RFID原理及應(yīng)用課在智慧實(shí)驗(yàn)室中的教學(xué)改革探索

唐 欣， 康 晉， 陳燦婷

(1.桂林電子科技大學(xué)， 廣西 桂林 541004; 2.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100；3.桂林信息科技學(xué)院， 廣西 桂林 541004)

0 引 言

“RFID原理及應(yīng)用”是為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)本科生開設(shè)的核心技能專業(yè)必修課。通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能掌握RFID技術(shù)的概念，熟悉RFID技術(shù)相關(guān)的無線電頻率、識(shí)別系統(tǒng)、電磁場(chǎng)、電磁波、天線等基本概念，理解數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基本概念，了解RFID技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)等，培養(yǎng)學(xué)生掌握RFID技術(shù)的系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)及分析能力，并通過典型案例來了解RFID技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。但該課程教學(xué)方法仍然是以教師理論講解為主，導(dǎo)致學(xué)生缺乏從應(yīng)用實(shí)踐中深刻理解所學(xué)內(nèi)容，使得學(xué)生難以掌握該課程的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)效果一般。為提高“RFID原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生在課程過程中的參與度，本文結(jié)合智慧實(shí)驗(yàn)室已有的教學(xué)條件和教具，探索“RFID原理及應(yīng)用”課程在智慧實(shí)驗(yàn)室中的教學(xué)方法改革。

1 智慧實(shí)驗(yàn)室概述

智慧實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、虛擬現(xiàn)實(shí)、5G和數(shù)字孿生等前沿技術(shù)，結(jié)合用戶、咨詢方、設(shè)計(jì)方、建設(shè)方以及專家的綜合需求，對(duì)實(shí)驗(yàn)室建筑及其內(nèi)部房間系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、資產(chǎn)系統(tǒng)等專業(yè)設(shè)施做全面數(shù)據(jù)整合、同步和關(guān)聯(lián)，建立整體安全防護(hù)和智能管理。最終將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室打造成具備高效和便捷、綠色和節(jié)能以及安全和安防特性的綜合教學(xué)科研場(chǎng)所。根據(jù)中國(guó)智慧建筑調(diào)研白皮書調(diào)研顯示，中國(guó)健全的法規(guī)和嚴(yán)格的執(zhí)行制度保障了建筑安全防范達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)水平，智慧建筑市場(chǎng)呈現(xiàn)出整體智慧水平較高的態(tài)勢(shì)，與其他主要國(guó)家相比智慧評(píng)分優(yōu)勢(shì)顯著[1]。但是實(shí)驗(yàn)建筑智慧化評(píng)分及標(biāo)準(zhǔn)目前還處于空白，說明智慧實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域仍然處于研究探索階段。

為促進(jìn)新一代信息技術(shù)應(yīng)用與教學(xué)深度融合，推進(jìn)高等學(xué)校課堂教學(xué)改革，推動(dòng)從教育專用資源向教育大資源轉(zhuǎn)變和從融合應(yīng)用向創(chuàng)新發(fā)展轉(zhuǎn)變的教學(xué)研究已經(jīng)開展[2]。鑒于當(dāng)前RFID課程教學(xué)的現(xiàn)實(shí)情況，本文研究構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的應(yīng)用型人才培養(yǎng)，發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的教育服務(wù)，以及探索新時(shí)代教學(xué)改革新模式。

2 RFID課程在實(shí)際教學(xué)過程中的問題

(1)授課方式重理論、缺實(shí)踐。RFID課程教材因不同的學(xué)校對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)方案而有所差異，就目前來看，較多的學(xué)校仍然采用理論知識(shí)完善的教材，而較少采用偏重實(shí)踐應(yīng)用的應(yīng)用型教材。這種教材選擇主要有以下潛在的直接消極后果。一是教學(xué)內(nèi)容偏理論、教師授課方式也相應(yīng)的偏向理論教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性欠佳、授課內(nèi)容理解困難；二是課程內(nèi)容偏理論的直觀印象就是公式多、書本厚，一次授課需講解的內(nèi)容可能高達(dá)幾十頁，直接給學(xué)生增添了不少的心理負(fù)擔(dān)，學(xué)習(xí)壓力劇增，如課程中涉及的天線基礎(chǔ)、射頻基礎(chǔ)理論等，內(nèi)容過于理論化，對(duì)于非通信相關(guān)專業(yè)的同學(xué)，需要在短時(shí)間內(nèi)理解并掌握這些內(nèi)容，并且還缺乏相應(yīng)的課程實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)踐，因此，掌握這門課的內(nèi)容并非易事。

(2)課程應(yīng)用要求學(xué)生綜合能力高。本門課程包括典型RFID系統(tǒng)及構(gòu)成，射頻電路的基本理論，包括傳輸線和諧振電路等。分析和設(shè)計(jì)射頻識(shí)別系統(tǒng)，要求學(xué)生具備構(gòu)建閱讀器、應(yīng)答器設(shè)計(jì)的能力，掌握實(shí)際RFID系統(tǒng)應(yīng)用的能力。通過課程中的分析、討論以及對(duì)整個(gè)RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)分析溝通能力，建立從概念、算法到實(shí)際應(yīng)用的思維模式，從實(shí)際需求到建立RFID識(shí)別系統(tǒng)的基本素質(zhì)。可見，該課程要求學(xué)生具備基本的硬件電路設(shè)計(jì)，如原理圖的設(shè)計(jì)、PCB板的制作等；基本硬件電路的學(xué)習(xí)，如模擬電子電路、數(shù)字邏輯電路、高頻電子電路等；語言類的課程學(xué)習(xí)，如C語言、C#、JAVA；以及計(jì)算機(jī)專業(yè)相關(guān)的其他課程，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)頁制作等課程。顯然，課程內(nèi)容跨度大、綜合性強(qiáng)，大部分學(xué)生總感覺自己缺乏太多相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，容易喪失學(xué)習(xí)本門課的信心。

(3)解決實(shí)際RFID系統(tǒng)問題的能力缺失?！癛FID原理及應(yīng)用”課程各章節(jié)連接緊密，整個(gè)課程設(shè)計(jì)是一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)，只有將每章的授課內(nèi)容相互銜接并理解，才能完成一個(gè)基本的RFID系統(tǒng)學(xué)習(xí)任務(wù)，因此，學(xué)生較難解決信息量偏少，應(yīng)用范圍廣泛的實(shí)際RFID系統(tǒng)問題。此外，學(xué)生在早期學(xué)習(xí)過程中，主要以被動(dòng)式教育為主，學(xué)生缺乏自己獨(dú)立思考的能力，難以達(dá)到在實(shí)際問題出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行主動(dòng)的尋找解決辦法。另外，RFID系統(tǒng)包括低頻、中頻、高頻、微波等不同頻段的應(yīng)用系統(tǒng)，使用場(chǎng)景也千差萬別，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及建設(shè)方魚龍混雜，特別是所學(xué)設(shè)備配置與真實(shí)應(yīng)用存在巨大差異時(shí)，學(xué)生在面對(duì)這種實(shí)際系統(tǒng)時(shí)，會(huì)顯得手足無措，暴露出解決實(shí)際系統(tǒng)問題的能力明顯不足的問題。

(4)課程內(nèi)容與思政教育協(xié)同缺位。 “RFID原理及應(yīng)用”作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)課程，本課程的任務(wù)是教育和引導(dǎo)學(xué)生掌握射頻電路的基本原理、射頻識(shí)別的原理以及應(yīng)用，將RFID系統(tǒng)應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。得益于RFID技術(shù)近年來取得了飛速的發(fā)展，在各領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，包括門禁系統(tǒng)、無接觸收費(fèi)系統(tǒng)等，這些引用場(chǎng)景均與人們的生命財(cái)產(chǎn)有關(guān)，要求RFID系統(tǒng)的開發(fā)和使用人員需要良好的專業(yè)技能和職業(yè)操守，但在目前的“RFID原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)課程中，教師過于重視課程內(nèi)容的講解，而缺乏教師的基本要求“教書育人”中的育人方面的傳授，特別是思想政治方面的教育不足，如某校5名學(xué)生的校園卡出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，民警抓獲5名嫌疑學(xué)生[3]，大學(xué)生破解校園卡系統(tǒng)，白吃白喝兩年被刑拘[4]等大學(xué)生所學(xué)RFID專業(yè)知識(shí)不用在正途的例子比比皆是，動(dòng)歪心思破解校園一卡通充值系統(tǒng)的案件屢見不鮮，至少說明了“RFID原理及應(yīng)用”課程中缺乏思政教育，學(xué)生法制觀念淡薄。

3 RFID課程在智慧實(shí)驗(yàn)室中的教學(xué)新方法

(1)沉浸式教學(xué)策略。智慧實(shí)驗(yàn)室通過引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，包括RFID感知識(shí)別技術(shù)、可靠網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)以及局部智能決策等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)全天候向?qū)W生開放實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室信息查詢、課程學(xué)習(xí)、設(shè)備使用預(yù)約、違規(guī)操作的告警及歷史記錄的查詢，真正實(shí)現(xiàn)了沉浸式教學(xué)模式，增加了學(xué)生課外實(shí)踐的時(shí)長(zhǎng)，彌補(bǔ)了理論課時(shí)長(zhǎng)、配套實(shí)踐時(shí)間的不足，不僅增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的靈活性，也提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用效率。

(2)共享式教學(xué)資源。通過智慧實(shí)驗(yàn)室的高速網(wǎng)絡(luò)，借助第五代移動(dòng)通信的高帶寬和超低時(shí)延的性能，突破時(shí)空的限制，讓更多的學(xué)生共享同等優(yōu)質(zhì)的RFID課程資源。而且，RFID課程專任教師將生成的教學(xué)視頻上傳智慧實(shí)驗(yàn)室云平臺(tái)，獲授權(quán)的學(xué)生通過個(gè)人賬號(hào)，直接登錄智慧實(shí)驗(yàn)室云平臺(tái)，可隨時(shí)復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)課堂內(nèi)容，以解決當(dāng)前該課程內(nèi)容多、課時(shí)少的問題。同時(shí)，通過引入共享式教學(xué)資源，可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)RFID課程相關(guān)的所有其他的基礎(chǔ)課程，以提升學(xué)生對(duì)不同學(xué)科的知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，以解決學(xué)生學(xué)習(xí)本課程部分課程內(nèi)容缺失的短板問題。

(3)混合式教學(xué)師資。智慧實(shí)驗(yàn)室區(qū)別于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)設(shè)施，智慧實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部往往是通過高速網(wǎng)絡(luò)通信鏈路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)聯(lián)化，有利于實(shí)施線上教學(xué)。因此，通過線下教師進(jìn)行傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)，同時(shí)，通過校企合作、聯(lián)合培養(yǎng)等新時(shí)代背景下的教學(xué)模式，在教學(xué)過程中穿插部分線上課程，將高校在研的、企業(yè)在銷售的典型RFID應(yīng)用系統(tǒng)引入課堂，開展線上線下混合式教學(xué)，將理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的模式，從多維度激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際RFID系統(tǒng)問題的能力。

(4)警醒式教學(xué)育人。 智慧實(shí)驗(yàn)室通過教學(xué)環(huán)境的網(wǎng)聯(lián)化、教學(xué)資源的共享化，一方面，鑒于RFID技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景通常是與人們的生命財(cái)產(chǎn)密切相關(guān)的場(chǎng)所，顯然RFID技術(shù)的應(yīng)用本身就是一個(gè)嚴(yán)肅的話題，另一方面，通過本課程的教學(xué)，特別是結(jié)合智慧實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的多屏互動(dòng)，用以警醒學(xué)生遵紀(jì)守法，切勿利用所學(xué)RFID原理及相關(guān)技術(shù)實(shí)施違法犯罪活動(dòng)，切勿做高知識(shí)犯罪分子的典型，樹立良好的人生觀、財(cái)富觀，遵守“君子愛財(cái)取之有道”的基本原則。

4 總 結(jié)

本文是近五年來“RFID原理及應(yīng)用”教學(xué)實(shí)踐中的一些總結(jié)和設(shè)想，通過智慧實(shí)驗(yàn)室的固有的軟硬件配套優(yōu)勢(shì)，因地制宜，充分挖掘智慧實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備資源，一方面真正講全講透RFID系統(tǒng)的基本原理，另一方面通過將智慧實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新技術(shù)、方法和思想融入到整個(gè)RFID教學(xué)過程中，把培養(yǎng)具有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用型人才作為本課程教學(xué)改革的初心和使命。