《RFID技術及應用》課程的教學探索和實踐

韓 潔

（武昌首義學院 信息科學與工程學院，湖北 武漢 430064）

0 引 言

《RFID技術及應用》課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心課程，教學內(nèi)容包括RFID射頻前端原理、數(shù)據(jù)傳輸和安全、RFID標準和協(xié)議、RFID電子標簽技術以及RFID閱讀器設計。此課程的實踐環(huán)節(jié)需要學生具備扎實的單片機接口編程能力，射頻芯片驅(qū)動編程難，理論晦澀難懂，即理論和實踐學習難度都較大。

《RFID技術與應用》課程教學主要培養(yǎng)應用型本科物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生的感知層數(shù)據(jù)采集應用能力。本課程的教學實施效果與實驗室的硬件設備配置緊密相關，國內(nèi)已開設的相關課程的高校中可以借鑒的經(jīng)驗也較少，故《RFID技術與應用》課程教學是一個亟需探討的課題。

1 課程教學現(xiàn)狀

目前，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在《RFID技術及應用》課程教學中仍存在以下問題：（1）課程間銜接不夠緊密，學習本門課程之前需要先學習單片機原理課程，但關于RFID閱讀器中MCU的內(nèi)容與單片機課程講授的處理器不一致；（2）學生很難在短時間內(nèi)熟練使用RFID實驗平臺的處理器，即實驗平臺中MCU的接口編程能力不足；（3）大部分學生在RFID實驗課中只能完成驗證性的實驗項目，對RFID高頻電子標簽的數(shù)據(jù)塊讀寫操作的編程存在困難。

為了充分利用本校實驗室建成的RFID與傳感器的實驗平臺硬件資源，有必要對傳感器類相關課程進行體系重建，解決教師“教什么”和學生“怎么學”的難題。因此，針對本課程開展教學探索和實踐，對提高物聯(lián)網(wǎng)工程乃至信息類專業(yè)學生的數(shù)據(jù)采集應用能力具有重要意義。

2 課程教學內(nèi)容優(yōu)化

2.1 先修的基礎課程內(nèi)容調(diào)整

《RFID技術及應用》課程教學中學生需要具備單片機編程基礎才能完成專業(yè)課程的數(shù)據(jù)采集實驗操作。根據(jù)現(xiàn)有的實驗室條件對先修的單片機課程的授課內(nèi)容進行調(diào)整，具體的實施方法就是在單片機課程中講授與RFID技術課程中用到的實驗平臺同系列的單片機的編程技術，從而使得先修的單片機課程起到支撐后續(xù)的專業(yè)核心課程的實際作用，減輕學生重復學習不同控制器編程的負擔。

2.2 理論課程教學內(nèi)容優(yōu)化

對于《RFID技術及應用》課程，應減少理論性較強的RFID基礎原理的教學，強化RFID讀卡芯片應用和電子標簽的使用，同時加強對通信傳輸協(xié)議的講解，教學重點應放在用RFID讀卡芯片和傳輸協(xié)議完成電子標簽數(shù)據(jù)的識別。

2.3 實踐課程教學內(nèi)容的優(yōu)化

實驗課中減少驗證性實驗項目的開設，增加設計型實驗項目。課程設計中參照人才市場的數(shù)據(jù)采集崗位需求和現(xiàn)有科研項目，充分利用實驗室的硬件資源產(chǎn)生兩種能力訓練項目：數(shù)據(jù)采集基本能力項目、復雜系統(tǒng)中多元數(shù)據(jù)的采集和融合的系統(tǒng)設計項目。例如，對于電子標簽數(shù)據(jù)讀取采集，應要求學生在實驗中完成多種頻段電子標簽數(shù)據(jù)讀?。粚W生還可以利用總線技術，使用SPI或IC總線的讀卡模塊，讀取公交卡的ID號，并進行電子標簽儲存數(shù)據(jù)塊的讀寫編程操作。

3 教學模式改進

3.1 理論教學模式改進

3.1.1 信息化手段

在理論課程的授課中采用信息化手段輔助教學，本門課程引入了超星學習通平臺輔助課堂教學，流程為：新建課程，編輯課程資源，添加學生名單。學生進入學習通平臺可以看到自己學習的課程和教師發(fā)布的學習任務。教師利用學習通平臺在課前發(fā)布預習任務、完成考勤，消除了傳統(tǒng)考勤耗費課堂時間的弊端。課堂測試也變得更加容易，教師完成一個知識點講解后可當場檢測，當場點評錯題，提前完成課堂測試。課堂檢測時采用信息化手段，讓每個同學都參與測試，便于教師了解學生對知識點的掌握情況。對于掌握得不好的知識點再布置課后習題進行鞏固練習，從而達到教學目標。

3.1.2 案例式教學

在講解閱讀器設計基礎和高頻閱讀器設計兩個章節(jié)的知識點時采用了案例式教學。以公交計費系統(tǒng)為案例，對系統(tǒng)進行分解，分為硬件設計和軟件設計。整個閱讀器設計基礎章節(jié)圍繞公交計費系統(tǒng)硬件設計展開，包括單片機最小系統(tǒng)、單片機通信接口和內(nèi)外部中斷管理機制。在講解高頻閱讀器設計章節(jié)時圍繞軟件設計展開，包括高頻射頻模塊的驅(qū)動編寫、電子標簽的讀和寫操作以及與上位機通信軟件的編寫。當完成兩個章節(jié)的教學時，一個完整的公交計費系統(tǒng)就得以實現(xiàn)。學生在學習過程中能夠清晰地知道自己在學什么。

3.2 實驗教學模式改進

3.2.1 實驗教學平臺的統(tǒng)一

由于課程要用到單片機接口技術，在教學中統(tǒng)一采用相同系列的單片機（STM8S），對于先修的單片機課程的實驗項目就選擇在RFID實驗箱上完成單片機的接口編程訓練，學生在后續(xù)RFID課程乃至傳感器類課程中不需要因為更換實驗設備而重新學習單片機技術，這樣可以為專業(yè)核心課程的學習提供實踐基礎保障，授課老師不會再為實驗中學生因為不熟悉單片機遲遲不能獨立編程而苦惱。

3.2.2 口袋實驗室模式

以往因為實驗平臺是集成度較高的實驗箱，實驗也只能局限在有限的課時內(nèi)和有限的實驗場地內(nèi)，學生的實驗訓練不足，導致實際編程能力達不到授課目標。通過引入口袋實驗室的方式將編程訓練由實驗室內(nèi)搬到實驗室外，其中口袋實驗硬件由STM8S單片機開發(fā)板、傳感器模塊和RFID讀卡模塊構成。教師根據(jù)學生的能力引導學生逐級開展實踐活動。在口袋實驗室中以每個寢室為單位進行分組，每人下發(fā)一塊STM8S系列的開發(fā)板，每組的傳感器模塊和RFID讀卡模塊以及電子便簽采用組內(nèi)共享的方式。在大二第一學期開展口袋實驗活動，安排學生在單片機開發(fā)板上完成簡單的驅(qū)動編程訓練。這樣教師在講授《RFID技術及應用》和《現(xiàn)代傳感器技術》兩門課程時學生已經(jīng)具備MCU編程能力，可以直接布置實際操作型的作業(yè)，學生可以在寢室和圖書館對課堂學習的傳感器和讀卡內(nèi)容進行驗證。例如，學生可以利用口袋實驗室完成單點數(shù)據(jù)采集（采集寢室溫度）。這樣才能保證學生進入實驗課堂完成設計型實驗，減少傳統(tǒng)的驗證性實驗，也解決了實驗課時緊的問題。

具備了口袋實驗室的條件，理論教學的課后作業(yè)完成方式就從以往單一的書寫方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯硬贾迷陂_發(fā)板上完成課后作業(yè)，減少紙和筆的使用。教師利用信息化平臺布置口袋實驗室的作業(yè)，學生上傳調(diào)試視頻，這樣可以對學生的學習效果進行更直觀的評價，學生和教師在線上進行代碼調(diào)試互動。改進了課后作業(yè)完成方式，實現(xiàn)了教學平臺的統(tǒng)一化。

4 考核與能力檢測機制改進

4.1 改革課程考核的比例

對考核的比例進行調(diào)整，加重實驗操作的比例。表1是改革前后的考核比例關系。

表1 改革前后的考核比例關系

由于采用了口袋實驗室和信息化手段，學生的課后表現(xiàn)也可以成為成績評定的一部分。課后的考察采用信息化的手段來開展，以提交的調(diào)試結果和操作視頻來評定。

4.2 引入能力測試

采用藍橋杯電子設計大賽的考試形式檢測學生能力達成情況。在技能測試中教師提供與理論課堂一致的STM8S核心板模塊、各種傳感器、RFID電子標簽和讀卡模塊以及外圍簡單控制電路模塊，要求在2～3 h內(nèi)完成設計題目，包括硬件電路的連線、軟件設計思路和軟件代碼的編寫以及下載調(diào)測。技能測試的題目分為基本能力測試和復雜系統(tǒng)的數(shù)據(jù)感知能力測試。在基本能力測試中要求能夠利用規(guī)定的MCU、RFID模塊和單個傳感器進行數(shù)據(jù)的采集和傳輸；在復雜系統(tǒng)終端數(shù)據(jù)感知技能測試中要求選擇已學過的3～4種工業(yè)總線技術、多點各類型傳感器和RFID模塊完成復雜系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)融合處理。通過這樣的技能測試檢驗前期的教學效果，為下一輪教學改進提供可參考的依據(jù)。

5 結 語

通過整合優(yōu)化授課內(nèi)容，實現(xiàn)了先修課程與RFID課程的無縫銜接，有利于學生學習積極性的提高，口袋實驗室的引入也進一步激發(fā)了學生的主動性；通過信息化手段和案例式教學提高了課堂效率；引入了技能測試的新方法，為后續(xù)教學模式的改進提供了依據(jù)。