韓 潔

（武昌首義學(xué)院 信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430064）

0 引 言

《RFID技術(shù)及應(yīng)用》課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心課程，教學(xué)內(nèi)容包括RFID射頻前端原理、數(shù)據(jù)傳輸和安全、RFID標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議、RFID電子標(biāo)簽技術(shù)以及RFID閱讀器設(shè)計(jì)。此課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)需要學(xué)生具備扎實(shí)的單片機(jī)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(shí)踐學(xué)習(xí)難度都較大。

《RFID技術(shù)與應(yīng)用》課程教學(xué)主要培養(yǎng)應(yīng)用型本科物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的感知層數(shù)據(jù)采集應(yīng)用能力。本課程的教學(xué)實(shí)施效果與實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)備配置緊密相關(guān)，國內(nèi)已開設(shè)的相關(guān)課程的高校中可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)也較少，故《RFID技術(shù)與應(yīng)用》課程教學(xué)是一個(gè)亟需探討的課題。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在《RFID技術(shù)及應(yīng)用》課程教學(xué)中仍存在以下問題：（1）課程間銜接不夠緊密，學(xué)習(xí)本門課程之前需要先學(xué)習(xí)單片機(jī)原理課程，但關(guān)于RFID閱讀器中MCU的內(nèi)容與單片機(jī)課程講授的處理器不一致；（2）學(xué)生很難在短時(shí)間內(nèi)熟練使用RFID實(shí)驗(yàn)平臺的處理器，即實(shí)驗(yàn)平臺中MCU的接口編程能力不足；（3）大部分學(xué)生在RFID實(shí)驗(yàn)課中只能完成驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對RFID高頻電子標(biāo)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(shí)驗(yàn)室建成的RFID與傳感器的實(shí)驗(yàn)平臺硬件資源，有必要對傳感器類相關(guān)課程進(jìn)行體系重建，解決教師“教什么”和學(xué)生“怎么學(xué)”的難題。因此，針對本課程開展教學(xué)探索和實(shí)踐，對提高物聯(lián)網(wǎng)工程乃至信息類專業(yè)學(xué)生的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用能力具有重要意義。

2 課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

2.1 先修的基礎(chǔ)課程內(nèi)容調(diào)整

《RFID技術(shù)及應(yīng)用》課程教學(xué)中學(xué)生需要具備單片機(jī)編程基礎(chǔ)才能完成專業(yè)課程的數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)操作。根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件對先修的單片機(jī)課程的授課內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，具體的實(shí)施方法就是在單片機(jī)課程中講授與RFID技術(shù)課程中用到的實(shí)驗(yàn)平臺同系列的單片機(jī)的編程技術(shù)，從而使得先修的單片機(jī)課程起到支撐后續(xù)的專業(yè)核心課程的實(shí)際作用，減輕學(xué)生重復(fù)學(xué)習(xí)不同控制器編程的負(fù)擔(dān)。

2.2 理論課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

對于《RFID技術(shù)及應(yīng)用》課程，應(yīng)減少理論性較強(qiáng)的RFID基礎(chǔ)原理的教學(xué)，強(qiáng)化RFID讀卡芯片應(yīng)用和電子標(biāo)簽的使用，同時(shí)加強(qiáng)對通信傳輸協(xié)議的講解，教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)放在用RFID讀卡芯片和傳輸協(xié)議完成電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的識別。

2.3 實(shí)踐課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)課中減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)，增加設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。課程設(shè)計(jì)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(xiàng)目，充分利用實(shí)驗(yàn)室的硬件資源產(chǎn)生兩種能力訓(xùn)練項(xiàng)目：數(shù)據(jù)采集基本能力項(xiàng)目、復(fù)雜系統(tǒng)中多元數(shù)據(jù)的采集和融合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。例如，對于電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)讀取采集，應(yīng)要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中完成多種頻段電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)讀??；學(xué)生還可以利用總線技術(shù)，使用SPI或IC總線的讀卡模塊，讀取公交卡的ID號，并進(jìn)行電子標(biāo)簽儲存數(shù)據(jù)塊的讀寫編程操作。

3 教學(xué)模式改進(jìn)

3.1 理論教學(xué)模式改進(jìn)

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(xué)，本門課程引入了超星學(xué)習(xí)通平臺輔助課堂教學(xué)，流程為：新建課程，編輯課程資源，添加學(xué)生名單。學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)通平臺可以看到自己學(xué)習(xí)的課程和教師發(fā)布的學(xué)習(xí)任務(wù)。教師利用學(xué)習(xí)通平臺在課前發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)、完成考勤，消除了傳統(tǒng)考勤耗費(fèi)課堂時(shí)間的弊端。課堂測試也變得更加容易，教師完成一個(gè)知識點(diǎn)講解后可當(dāng)場檢測，當(dāng)場點(diǎn)評錯(cuò)題，提前完成課堂測試。課堂檢測時(shí)采用信息化手段，讓每個(gè)同學(xué)都參與測試，便于教師了解學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況。對于掌握得不好的知識點(diǎn)再布置課后習(xí)題進(jìn)行鞏固練習(xí)，從而達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

3.1.2 案例式教學(xué)

在講解閱讀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和高頻閱讀器設(shè)計(jì)兩個(gè)章節(jié)的知識點(diǎn)時(shí)采用了案例式教學(xué)。以公交計(jì)費(fèi)系統(tǒng)為案例，對系統(tǒng)進(jìn)行分解，分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。整個(gè)閱讀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)章節(jié)圍繞公交計(jì)費(fèi)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)展開，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、單片機(jī)通信接口和內(nèi)外部中斷管理機(jī)制。在講解高頻閱讀器設(shè)計(jì)章節(jié)時(shí)圍繞軟件設(shè)計(jì)展開，包括高頻射頻模塊的驅(qū)動編寫、電子標(biāo)簽的讀和寫操作以及與上位機(jī)通信軟件的編寫。當(dāng)完成兩個(gè)章節(jié)的教學(xué)時(shí)，一個(gè)完整的公交計(jì)費(fèi)系統(tǒng)就得以實(shí)現(xiàn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠清晰地知道自己在學(xué)什么。

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改進(jìn)

3.2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的統(tǒng)一

由于課程要用到單片機(jī)接口技術(shù)，在教學(xué)中統(tǒng)一采用相同系列的單片機(jī)（STM8S），對于先修的單片機(jī)課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就選擇在RFID實(shí)驗(yàn)箱上完成單片機(jī)的接口編程訓(xùn)練，學(xué)生在后續(xù)RFID課程乃至傳感器類課程中不需要因?yàn)楦鼡Q實(shí)驗(yàn)設(shè)備而重新學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)，這樣可以為專業(yè)核心課程的學(xué)習(xí)提供實(shí)踐基礎(chǔ)保障，授課老師不會再為實(shí)驗(yàn)中學(xué)生因?yàn)椴皇煜纹瑱C(jī)遲遲不能獨(dú)立編程而苦惱。

3.2.2 口袋實(shí)驗(yàn)室模式

以往因?yàn)閷?shí)驗(yàn)平臺是集成度較高的實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)也只能局限在有限的課時(shí)內(nèi)和有限的實(shí)驗(yàn)場地內(nèi)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練不足，導(dǎo)致實(shí)際編程能力達(dá)不到授課目標(biāo)。通過引入口袋實(shí)驗(yàn)室的方式將編程訓(xùn)練由實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搬到實(shí)驗(yàn)室外，其中口袋實(shí)驗(yàn)硬件由STM8S單片機(jī)開發(fā)板、傳感器模塊和RFID讀卡模塊構(gòu)成。教師根據(jù)學(xué)生的能力引導(dǎo)學(xué)生逐級開展實(shí)踐活動。在口袋實(shí)驗(yàn)室中以每個(gè)寢室為單位進(jìn)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(xué)期開展口袋實(shí)驗(yàn)活動，安排學(xué)生在單片機(jī)開發(fā)板上完成簡單的驅(qū)動編程訓(xùn)練。這樣教師在講授《RFID技術(shù)及應(yīng)用》和《現(xiàn)代傳感器技術(shù)》兩門課程時(shí)學(xué)生已經(jīng)具備MCU編程能力，可以直接布置實(shí)際操作型的作業(yè)，學(xué)生可以在寢室和圖書館對課堂學(xué)習(xí)的傳感器和讀卡內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證。例如，學(xué)生可以利用口袋實(shí)驗(yàn)室完成單點(diǎn)數(shù)據(jù)采集（采集寢室溫度）。這樣才能保證學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)課堂完成設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，減少傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也解決了實(shí)驗(yàn)課時(shí)緊的問題。

具備了口袋實(shí)驗(yàn)室的條件，理論教學(xué)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(shí)驗(yàn)室的作業(yè)，學(xué)生上傳調(diào)試視頻，這樣可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行更直觀的評價(jià)，學(xué)生和教師在線上進(jìn)行代碼調(diào)試互動。改進(jìn)了課后作業(yè)完成方式，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)平臺的統(tǒng)一化。

4 考核與能力檢測機(jī)制改進(jìn)

4.1 改革課程考核的比例

對考核的比例進(jìn)行調(diào)整，加重實(shí)驗(yàn)操作的比例。表1是改革前后的考核比例關(guān)系。

表1 改革前后的考核比例關(guān)系

由于采用了口袋實(shí)驗(yàn)室和信息化手段，學(xué)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(jié)果和操作視頻來評定。

4.2 引入能力測試

采用藍(lán)橋杯電子設(shè)計(jì)大賽的考試形式檢測學(xué)生能力達(dá)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(biāo)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(shè)計(jì)題目，包括硬件電路的連線、軟件設(shè)計(jì)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(fù)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(gè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和傳輸；在復(fù)雜系統(tǒng)終端數(shù)據(jù)感知技能測試中要求選擇已學(xué)過的3～4種工業(yè)總線技術(shù)、多點(diǎn)各類型傳感器和RFID模塊完成復(fù)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(yàn)前期的教學(xué)效果，為下一輪教學(xué)改進(jìn)提供可參考的依據(jù)。

5 結(jié) 語

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