒng)集成的角度全面系統(tǒng)的了解各種信息識別技術(shù)[5]。例如，對于條碼識別技術(shù)，我們以超市管理系統(tǒng)為例，向?qū)W生詳細介紹如何在商品流通、客戶管理、供應(yīng)商管理、員工管理等環(huán)節(jié)使用條碼，使學(xué)生深入了解在超市管理中條碼識別技術(shù)是如何提高工作效率的。通過分析條碼識別技術(shù)的優(yōu)缺點，我們還向?qū)W生介紹了“未來超市”的概念，從而為將來射頻識別技術(shù)的學(xué)習(xí)埋下伏筆。對于射頻識別技術(shù)，我們精心選取了三個有代表性的應(yīng)用案例。

（1）電子商品防竊系統(tǒng)（Electronic Article Surveillance，EAS）。

（2）電子不停車收費系統(tǒng)（Electronic Toll Collection System，ETC）。

（3）高校校園一卡通系統(tǒng)。

對這些射頻識別系統(tǒng)的詳盡介紹，將強化學(xué)生對射頻識別技術(shù)的基本原理、應(yīng)答器和閱讀器的設(shè)計、相關(guān)國際標準、中間件與高層的作用等方面內(nèi)容的理解。此外，對于磁卡與IC卡識別技術(shù)、生物特征識別技術(shù)、圖像識別技術(shù)等，我們在課堂上也會介紹一些有代表性的應(yīng)用案例。通過在課堂上介紹這些案例，能夠使學(xué)生對信息識別技術(shù)有一個感性的認識，并增強他們的學(xué)習(xí)興趣，從而有利于本課程的教學(xué)與學(xué)習(xí)。

2 實踐教學(xué)體系的設(shè)計

“CDIO工程教育”理念要求以工程技術(shù)為主線、以工程項目為導(dǎo)向、以行業(yè)應(yīng)用和人才培養(yǎng)為目標。基于“CDIO工程教育”理念的要求，我們將實踐教學(xué)體系分為實驗和課程設(shè)計兩個環(huán)節(jié)。

實驗在“信息識別技術(shù)”課程中具有非常重要的作用。針對各種識別技術(shù)的特點，并結(jié)合實驗室的情況，我們設(shè)計了如下幾個實驗。

（1）指紋圖像采集與處理實驗。實驗要求學(xué)生利用指紋采集儀采集指紋圖像，然后基于Matlab實現(xiàn)指紋圖像的預(yù)處理、特征提取和特征分類，掌握相關(guān)的圖像處理算法，從而深入理解指紋識別技術(shù)的基本原理。

（2）ISO15693硬件基本實驗。ISO15693是一系列針對近距離射頻識別的國際標準，應(yīng)用十分廣泛，因此深入了解ISO15693標準對學(xué)生開發(fā)實際的射頻識別系統(tǒng)具有重要意義。要求學(xué)生基于實驗室的CVT-RFID-III教學(xué)實驗系統(tǒng)，通過示波器觀察編碼信號、載波信號、調(diào)制信號及解調(diào)信號，從而掌握ISO15693標準規(guī)定的編碼方式、調(diào)制及解調(diào)技術(shù)、功率放大技術(shù)及載波信號產(chǎn)生過程。

（3）ISO15693標簽實驗。要求學(xué)生基于CVT-RFID-III教學(xué)實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)對標簽的識別、靜默、選擇、狀態(tài)復(fù)位、數(shù)據(jù)讀寫等基本功能，熟悉和學(xué)習(xí)ISO15693標準中相關(guān)的協(xié)議和規(guī)范。

（4）射頻識別系統(tǒng)應(yīng)用實驗。要求學(xué)生基于CVT-RFID-III教學(xué)實驗系統(tǒng)、PC機和相關(guān)配套軟件，設(shè)計一個模擬的圖書館管理系統(tǒng)，了解射頻識別系統(tǒng)的工作原理和組織架構(gòu)，為將來構(gòu)建實際的射頻識別系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

通過上述實驗，可使學(xué)生更加深入的理解并掌握各種識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)，從而為課程設(shè)計的順利展開奠定基礎(chǔ)。

課程設(shè)計是鍛煉和提高學(xué)生工程實踐能力的重要手段。針對各種識別技術(shù)的特點，并結(jié)合電子信息工程專業(yè)學(xué)生所學(xué)課程，我們設(shè)計了以下幾個課題。

（1）條碼識讀器的設(shè)計。

（2）基于指紋的考勤系統(tǒng)的設(shè)計。

（3）接觸式IC卡識讀器的設(shè)計。

（4）非接觸式IC卡識讀器的設(shè)計。

課程設(shè)計以課題小組的形式進行，每個課題小組包含4～5人，負責(zé)上述課題中的其中一個。首先要求學(xué)生查閱資料和文獻，了解與課題相關(guān)的背景知識。然后根據(jù)設(shè)計要求，明確設(shè)計思路進而確定系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，完成硬件電路的設(shè)計。接下來編寫軟件，對系統(tǒng)進行調(diào)試，實現(xiàn)預(yù)期功能。最后組織人員對學(xué)生的設(shè)計成果進行驗收和評估，要求學(xué)生對課程設(shè)計的完成過程進行總結(jié)，并撰寫課題設(shè)計報告書。

通過課程設(shè)計，鍛煉和提高了學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，真正做到了“做中學(xué)”，這也是“CDIO工程教育”理念的核心思想。此外，課程設(shè)計的順利完成還離不開課題小組成員的緊密配合，這將大大提高學(xué)生的團隊協(xié)作能力。

3 結(jié)語

遵照“CDIO工程教育”理念，我們對“信息識別技術(shù)”課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)進行了精心的設(shè)計。在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，一方面基于本課程與其它先學(xué)課程的關(guān)系精選教學(xué)內(nèi)容；另一方面注重案例教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過實驗與課程設(shè)計幫助學(xué)生深入理解并掌握信息識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)，并鍛煉和提高了學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力?？傊?，將“做中學(xué)”的原則貫徹到課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使整個學(xué)習(xí)過程充滿挑戰(zhàn)性和實用性，取得了比較好的教學(xué)效果。

參考文獻

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