新工科形勢下“射頻識(shí)別原理與應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的改革研究與實(shí)踐

徐輝　賈博軒　宮兵

摘要：新工科的蓬勃發(fā)展為現(xiàn)代工科教育提出了新的挑戰(zhàn)，而物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為新工科專業(yè)時(shí)代的代表學(xué)科，對學(xué)生的實(shí)踐培養(yǎng)目標(biāo)又提出了新的要求。文章基于現(xiàn)有教育教學(xué)資源和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，整合現(xiàn)存課程信息，以“射頻識(shí)別原理與應(yīng)用”為例，提出了一種基于“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目化”“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容微型化”“實(shí)驗(yàn)結(jié)果視頻化”“實(shí)驗(yàn)檢查答辯化”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。通過一系列實(shí)踐，教師可以建立完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體制，激發(fā)了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力，為培養(yǎng)復(fù)合型人才奠定了基礎(chǔ)，從而更好地適應(yīng)新工科教育教學(xué)發(fā)展的要求。

關(guān)鍵詞：新工科;實(shí)驗(yàn)教學(xué);復(fù)合型人才

一、新工科形勢下人才的培養(yǎng)

新工科是新的工程實(shí)踐、新的時(shí)代對工科提出的基本要求。新工科內(nèi)涵豐富，包括人工智能、智能制造、機(jī)器人、云計(jì)算等新的領(lǐng)域，同時(shí)也包含傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造。現(xiàn)代新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才。在傳統(tǒng)工科的思維基礎(chǔ)上，我們要充分利用現(xiàn)代文明以及高效的教育教學(xué)手段建設(shè)新工科專業(yè)，從而培養(yǎng)適合時(shí)代和市場發(fā)展趨勢的新時(shí)代大學(xué)生。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是新工科高等教育改革的集中體現(xiàn)，它連接了過去、現(xiàn)在和未來。過去傳統(tǒng)的工科是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ);現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)是對文、理、化、工的有效結(jié)合，更好地為人們提供服務(wù);未來的智慧城市、智慧國家，乃至智慧地球，都是物聯(lián)網(wǎng)所涵蓋的知識(shí)內(nèi)容。為了將物聯(lián)網(wǎng)體系中的知識(shí)從課本上推行到實(shí)踐階段，需要不斷探索新的實(shí)踐教學(xué)方式，以解決學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力不足的問題。射頻識(shí)別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的基礎(chǔ)性技術(shù)，也是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在本科教學(xué)的必修課程。本文通過對“射頻識(shí)別原理與應(yīng)用”這門課的實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容和形式進(jìn)行改革，努力實(shí)踐新工科背景下培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、實(shí)踐能力強(qiáng)的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

二、當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

1.以現(xiàn)行“射頻識(shí)別原理與應(yīng)用”課程為例，根據(jù)國家教指委對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的指導(dǎo)意見，這門課程一共42學(xué)時(shí)，理論課28學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課14課時(shí)。課程涉及：實(shí)驗(yàn)箱上基本的閱讀器分為低頻讀卡器、高頻讀卡器、超高頻讀卡器、微波讀卡器，同時(shí)不同讀卡器還涉及不同的RFID體系標(biāo)準(zhǔn)、安全協(xié)議，防沖突算法、中間件、系統(tǒng)測試等多方面的內(nèi)容。由于知識(shí)點(diǎn)比較多且繁瑣，在實(shí)驗(yàn)課上，教師對實(shí)驗(yàn)箱介紹就占用了很多時(shí)間，并且本身實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)又不足，這就導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生實(shí)際操作的時(shí)間相對較少。

2.在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容千篇一律，脫離社會(huì)實(shí)際情況，缺乏創(chuàng)新性，學(xué)生的拓展能力得不到鍛煉，自主思維也得不到提升，不能滿足新工科對學(xué)生提出的基本要求。如何把對學(xué)生學(xué)習(xí)能力的鍛煉融入到課程中，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)能夠?qū)W習(xí)到更多的內(nèi)容，成為一個(gè)瓶頸問題。

3.當(dāng)代大學(xué)生經(jīng)歷高中教育階段，養(yǎng)成了通過重復(fù)習(xí)題來學(xué)習(xí)知識(shí)的習(xí)慣，一般學(xué)習(xí)主動(dòng)性較差、不善于思考，特別在動(dòng)手實(shí)踐能力上更顯不足。工科學(xué)生的動(dòng)手能力不強(qiáng)，自然很難融入到社會(huì)實(shí)踐中去，我們要培養(yǎng)的是為社會(huì)服務(wù)的工作者，是高素質(zhì)的復(fù)合型人才。因此如何在較短的學(xué)時(shí)內(nèi)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，并從根本上改變學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，逐漸養(yǎng)成勤于思考、自主學(xué)習(xí)、不斷反思的學(xué)習(xí)能力，是我們面臨的另一個(gè)問題。

綜上所述，傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排和教學(xué)方案的設(shè)計(jì)上還存在問題，如教學(xué)學(xué)時(shí)較少與教學(xué)內(nèi)容較多之間的矛盾，新工科時(shí)代對學(xué)生學(xué)習(xí)能力的要求與學(xué)生學(xué)習(xí)能力不足的矛盾、新工科對創(chuàng)新能力的要求與固定不變的傳統(tǒng)教學(xué)方法的矛盾、工程實(shí)踐能力的要求與缺乏工程實(shí)踐機(jī)會(huì)的矛盾，這些問題成為培養(yǎng)新時(shí)期合格大學(xué)生的絆腳石，亟待解決。

三、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)解決方案

本課題從“射頻識(shí)別原理與應(yīng)用”課程入手，以充分利用課程資源和適應(yīng)新工科培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展的基本要求為前提來建設(shè)實(shí)踐教學(xué)體系，提出“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目化”“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容微型化”“實(shí)驗(yàn)結(jié)果視頻化”“實(shí)驗(yàn)考核答辯化”的教

學(xué)策略，并進(jìn)行相應(yīng)教學(xué)方案的具體實(shí)施。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目化

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，學(xué)生主要是“照葫蘆畫瓢”，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不大，師生之間的互動(dòng)性也不夠強(qiáng)，學(xué)生對知識(shí)的印象不夠深刻，大大影響學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。在新的教學(xué)方案中，采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目化的方式，將每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)為一個(gè)結(jié)合實(shí)際的項(xiàng)目案例，讓學(xué)生體會(huì)到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用之處。如：“射頻識(shí)別原理與應(yīng)用”課程中，有“學(xué)生洗衣卡充值實(shí)驗(yàn)”，充分結(jié)合學(xué)生的自身實(shí)際情況;又如本課程所設(shè)計(jì)的“不停車收費(fèi)系統(tǒng)”，響應(yīng)2019年國家發(fā)改委、交通部印發(fā)的《加快推進(jìn)高速公路電子不停車快捷收費(fèi)應(yīng)用服務(wù)實(shí)施方案》。通過實(shí)踐項(xiàng)目切實(shí)有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并能在實(shí)踐教學(xué)過程中取得良好的教學(xué)成果。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容微型化

由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少，本課程所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目拆分成多個(gè)微型化實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)可以作為一個(gè)單獨(dú)模塊，而多個(gè)模塊可以再構(gòu)成一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。通過微型化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生能夠短時(shí)間內(nèi)看到自己的階段性實(shí)驗(yàn)成果，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步完成后續(xù)項(xiàng)目的積極性，逐步引導(dǎo)學(xué)生完成完整的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。如：本課程首先設(shè)計(jì)了RFID高頻讀寫器原理小實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握高頻RFID的基本原理;其次，設(shè)計(jì)“公交卡、洗衣卡、學(xué)生飯卡的儲(chǔ)值”實(shí)驗(yàn);再次設(shè)計(jì)“汽車停車場入口識(shí)別系統(tǒng)”;隨后設(shè)計(jì)“汽車停車場出口識(shí)別系統(tǒng)”;本課程的四個(gè)實(shí)驗(yàn)最終組合為“高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)”。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容微型化不等同于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目簡單化，而是把知識(shí)點(diǎn)和對學(xué)生的要求與期望融入到每個(gè)微型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，使學(xué)生在循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)習(xí)知識(shí)、鍛煉動(dòng)手能力。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目微型化后會(huì)使學(xué)生有完成實(shí)驗(yàn)的自我成就感和心里滿足感，并能激發(fā)學(xué)生進(jìn)行下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的興趣，增強(qiáng)完成所有實(shí)驗(yàn)的信心。通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的微型化使本課程的項(xiàng)目適合當(dāng)前學(xué)生的學(xué)習(xí)特征，更好地促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果視頻化

實(shí)驗(yàn)結(jié)果視頻化是指每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需要錄制一個(gè)小視頻，學(xué)生通過視頻講解自己實(shí)驗(yàn)的原理、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方案和實(shí)驗(yàn)心得。利用視頻化的方法記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，第一，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。現(xiàn)在是一個(gè)微視頻流行的時(shí)代，每天在學(xué)生的生活當(dāng)中充斥著各種小視頻，也激發(fā)了學(xué)生自己錄制小視頻的好奇心，本課程所設(shè)計(jì)的小視頻既滿足了學(xué)生們的好奇心理，又把知識(shí)融入其中，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力和語言組織能力，以及可以利用科技手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)和成果展示;第二，學(xué)生通過觀看自己錄制的視頻，可以找到自己的錯(cuò)誤和不足，并及時(shí)積極改正，幫助學(xué)生不斷提升自我、勤于思考、不斷反思。學(xué)生在錄制視頻的同時(shí)會(huì)自主嘗試學(xué)習(xí)視頻的后期制作，在掌握了本門課程的基礎(chǔ)上，又拓展了新技能。在實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間，學(xué)生們積極主動(dòng)地在實(shí)驗(yàn)室錄制小視頻，充分展現(xiàn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并且學(xué)生之間可以進(jìn)行相互討論，也鍛煉了他們的協(xié)作配合能力;第三，學(xué)生們上交的視頻實(shí)驗(yàn)可以作為下一屆學(xué)生的學(xué)習(xí)案例，為下一屆學(xué)生提供了有效參考，增加了教學(xué)的趣味性。

4.實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系改革

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程最終評價(jià)以教師檢查為主，僅鍛煉了學(xué)生的編碼能力。基于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)對培養(yǎng)復(fù)合型人才的需要，本課程采用項(xiàng)目答辯的方式進(jìn)行最后的考核。每個(gè)學(xué)生用五分鐘的時(shí)間講解自己的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和結(jié)果，實(shí)驗(yàn)課既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)鍛煉學(xué)生的文檔寫作能力、辦公軟件的使用能力、表達(dá)能力等;學(xué)生通過聆聽其他同學(xué)的答辯，使每個(gè)學(xué)生了解自己與其他學(xué)生的差距，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及方法上尋求新的思路或突破，同時(shí)提升自己的表述能力。項(xiàng)目答辯的考核方式不僅鍛煉學(xué)生的動(dòng)手編程能力，而且還鍛煉了學(xué)生的邏輯思維能力、項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力、表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等，達(dá)到考核學(xué)生綜合能力的最終目的。

四、結(jié)語

經(jīng)過兩年的教學(xué)實(shí)踐，筆者所提出的教學(xué)改革方案已初見成效，通過“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目化”“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容微型化”“實(shí)驗(yàn)結(jié)果視頻化”“實(shí)驗(yàn)考核答辯化”等實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，

在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和完善學(xué)生的社會(huì)實(shí)踐能力等方面取得一定成績。因每個(gè)學(xué)生都有自己的特點(diǎn)，在實(shí)踐能力培養(yǎng)和創(chuàng)新思維激發(fā)上還要因材施教，才能取得更佳的效果。在未來的工作中，我們應(yīng)當(dāng)不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，從而培養(yǎng)出更適合新工科時(shí)代和市場發(fā)展趨勢的高素質(zhì)復(fù)合型大學(xué)生。

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編輯∕楊波

作者介紹：徐輝（1981-），男，黑龍江哈爾濱人，碩士，講師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)。

基金項(xiàng)目：2018黑龍江大學(xué)新世紀(jì)教育教學(xué)改革工程“發(fā)展新工科形勢下物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的研究與探索”;2017年度黑龍江省省屬高等學(xué)校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（科技創(chuàng)新類專項(xiàng)一般項(xiàng)目）（KJCXYB201702）;黑龍江大學(xué)新世紀(jì)教育教學(xué)改革工程“后慕課時(shí)代基于SPOC學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的研究與實(shí)踐”（2017B19）;2019年黑龍江大學(xué)“課程思政”建設(shè)試點(diǎn)課程——“射頻識(shí)別原理應(yīng)用”