李濟(jì)生

北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)學(xué)院 北京 100044

隨著智能化社會的發(fā)展，智能卡技術(shù)已經(jīng)滲透到我們社會生活的各個(gè)領(lǐng)域。為了跟進(jìn)時(shí)代的步伐，使學(xué)生了解由智能識別技術(shù)應(yīng)用而生的各種智能化產(chǎn)品，我院為高年級學(xué)生開設(shè)ID識別技術(shù)及應(yīng)用課程。該課程是技術(shù)性、工程性和應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)課程，其目標(biāo)是要強(qiáng)化學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才，同時(shí)也作為一種就業(yè)前的技能實(shí)訓(xùn)。

1 課程教學(xué)存在的問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性

ID識別技術(shù)及應(yīng)用是一門新型課程，涉及ID識別中的諸多技術(shù)，包括磁卡識別技術(shù)、條形碼識別技術(shù)、IC卡識別技術(shù)以及射頻卡識別技術(shù)等。目前市場上很難找到相應(yīng)內(nèi)容的教材，而課程教學(xué)內(nèi)容主要以相關(guān)的ISO國際標(biāo)準(zhǔn)和以解剖市場上典型的ID識別產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)來規(guī)劃的。由于課程內(nèi)容相對零亂，教學(xué)與實(shí)驗(yàn)也未能有機(jī)地結(jié)合，導(dǎo)致課程內(nèi)容在設(shè)計(jì)和組織上缺乏系統(tǒng)性和連貫性。隨著教學(xué)的逐年深入，這門技術(shù)性很強(qiáng)的課程不僅沒有體現(xiàn)出強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐水平和提高學(xué)生動手能力的特點(diǎn)，而且逐步變成了一門科普性的教學(xué)課程，這與當(dāng)初規(guī)劃課程的目標(biāo)相違背。如何克服課程教學(xué)中存在的問題，規(guī)劃出系統(tǒng)性強(qiáng)、教學(xué)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芫o密結(jié)合的內(nèi)容就成為我們課程改革的主要目標(biāo)。

1.2 對實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)重視不夠

在最初的課程建設(shè)中，沒有將實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)放在課程教學(xué)的重要地位，理論教學(xué)內(nèi)容偏多，課堂上涉及大量的ISO國際標(biāo)準(zhǔn)、抽象的概念和復(fù)雜的硬件控制時(shí)序。對于這些課堂教學(xué)內(nèi)容，學(xué)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(xué)效果極其不佳，導(dǎo)致一部分學(xué)生離開課堂，甚至某些學(xué)生把選修這門課程作為獲取學(xué)分的一種手段。另一方面，由于教學(xué)內(nèi)容沒有與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊密結(jié)合，使很多ID識別技術(shù)的常用方法和手段不能通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和再設(shè)計(jì)，很多學(xué)生本想通過這門課的學(xué)習(xí)來提升自己的動手能力，但教學(xué)內(nèi)容未能體現(xiàn)強(qiáng)化實(shí)踐能力的特點(diǎn)，反而成了這門課程的短處，使部分學(xué)生喪失了學(xué)習(xí)興趣。

1.3 實(shí)驗(yàn)平臺相對落后和不足

課程實(shí)驗(yàn)是以MCS51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱為實(shí)驗(yàn)平臺，平臺相對陳舊，并經(jīng)常出現(xiàn)故障，使很多實(shí)驗(yàn)難以開展和進(jìn)行。由于教學(xué)經(jīng)費(fèi)有限，MCS51實(shí)驗(yàn)平臺相對落后，學(xué)院也不愿意在這種平臺上投入更多的經(jīng)費(fèi)，致使實(shí)驗(yàn)裝置不能更新和補(bǔ)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(xué)生較多，經(jīng)常5～6人使用一套實(shí)驗(yàn)平臺和裝置。這樣一來，每套實(shí)驗(yàn)裝置只有2～3人能真正投入到實(shí)驗(yàn)過程中，其他學(xué)生不能有效地參與到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和程序調(diào)試的整個(gè)過程，明顯地降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)對這門課程所起的作用和產(chǎn)生的效果。這個(gè)原本強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的課程，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足和老舊，實(shí)驗(yàn)平臺相對落后，而失去了開設(shè)的意義。隨著時(shí)間的推移，這門培養(yǎng)學(xué)生動手能力和實(shí)踐能力的課程也就逐步停留在口頭上了。

2 課程教學(xué)改革

2.1 以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為導(dǎo)向優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)課程的定位和對以往教學(xué)實(shí)踐活動的總結(jié)，我們對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新優(yōu)化，以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為主線，在ISO國際標(biāo)準(zhǔn)的限定范圍內(nèi)，將ID識別技術(shù)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(shù)和軟件技術(shù)作為重點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guān)ID產(chǎn)品應(yīng)具有的功能和設(shè)計(jì)方案，并采取理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)緊密配合的方式來開展教學(xué)實(shí)踐活動。通過將抽象的產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要解決的問題和采用的方法作為課程教學(xué)內(nèi)容，并將諸多技術(shù)問題逐個(gè)從概念、理論和技術(shù)上進(jìn)行突破，來充分凸顯課程技術(shù)性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。這種用產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中涉及的各個(gè)重要環(huán)節(jié)來布局課程教學(xué)內(nèi)容的方法，大大增強(qiáng)了課程內(nèi)容的系統(tǒng)性和連貫性。通過以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的教學(xué)活動，使學(xué)生掌握了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本思路、方法和過程，同時(shí)也為他們今后的產(chǎn)品開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

2.2 注重培養(yǎng)學(xué)生的興趣和熱情[2]

“興趣”是最好的學(xué)習(xí)動力，只有讓學(xué)生有了興趣，才能使他們更好地完成課程教學(xué)內(nèi)容。該課程直觀上有一定的吸引力，但其內(nèi)容卻非常枯燥，怎樣能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心和興趣，是前期教學(xué)需要解決的問題。我們首選磁卡識別技術(shù)作為這門課程的突破口，原因是磁卡識別技術(shù)相對簡單，概念比較清晰，容易理解，內(nèi)容除了計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的知識外，還涉及磁電轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換、機(jī)械等很多相關(guān)學(xué)科知識，這些都是學(xué)生非常感興趣的內(nèi)容。理論部分講完之后，馬上進(jìn)入磁卡識別技術(shù)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)完成一個(gè)具有銀行使用磁卡讀卡器功能的設(shè)備。按照這個(gè)思路，將教學(xué)和實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合起來，連貫操作，使學(xué)生逐步進(jìn)入我們預(yù)想的教學(xué)和學(xué)習(xí)境地，學(xué)生的興趣逐步提高，并能把實(shí)驗(yàn)當(dāng)做完成一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)認(rèn)真對待，使課程教學(xué)順利地展開和進(jìn)行。

2.3 以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的教學(xué)模式

產(chǎn)品化教學(xué)是“行為導(dǎo)向”教學(xué)法的一種，它主要是選取生產(chǎn)實(shí)踐中具有典型意義的若干“項(xiàng)目”作為載體，或者借用生產(chǎn)實(shí)踐中的“項(xiàng)目”概念，根據(jù)項(xiàng)目的基本特征和形式，為達(dá)到教學(xué)目標(biāo)要求而設(shè)計(jì)出若干個(gè)與課程要求相一致的“教學(xué)項(xiàng)目”，把課程教學(xué)內(nèi)容包括課程所要求的知識和技能融合在這些項(xiàng)目中，通過完成這些項(xiàng)目中規(guī)定的每一項(xiàng)工作任務(wù)達(dá)到教學(xué)目的的教學(xué)方法[3]。

在教學(xué)中，我們注重教學(xué)內(nèi)容的產(chǎn)品化設(shè)計(jì)導(dǎo)向，把每個(gè)教學(xué)部分都規(guī)劃成不同產(chǎn)品設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程中的各個(gè)知識環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)。就射頻卡而言，我們選擇學(xué)校食堂使用的售飯機(jī)作為射頻卡教學(xué)對象，根據(jù)食堂售飯機(jī)的基本功能，分析了售飯機(jī)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(yàn)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(chǔ)上，我們講述了食堂售飯機(jī)的設(shè)計(jì)思路、硬件技術(shù)和軟件技術(shù)等問題，特別是每個(gè)部分涉及的關(guān)鍵知識和應(yīng)該采用的方法，使學(xué)生從整體上建立實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和方案，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)打下良好的基礎(chǔ)。

3 實(shí)踐教學(xué)改革

3.1 建設(shè)新型實(shí)驗(yàn)平臺

以前采用的MCS51實(shí)驗(yàn)平臺相對落后，不能滿足日益發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)要求。為此我院專門為這門課程購置了30臺STM32單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺，并結(jié)合STM32實(shí)驗(yàn)平臺接口的特點(diǎn)設(shè)計(jì)和制作了30塊STM32單片機(jī)與ID識別裝置的接口電路板，以滿足課程實(shí)驗(yàn)的要求。另外，我們還設(shè)計(jì)和制作了30塊STM32單片機(jī)與IC卡接口的電路板，用以完成IC卡的數(shù)據(jù)識別實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)平臺的更新和升級，課程實(shí)驗(yàn)水平達(dá)到了一個(gè)新的高度。在新的實(shí)驗(yàn)平臺上做ID識別技術(shù)實(shí)驗(yàn)，不僅使學(xué)生接觸到新型單片機(jī)技術(shù)，加深了對STM32單片機(jī)內(nèi)部接口的認(rèn)識和理解，提高了STM32單片機(jī)的編程能力，而且還掌握了ID識別技術(shù)的硬件設(shè)計(jì)方法，時(shí)序控制中的軟件編程技巧，是一舉多得的事情。另外，學(xué)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(shí)驗(yàn)裝置達(dá)到30套，若2人一組，一次可接納60名學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，大大改善了實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

3.2 以設(shè)計(jì)產(chǎn)品為目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

目前我們已經(jīng)開設(shè)了3個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，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(shù)實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生完成一個(gè)具有正反向刷卡的磁卡數(shù)據(jù)識別裝置，該實(shí)驗(yàn)需達(dá)到的目標(biāo)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(shù)實(shí)驗(yàn)中，使用SLE4442邏輯加密卡來模擬公交卡的應(yīng)用模式，完成IC卡充值、乘車單次刷卡減費(fèi)、乘車上下車刷卡減費(fèi)等功能。在射頻卡識別技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，結(jié)合學(xué)校食堂售飯系統(tǒng)的應(yīng)用模式，完成射頻卡充值和售飯減費(fèi)的功能。這些產(chǎn)品功能對學(xué)生來講是非常熟悉的，他們不必在理解上花費(fèi)更多的時(shí)間。另外實(shí)驗(yàn)中涉及很多時(shí)序控制問題，而時(shí)序控制在以往硬件課程實(shí)驗(yàn)中是很少遇到的，難度相對較大，且要求必須嚴(yán)格和準(zhǔn)確，這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程培養(yǎng)了學(xué)生的耐心和細(xì)心，加深了對硬件控制的理解，學(xué)生在體驗(yàn)這個(gè)過程的同時(shí)也提高了自身的實(shí)踐能力。

3.3 充分利用課外時(shí)間

由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為目的，實(shí)驗(yàn)工作量相對較大，要在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)里完成這些任務(wù)是不可能的。為此我們將實(shí)驗(yàn)平臺和實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)放給學(xué)生實(shí)驗(yàn)組，由組長負(fù)責(zé)維護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安全。學(xué)生可以利用課余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行討論、設(shè)計(jì)和調(diào)試程序。在實(shí)驗(yàn)課上教師除了解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，與學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)調(diào)試等問題外，還要掌握各實(shí)驗(yàn)組的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，完成的內(nèi)容和質(zhì)量，以及每名學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的貢獻(xiàn)等，以便給出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)成績。

4 考核與評價(jià)方式

提高學(xué)生的實(shí)踐能力是課程的教學(xué)目標(biāo)，考核實(shí)踐能力而不是考核記憶能力是我們課程教學(xué)對學(xué)生評價(jià)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(shí)際應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)以應(yīng)用為導(dǎo)向的試題內(nèi)容。這種考核方式能夠較好反映學(xué)生的實(shí)踐能力和對知識的綜合應(yīng)用能力。另外我們擴(kuò)大了學(xué)生平時(shí)成績的比例，使學(xué)生平時(shí)的實(shí)踐活動得到認(rèn)可，這樣學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)時(shí)就注重實(shí)際綜合能力的訓(xùn)練。

總成績的評定方案：考試成績占50%，平時(shí)成績占10%，實(shí)驗(yàn)成績占40%。

5 結(jié)束語

培養(yǎng)高水平且具有實(shí)際應(yīng)用能力的學(xué)生是我國現(xiàn)代化建設(shè)中不可缺少的基本要素，而提高教學(xué)水平是培養(yǎng)高水平人才的基礎(chǔ)。為了培養(yǎng)符合社會需要的計(jì)算機(jī)應(yīng)用人才，我們對ID識別技術(shù)及應(yīng)用課程進(jìn)行了改革，堅(jiān)持以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為導(dǎo)向規(guī)劃教學(xué)和實(shí)踐內(nèi)容。經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，證明這種教學(xué)模式對于提高學(xué)生的實(shí)踐能力是非常有幫助的。我們將繼續(xù)對課程進(jìn)行研究和探索，尋找更加適合培養(yǎng)高質(zhì)量人才的教學(xué)模式。

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

[2]吳姝芹,范勇.應(yīng)用型單片機(jī)原理課程教學(xué)探索與實(shí)踐[J].輕工科技,2012(4):165-166.

[3]單丹.淺談項(xiàng)目化教學(xué)在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程中的應(yīng)用[J].中國電力教育,2010(25):91-92.