RFID应用型课程实践教学改革探索

2019-06-11田宏伟任勇

现代职业教育·高职高专 2019年3期

关键词：实践教学改革

田宏伟任勇

[摘要]针对RFID课程实践教学向企业实际开发环境靠拢，培养具备解决“跨界复杂工程问题”能力的工程应用型人

才的目标，从应用型本科实际出发，以企业广泛使用的集成产品开发模式为核心，在实践课程内容、实践平台构建、实践教学组织方式和考核方式方面提出具体实施方案，为建立较为完善的应用型人才实践教学模式提供参考。

[关键词]RFID课程;实践教学改革;集成产品开发;过程化考核

[中图分类号]G642

[文献标志码]A

[文章编号]2096-0603（2019）07-0098-02

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID技术）是通过无线射频方式获得物体的相关数据，并对物体加以识别的自动识别技术，是物联网技术的基础。随着物联网的快速发展，RFID技术已经应用于社会生活的各个领域，包括身份识别领域、交通领域、物流领域、医疗保健领域、食品餐饮领域及零售领域等，成为我国信息化建设的核心技术之一。近几年，随着各高校物联网工程专业的开设，在应用型本科人才培养环境下，如何有效开展RFID课程实践教学改革，提高实践教学效果，建立较为完善的实践教学模式，是值得探讨和探索的课题。

一、实践课程内容设计

物联网工程专业培养的是企业所需的工程应用型人才，工程应用型人才一项重要的能力便是解决“跨界复杂工程问题”的能力凹，因此在RFID的实践教学内容设计上需要充分考虑这一点，以往的RFID實践教学内容一般都包括高频、低频和超高频电子标签的读写实验，以及在这些基础实验之上的综合性实验，由于实践教学时间有限，过多的精力放在验证性实验之上，综合性实验效果不尽如人意。

物联网工程专业人才实践能力的培养要尽量做到与企业的衔接，在物联网行业中，大部分企业完成的是系统集成性、创新性的开发，中国工程院院士邬贺铨指出，物联网与其说是网络，不如说是应用，清晰地表明物联网工程专业集成创新的特点2。因此，在RFID实践课程内容设计上，不是简单地在已有的实验箱上开展基本认知实验、基本技术实验和综合实践实验，而是采用集成产品开发（Integrated Product Development，IPD）模式，由学生项目小组根据实验总目标，自己确定如何进行系统设计、硬件搭建和软件开发，整个过程时间跨度大，需要项目小组以项目管理的思路在课内和课外开展实验活动。

课程实验总目标定位开发冷链运输RFID监控系统，在给出初步的需求后，由学生组成项目小组，按照工程项目管理的流程进行需求分析、可行性分析、范围管理、系统设计、进度管理和文档管理等一系列活动，在开展系统设计的活动中，整个项目小组事实上已经完成了基本认知实验、基本技术实验和综合实践实验。

二、实践硬件平台构建

物联网工程专业培养的是“工程应用型”人才，必须高度重视与理论教学相辅相成的实验教学环境B。RFID课程涉及通信原理、基础电路、微波技术和软件技术等，专业跨度大，所以实践教学设备的选择和设计一直是不断探索的过程。目前，常见的RFID实践教学设备主要有以下三种：（1）以厂商提供的RFID综合教学平台为主，一般配备多种频段的RFID模块，基于32位处理器的RFID原理机，同时带有信号探测针，通过示波器能提取、展现出RFID系统中整个的射频信号4;（2）以RFID虚拟仿真平台为主，一般利用MATLAB/Simulink 进行辅助教学，可实现高频接口信号调制解调仿真和包络建波电路等试验;（3）以自主设计模块化实验设备为主，一般包括具有丰富扩展接口的MCU最小系统、射频控制模块和天线模块间。

三种教学设备中，RFID综合教学平台功能齐全，但是硬件模块通常固化在实验箱上，不利于学生进行课外实践，虚拟仿真平台一般在电子信息专业使用，学生前期已经学习了信号原理，掌握了仿真软件使用，对计算机专业不太适合，模块化实验设备扩展性好、便于携带，更加适合学生进行课外实践和二次开发。

基于应用型人才培养的目标，本着有利于学生自主设计的原则，设计了基于Arduino开源硬件的便于课内外自主设计实验的RFID模块化实验套件，套件包括ArduinoUNO核心处理模块、RC522射频控制模块、12864液晶屏、4x4 矩阵键盘、继电器模块、温湿度传感器模块、SD卡存储器模块、WiFi模块等。Arduino采用ATMega328作为核心CPU，具有6路模拟输入接口和14路数字输入输出接口，6路PWM输出。Arduino 开源平台即拥有自己的设计师与爱好者社区，并有扩展库与软件支持，便于快速完成应用型项目的搭建。

RFID模块化实验套件除了能够有效支撑课堂内的RFID综合性实践教学内容外，还便于携带，方便学生在课外进行自主练习和实践，目前已有学生开展兴趣小组活动，做好参加苏州大学大学生课外学术科研基金项目和“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛的准备。

三、实践教学组织方式探索

有效组织学生开展训练，以达到工程应用能力的提升，是实践教学的目标。但是在实际教学过程中，由于一些主客观因素的影响，在实践教学过程中往往是简单的项目分组，往往是组内一个动手能力较强的学生把所有的项目内容做完，或者项目结束后没有任何过程性记录，或者整个项目过程没有综合考虑成本因素，等等。这种教学组织方式存在一些问题，譬如技术水平得到提升，但某些工程应用能力没有得到提升，如项目管理能力和经济决策能力;又或者项目小组团队合作意识不强，存在有意愿的学生主动做，不愿意做的学生在边上看的情况。

因此，需要学习和对接行业企业的产品开发组织方式，20世纪90年代后企业界不断反思产品开发“唯技术论”观点的不足，经过几十年的实践，形成了一些有效的成熟做法，如集成产品开发模式已被全世界创新型企业所认同”。IPD组织实施的核心思想是构建跨部门、跨学科的集成产品开发团队，通过有效沟通、协调及决策，尽快实现目标。

当然集成产品开发需要一定的企业实际环境，某些要求在实践教学环境中还不具备，但是可以根据其核心理念开展实践教学，具体措施如下。

（一）合理划分项目小组

集成成品开发的核心是多部门协同组成团队，团队成员能力互补，致力于共同目标，共同承担责任。因此在划分项目的小组之前，需要先进行IPD方法论的宣贯，理解集成产品开发的基本思想，学生需要根据自己的实际情况，有针对性地选择在某方面能力具备一些优势的队友，组成能力互补的小组，每组成员在4人左右。

（二）有效开展团队协作

IPD项目小组协作模式为集体决策、任务独立，集体决策是在项目的范围确定、系统架构选择等关键点，需要由项目小组讨论进行决策，而非某个学生单独决定。这既保证了小组成员得到了某方面能力的提升，又锻炼了自身综合考虑多方面因素进行决策的能力。任务独立是指每个小组成员都要承担独立的实践任务，如RFID项目中射频模块的选型、成本的综合考虑、文档的编写等。

（三）注重使用翻转课堂

翻转课堂教学模式将教学中心从以“教师为中心”的传授方式转移为以“学生为中心”的自主学习方式，强调课堂外学习，尤其是对RFID课程设计这种综合性的实践教学，仅仅依靠18个课时的课内时间是远远不够的，因此在项目小组在课外也需要组织开展学习和讨论，课内由教师进行指导，培养其思考问题解决问题的能力。

四、考核方式改革

采用集成产品开发模式进行RFID实践教学，决定了进行过程化考核的适用性。一方面，从思想上杜绝学生应试的侥幸心理，形成良好的教风和学风四;另一方面，为学生搭建与企业实际环境接近的实践氛围，集成产品开发不会使用考试的方式进行考核，而是以目标产出为导向，注重过程考核。

实践教学过程中使用集成产品开发项目管理的里程碑作为阶段性考核的时间点，一般包括4个里程碑。

里程碑1：第2次实验课结束，第1次实验课由教师对项目进行介绍，并对集成产品开发思想进行介绍，随后启动项目，开展需求分析、范围确定等工作。接下来主要靠课外时间进行小组学习和讨论，在第2次实验课结束时，需要考核项目范围、进度计划和成本计划以及完成项目所需的技术介绍。

里程碑2：第3次实验课结束，考核内容为冷链运输RFID监控系统的整体设计报告，包括硬件设备选型、软件初步界面、传输网络选择，涵盖物联网感知层、传输层和应用层三个层次内容，同时需要包括更新的进度计划和成本计划。

里程碑3：第5次实验课结束，考核内容为冷链运输RFID监控系统的硬件搭建、软件功能，项目小组需对系统进行功能介绍和开发经验分享。

里程碑4：最后一次实验课进行，考核知识点为产品开发报告、成果展现及集成产品开发经验教训总结。

实施过程化考核，对学生综合能力的培养起到促进作用，使学生产品开发能力得到锻炼，同时在项目开发经验积累、团队合作意识等方面都得到了提升。

五、結语

在工程应用型人才培养理念下，以RFID课程实践教学改革为例，以集成产品开发模式为核心，通过对课程内容、实践平台、教学组织方式和考核方式的改革，提高了课程教学质量，学生项目管理能力和专业技能也得到了提升，符合新工科理念下实践课程的建设，为相关课程的实践教学模式改革提供了参考。