基于RFID技術(shù)輔助教學(xué)系統(tǒng)研究

袁淮容 李璞 李嘉瑋 朱闖

摘 要：大學(xué)生上課逃課的現(xiàn)象已經(jīng)普遍存在于全國各高校，傳統(tǒng)上課點(diǎn)名的考勤方式存在加重教師上課工作量、占用授課時(shí)間久等弊端，為使授課教師對(duì)學(xué)生的考勤管理更輕松、考勤結(jié)果更可靠，利用無線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)搭建智能輔助教學(xué)系統(tǒng)，可以幫助解決高校課堂中對(duì)學(xué)生考勤的問題。

關(guān)鍵詞：RFID 輔助教學(xué)系統(tǒng) 考勤

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）08（a）-0191-02

大學(xué)生課堂的出勤情況將算作平時(shí)成績計(jì)入學(xué)生期末綜合測(cè)評(píng)總成績，所以需真實(shí)可靠的對(duì)學(xué)生課堂考勤結(jié)果。大學(xué)課堂中每節(jié)課上課的學(xué)生少則幾十人，多則百余人，在這龐大的學(xué)生群體中，點(diǎn)名考勤對(duì)授課教師來說無疑是一個(gè)巨大的工作量，不僅縮短了教師實(shí)際的授課時(shí)間，而且學(xué)生點(diǎn)完名就逃課的行為也會(huì)影響考勤結(jié)果的真實(shí)性。因此建立包含實(shí)時(shí)考勤功能的輔助教學(xué)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)評(píng)測(cè)學(xué)生課堂出勤。

刷指紋、刷ID卡、刷人臉等考勤技術(shù)，雖對(duì)人員身份識(shí)別的準(zhǔn)確性有所保障，但均需要被考勤人員接近設(shè)備方能完成，在上下課人員流動(dòng)的高峰期學(xué)生排隊(duì)等候考勤簽到易造成交通擁堵，不適用于教學(xué)樓這種人群密集的場所。RFID技術(shù)是一種可以通過閱讀器與應(yīng)答器交互產(chǎn)生射頻信號(hào)，閱讀器穿透障礙物遠(yuǎn)程讀取應(yīng)答器信息和位置的無線通信技術(shù)。一個(gè)閱讀器可同時(shí)讀取多個(gè)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的應(yīng)答器，用于儲(chǔ)存被附著物身份信息的應(yīng)答器可制作成芯片或電子標(biāo)簽等形式便于人們隨身攜帶，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子識(shí)別編碼，其數(shù)據(jù)內(nèi)容可經(jīng)加密保護(hù)，使其內(nèi)容不易被偽造及變?cè)??？梢奟FID技術(shù)在學(xué)生課堂考勤的輔助教學(xué)系統(tǒng)中有較大的應(yīng)用前景。

1 RFID技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

RFID技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是易于操控，該技術(shù)在自動(dòng)化控制方面有廣泛的應(yīng)用。RFID技術(shù)起先在軍事領(lǐng)域用于辨別敵我雙方的飛機(jī)身份，在20世紀(jì)60年代以后開始逐步投入商用?？萍嫉倪M(jìn)步帶動(dòng)著RFID技術(shù)的不斷革新，如今RFID產(chǎn)品可自由工作在各種惡劣的環(huán)境下。短距離射頻產(chǎn)品可以代替條形碼在雨水、污垢等惡劣環(huán)境始用，長距射頻產(chǎn)品由于其識(shí)別距離可以達(dá)到幾十米，所以經(jīng)常用于遠(yuǎn)距離位置監(jiān)控。RFID技術(shù)已經(jīng)在管理、生產(chǎn)、信息傳輸?shù)刃袠I(yè)領(lǐng)域表現(xiàn)出了巨大發(fā)展?jié)摿Γ瑫r(shí)至今日，RFID技術(shù)已廣泛應(yīng)用于身份識(shí)別、流水線監(jiān)控和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。

2 RFID技術(shù)的輔助教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

現(xiàn)如今互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)完全進(jìn)入了我們的日常生活，為我們的信息交流提供了極大的便利。以互聯(lián)網(wǎng)為核心的物聯(lián)網(wǎng)也在迅猛發(fā)展，基于RFID技術(shù)的輔助教學(xué)系統(tǒng)正是結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)物與物相連的理念，將配有應(yīng)答器的學(xué)生和裝有閱讀器的教學(xué)樓等一個(gè)個(gè)的物質(zhì)單元轉(zhuǎn)化為“網(wǎng)”中的互聯(lián)元素，搭配輔助教學(xué)系統(tǒng)將這些元素聯(lián)系在一起，進(jìn)行優(yōu)化管理。

2.1 RFID輔助教學(xué)系統(tǒng)的工作流程

RFID輔助教學(xué)系統(tǒng)工作的流程是分發(fā)給每一位在校大學(xué)生一個(gè)存有個(gè)人信息的應(yīng)答器識(shí)別標(biāo)簽，然后在教室等場所布置可以讀取應(yīng)答器的閱讀器，當(dāng)學(xué)生攜帶著存有自己身份信息的應(yīng)答器進(jìn)入教室或者其他裝有閱讀器的場所時(shí)，閱讀器利用頻率信號(hào)將信息由應(yīng)答器傳送至閱讀器，最后閱讀器將讀取的學(xué)生信息發(fā)送到信息管理系統(tǒng)的后臺(tái)，與系統(tǒng)內(nèi)部的學(xué)生數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)匹配。教師使用老師賬戶通過登錄平臺(tái)服務(wù)器查看學(xué)生RFID閱讀器對(duì)身份標(biāo)簽的識(shí)別結(jié)果，從而判斷該學(xué)生是否在指定的授課教室內(nèi)。

2.2 RFID輔助教學(xué)系統(tǒng)的功能

RFID輔助教學(xué)系統(tǒng)主要具有以下功能：第一個(gè)功能是自動(dòng)完成課堂實(shí)時(shí)考勤的工作，充裕教師的授課時(shí)間，減輕教師課堂上的工作量。第二個(gè)功能是記錄一個(gè)學(xué)期間所有教室的使用情況，給校方合理分配教學(xué)資源提供參考數(shù)據(jù)。第三個(gè)功能是實(shí)時(shí)路況顯示，路況功能可以對(duì)校園各個(gè)場所的人群密集度在軟件上進(jìn)行實(shí)時(shí)匯報(bào)，為學(xué)生提供如食堂、教室和圖書館等場所的人群數(shù)量密度，方便學(xué)生對(duì)決定出行路線。第四個(gè)功能是計(jì)步功能，計(jì)步功能可以為學(xué)生提供本人每天在校園內(nèi)的出行路線，將路線按照比例尺換算成米數(shù)，為學(xué)生對(duì)自己每天的運(yùn)動(dòng)量提供參考。

3 RFID輔助教習(xí)系統(tǒng)的搭建

3.1 硬件的搭建

在硬件的選擇上應(yīng)綜合考慮硬件設(shè)施與使用場景的搭配，發(fā)揮硬件設(shè)施其最大的作用?，F(xiàn)有的RFID技術(shù)類別可分為無源、有源和半有源RFID。無源RFID產(chǎn)品的主要工作頻率有低頻125kHz、高頻13.56MHz、超高頻433MHz、超高頻915MHz。無源RFID識(shí)別距離較短，需要將識(shí)別標(biāo)簽與閱讀器接觸才能讀取標(biāo)簽中的信息，在課堂考勤使用過程中會(huì)給師生造成不必要的麻煩，并不具備明顯的優(yōu)勢(shì)。

有源RFID較無源和半有源RFID具有更為廣闊的識(shí)別范圍，在大型識(shí)別場所如監(jiān)獄、醫(yī)院、交通路面等方面有重大應(yīng)用。有源RFID產(chǎn)品主要工作頻率有超高頻433MHz，微波2.45GHz和5.8GHz。針對(duì)于教室這種識(shí)別半徑不超過5m的小范圍且人員密集的識(shí)別區(qū)域，有源RFID也不適用于教室。

半有源RFID結(jié)合有源和無源RFID的大部分優(yōu)勢(shì)于一體，半有源RFID技術(shù)，也叫作低頻激活觸發(fā)技術(shù)，在低頻125kHz頻率的觸發(fā)下，讓微波2.45GHz發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)近距離激活定位、遠(yuǎn)距離識(shí)別及上傳數(shù)據(jù)的功能，適用于教室內(nèi)安裝。

學(xué)生佩戴的識(shí)別標(biāo)簽也分為3種，即被動(dòng)式、半被動(dòng)式和主動(dòng)式。被動(dòng)式標(biāo)簽小巧輕便，無需內(nèi)部電池供電，可制成超薄的芯片，造價(jià)成本位于三者最低。可以將被動(dòng)式標(biāo)簽結(jié)合到學(xué)生一卡通當(dāng)中，從而便于學(xué)生攜帶。而且因?qū)W生一卡通對(duì)學(xué)生個(gè)人的私密性和重要性，也很少會(huì)有人把自己的學(xué)生卡交予別人代為簽到。

校園網(wǎng)全覆蓋在各高校已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，為閱讀器上傳讀取信息到輔助教學(xué)系統(tǒng)提供了先決條件，檢查教室、寢室、圖書館、體育場的校園網(wǎng)覆蓋情況，確保網(wǎng)絡(luò)連接暢通且安全可靠，為RFID閱讀器接入網(wǎng)絡(luò)提供保障。在教室內(nèi)部安裝讀取范圍半徑為5m的RFID閱讀器，并進(jìn)行調(diào)試，將每一個(gè)閱讀器接入網(wǎng)絡(luò)中。在RFID閱讀器的周圍安裝防護(hù)架，保證閱讀器能夠穩(wěn)定安全的工作。

3.2 軟件的搭建

在搭配輔助教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件上分成教師端和學(xué)生端兩種，輔助教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件既要考慮所選編程語言的特點(diǎn)，還應(yīng)考慮具體的使用環(huán)境、用戶要求等一系列因素。因智能手機(jī)的普及，所以將應(yīng)用軟件都設(shè)計(jì)成適用于安卓和蘋果系統(tǒng)的手機(jī)軟件，方便教師和學(xué)生的使用。教師端的使用群體是教師，簡潔明了的使用界面有助于教師查看學(xué)生信息的查看。在學(xué)生端增加實(shí)時(shí)路況顯示和計(jì)步功能，路況功能用來對(duì)校園各個(gè)場所的人群密集度在軟件上進(jìn)行實(shí)時(shí)匯報(bào)，計(jì)步功能為學(xué)生計(jì)算本人每天在校園內(nèi)的出行路線。

4 結(jié)語

基于RFID的輔助教學(xué)系統(tǒng)將學(xué)生、校園場地等一個(gè)個(gè)的物理存在轉(zhuǎn)化為“網(wǎng)”中的互聯(lián)元素。實(shí)現(xiàn)了在校園內(nèi)對(duì)學(xué)生位置的實(shí)時(shí)定位，能完成課堂自動(dòng)考勤的任務(wù)，為教師考勤提供更真實(shí)的考勤數(shù)據(jù)，充裕了教師的授課時(shí)間。

RFID輔助教學(xué)系統(tǒng)在教育行業(yè)的應(yīng)用前景十分廣闊。在開發(fā)RFID輔助教學(xué)系統(tǒng)的同時(shí)，也將帶動(dòng)與其相關(guān)的通信、交通定位、智能物流、教學(xué)系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王昌建.高校學(xué)生考勤信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].科技信息，2010（33）：97，118.

[2] 王金玲.基于移動(dòng)手機(jī)平臺(tái)的高校學(xué)生考勤與日常管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2013.

[3] 宋賢霞，陳劍.學(xué)生考勤管理系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)[J].科技信息（科學(xué)·教研），2007（20）：46.

[4] 沈小莉.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的學(xué)生考勤評(píng)價(jià)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2014.