基于CDIO的物联网专业“RFID技术与应用”课程实践教学研究

利节+陈国荣+冯骊骁+熊茜+金尚柱+赖军辉

摘要：“RFID技术与应用”是物联网专业的一门核心专业课程，大多数物联网专业都将此课程设置为学分最高的专业课程。针对应用型本科院校培养人才的特色，总结已有教学经验，对该门课程实践环节的教学改革进行了分析研究，提出已建设的方案，旨在加强学生编程和动手能力，提高学生应用创新的能力，培养出符合企业需求的技术创新人才。

关键词：RFID；实践教学；应用型本科

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）30-0111-02

2010、2012年教育部公布了通过审批的140个高等学校战略性新兴产业相关本科新专业，各高校纷纷开设相关专业。在新增本科专业名单中，数量约一半的高校新专业都与物联网有关。到2014年，重庆各大高校也都开设了物联网工程专业，辐射本科院校和高职专科学校。目前，国内物联网企业表示计算机、通信类、应用物理类等三个学科人才是物联网企业迫切需要的。

“RFID技术与应用”作为物联网工程专业的核心专业课，对培养应用型创新人才尤为重要。经过对此课程的教学工作，我们发现现有的“RFID技术与应用”的教学实践内容需要进行改革和建设，使学生在已有的基础体系上更好地掌握具有针对性的相关知识。

一、“RFID技术与应用”在实践教学中存在的问题

1.学生创新度低。现有模式一般为教师每次布置题目，由学生选择。通常这些题目在网上有大量已有的资料，如往届学生作品上传至网络上，这导致学生过多寄希望于抄袭网络上的作品。同时，由于题目是已定的，未必是学生感兴趣的方向，学生只是为了学分而学习，非常被动。

2.题目更新度弱。教师几乎全部时间都花费在教学任务上，接触外界状态有限，因此每年的课程实践内容更新较少，而现在学生每天却花费大量时间在网络上，了解国内外动态，对新的技术也更为渴望。

3.已有资料少。物联网专业仍属于新建专业，各高校都处于探索阶段，少有成熟的实践体系和方法作为指导。同时，针对培养应用型创新人才为目标的特点，应结合实际的行业背景制定实践内容，培养适合企业需求的学生。

二、实践硬件平台

市场上现有的RFID实验设备多数为验证性实验。为了满足实践教学的需求，设计了专业实验平台，遵循模块化的设计思维，每个模块跟理论知识相互呼应，既保证系统的通用性和可扩展性，又让学生能够很好地理解知识点。实验平台基于SG-TOP888射频开发板，包括了射频模块、液显模块、应答器模块和单片机模块。单片机采用学生学过的STC89C52RC芯片，其工作频率为9600Hz，所有I/O引脚引出，可外扩多种外设并提供丰富的再扩展接口，为接入超高频及低频RFID电路提供便利。射频控制模块主要实现对射频读写芯片的控制编码和操作。天线及匹配电路为RFID应答器提供电源，并在读写模块与RFID卡之间传送信息，由于这块并不是我校物联网专业的重点，因此只做应用不做编写。模块化设计为系统保留了更多的操作空间，通过查看原理图可以快速掌握各模块的功能和原理，在此基础上衍生上位机开发。

三、基于CDIO的物联网工程专业实践教学

1.实验课程的建设。为了保障学生的动手能力，“RFID技术与应用”课程约50%的课程时间为实验，目标是通过实验环节辅助掌握理论课程知识内容，因此实验课程的设计更重视知识点的操作，由浅入深，逐步深化。首先，使用RFID arduino套装启发学生的兴趣，进行简单的电路连接，掌握RFID系统的外围电路。其次，运用RFID单片机套装，通过编码操作实现射频读/写卡操作、密码更改、数据传输检验等功能，锻炼学生的动手编码能力。最后，结合物联网所有专业课知识，在物联网综合实验箱上进行综合实验，培养学生简单的综合设计能力。

2.实践专周的建设。实践專周具有较好的时间连续性和延续性的特点，因此，专周题目设计采用项目驱动的方式。三个学生为一组，可选择自定义题目，也可选择指定题目。学生自定义题目的内容必须包括上位机软件开发、数据管理、多个读卡器操作，题目难度由教师审阅并充实。指定题目依靠本校在石油领域的优势，结合石油行业的实际RFID技术应用，设计完整的RFID系统开发。以抽油机运行异常诊断系统、油田区小车巡检系统和油气田资产管理系统为例讲解实践专周项目难度。

（1）抽油机运行异常诊断系统。当抽油机到达地位时，RFID标签被读卡器读取，根据每次读取时间点间的间隔，运用数据处理方法可以判断抽油机是否运行正常。学生必须掌握RFID读写卡技术、数学基础、仿真软件等。

（2）油田区小车巡检系统。基于RFID技术巡检系统的任务可以在后台管理系统中灵活配置，可以随时添加删除设备，添加删除巡检点、改变巡检点的先后次序等。当发生突发事件，可以及时的调整巡检顺序或者增加巡检点。在系统中，一旦巡检任务定义好了之后，在巡检的时候如果发生漏检，巡检设备将会及时的报警提醒巡检人员和管理人员，从而彻底解决了巡检过程中时有发生的漏检问题。学生必须掌握RFID读写卡技术，上位机Java语言和数据库功能，等等。

（3）油气田资产管理系统。油气田资产管理系统主要由RFID标签、读写器、读写器天线以及应用系统组成。RFID读写器通过读写器天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入读写器天线所在磁场时获得感应电流而得到能量，同时标签向读写器发出自身的数据信息，读写器对数据信息进行采集并将数据信息传送到计算机进行处理，并将处理结果结合应用系统，可以实现对油气田资产的有效管理。学生必须掌握RFID读写卡技术，上位机Java语言和数据库功能，等等。

四、校外实训基地建设

物联网专业是应用性非常强的学科，学校应结合企业的实际需求，共同制订培养计划与方案，使学生学以自用，在实际操作中掌握最新的物联网应用技术，提高自身的就业竞争力。为了建立稳定长效的合作关系，我校已获批教育部—中兴通讯ICT产教融合创新基地，在云计算、移动互联技术方向开展教学，应用研发与创新。2014年我校成为了重庆市物联网协会副理事会单位，与中移物联网基地建立了长期的参观协议，为我校物联网专业学生扩展视野和实习提供了良好的平台。

五、结语

伴随着“互联网+”的提出，物联网行业发展迅猛，对学生的需求量也逐年递增，但物联网专业涉及知识面广，全国高校物联网专业已有毕业生人数较少，并且培养计划每年更新。要培养应用型创新人才必须依靠某个行业，并且课程进程中除了设计大量的实验环节外，还需要配以完整的实践专周。通过对两个年级物联网专业的授课，我们不断地更新实验题目，提高学生对知识点的理解能力。关于实践专周，学生对自拟题目更有热情去完成，他们提出的题目更具有创造性，每年都有学生将做好的自拟题目申请专利，大力地提高学生的创新能力。

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