基于CDIO的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)“RFID技術(shù)與應(yīng)用”課程實踐教學(xué)研究

利節(jié)+陳國榮+馮驪驍+熊茜+金尚柱+賴軍輝

摘要：“RFID技術(shù)與應(yīng)用”是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)都將此課程設(shè)置為學(xué)分最高的專業(yè)課程。針對應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)人才的特色，總結(jié)已有教學(xué)經(jīng)驗，對該門課程實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革進行了分析研究，提出已建設(shè)的方案，旨在加強學(xué)生編程和動手能力，提高學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新的能力，培養(yǎng)出符合企業(yè)需求的技術(shù)創(chuàng)新人才。

關(guān)鍵詞：RFID；實踐教學(xué)；應(yīng)用型本科

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）30-0111-02

2010、2012年教育部公布了通過審批的140個高等學(xué)校戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)本科新專業(yè)，各高校紛紛開設(shè)相關(guān)專業(yè)。在新增本科專業(yè)名單中，數(shù)量約一半的高校新專業(yè)都與物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)。到2014年，重慶各大高校也都開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，輻射本科院校和高職?？茖W(xué)校。目前，國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)表示計算機、通信類、應(yīng)用物理類等三個學(xué)科人才是物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)迫切需要的。

“RFID技術(shù)與應(yīng)用”作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心專業(yè)課，對培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才尤為重要。經(jīng)過對此課程的教學(xué)工作，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的“RFID技術(shù)與應(yīng)用”的教學(xué)實踐內(nèi)容需要進行改革和建設(shè)，使學(xué)生在已有的基礎(chǔ)體系上更好地掌握具有針對性的相關(guān)知識。

一、“RFID技術(shù)與應(yīng)用”在實踐教學(xué)中存在的問題

1.學(xué)生創(chuàng)新度低?，F(xiàn)有模式一般為教師每次布置題目，由學(xué)生選擇。通常這些題目在網(wǎng)上有大量已有的資料，如往屆學(xué)生作品上傳至網(wǎng)絡(luò)上，這導(dǎo)致學(xué)生過多寄希望于抄襲網(wǎng)絡(luò)上的作品。同時，由于題目是已定的，未必是學(xué)生感興趣的方向，學(xué)生只是為了學(xué)分而學(xué)習(xí)，非常被動。

2.題目更新度弱。教師幾乎全部時間都花費在教學(xué)任務(wù)上，接觸外界狀態(tài)有限，因此每年的課程實踐內(nèi)容更新較少，而現(xiàn)在學(xué)生每天卻花費大量時間在網(wǎng)絡(luò)上，了解國內(nèi)外動態(tài)，對新的技術(shù)也更為渴望。

3.已有資料少。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)仍屬于新建專業(yè)，各高校都處于探索階段，少有成熟的實踐體系和方法作為指導(dǎo)。同時，針對培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才為目標(biāo)的特點，應(yīng)結(jié)合實際的行業(yè)背景制定實踐內(nèi)容，培養(yǎng)適合企業(yè)需求的學(xué)生。

二、實踐硬件平臺

市場上現(xiàn)有的RFID實驗設(shè)備多數(shù)為驗證性實驗。為了滿足實踐教學(xué)的需求，設(shè)計了專業(yè)實驗平臺，遵循模塊化的設(shè)計思維，每個模塊跟理論知識相互呼應(yīng)，既保證系統(tǒng)的通用性和可擴展性，又讓學(xué)生能夠很好地理解知識點。實驗平臺基于SG-TOP888射頻開發(fā)板，包括了射頻模塊、液顯模塊、應(yīng)答器模塊和單片機模塊。單片機采用學(xué)生學(xué)過的STC89C52RC芯片，其工作頻率為9600Hz，所有I/O引腳引出，可外擴多種外設(shè)并提供豐富的再擴展接口，為接入超高頻及低頻RFID電路提供便利。射頻控制模塊主要實現(xiàn)對射頻讀寫芯片的控制編碼和操作。天線及匹配電路為RFID應(yīng)答器提供電源，并在讀寫模塊與RFID卡之間傳送信息，由于這塊并不是我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的重點，因此只做應(yīng)用不做編寫。模塊化設(shè)計為系統(tǒng)保留了更多的操作空間，通過查看原理圖可以快速掌握各模塊的功能和原理，在此基礎(chǔ)上衍生上位機開發(fā)。

三、基于CDIO的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)

1.實驗課程的建設(shè)。為了保障學(xué)生的動手能力，“RFID技術(shù)與應(yīng)用”課程約50%的課程時間為實驗，目標(biāo)是通過實驗環(huán)節(jié)輔助掌握理論課程知識內(nèi)容，因此實驗課程的設(shè)計更重視知識點的操作，由淺入深，逐步深化。首先，使用RFID arduino套裝啟發(fā)學(xué)生的興趣，進行簡單的電路連接，掌握RFID系統(tǒng)的外圍電路。其次，運用RFID單片機套裝，通過編碼操作實現(xiàn)射頻讀/寫卡操作、密碼更改、數(shù)據(jù)傳輸檢驗等功能，鍛煉學(xué)生的動手編碼能力。最后，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)所有專業(yè)課知識，在物聯(lián)網(wǎng)綜合實驗箱上進行綜合實驗，培養(yǎng)學(xué)生簡單的綜合設(shè)計能力。

2.實踐專周的建設(shè)。實踐專周具有較好的時間連續(xù)性和延續(xù)性的特點，因此，專周題目設(shè)計采用項目驅(qū)動的方式。三個學(xué)生為一組，可選擇自定義題目，也可選擇指定題目。學(xué)生自定義題目的內(nèi)容必須包括上位機軟件開發(fā)、數(shù)據(jù)管理、多個讀卡器操作，題目難度由教師審閱并充實。指定題目依靠本校在石油領(lǐng)域的優(yōu)勢，結(jié)合石油行業(yè)的實際RFID技術(shù)應(yīng)用，設(shè)計完整的RFID系統(tǒng)開發(fā)。以抽油機運行異常診斷系統(tǒng)、油田區(qū)小車巡檢系統(tǒng)和油氣田資產(chǎn)管理系統(tǒng)為例講解實踐專周項目難度。

（1）抽油機運行異常診斷系統(tǒng)。當(dāng)抽油機到達(dá)地位時，RFID標(biāo)簽被讀卡器讀取，根據(jù)每次讀取時間點間的間隔，運用數(shù)據(jù)處理方法可以判斷抽油機是否運行正常。學(xué)生必須掌握RFID讀寫卡技術(shù)、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、仿真軟件等。

（2）油田區(qū)小車巡檢系統(tǒng)。基于RFID技術(shù)巡檢系統(tǒng)的任務(wù)可以在后臺管理系統(tǒng)中靈活配置，可以隨時添加刪除設(shè)備，添加刪除巡檢點、改變巡檢點的先后次序等。當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件，可以及時的調(diào)整巡檢順序或者增加巡檢點。在系統(tǒng)中，一旦巡檢任務(wù)定義好了之后，在巡檢的時候如果發(fā)生漏檢，巡檢設(shè)備將會及時的報警提醒巡檢人員和管理人員，從而徹底解決了巡檢過程中時有發(fā)生的漏檢問題。學(xué)生必須掌握RFID讀寫卡技術(shù)，上位機Java語言和數(shù)據(jù)庫功能，等等。

（3）油氣田資產(chǎn)管理系統(tǒng)。油氣田資產(chǎn)管理系統(tǒng)主要由RFID標(biāo)簽、讀寫器、讀寫器天線以及應(yīng)用系統(tǒng)組成。RFID讀寫器通過讀寫器天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當(dāng)標(biāo)簽進入讀寫器天線所在磁場時獲得感應(yīng)電流而得到能量，同時標(biāo)簽向讀寫器發(fā)出自身的數(shù)據(jù)信息，讀寫器對數(shù)據(jù)信息進行采集并將數(shù)據(jù)信息傳送到計算機進行處理，并將處理結(jié)果結(jié)合應(yīng)用系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對油氣田資產(chǎn)的有效管理。學(xué)生必須掌握RFID讀寫卡技術(shù)，上位機Java語言和數(shù)據(jù)庫功能，等等。

四、校外實訓(xùn)基地建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是應(yīng)用性非常強的學(xué)科，學(xué)校應(yīng)結(jié)合企業(yè)的實際需求，共同制訂培養(yǎng)計劃與方案，使學(xué)生學(xué)以自用，在實際操作中掌握最新的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，提高自身的就業(yè)競爭力。為了建立穩(wěn)定長效的合作關(guān)系，我校已獲批教育部—中興通訊ICT產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地，在云計算、移動互聯(lián)技術(shù)方向開展教學(xué)，應(yīng)用研發(fā)與創(chuàng)新。2014年我校成為了重慶市物聯(lián)網(wǎng)協(xié)會副理事會單位，與中移物聯(lián)網(wǎng)基地建立了長期的參觀協(xié)議，為我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生擴展視野和實習(xí)提供了良好的平臺。

五、結(jié)語

伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的提出，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展迅猛，對學(xué)生的需求量也逐年遞增，但物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)涉及知識面廣，全國高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)已有畢業(yè)生人數(shù)較少，并且培養(yǎng)計劃每年更新。要培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才必須依靠某個行業(yè)，并且課程進程中除了設(shè)計大量的實驗環(huán)節(jié)外，還需要配以完整的實踐專周。通過對兩個年級物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的授課，我們不斷地更新實驗題目，提高學(xué)生對知識點的理解能力。關(guān)于實踐專周，學(xué)生對自擬題目更有熱情去完成，他們提出的題目更具有創(chuàng)造性，每年都有學(xué)生將做好的自擬題目申請專利，大力地提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1]趙玉蘭.“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程實驗環(huán)節(jié)教學(xué)的改革與實踐[J].計算機教育，2010，（1）：70-72.

[2]李伙友.《計算機導(dǎo)論》實驗環(huán)節(jié)的課程建設(shè)與改革[J].福建電腦，2006，（2）：27-28.

[3]劉敏.“電子商務(wù)概論”課程實驗環(huán)節(jié)改革與實踐[J].實踐教學(xué)，2008，（22）：61-64.

[4]陳姍，吳永琢，劉汝元.高職院校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗環(huán)節(jié)的研究探討[J].青春歲月，2013，（6）：297.

[5]唐煒.基于項目驅(qū)動的單片機類課程實踐教學(xué)改革[J].實驗室研究與探索，2010，29（5）：130-132，154.

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

[7]崔貫勛，王勇，王柯柯，何亞輝，馬勇.基于CDIO的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系的研究與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2013，30（5）：111-114.