“RFID原理與技術(shù)”課程教學(xué)新挑戰(zhàn)與對(duì)策

[摘 要] 20世紀(jì)以后，RFID技術(shù)以其非接觸、低成本的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用在日常生活的各個(gè)領(lǐng)域，起到了巨大的作用。但近年來(lái)，該技術(shù)受到了多種信息技術(shù)的挑戰(zhàn)，如人臉識(shí)別、二維碼識(shí)別等，一定程度上壓縮了RFID技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景。從大量新興技術(shù)快速發(fā)展與應(yīng)用的背景出發(fā)，探尋當(dāng)前“RFID原理與技術(shù)”教學(xué)面臨的多種挑戰(zhàn)，如二維碼識(shí)別、人臉識(shí)別對(duì)RFID技術(shù)產(chǎn)生的影響;課程課時(shí)量的下降;理論學(xué)習(xí)與實(shí)際操作能力的側(cè)重點(diǎn);實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的合理安排這些方面，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。最后，以防碰撞算法為例說(shuō)明了教學(xué)實(shí)施過(guò)程，為本課程的教學(xué)改革提供有益借鑒。

[關(guān)鍵詞] RFID;物聯(lián)網(wǎng);課程改革;仿真實(shí)驗(yàn)

[基金項(xiàng)目] 2018年度教育部協(xié)同育人項(xiàng)目“RFID原理與技術(shù)創(chuàng)新課程”（201801155016）

[作者簡(jiǎn)介] 孫高飛（1983—），男，湖北安陸人，博士，常熟理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)工程系講師，主要從事物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G643 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）29-0073-04 ? [收稿日期] 2021-03-16

RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)是自20世紀(jì)90年代以來(lái)逐漸興起的一種利用無(wú)線射頻進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別的技術(shù)，具有非接觸、多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別、識(shí)別速度快、標(biāo)簽抗污染小型化等諸多優(yōu)點(diǎn)，在社會(huì)生活的各領(lǐng)域中，如交通運(yùn)輸、物流追蹤、食品安全等發(fā)揮著重要的作用。自2010年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)逐漸成為很多高校的新增專(zhuān)業(yè)，“RFID原理與技術(shù)”也成為物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)課。通過(guò)這一課程的開(kāi)設(shè)，有力地促進(jìn)了學(xué)校教學(xué)與實(shí)際運(yùn)用之間的深度鏈接，對(duì)于深化工程教育改革，推進(jìn)新工科建設(shè)起到了重要的促進(jìn)作用。

對(duì)于這樣一門(mén)涵蓋知識(shí)內(nèi)容廣泛且有一定深度、理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)課，要達(dá)到較好的教學(xué)效果，滿(mǎn)足應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求，并非易事。在多年的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，不少高校教師做出了大量的有益探索。針對(duì)課程內(nèi)容廣泛及增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性問(wèn)題，提出了利用翻轉(zhuǎn)課堂方式對(duì)教學(xué)內(nèi)容全覆蓋，為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，取得了較好的教學(xué)效果[1]。同時(shí)重點(diǎn)關(guān)注了RFID相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)，以實(shí)際應(yīng)用為牽引，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用和解決問(wèn)題能力[2]。通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容分層設(shè)計(jì)，并結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[3]。詳細(xì)分析課程實(shí)驗(yàn)遇到的困難，提出了基于軟件仿真的教學(xué)方法，提升了實(shí)驗(yàn)效果[4]。針對(duì)應(yīng)用型本科的RFID工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)，厘清了課程定位，通過(guò)理論教學(xué)與工程實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，提高了學(xué)生的認(rèn)知能力與動(dòng)手能力，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力[5]。從新工科背景下的物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)建設(shè)角度，提出了任務(wù)分解、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)思路，分享了課程改革的教學(xué)實(shí)踐，有力推動(dòng)了課程改革進(jìn)程[6]。上述文獻(xiàn)中關(guān)于本課程的教學(xué)改革探索，主要集中在對(duì)現(xiàn)有課程內(nèi)容的教學(xué)內(nèi)容、過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及針對(duì)不同的教學(xué)目標(biāo)和條件，如新工科、應(yīng)用型人才培養(yǎng)需要等角度，研究通過(guò)改進(jìn)教學(xué)方法、側(cè)重教學(xué)內(nèi)容等方法提升教學(xué)效果，但對(duì)目前面臨的技術(shù)發(fā)展背景及其對(duì)課程教學(xué)的影響分析不夠全面。本文將綜合利用已有的課程改革成果和經(jīng)驗(yàn)，并重點(diǎn)關(guān)注新技術(shù)發(fā)展對(duì)本課程帶來(lái)的挑戰(zhàn)，并嘗試給出相應(yīng)的課程改革方法。

一、當(dāng)前課程教學(xué)存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題

首先，我們應(yīng)該看到，技術(shù)發(fā)展的速度正在逐漸加快，RFID技術(shù)已經(jīng)不再“先進(jìn)”，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和4G、5G網(wǎng)絡(luò)的興起，RFID技術(shù)的使用空間不斷被壓縮?！昂凇笨萍疾粩嘤楷F(xiàn)，如二維碼識(shí)別、人臉識(shí)別、聲紋識(shí)別、指紋識(shí)別等不斷取代RFID的應(yīng)用場(chǎng)景，如移動(dòng)支付、門(mén)禁考勤、物流跟蹤等。從日常生活中，可以明顯看出RFID的應(yīng)用范圍在逐年下降，如很多高校的校園卡基本被二維碼識(shí)別方式所取代，食堂就餐、進(jìn)出圖書(shū)館等已不再需要攜帶校園卡，乘坐公共交通也無(wú)須辦理實(shí)體公交卡而是通過(guò)手機(jī)二維碼支付。在這樣的實(shí)際情況面前，教師不能再言稱(chēng)RFID技術(shù)先進(jìn)、應(yīng)用廣泛。學(xué)生也會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)這門(mén)課的意義產(chǎn)生疑惑，學(xué)習(xí)這門(mén)課程的動(dòng)力有明顯下降，從而最終影響到課程的教學(xué)效果。

其次，該門(mén)課程所包含內(nèi)容廣泛，涉及射頻振蕩電路、電磁場(chǎng)及天線、編譯碼、信道傳輸、加密解密、多用戶(hù)接入技術(shù)等諸多知識(shí)點(diǎn)，點(diǎn)多線長(zhǎng)，對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)水平有著較高的要求。并且不少高校的物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)都屬于計(jì)算機(jī)學(xué)院或計(jì)算機(jī)學(xué)科，課程設(shè)置上偏向計(jì)算機(jī)類(lèi)課程，學(xué)生的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)較為全面，但通信方面的基礎(chǔ)較為薄弱。然而，隨著教學(xué)改革的不斷深入，大量的基礎(chǔ)課程內(nèi)容被調(diào)減，本課程的課時(shí)同樣較為有限（筆者所在院校該課程共48學(xué)時(shí)），既不能期望前期課程中對(duì)涉及的這些基礎(chǔ)知識(shí)有全面、系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，也不允許本課程能詳細(xì)展開(kāi)學(xué)習(xí)每

一個(gè)涉及的知識(shí)點(diǎn)。這樣的現(xiàn)實(shí)條件，也給該課程的學(xué)習(xí)帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。

再次，面臨新工科及應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，本課程作為專(zhuān)業(yè)核心課，而非作為理論基礎(chǔ)類(lèi)課程的教學(xué)安排，對(duì)課程的教學(xué)安排也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)?？偟恼n時(shí)有限，既要照顧到理論教學(xué)的需要，讓學(xué)生能夠了解系統(tǒng)的工作原理，掌握相關(guān)的技術(shù)原理，又需要留出課時(shí)用于實(shí)踐類(lèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如，RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中廣泛應(yīng)用的曼徹斯特碼、密勒碼，學(xué)生需要在理解其編碼流程，以及采用這些編碼的意義之后，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步掌握這類(lèi)編碼的實(shí)際應(yīng)用方式。一旦缺少這部分的理論學(xué)習(xí)，學(xué)生只能掌握各種編譯碼規(guī)則，而不知道為什么需要編譯碼，對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)造性思維以及實(shí)際的靈活應(yīng)用是不利的。

最后，本課程的實(shí)驗(yàn)安排上，既要照顧到基本原理進(jìn)一步理解的需要，也需要掌握具體的RFID器件及系統(tǒng)操作。對(duì)于基本原理，如RFID標(biāo)準(zhǔn)中常用的編碼譯碼，加密解密算法，在具體的器件中都是封裝在內(nèi)的，無(wú)法通過(guò)編程改變，需要設(shè)計(jì)合適的理論仿真實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。而對(duì)于實(shí)際RFID器件，雖然其使用較為廣泛，但涉及器件本身的只有讀卡、寫(xiě)卡這兩個(gè)基本過(guò)程，要讓整個(gè)系統(tǒng)能有應(yīng)用價(jià)值，還必須額外添加其他嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)戎С衷O(shè)備和模塊，才能最終構(gòu)建出完整的應(yīng)用系統(tǒng)。這些理論驗(yàn)證與實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建，需要在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)中加以合理安排，滿(mǎn)足學(xué)生對(duì)系統(tǒng)原理及實(shí)際系統(tǒng)學(xué)習(xí)的需要。