《RFID技术及应用》课程的教学探索和实践

2022-03-16韩洁

物联网技术 2022年3期

韩洁

（武昌首义学院信息科学与工程学院，湖北武汉 430064）

0 引言

《RFID技术及应用》课程是物联网工程专业的核心课程，教学内容包括RFID射频前端原理、数据传输和安全、RFID标准和协议、RFID电子标签技术以及RFID阅读器设计。此课程的实践环节需要学生具备扎实的单片机接口编程能力，射频芯片驱动编程难，理论晦涩难懂，即理论和实践学习难度都较大。

《RFID技术与应用》课程教学主要培养应用型本科物联网专业学生的感知层数据采集应用能力。本课程的教学实施效果与实验室的硬件设备配置紧密相关，国内已开设的相关课程的高校中可以借鉴的经验也较少，故《RFID技术与应用》课程教学是一个亟需探讨的课题。

1 课程教学现状

目前，物联网工程专业在《RFID技术及应用》课程教学中仍存在以下问题：（1）课程间衔接不够紧密，学习本门课程之前需要先学习单片机原理课程，但关于RFID阅读器中MCU的内容与单片机课程讲授的处理器不一致；（2）学生很难在短时间内熟练使用RFID实验平台的处理器，即实验平台中MCU的接口编程能力不足；（3）大部分学生在RFID实验课中只能完成验证性的实验项目，对RFID高频电子标签的数据块读写操作的编程存在困难。

为了充分利用本校实验室建成的RFID与传感器的实验平台硬件资源，有必要对传感器类相关课程进行体系重建，解决教师“教什么”和学生“怎么学”的难题。因此，针对本课程开展教学探索和实践，对提高物联网工程乃至信息类专业学生的数据采集应用能力具有重要意义。

2 课程教学内容优化

2.1 先修的基础课程内容调整

《RFID技术及应用》课程教学中学生需要具备单片机编程基础才能完成专业课程的数据采集实验操作。根据现有的实验室条件对先修的单片机课程的授课内容进行调整，具体的实施方法就是在单片机课程中讲授与RFID技术课程中用到的实验平台同系列的单片机的编程技术，从而使得先修的单片机课程起到支撑后续的专业核心课程的实际作用，减轻学生重复学习不同控制器编程的负担。

2.2 理论课程教学内容优化

对于《RFID技术及应用》课程，应减少理论性较强的RFID基础原理的教学，强化RFID读卡芯片应用和电子标签的使用，同时加强对通信传输协议的讲解，教学重点应放在用RFID读卡芯片和传输协议完成电子标签数据的识别。

2.3 实践课程教学内容的优化

实验课中减少验证性实验项目的开设，增加设计型实验项目。课程设计中参照人才市场的数据采集岗位需求和现有科研项目，充分利用实验室的硬件资源产生两种能力训练项目：数据采集基本能力项目、复杂系统中多元数据的采集和融合的系统设计项目。例如，对于电子标签数据读取采集，应要求学生在实验中完成多种频段电子标签数据读取；学生还可以利用总线技术，使用SPI或IC总线的读卡模块，读取公交卡的ID号，并进行电子标签储存数据块的读写编程操作。

3 教学模式改进

3.1 理论教学模式改进

3.1.1 信息化手段

在理论课程的授课中采用信息化手段辅助教学，本门课程引入了超星学习通平台辅助课堂教学，流程为：新建课程，编辑课程资源，添加学生名单。学生进入学习通平台可以看到自己学习的课程和教师发布的学习任务。教师利用学习通平台在课前发布预习任务、完成考勤，消除了传统考勤耗费课堂时间的弊端。课堂测试也变得更加容易，教师完成一个知识点讲解后可当场检测，当场点评错题，提前完成课堂测试。课堂检测时采用信息化手段，让每个同学都参与测试，便于教师了解学生对知识点的掌握情况。对于掌握得不好的知识点再布置课后习题进行巩固练习，从而达到教学目标。

3.1.2 案例式教学

在讲解阅读器设计基础和高频阅读器设计两个章节的知识点时采用了案例式教学。以公交计费系统为案例，对系统进行分解，分为硬件设计和软件设计。整个阅读器设计基础章节围绕公交计费系统硬件设计展开，包括单片机最小系统、单片机通信接口和内外部中断管理机制。在讲解高频阅读器设计章节时围绕软件设计展开，包括高频射频模块的驱动编写、电子标签的读和写操作以及与上位机通信软件的编写。当完成两个章节的教学时，一个完整的公交计费系统就得以实现。学生在学习过程中能够清晰地知道自己在学什么。

3.2 实验教学模式改进

3.2.1 实验教学平台的统一

由于课程要用到单片机接口技术，在教学中统一采用相同系列的单片机（STM8S），对于先修的单片机课程的实验项目就选择在RFID实验箱上完成单片机的接口编程训练，学生在后续RFID课程乃至传感器类课程中不需要因为更换实验设备而重新学习单片机技术，这样可以为专业核心课程的学习提供实践基础保障，授课老师不会再为实验中学生因为不熟悉单片机迟迟不能独立编程而苦恼。

3.2.2 口袋实验室模式

以往因为实验平台是集成度较高的实验箱，实验也只能局限在有限的课时内和有限的实验场地内，学生的实验训练不足，导致实际编程能力达不到授课目标。通过引入口袋实验室的方式将编程训练由实验室内搬到实验室外，其中口袋实验硬件由STM8S单片机开发板、传感器模块和RFID读卡模块构成。教师根据学生的能力引导学生逐级开展实践活动。在口袋实验室中以每个寝室为单位进行分组，每人下发一块STM8S系列的开发板，每组的传感器模块和RFID读卡模块以及电子便签采用组内共享的方式。在大二第一学期开展口袋实验活动，安排学生在单片机开发板上完成简单的驱动编程训练。这样教师在讲授《RFID技术及应用》和《现代传感器技术》两门课程时学生已经具备MCU编程能力，可以直接布置实际操作型的作业，学生可以在寝室和图书馆对课堂学习的传感器和读卡内容进行验证。例如，学生可以利用口袋实验室完成单点数据采集（采集寝室温度）。这样才能保证学生进入实验课堂完成设计型实验，减少传统的验证性实验，也解决了实验课时紧的问题。

具备了口袋实验室的条件，理论教学的课后作业完成方式就从以往单一的书写方式转变为直接布置在开发板上完成课后作业，减少纸和笔的使用。教师利用信息化平台布置口袋实验室的作业，学生上传调试视频，这样可以对学生的学习效果进行更直观的评价，学生和教师在线上进行代码调试互动。改进了课后作业完成方式，实现了教学平台的统一化。

4 考核与能力检测机制改进

4.1 改革课程考核的比例

对考核的比例进行调整，加重实验操作的比例。表1是改革前后的考核比例关系。

表1 改革前后的考核比例关系

由于采用了口袋实验室和信息化手段，学生的课后表现也可以成为成绩评定的一部分。课后的考察采用信息化的手段来开展，以提交的调试结果和操作视频来评定。

4.2 引入能力测试

采用蓝桥杯电子设计大赛的考试形式检测学生能力达成情况。在技能测试中教师提供与理论课堂一致的STM8S核心板模块、各种传感器、RFID电子标签和读卡模块以及外围简单控制电路模块，要求在2～3 h内完成设计题目，包括硬件电路的连线、软件设计思路和软件代码的编写以及下载调测。技能测试的题目分为基本能力测试和复杂系统的数据感知能力测试。在基本能力测试中要求能够利用规定的MCU、RFID模块和单个传感器进行数据的采集和传输；在复杂系统终端数据感知技能测试中要求选择已学过的3～4种工业总线技术、多点各类型传感器和RFID模块完成复杂系统中的数据采集和数据融合处理。通过这样的技能测试检验前期的教学效果，为下一轮教学改进提供可参考的依据。