曲爱玲，黄 平，马长路

（北京农业职业学院，北京 102442）

0 引言

目前，物联网在各行各业的应用越来越广泛，技术日趋成熟与稳定。物联网主要由感知层、传输层与应用层3 个部分组成，要实现真正的物物相连，3 个部分缺一不可[1]。RFID（Radio Frequency Identification） 是物联网感知层技术核心，获取物联网系统数据信息主要由RFID 电子标签和各类传感器实现，RFID 在物联网技术应用中发挥着至关重要的作用[2]。高职院校物联网应用技术专业，主要是为社会培养物联网方向应用型人才，为使高职院校物联网专业学生能够具备物联网行业RFID 技术人才需求条件，将“RFID 技术与应用”课程进行创新改革，采用模块化教学，使学生掌握“RFID 技术与应用”课程的关键技术，为项目实施积累经验。

1 RFID

RFID（射频识别） 系统信息交互通过空间耦合的非接触方式实现，完成对识别目标信息的读写操作。在物联网系统中，就是利用射频识别技术对目标物品进行有效的数据采集和数据交互。读写器、电子标签、系统高层是RFID 系统的3 个主要组成部分。

RFID 系统结构图见图1。

图1 RFID 系统结构图

1.1 读写器

读写器是射频识别系统中非常重要的组成部分。读写器的作用是和电子标签建立通信关系，完成对电子标签信息的读写操作。读写器的功能如下：

（1） 为电子标签提供能量。读写器可以为无源或半有源的电子标签提供足够的能量用来激活电子标签。

（2） 与电子标签进行通信。读写器可以与电子标签间建立通信方式，访问电子标签的数据信息或对数据信息按要求进行改写。

（3） 与计算机通信。读写器可以利用RS232 接口、USB 接口、网口、WIFI 等接口方式与计算机进行通信，将电子标签的信息传输至计算机，用于系统终端与系统高层的数据信息交互。

（4） 多电子标签识别。读写器具有防碰撞功能，可以同时正确识别工作范围内多个静止或移动的电子标签，并完成数据交互。

1.2 电子标签

射频卡、射频标签和应答器是对电子标签的其他叫法，三者可统称为电子标签（Tag）。在RFID 系统中，电子标签是存储目标物品有效数据的载体，每个电子标签都是由天线和芯片组成的一个微型的硬件系统，目标物品数据存储在电子标签的芯片中，收发无线电波主要由电子标签的天线完成。RFID 电子标签的电子编码具有全球唯一性，每个电子标签可标识不同的目标物品，电子编码具有不重复性。RFID 技术被广泛应用，在于RFID 技术可以通过电子标签对物品进行非接触式的自动识别。

1.3 系统高层

RFID 系统的数据交换、数据处理、数据传输和通信管理等工作均由系统高层完成。在RFID 系统中，计算机网络是构成RFID 系统高层的核心技术。RFID 系统分为简单的RFID 系统和复杂的RFID 系统。由单个读写器构成的RFID 系统称为简单的RFID 系统，由多个读写器构成的RFID 系统称为复杂的RFID 系统。在简单的RFID 系统中，读写器每次只负责对一个电子标签进行读操作或写操作，在复杂的RFID 系统中，每个读写器每次需完成对多个电子标签的读操作或写操作，在复杂的RFID 系统中，系统高层必须要参与RFID 系统信息数据的分析及处理工作。

2 课程规划

高等职业教育在教学内容、教学过程、教学手段、教学方式上凸显教学的实践性，在教育教学中以岗位需要、实践操作为目的，使学生能够具备过硬的专业技术技能和较强的动手能力。“RFID 技术与应用”是高等职业院校物联网专业的核心课程，其课程规划以高职物联网专业人才培养的目标要求为基础，坚持以就业为导向，以实用性为特征，在课程规划上除旧创新，在课程设置上实现理论与实践的有效结合。以北京农业职业学院物联网应用技术方向，计1711 班为授课对象，对“RFID 技术与应用”课程进行了具体的教学创新实践[3]。

2.1 课程目标

高等职业教育培养方案的设计以社会需求为目标，以培养技术应用能力为主线，以专项技术领域或特定岗位群为职位培养目标。高等职业教育培养的是能够在生产、建设、管理、服务第一线工作的具有综合职业能力、胜任某一具体岗位的高级技术应用型人才，具备从事本专业实际工作的全面素质和综合职业能力。结合高等职业教育的培养目标和轻理论、重实践的高职教育特点，制定了“RFID 技术与应用”课程教学目标，具体教学目标是，使学生掌握RFID 相关的理论知识，具备基于RFID 项目开发、技术测试、产品维护等方面的基本技能。

2.2 课程学时

“RFID 技术与应用”课程共106 学时，其中教学学时为70 学时，综合技能提升学时为36 学时。课程教学按模块化环节进行改革，综合技能提升采用分小组、不同项目开发进行改革。

2.3 课程规划

“RFID 技术与应用”课程规划以教学内容突出理论知识应用和学生综合实践能力的培养为目的，以增强学生的职业适应能力和应变能力为目标，以RFID 技术职业岗位和就业方向为宗旨，在“RFID技术与应用”课程规划中注重理论为实践服务，突出应用性、实践性的原则组织课程结构、更新教学内容。“RFID 技术与应用”课程的教学规划分为教学环节和综合技能提升环节，以北京农业职业学院物联网应用技术专业实训室现有的RFID 实验平台为教学环节的硬件资源，课程规划购买的实验耗材为综合技能提升环节的硬件资源。教学环节主要划分为RFID 理论知识模块、条码技术应用模块、处理器应用模块和RFID 实验开发模块，综合技能提升环节为RFID 项目开发模块，课程共5 个模块部分。

RFID 系统结构图见图2。

3 模块化教学设计

课程内容是实现课程目标的重要载体，“RFID技术与应用”课程教学设计以职业需求为主线，以培养高素质应用型人才为目标，进一步深化教育教学改革，将课程体系进行模块化划分，教学环节主要培养学生具备获取RFID 理论知识的能力、运用RFID 理论知识解决RFID 系统具体问题的能力及利用RFID 理论知识进行RFID 技术应用项目创新的能力[3]，综合技能提升环节能够使学生具备项目开发与实践的能力。

图2 RFID 系统结构图

表1 “RFID 技术与应用”模块化教学设计

“RFID 技术与应用”模块化教学设计见表1。

由表1 可以看出，“RFID 技术与应用”课程在模块化教学设计中加入了条码技术应用模块[4-5]，主要考虑到RFID 电子标签有一定的造价，若大规模使用RFID 电子标签，无形中增加产品前期经济投入，且RFID 电子标签在通信过程中还存在传输距离、数据稳定及保密等一系列问题，上述因素也是RFID 技术普及与推广存在的主要问题，一维条形码、二维条形码和RFID 电子标签的混合使用，是RFID 管理系统设计的首选，这样可以节省RFID 管理系统开发的经济投入，大大提高企业的经济效益。“RFID 技术与应用”课程在模块化教学设计中加入了处理器应用模块，主要考虑到北京农业职业学院物联网实训室RFID 技术实验箱基于Cortex M3 处理器开发，Cortex M3 处理器比学生学习的先导课程单片机C51要复杂得多，外设丰富，功能强大，在课程模块化设计中加入了Cortex M3 处理器主要外设GPIO、UART、I2C 模块的学习，主要教授学生学习和使用处理器外设的方法，要求学生能够做到举一反三，利用Cortex M3 处理器设计和控制RFID 读写器及其外围电路[6]。

4 模块化教学实施

“RFID 技术与应用”课程模块化教学实施共分为5 个模块。

4.1 RFID 理论知识模块

RFID 理论知识是RFID 技术应用的基础，理论知识以普及、够用、实用的原则进行设计与实施。RFID 理论知识模块主要采用云班课+课堂教学方式进行，云班课主要完成线上预习、线下复习、课堂活动和课后作业[7-8]；课堂教学采用多元化方法，主要包括PPT 主要理论讲解、RFID 电子标签实物体验、RFID 读写器实物认识、RFID 天线实物认知、RFID 应用演示视频、RFID 天线高频仿真等方式进行。RFID 理论知识模块是RFID 实验开发模块和综合技能提升模块的理论基础与项目实施的重要依据。

4.2 条码技术应用模块

目前，流通的商品主要由一维条码进行标识商品种类。计算机对流通的商品信息进行管理与数据交换，主要由前端集采技术条码技术实现。条码是目前商品流通的主要数据载体，主要分一维条码和二维条码。条码技术应用模块主要采用云班课+项目制作方式进行，云班课主要完成线上预习、线下复习、课堂活动和课后作业[9]；项目制作需要学生按项目要求利用条码制作软件设计一维或二维条码，利用手机可进行扫描识别制作的一维或二维条码信息，在条码技术应用模块中引入C#控制台编程控制部分，实现C#程序对条码程序的调用，使条码信息设计种类多样化和灵活化，并可将相应的条码信息进行打印输出。条码技术应用模块是综合技能提升模块项目开发的关键技术支撑。

4.3 处理器应用模块

处理器是RFID 读写器的主控器件，在RFID 系统中发挥着至关重要的作用，其负责系统处理命令的发送、接收、数据处理、通信等工作。处理器应用模块主要采用云班课+项目制作方式进行，云班课主要完成线上预习、线下复习、课堂活动和课后作业[4]；项目制作需要学生先掌握主要外设工作原理及驱动程序编写，后续学习利用该外设控制具有该接口的硬件，实现硬件电路原理设计，并进行硬件电路搭建，最后实现该硬件模块驱动程序编写。处理器应用模块是RFID 实验开发模块和综合技能提升模块的硬件核心。

4.4 RFID 实验开发模块

RFID 实验开发模块是RFID 理论知识模块、处理器应用模块学习的阶段检验与综合应用，是提高学生动手能力和知识应用的重要阶段。RFID 实验开发模块主要采用云班课+项目制作方式进行，云班课主要完成线上预习、线下复习、课堂活动和课后作业[10-11]；项目制作需要学生先掌握RFID 读写器芯片的工作原理，掌握RFID 读写器模块的电路原理图设计方法，完成RFID 读写器驱动程序编写，之后按RFID 项目要求进行程序完善及软硬件联调。RFID实验开发模块是学生学习RFID 理论知识模块和处理器应用模块的综合应用与阶段学习成果验收的重要阶段。

4.5 RFID 项目开发模块

“RFID 技术与应用”课程更加重视综合技能提升实践环节。综合技能提升环节可以提高学生的专业技能水平，使学生能够体验并适应该课程对应的职业岗位需求。RFID 项目开发模块主要采用小组法+产品研发方式进行，小组法主要采用教师指定组长，组员自愿选择组长方式进行，每组人数3 名，组长均由自律、主动、动手能力强、具有创新想法的学生承担，主要起到帮带组员作用，RFID 项目开发环节组长分配组员开发任务，进行本组工作及时间统筹，教师主要进行技术答疑、项目指导；RFID项目开发采用产品研发模式进行[5]，此教学方法已在学校“传感器与检测技术”课程教学中实践，教学效果良好。RFID 项目开发模块教学中，每组分派开发项目不同，避免项目相互借鉴，有利于学生全员参与，独立完成本组项目，教师会根据授课班级人数，制定不同项目个数，提供不同项目所需硬件耗材。

5 结语

在“RFID 技术与应用”课程中采用模块化教学方式，可以使学生对RFID 系统知识体系理解更加透彻；“RFID 技术与应用”课程模块化教学设计中，知识结构层层递进，要求学生掌握的RFID 专业技能水平也层层加强与深入；“RFID 技术与应用”课程模块化教学过程中，重实践，轻理论，摒弃做实验简单看现象的实验模式，积极调动全体学生开创实践，在教学周小项目实践阶段，学生均能独立完成项目设计，提升了学生的学习成就感，建立了其学好专业技能的信心；“RFID 技术与应用”课程模块化教学综合实践周是学生学习“RFID 技术与应用”课程模块化知识的整体运用、开创思维发挥的重要阶段，RFID 综合项目的实施与完成，使学生更好地掌握了RFID 技术应用与开发的整体技能。教学实践证明，“RFID 技术与应用”课程基于模块化教学改革，提升了学生基于RFID 技术的物联网工程项目实施与项目创新能力，且模块化教学实施过程中贯穿云班课、小组法、项目法、产品研发模式等多种教学手段，有效提升了教学质量与教学效果[11-12]，实现了教学改革目标。