RFID應用型課程實踐教學改革探索

田宏偉 任勇

[摘要]針對RFID課程實踐教學向企業(yè)實際開發(fā)環(huán)境靠攏，培養(yǎng)具備解決“跨界復雜工程問題”能力的工程應用型人

才的目標，從應用型本科實際出發(fā)，以企業(yè)廣泛使用的集成產(chǎn)品開發(fā)模式為核心，在實踐課程內(nèi)容、實踐平臺構建、實踐教學組織方式和考核方式方面提出具體實施方案，為建立較為完善的應用型人才實踐教學模式提供參考。

[關鍵詞]RFID課程;實踐教學改革;集成產(chǎn)品開發(fā);過程化考核

[中圖分類號]G642

[文獻標志碼]A

[文章編號]2096-0603（2019）07-0098-02

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID技術）是通過無線射頻方式獲得物體的相關數(shù)據(jù)，并對物體加以識別的自動識別技術，是物聯(lián)網(wǎng)技術的基礎。隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，RFID技術已經(jīng)應用于社會生活的各個領域，包括身份識別領域、交通領域、物流領域、醫(yī)療保健領域、食品餐飲領域及零售領域等，成為我國信息化建設的核心技術之一。近幾年，隨著各高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的開設，在應用型本科人才培養(yǎng)環(huán)境下，如何有效開展RFID課程實踐教學改革，提高實踐教學效果，建立較為完善的實踐教學模式，是值得探討和探索的課題。

一、實踐課程內(nèi)容設計

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)的是企業(yè)所需的工程應用型人才，工程應用型人才一項重要的能力便是解決“跨界復雜工程問題”的能力凹，因此在RFID的實踐教學內(nèi)容設計上需要充分考慮這一點，以往的RFID實踐教學內(nèi)容一般都包括高頻、低頻和超高頻電子標簽的讀寫實驗，以及在這些基礎實驗之上的綜合性實驗，由于實踐教學時間有限，過多的精力放在驗證性實驗之上，綜合性實驗效果不盡如人意。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才實踐能力的培養(yǎng)要盡量做到與企業(yè)的銜接，在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中，大部分企業(yè)完成的是系統(tǒng)集成性、創(chuàng)新性的開發(fā)，中國工程院院士鄔賀銓指出，物聯(lián)網(wǎng)與其說是網(wǎng)絡，不如說是應用，清晰地表明物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)集成創(chuàng)新的特點2。因此，在RFID實踐課程內(nèi)容設計上，不是簡單地在已有的實驗箱上開展基本認知實驗、基本技術實驗和綜合實踐實驗，而是采用集成產(chǎn)品開發(fā)（Integrated Product Development，IPD）模式，由學生項目小組根據(jù)實驗總目標，自己確定如何進行系統(tǒng)設計、硬件搭建和軟件開發(fā)，整個過程時間跨度大，需要項目小組以項目管理的思路在課內(nèi)和課外開展實驗活動。

課程實驗總目標定位開發(fā)冷鏈運輸RFID監(jiān)控系統(tǒng)，在給出初步的需求后，由學生組成項目小組，按照工程項目管理的流程進行需求分析、可行性分析、范圍管理、系統(tǒng)設計、進度管理和文檔管理等一系列活動，在開展系統(tǒng)設計的活動中，整個項目小組事實上已經(jīng)完成了基本認知實驗、基本技術實驗和綜合實踐實驗。

二、實踐硬件平臺構建

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)的是“工程應用型”人才，必須高度重視與理論教學相輔相成的實驗教學環(huán)境B。RFID課程涉及通信原理、基礎電路、微波技術和軟件技術等，專業(yè)跨度大，所以實踐教學設備的選擇和設計一直是不斷探索的過程。目前，常見的RFID實踐教學設備主要有以下三種：（1）以廠商提供的RFID綜合教學平臺為主，一般配備多種頻段的RFID模塊，基于32位處理器的RFID原理機，同時帶有信號探測針，通過示波器能提取、展現(xiàn)出RFID系統(tǒng)中整個的射頻信號4;（2）以RFID虛擬仿真平臺為主，一般利用MATLAB/Simulink 進行輔助教學，可實現(xiàn)高頻接口信號調(diào)制解調(diào)仿真和包絡建波電路等試驗;（3）以自主設計模塊化實驗設備為主，一般包括具有豐富擴展接口的MCU最小系統(tǒng)、射頻控制模塊和天線模塊間。

三種教學設備中，RFID綜合教學平臺功能齊全，但是硬件模塊通常固化在實驗箱上，不利于學生進行課外實踐，虛擬仿真平臺一般在電子信息專業(yè)使用，學生前期已經(jīng)學習了信號原理，掌握了仿真軟件使用，對計算機專業(yè)不太適合，模塊化實驗設備擴展性好、便于攜帶，更加適合學生進行課外實踐和二次開發(fā)。

基于應用型人才培養(yǎng)的目標，本著有利于學生自主設計的原則，設計了基于Arduino開源硬件的便于課內(nèi)外自主設計實驗的RFID模塊化實驗套件，套件包括ArduinoUNO核心處理模塊、RC522射頻控制模塊、12864液晶屏、4x4 矩陣鍵盤、繼電器模塊、溫濕度傳感器模塊、SD卡存儲器模塊、WiFi模塊等。Arduino采用ATMega328作為核心CPU，具有6路模擬輸入接口和14路數(shù)字輸入輸出接口，6路PWM輸出。Arduino 開源平臺即擁有自己的設計師與愛好者社區(qū)，并有擴展庫與軟件支持，便于快速完成應用型項目的搭建。

RFID模塊化實驗套件除了能夠有效支撐課堂內(nèi)的RFID綜合性實踐教學內(nèi)容外，還便于攜帶，方便學生在課外進行自主練習和實踐，目前已有學生開展興趣小組活動，做好參加蘇州大學大學生課外學術科研基金項目和“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽的準備。

三、實踐教學組織方式探索

有效組織學生開展訓練，以達到工程應用能力的提升，是實踐教學的目標。但是在實際教學過程中，由于一些主客觀因素的影響，在實踐教學過程中往往是簡單的項目分組，往往是組內(nèi)一個動手能力較強的學生把所有的項目內(nèi)容做完，或者項目結束后沒有任何過程性記錄，或者整個項目過程沒有綜合考慮成本因素，等等。這種教學組織方式存在一些問題，譬如技術水平得到提升，但某些工程應用能力沒有得到提升，如項目管理能力和經(jīng)濟決策能力;又或者項目小組團隊合作意識不強，存在有意愿的學生主動做，不愿意做的學生在邊上看的情況。

因此，需要學習和對接行業(yè)企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)組織方式，20世紀90年代后企業(yè)界不斷反思產(chǎn)品開發(fā)“唯技術論”觀點的不足，經(jīng)過幾十年的實踐，形成了一些有效的成熟做法，如集成產(chǎn)品開發(fā)模式已被全世界創(chuàng)新型企業(yè)所認同”。IPD組織實施的核心思想是構建跨部門、跨學科的集成產(chǎn)品開發(fā)團隊，通過有效溝通、協(xié)調(diào)及決策，盡快實現(xiàn)目標。

當然集成產(chǎn)品開發(fā)需要一定的企業(yè)實際環(huán)境，某些要求在實踐教學環(huán)境中還不具備，但是可以根據(jù)其核心理念開展實踐教學，具體措施如下。

（一）合理劃分項目小組

集成成品開發(fā)的核心是多部門協(xié)同組成團隊，團隊成員能力互補，致力于共同目標，共同承擔責任。因此在劃分項目的小組之前，需要先進行IPD方法論的宣貫，理解集成產(chǎn)品開發(fā)的基本思想，學生需要根據(jù)自己的實際情況，有針對性地選擇在某方面能力具備一些優(yōu)勢的隊友，組成能力互補的小組，每組成員在4人左右。

（二）有效開展團隊協(xié)作

IPD項目小組協(xié)作模式為集體決策、任務獨立，集體決策是在項目的范圍確定、系統(tǒng)架構選擇等關鍵點，需要由項目小組討論進行決策，而非某個學生單獨決定。這既保證了小組成員得到了某方面能力的提升，又鍛煉了自身綜合考慮多方面因素進行決策的能力。任務獨立是指每個小組成員都要承擔獨立的實踐任務，如RFID項目中射頻模塊的選型、成本的綜合考慮、文檔的編寫等。

（三）注重使用翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂教學模式將教學中心從以“教師為中心”的傳授方式轉(zhuǎn)移為以“學生為中心”的自主學習方式，強調(diào)課堂外學習，尤其是對RFID課程設計這種綜合性的實踐教學，僅僅依靠18個課時的課內(nèi)時間是遠遠不夠的，因此在項目小組在課外也需要組織開展學習和討論，課內(nèi)由教師進行指導，培養(yǎng)其思考問題解決問題的能力。

四、考核方式改革

采用集成產(chǎn)品開發(fā)模式進行RFID實踐教學，決定了進行過程化考核的適用性。一方面，從思想上杜絕學生應試的僥幸心理，形成良好的教風和學風四;另一方面，為學生搭建與企業(yè)實際環(huán)境接近的實踐氛圍，集成產(chǎn)品開發(fā)不會使用考試的方式進行考核，而是以目標產(chǎn)出為導向，注重過程考核。

實踐教學過程中使用集成產(chǎn)品開發(fā)項目管理的里程碑作為階段性考核的時間點，一般包括4個里程碑。

里程碑1：第2次實驗課結束，第1次實驗課由教師對項目進行介紹，并對集成產(chǎn)品開發(fā)思想進行介紹，隨后啟動項目，開展需求分析、范圍確定等工作。接下來主要靠課外時間進行小組學習和討論，在第2次實驗課結束時，需要考核項目范圍、進度計劃和成本計劃以及完成項目所需的技術介紹。

里程碑2：第3次實驗課結束，考核內(nèi)容為冷鏈運輸RFID監(jiān)控系統(tǒng)的整體設計報告，包括硬件設備選型、軟件初步界面、傳輸網(wǎng)絡選擇，涵蓋物聯(lián)網(wǎng)感知層、傳輸層和應用層三個層次內(nèi)容，同時需要包括更新的進度計劃和成本計劃。

里程碑3：第5次實驗課結束，考核內(nèi)容為冷鏈運輸RFID監(jiān)控系統(tǒng)的硬件搭建、軟件功能，項目小組需對系統(tǒng)進行功能介紹和開發(fā)經(jīng)驗分享。

里程碑4：最后一次實驗課進行，考核知識點為產(chǎn)品開發(fā)報告、成果展現(xiàn)及集成產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗教訓總結。

實施過程化考核，對學生綜合能力的培養(yǎng)起到促進作用，使學生產(chǎn)品開發(fā)能力得到鍛煉，同時在項目開發(fā)經(jīng)驗積累、團隊合作意識等方面都得到了提升。

五、結語

在工程應用型人才培養(yǎng)理念下，以RFID課程實踐教學改革為例，以集成產(chǎn)品開發(fā)模式為核心，通過對課程內(nèi)容、實踐平臺、教學組織方式和考核方式的改革，提高了課程教學質(zhì)量，學生項目管理能力和專業(yè)技能也得到了提升，符合新工科理念下實踐課程的建設，為相關課程的實踐教學模式改革提供了參考。

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