基于CDIO的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)“RFID技術(shù)與應(yīng)用”課程實(shí)踐教學(xué)研究

利節(jié)+陳國榮+馮驪驍+熊茜+金尚柱+賴軍輝

摘要：“RFID技術(shù)與應(yīng)用”是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)都將此課程設(shè)置為學(xué)分最高的專業(yè)課程。針對應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)人才的特色，總結(jié)已有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對該門課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革進(jìn)行了分析研究，提出已建設(shè)的方案，旨在加強(qiáng)學(xué)生編程和動手能力，提高學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新的能力，培養(yǎng)出符合企業(yè)需求的技術(shù)創(chuàng)新人才。

關(guān)鍵詞：RFID；實(shí)踐教學(xué)；應(yīng)用型本科

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）30-0111-02

2010、2012年教育部公布了通過審批的140個高等學(xué)校戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)本科新專業(yè)，各高校紛紛開設(shè)相關(guān)專業(yè)。在新增本科專業(yè)名單中，數(shù)量約一半的高校新專業(yè)都與物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)。到2014年，重慶各大高校也都開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，輻射本科院校和高職專科學(xué)校。目前，國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)表示計(jì)算機(jī)、通信類、應(yīng)用物理類等三個學(xué)科人才是物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)迫切需要的。

“RFID技術(shù)與應(yīng)用”作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心專業(yè)課，對培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才尤為重要。經(jīng)過對此課程的教學(xué)工作，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的“RFID技術(shù)與應(yīng)用”的教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容需要進(jìn)行改革和建設(shè)，使學(xué)生在已有的基礎(chǔ)體系上更好地掌握具有針對性的相關(guān)知識。

一、“RFID技術(shù)與應(yīng)用”在實(shí)踐教學(xué)中存在的問題

1.學(xué)生創(chuàng)新度低。現(xiàn)有模式一般為教師每次布置題目，由學(xué)生選擇。通常這些題目在網(wǎng)上有大量已有的資料，如往屆學(xué)生作品上傳至網(wǎng)絡(luò)上，這導(dǎo)致學(xué)生過多寄希望于抄襲網(wǎng)絡(luò)上的作品。同時，由于題目是已定的，未必是學(xué)生感興趣的方向，學(xué)生只是為了學(xué)分而學(xué)習(xí)，非常被動。

2.題目更新度弱。教師幾乎全部時間都花費(fèi)在教學(xué)任務(wù)上，接觸外界狀態(tài)有限，因此每年的課程實(shí)踐內(nèi)容更新較少，而現(xiàn)在學(xué)生每天卻花費(fèi)大量時間在網(wǎng)絡(luò)上，了解國內(nèi)外動態(tài)，對新的技術(shù)也更為渴望。

3.已有資料少。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)仍屬于新建專業(yè)，各高校都處于探索階段，少有成熟的實(shí)踐體系和方法作為指導(dǎo)。同時，針對培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才為目標(biāo)的特點(diǎn)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際的行業(yè)背景制定實(shí)踐內(nèi)容，培養(yǎng)適合企業(yè)需求的學(xué)生。

二、實(shí)踐硬件平臺

市場上現(xiàn)有的RFID實(shí)驗(yàn)設(shè)備多數(shù)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。為了滿足實(shí)踐教學(xué)的需求，設(shè)計(jì)了專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺，遵循模塊化的設(shè)計(jì)思維，每個模塊跟理論知識相互呼應(yīng)，既保證系統(tǒng)的通用性和可擴(kuò)展性，又讓學(xué)生能夠很好地理解知識點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)平臺基于SG-TOP888射頻開發(fā)板，包括了射頻模塊、液顯模塊、應(yīng)答器模塊和單片機(jī)模塊。單片機(jī)采用學(xué)生學(xué)過的STC89C52RC芯片，其工作頻率為9600Hz，所有I/O引腳引出，可外擴(kuò)多種外設(shè)并提供豐富的再擴(kuò)展接口，為接入超高頻及低頻RFID電路提供便利。射頻控制模塊主要實(shí)現(xiàn)對射頻讀寫芯片的控制編碼和操作。天線及匹配電路為RFID應(yīng)答器提供電源，并在讀寫模塊與RFID卡之間傳送信息，由于這塊并不是我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的重點(diǎn)，因此只做應(yīng)用不做編寫。模塊化設(shè)計(jì)為系統(tǒng)保留了更多的操作空間，通過查看原理圖可以快速掌握各模塊的功能和原理，在此基礎(chǔ)上衍生上位機(jī)開發(fā)。

三、基于CDIO的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)

1.實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)。為了保障學(xué)生的動手能力，“RFID技術(shù)與應(yīng)用”課程約50%的課程時間為實(shí)驗(yàn)，目標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)輔助掌握理論課程知識內(nèi)容，因此實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)更重視知識點(diǎn)的操作，由淺入深，逐步深化。首先，使用RFID arduino套裝啟發(fā)學(xué)生的興趣，進(jìn)行簡單的電路連接，掌握RFID系統(tǒng)的外圍電路。其次，運(yùn)用RFID單片機(jī)套裝，通過編碼操作實(shí)現(xiàn)射頻讀/寫卡操作、密碼更改、數(shù)據(jù)傳輸檢驗(yàn)等功能，鍛煉學(xué)生的動手編碼能力。最后，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)所有專業(yè)課知識，在物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生簡單的綜合設(shè)計(jì)能力。

2.實(shí)踐專周的建設(shè)。實(shí)踐專周具有較好的時間連續(xù)性和延續(xù)性的特點(diǎn)，因此，專周題目設(shè)計(jì)采用項(xiàng)目驅(qū)動的方式。三個學(xué)生為一組，可選擇自定義題目，也可選擇指定題目。學(xué)生自定義題目的內(nèi)容必須包括上位機(jī)軟件開發(fā)、數(shù)據(jù)管理、多個讀卡器操作，題目難度由教師審閱并充實(shí)。指定題目依靠本校在石油領(lǐng)域的優(yōu)勢，結(jié)合石油行業(yè)的實(shí)際RFID技術(shù)應(yīng)用，設(shè)計(jì)完整的RFID系統(tǒng)開發(fā)。以抽油機(jī)運(yùn)行異常診斷系統(tǒng)、油田區(qū)小車巡檢系統(tǒng)和油氣田資產(chǎn)管理系統(tǒng)為例講解實(shí)踐專周項(xiàng)目難度。

（1）抽油機(jī)運(yùn)行異常診斷系統(tǒng)。當(dāng)抽油機(jī)到達(dá)地位時，RFID標(biāo)簽被讀卡器讀取，根據(jù)每次讀取時間點(diǎn)間的間隔，運(yùn)用數(shù)據(jù)處理方法可以判斷抽油機(jī)是否運(yùn)行正常。學(xué)生必須掌握RFID讀寫卡技術(shù)、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、仿真軟件等。

（2）油田區(qū)小車巡檢系統(tǒng)。基于RFID技術(shù)巡檢系統(tǒng)的任務(wù)可以在后臺管理系統(tǒng)中靈活配置，可以隨時添加刪除設(shè)備，添加刪除巡檢點(diǎn)、改變巡檢點(diǎn)的先后次序等。當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件，可以及時的調(diào)整巡檢順序或者增加巡檢點(diǎn)。在系統(tǒng)中，一旦巡檢任務(wù)定義好了之后，在巡檢的時候如果發(fā)生漏檢，巡檢設(shè)備將會及時的報警提醒巡檢人員和管理人員，從而徹底解決了巡檢過程中時有發(fā)生的漏檢問題。學(xué)生必須掌握RFID讀寫卡技術(shù)，上位機(jī)Java語言和數(shù)據(jù)庫功能，等等。

（3）油氣田資產(chǎn)管理系統(tǒng)。油氣田資產(chǎn)管理系統(tǒng)主要由RFID標(biāo)簽、讀寫器、讀寫器天線以及應(yīng)用系統(tǒng)組成。RFID讀寫器通過讀寫器天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器天線所在磁場時獲得感應(yīng)電流而得到能量，同時標(biāo)簽向讀寫器發(fā)出自身的數(shù)據(jù)信息，讀寫器對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集并將數(shù)據(jù)信息傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果結(jié)合應(yīng)用系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對油氣田資產(chǎn)的有效管理。學(xué)生必須掌握RFID讀寫卡技術(shù)，上位機(jī)Java語言和數(shù)據(jù)庫功能，等等。

四、校外實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是應(yīng)用性非常強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)校應(yīng)結(jié)合企業(yè)的實(shí)際需求，共同制訂培養(yǎng)計(jì)劃與方案，使學(xué)生學(xué)以自用，在實(shí)際操作中掌握最新的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，提高自身的就業(yè)競爭力。為了建立穩(wěn)定長效的合作關(guān)系，我校已獲批教育部—中興通訊ICT產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地，在云計(jì)算、移動互聯(lián)技術(shù)方向開展教學(xué)，應(yīng)用研發(fā)與創(chuàng)新。2014年我校成為了重慶市物聯(lián)網(wǎng)協(xié)會副理事會單位，與中移物聯(lián)網(wǎng)基地建立了長期的參觀協(xié)議，為我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生擴(kuò)展視野和實(shí)習(xí)提供了良好的平臺。

五、結(jié)語

伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的提出，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展迅猛，對學(xué)生的需求量也逐年遞增，但物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)涉及知識面廣，全國高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)已有畢業(yè)生人數(shù)較少，并且培養(yǎng)計(jì)劃每年更新。要培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才必須依靠某個行業(yè)，并且課程進(jìn)程中除了設(shè)計(jì)大量的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)外，還需要配以完整的實(shí)踐專周。通過對兩個年級物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的授課，我們不斷地更新實(shí)驗(yàn)題目，提高學(xué)生對知識點(diǎn)的理解能力。關(guān)于實(shí)踐專周，學(xué)生對自擬題目更有熱情去完成，他們提出的題目更具有創(chuàng)造性，每年都有學(xué)生將做好的自擬題目申請專利，大力地提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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