應(yīng)用型本科院校“RFID原理與應(yīng)用”教學(xué)方法研究與實(shí)踐

陳益能 梁海英 譚曉東 陳科尹 趙方珍

摘 要：《RFID 原理與應(yīng)用》是應(yīng)用型本科院校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)最重要的核心課程之一。文中針對應(yīng)用型物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，對RFID課程的重要性進(jìn)行了探索和分析，提出了將《RFID 原理與應(yīng)用》課程分為三門課程進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，并采用多元考核形式對課程分別單獨(dú)進(jìn)行考核。同時(shí)提出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)踐教學(xué)方法，從而達(dá)到了學(xué)生能夠構(gòu)建自身RFID系統(tǒng)的學(xué)習(xí)目的。

關(guān)鍵詞：RFID課程；應(yīng)用型人才；教學(xué)方法；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）05-0-02

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things， IoT）被稱為是繼個(gè)人電腦、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之后的第三次信息浪潮[1]。發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今世界各國研究的焦點(diǎn)，我國走在了研究物聯(lián)網(wǎng)的前列。在國家的大力倡導(dǎo)下，形成了新興學(xué)科物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，因此物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在全國各高校逐漸開設(shè)起來。射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification， RFID）、傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)被稱為物聯(lián)網(wǎng)的三大關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)，RFID技術(shù)也是我國信息化建設(shè)的核心技術(shù)之一。RFID 技術(shù)課程是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)重要的專業(yè)核心課程，對建立完善的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式有著重要的作用[2]。

RFID技術(shù)是一種先進(jìn)的無線識別技術(shù)，利用無線電掃描器監(jiān)視每一個(gè)芯片的狀態(tài)，以無線通信方式傳輸數(shù)據(jù)。它通過接收商品上的微芯片“標(biāo)簽”發(fā)射出來的獨(dú)特ID碼，經(jīng)無線傳輸提供充足的產(chǎn)品信息，無須實(shí)體接觸就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并且數(shù)據(jù)交換時(shí)無須考慮方向性[3]。《RFID 原理與應(yīng)用》作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的核心課程，旨在掌握RFID技術(shù)原理和提高RFID系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力。在應(yīng)用型高校人才培養(yǎng)環(huán)境下，建立較為完善的RFID課程教學(xué)模式，提高實(shí)踐教學(xué)效果，培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)人才，是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教育的未來趨勢[4]。本文從物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案著手，結(jié)合該課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，從課程教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)等角度進(jìn)行教學(xué)研究。

1 課程的重要性分析

RFID技術(shù)是無線電頻率識別的簡稱，由應(yīng)答器、閱讀器和高層組成。應(yīng)答器存儲的數(shù)字識別信息通過無線通信技術(shù)以負(fù)載調(diào)制方式傳送至閱讀器，保證閱讀器實(shí)時(shí)讀取應(yīng)答器里的信息。另外，閱讀器還可以對應(yīng)答器傳送命令，并進(jìn)行寫操作。RFID系統(tǒng)的高層與應(yīng)用聯(lián)系緊密，是RFID系統(tǒng)智能化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化的核心。在當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)世界里，RFID在物流、證件、票務(wù)、防偽防盜、安檢門禁、商品供應(yīng)鏈、食品安全追溯等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，形成了龐大的市場和經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，具有良好的發(fā)展前景。為了更好地發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)具備RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)專門人才勢在必行。

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)主要培養(yǎng)三類人才，分別為電子設(shè)備技術(shù)與芯片設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊、系統(tǒng)集成與應(yīng)用[5]。2013年賀州學(xué)院開始正式招收物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生，并將該專業(yè)與計(jì)算機(jī)方向緊密相連，新生專業(yè)與優(yōu)勢專業(yè)互相促進(jìn)、共同發(fā)展，以圖培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)兩個(gè)方向的專門人才，確定《RFID 原理與應(yīng)用》為該專業(yè)最重要的核心課程之一。針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的方向，《RFID 原理與應(yīng)用》的教學(xué)應(yīng)理論聯(lián)系實(shí)踐，實(shí)踐與理論相結(jié)合，注重基本概念和原理學(xué)習(xí)的同時(shí)，也應(yīng)展開RFID系統(tǒng)應(yīng)用、模塊集成和讀寫過程模擬的實(shí)踐，以滿足物聯(lián)網(wǎng)專門人才的需要。

2 教學(xué)方法研究

應(yīng)用型本科院校的教育重在培養(yǎng)能滿足社會需求的應(yīng)用型人才，要使培養(yǎng)出的學(xué)生具有基礎(chǔ)實(shí)、知識寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高，有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識和專業(yè)能力[6]。為了達(dá)到應(yīng)用型本科院校專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)“RFID原理與應(yīng)用”課程培養(yǎng)學(xué)生具備RFID的基本原理知識、設(shè)計(jì)與應(yīng)用RFID系統(tǒng)能力的教學(xué)目的，并結(jié)合本校的實(shí)際情況，把該《RFID原理與應(yīng)用》分為三門課程，為《RFID原理與應(yīng)用理論》、《RFID原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)》和《RFID原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)》?！禦FID原理與應(yīng)用理論》以實(shí)際生活中的RFID系統(tǒng)應(yīng)用為導(dǎo)向，具體介紹RFID的基礎(chǔ)理論和標(biāo)準(zhǔn)，并通過對典型芯片的學(xué)習(xí)，分析在125 kHz、13.56 MHz與微波應(yīng)用下閱讀器、應(yīng)答器和天線的設(shè)計(jì)，并討論軟硬件的實(shí)現(xiàn)；《RFID原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)》屬于《RFID原理與應(yīng)用理論》的配套實(shí)驗(yàn)課程，是為了踐行理論與實(shí)踐結(jié)合的精神而開設(shè)的一門專業(yè)課程，包含了理論課程中幾乎所有需要的實(shí)驗(yàn)，并且進(jìn)行RFID系統(tǒng)訓(xùn)練擴(kuò)展；《RFID原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)》是在RFID理論課和實(shí)驗(yàn)課的基礎(chǔ)上，為了加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力，針對RFID系統(tǒng)實(shí)踐的需求，培養(yǎng)應(yīng)用型人才而開設(shè)的實(shí)踐課程。

為了更好地達(dá)到應(yīng)用型物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，教師具備完整RFID知識體系的同時(shí)，還必須具備豐富的RFID相關(guān)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)。為了提高教師的RFID項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，鼓勵(lì)教師到企業(yè)學(xué)習(xí)、參加RFID項(xiàng)目，并提供RFID相關(guān)的項(xiàng)目和科研平臺。另一方面，為了提高學(xué)生RFID系統(tǒng)的開發(fā)能力和綜合應(yīng)用能力，針對RFID技術(shù)在生活中的應(yīng)用，要求學(xué)生參與到項(xiàng)目實(shí)踐中，對學(xué)生進(jìn)行合理分組，進(jìn)行調(diào)試、安裝和開發(fā)RFID系統(tǒng)，有目的地指導(dǎo)學(xué)生的動手能力。

多元的考核方法也是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要保證。為了有效地提高學(xué)生的動手能力，需要合適的考試形式來調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，《RFID原理與應(yīng)用》分為三門課程后分別單獨(dú)進(jìn)行考核?！禦FID原理與應(yīng)用理論》采用筆試與討論的形式進(jìn)行考核，其中筆試占70%、RFID應(yīng)用討論占30%，要求學(xué)生掌握RFID知識的同時(shí)也要求學(xué)生注重對知識的理解與應(yīng)用?！禦FID原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)》采用實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行考核，要求學(xué)生不僅必須獨(dú)立并熟悉地完成實(shí)驗(yàn)，也必須確保結(jié)果的真實(shí)性和正確性?！禦FID原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)》采用RFID作品的形式進(jìn)行考核，分組后的小組必須完成一個(gè)作品，給出多個(gè)RFID產(chǎn)品的需求，讓學(xué)生自主選擇其中一個(gè)進(jìn)行設(shè)計(jì)并提出實(shí)施方案。

3 教學(xué)實(shí)踐

3.1 實(shí)踐教學(xué)建設(shè)

為了使學(xué)生掌握 RFID 系統(tǒng)的完整知識，與理論學(xué)習(xí)相結(jié)合，從 RFID 硬件系統(tǒng)出發(fā)，通過學(xué)習(xí)硬件原理，使學(xué)生對 RFID 系統(tǒng)有一個(gè)初步的認(rèn)識。然后，介紹當(dāng)前最為流行、應(yīng)用最為廣泛的兩種RFID協(xié)議：IS0/IEC 14443 和 IS0/IEC 15693，同時(shí)配以相關(guān)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)及指令實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠充分理解RFID系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程及實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。最終達(dá)到學(xué)生能夠構(gòu)建自己RFID系統(tǒng)的學(xué)習(xí)目的。

因此，文中選用了北京聯(lián)創(chuàng)中控的RFID 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺。此平臺包含了各種頻段的 RFID 讀寫器開發(fā)板、多種常見的RFID標(biāo)簽、RFID應(yīng)用模塊、嵌入式系統(tǒng)、PC 軟件系統(tǒng)。這五部分構(gòu)成了完整的RFID體系，為學(xué)習(xí)RFID技術(shù)、了解RFID應(yīng)用、開發(fā)RFID智能化設(shè)備提供了完整、優(yōu)質(zhì)的軟硬件平臺。通過此平臺學(xué)生可以學(xué)習(xí) RFID 的原理、射頻芯片選擇及電路設(shè)計(jì)、射頻端程序開發(fā)、嵌入式RFID系統(tǒng)開發(fā)、Android 移動開發(fā)、RFID 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，實(shí)現(xiàn)學(xué)生具備RFID的基本原理知識、設(shè)計(jì)與應(yīng)用RFID系統(tǒng)能力的教學(xué)目的。

低頻125 k讀寫器模塊工作在125 kHz頻段，與常見ID門禁讀卡器一樣使用ISO18000-2協(xié)議，完全支持EM、TK卡及其它125 k兼容ID卡片的操作，同時(shí)與實(shí)驗(yàn)平臺所配智能門禁模擬系統(tǒng)協(xié)同工作，可以實(shí)現(xiàn)智能門禁仿真，進(jìn)行智能門禁系統(tǒng)的開發(fā)與學(xué)習(xí)。高頻13.56 MHz讀寫器模塊工作在 13.56 MHz頻段，使用 ISO 14443A協(xié)議，可以讀取Mifare1 S50、Mifare1 S70、Mifare Ultra Light、Mifare Pro等射頻卡。超高頻 915 M讀寫器模塊工作在 902～928 MHz 頻段，支持 ISO18000-6C協(xié)議，輸出功率可以調(diào)整，在小功率連接小增益天線的情況下，可以穩(wěn)定可靠地讀取1米距離范圍內(nèi)的兼容EPC Gen2標(biāo)準(zhǔn)。微波2.4 GHz讀寫器模塊工作在2.400GHz～2.485 3 GHz，空中速率最大為2 Mb/s、最多可同時(shí)識別200張標(biāo)簽，配合 ETC 模擬系統(tǒng)模塊和2.4 G有源標(biāo)簽，可以集成完整的高速公路 ETC自動收費(fèi)系統(tǒng)，學(xué)習(xí)ETC系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理與技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

3.2 實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)

為了更好地給學(xué)生提供實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)機(jī)會，學(xué)校主動與相關(guān)RFID企業(yè)保持長期合作關(guān)系，建立RFID實(shí)訓(xùn)基地，結(jié)合學(xué)生在校學(xué)習(xí)情況，與企業(yè)協(xié)商制定實(shí)訓(xùn)方案，在學(xué)習(xí)最新RFID技術(shù)的同時(shí)，保證學(xué)生的理論知識與實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目緊密結(jié)合，學(xué)以致用，提高學(xué)生的競爭力。同時(shí)，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)管理，推行導(dǎo)師制，由企業(yè)技術(shù)人員和導(dǎo)師共同分工管理學(xué)生，指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目以及前言技術(shù)的應(yīng)用情況，保證學(xué)生的實(shí)訓(xùn)質(zhì)量。

與此同時(shí)，學(xué)校與中興通訊股份有限公司合作辦學(xué)，共建“中興通訊信息學(xué)院”。不僅使學(xué)生在校期間就能使用中興通訊走在全球前沿的最新設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)踐，而且學(xué)生的RFID實(shí)訓(xùn)也可以到中興通訊公司學(xué)習(xí)RFID前沿技術(shù)、參與相關(guān)項(xiàng)目的開發(fā)。與中興通訊股份有限公司攜手合作，是通訊行業(yè)與教育行業(yè)的合作創(chuàng)新，整合了企業(yè)先進(jìn)專業(yè)技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)同大學(xué)的資源，促使更多的資源合理配置，致力于培養(yǎng)大批物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的高素質(zhì)人才。

4 結(jié) 語

為了達(dá)到應(yīng)用型物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，完成應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)滿足社會需求的應(yīng)用型人才，我們探索了“RFID原理與應(yīng)用”教學(xué)方法與實(shí)踐，提出了把《RFID原理與應(yīng)用》課程分為《RFID原理與應(yīng)用理論》、《RFID原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)》和《RFID原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)》三門課程，并采用多元考核形式對課程進(jìn)行單獨(dú)考核。同時(shí)，提出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)踐教學(xué)方法，與理論學(xué)習(xí)相結(jié)合，達(dá)到學(xué)生能夠構(gòu)建自己RFID系統(tǒng)的學(xué)習(xí)目的。建立較為完善的“RFID原理與應(yīng)用”教學(xué)方法與實(shí)踐，有目的地指導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，這對培養(yǎng)應(yīng)用型物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]吳宣夠，王小林.物聯(lián)網(wǎng)工程 RFID課程教學(xué)研究與探索[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社科版）， 2015，32（2）：101-102.

[2]曹國平，王宜懷，曹金華.應(yīng)用型本科物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)RFID課程實(shí)踐教學(xué)研究[J].計(jì)算機(jī)教育， 2015，5（10）：100-102.

[3]陳益能.基于有機(jī)RFID的大米供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[4]劉博.物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)“RFID技術(shù)與應(yīng)用”課程改革與實(shí)踐[J].電腦知識與技術(shù)，2015，11（26）：124-125.

[5]利節(jié)，向毅，陳國榮，等.物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)“RFID 技術(shù)與應(yīng)用”課程建設(shè)實(shí)踐[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2015（3）：107-108.

[6]郭婷，潘百明，謝冬娣，等.應(yīng)用型本科院?！笆称饭に噷W(xué)”教學(xué)改革方法探討[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2015（12）：75-76.