基于工作過程系統(tǒng)化的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程教學(xué)設(shè)計(jì)
——以RFID技術(shù)課程為例

趙 丹，李 昂，李丹丹

（南京理工大學(xué) 紫金學(xué)院，江蘇 南京 210023）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)新興的熱門產(chǎn)業(yè)，有很大的潛力和前景[1]。物聯(lián)網(wǎng)工程也是高等院校順應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢而新增的一門學(xué)科，由計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、電子技術(shù)、信息工程、通信工程及邊緣學(xué)科滲透、相互融合[2]發(fā)展而來。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的人才需求也愈加強(qiáng)烈。但現(xiàn)代企業(yè)更青睞具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的新型應(yīng)用型人才。

2014年3月，中國教育部改革方向已經(jīng)明確：1 200所全國普通本科高等院校中，將有600多所逐步向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)變。應(yīng)用型本科學(xué)院以培養(yǎng)具備綜合職業(yè)能力和全面素質(zhì)的高等技術(shù)應(yīng)用型人才為辦學(xué)宗旨[3]。

“應(yīng)用型本科”是對新型的本科教育和新層次的高職教育相結(jié)合的教育模式的探索，重在“應(yīng)用”二字，要求以體現(xiàn)時(shí)代精神和社會(huì)發(fā)展要求的人才觀、質(zhì)量觀和教育觀為先導(dǎo)，在新的高等教育形勢下構(gòu)建滿足和適應(yīng)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展需要的新的學(xué)科方向、專業(yè)結(jié)構(gòu)、課程體系，更新教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法和教學(xué)手段。然而，目前我國高等院校專業(yè)的課程體系大多屬于學(xué)科型體系，不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

傳統(tǒng)的學(xué)科知識(shí)系統(tǒng)化課程是根據(jù)相對靜態(tài)的學(xué)科體系中的間接經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行演繹的結(jié)果，課程內(nèi)容的變化也不甚顯著。隨著高等教育的改革以及應(yīng)用型本科對人才培養(yǎng)要求的不斷深化，要求教學(xué)方式從傳統(tǒng)的以教師為主體向以學(xué)生為主體的實(shí)踐教學(xué)轉(zhuǎn)變。如果教師對課程內(nèi)容不加梳理，對課程結(jié)構(gòu)的組織形式不加思索，不講究課程單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而只是一味地根據(jù)學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)對所教授的內(nèi)容進(jìn)行排序，雖然可以傳遞一定量的信息，但不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、挖掘?qū)W生的探索精神和創(chuàng)新精神，教學(xué)效果也可能不盡如人意。

為了進(jìn)一步提高物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程教學(xué)效率，培養(yǎng)具有較強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，本文以RFID技術(shù)課程為例，進(jìn)行了基于工作過程系統(tǒng)化的課程教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)用和探索。

1 工作過程系統(tǒng)化

早在20世紀(jì)90年代，德國就提出了工作過程課程體系的理念。我國很多學(xué)者也從不同的角度分析和研究了“工作過程系統(tǒng)化課程體系”。其中，現(xiàn)任教育部職業(yè)技術(shù)教育中心研究所研究員的姜大源教授研究的“工作過程系統(tǒng)化課程設(shè)計(jì)”在各高等院校，尤其是高等職業(yè)院校中得到了廣泛的認(rèn)可，并在實(shí)踐中取得了良好的效果。

所謂工作過程，指的是個(gè)體為完成一件工作任務(wù)并獲得工作成果而進(jìn)行的一個(gè)完整的工作程序，是一個(gè)綜合的、時(shí)刻處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)但結(jié)構(gòu)相對固定的系統(tǒng)[4]，是要把實(shí)際的工作過程，按照職業(yè)成長規(guī)律和認(rèn)知學(xué)習(xí)規(guī)律，經(jīng)過教學(xué)處理，演繹為有邏輯關(guān)系、可用于教學(xué)的工作過程[5]。工作過程系統(tǒng)化正是對課程本質(zhì)的回歸工作。過程系統(tǒng)化課程設(shè)計(jì)的目的在于尋求工作過程與教學(xué)過程之間系統(tǒng)化的紐帶[5]。

2 RFID課程教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 課程定位和教學(xué)目標(biāo)

RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程是涵蓋通信、射頻、天線、工藝、制造等多學(xué)科的綜合性課程。

通過對課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解和掌握射頻識(shí)別技術(shù)的概念，熟悉射頻識(shí)別技術(shù)相關(guān)的無線電通信、電磁輻射、天線設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)變換、信息安全等基本概念，理解數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基本概念，了解射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)等；逐步培養(yǎng)學(xué)生具備射頻識(shí)別技術(shù)的系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)及分析能力，并通過典型案例來了解射頻識(shí)別技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，為未來從事相關(guān)行業(yè)、增加就業(yè)競爭力打下良好的基礎(chǔ)。

2.2 傳統(tǒng)教學(xué)方式的弊端

2.2.1 教學(xué)效果不理想

在教學(xué)改革之前，RFID技術(shù)課程一直沿用傳統(tǒng)授課方式，課堂上以傳授知識(shí)為主，注重理論的學(xué)習(xí)而忽視技能培養(yǎng)[6]。這種方式以教師單向灌輸、學(xué)生被動(dòng)接受為主，更加注重理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。教師一言堂，課堂氣氛沉悶，教師與學(xué)生之間的互動(dòng)性較差。學(xué)生獲取知識(shí)大多依賴于老師的講授，普遍缺乏自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，一般不會(huì)進(jìn)行主動(dòng)思考，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，教學(xué)效果差強(qiáng)人意。

2.2.2 教學(xué)順序不合理

一直以來，RFID技術(shù)課程是以教授理論知識(shí)為課程內(nèi)容主體，所采用的教材是按照學(xué)科體系排序來編排的；在教學(xué)過程中，也慣用按學(xué)科體系排序來安排課程內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。

目前，RFID技術(shù)課程所使用的教材，其內(nèi)容安排如下：第一章是技術(shù)概要；第二章到第八章分別對RFID技術(shù)中所涉及的數(shù)字通信、天線、射頻前端、電子標(biāo)簽、閱讀器、標(biāo)準(zhǔn)體系和中間件進(jìn)行了分述；第九章、第十章講解了應(yīng)用系統(tǒng)搭建測試。這樣的課程內(nèi)容排序類似于在一個(gè)貨柜中的每層，預(yù)先分門別類地放置好了對應(yīng)的知識(shí)，是一種堆棧式的倉儲(chǔ)結(jié)構(gòu)[7]。而這種方式處理下的課程本質(zhì)上是一種基于知識(shí)儲(chǔ)備的課程，與知識(shí)應(yīng)用的目標(biāo)大相徑庭甚至背道而馳[7]。

事實(shí)上，RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知層的主要構(gòu)成部分，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，并且已經(jīng)在人們的日常生產(chǎn)和生活中都有具體應(yīng)用。因此，這門課程具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。在教學(xué)中，可以將知識(shí)點(diǎn)融入到設(shè)計(jì)的項(xiàng)目中進(jìn)行講解，讓學(xué)生在實(shí)際動(dòng)手操作中主動(dòng)吸收消化這些知識(shí)點(diǎn)，讓課堂教學(xué)更加生動(dòng)、具體、活潑。那么，如何對原有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理排序，使理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，很好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，是非常值得思考和解決的問題。

2.2.3 考核方式不靈活

當(dāng)前，RFID技術(shù)課程的考核方式主要以期末的卷面成績作為最終的考核標(biāo)準(zhǔn)。這種單一的結(jié)果評價(jià)方式具有很多弊端，既不能全面地評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和對知識(shí)、技能的掌握程度，也不能真實(shí)地反映教師的教學(xué)水平和教學(xué)效果。

對于學(xué)生而言，無形中會(huì)形成唯分?jǐn)?shù)論的思想，重成績而輕能力，認(rèn)為只要學(xué)好理論知識(shí)、考出高分就可以獲得優(yōu)良的評價(jià)，從而忽略對實(shí)踐能力的培養(yǎng)。于是，就會(huì)出現(xiàn)只會(huì)考試不會(huì)做事的“人才”，這也是企業(yè)招聘人才或評價(jià)員工時(shí)經(jīng)常會(huì)提到的問題—一個(gè)人的素質(zhì)與能力是否匹配。

對于教師而言，教學(xué)水平和教學(xué)效果應(yīng)該體現(xiàn)在學(xué)生對理論知識(shí)的理解、掌握和運(yùn)用上以及學(xué)生的學(xué)習(xí)能力上。單純的卷面分?jǐn)?shù)雖然從一定程度上可以反映教師的教學(xué)效果，但學(xué)生對教師所教授的知識(shí)是否能夠真正地消化和運(yùn)用，仍然需要借助其他實(shí)踐類考核內(nèi)容進(jìn)行考量和評估。

2.3 基于工作過程系統(tǒng)化的課程設(shè)計(jì)

2.3.1 課程單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

課程單元又叫學(xué)習(xí)情境，是工作過程系統(tǒng)化課程設(shè)計(jì)思想的突出表現(xiàn)。學(xué)習(xí)情境的設(shè)計(jì)必須堅(jiān)持“比較學(xué)習(xí)三原則”，在同一范疇內(nèi)或同一參照系框架內(nèi)，通過至少三個(gè)學(xué)習(xí)情境的重復(fù)性工作，借助比較、遷移和內(nèi)化的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行訓(xùn)練，達(dá)到“熟能生巧”[7]。

學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)是本次教學(xué)改革研究的關(guān)鍵內(nèi)容。結(jié)合課程內(nèi)容、相關(guān)企業(yè)對從業(yè)人員的崗位需求、學(xué)校培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生自身素質(zhì)等方面的考量，同時(shí)參考專家意見、借鑒成功案例經(jīng)驗(yàn)等，決定在學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)采用基于13.56 MHz的RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)。13.56 MHz是最典型的RFID高頻工作頻段，我們國家在此頻段的研究最成熟，且實(shí)際應(yīng)用比較廣泛，學(xué)生比較容易理解。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)三個(gè)典型應(yīng)用場景（即確定參照系為項(xiàng)目），分別是：門禁系統(tǒng)、公交充值扣費(fèi)系統(tǒng)、校園一卡通系統(tǒng)。其中，門禁系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)基于RFID的電子鎖開關(guān)功能；公交充值扣費(fèi)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)基于RFID的公交卡充值、刷卡自動(dòng)扣費(fèi)、費(fèi)用不足告警等功能；校園一卡通系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的功能要更加豐富，包括食堂充值消費(fèi)、超市消費(fèi)、宿舍門禁、教學(xué)考勤、異常告警等。由此可見，三者從應(yīng)用上是相互平等的關(guān)系，從復(fù)雜度上是由易到難的關(guān)系。在以上設(shè)計(jì)的比較學(xué)習(xí)中，利用重復(fù)的工作過程，通過“手把手、放開手、甩開手”的漸進(jìn)過程，達(dá)到學(xué)生在學(xué)中做、做中學(xué)的教學(xué)效果，達(dá)到專業(yè)知識(shí)與崗位需求技能一體化的教學(xué)目標(biāo)[8]。有目的地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，挖掘?qū)W生的可持續(xù)發(fā)展能力。具體學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 基于工作過程系統(tǒng)化的RFID技術(shù)課程單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.2 課程教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

課程內(nèi)容的排序需要結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)是知識(shí)傳遞的路徑，知識(shí)只有在結(jié)構(gòu)化的情況下才能有效傳遞[9]。

傳統(tǒng)的基于學(xué)科體系的課程內(nèi)容排序已不再適用于基于工作過程系統(tǒng)化的課程教學(xué)過程結(jié)構(gòu)，需要將實(shí)際工作過程作為教學(xué)過程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，并以普適性“工作過程”，即完整的行動(dòng)和思維過程—“資訊、決策、計(jì)劃、實(shí)施、檢查、評價(jià)”六步驟，對客觀存在的實(shí)際工作過程進(jìn)行教學(xué)處置[7]，對教學(xué)順序進(jìn)行重新規(guī)劃，將學(xué)科知識(shí)點(diǎn)分散到學(xué)習(xí)情境教學(xué)中。

對照教學(xué)大綱，根據(jù)設(shè)計(jì)的三組學(xué)習(xí)情境，結(jié)合當(dāng)前使用的教材，完成以下教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如圖2所示）：

圖2 基于工作過程系統(tǒng)化的RFID技術(shù)課程教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）在背景調(diào)研階段融入教材的第一章內(nèi)容，介紹RFID的概念、優(yōu)勢、應(yīng)用場景等，重點(diǎn)講解RFID技術(shù)基本工作原理和系統(tǒng)組成，讓學(xué)生對RFID有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)，在調(diào)研過程中加深對RFID的理解。

（2）在需求分析階段，將教材的第七章和第八章內(nèi)容組織起來，重點(diǎn)講解行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、中間件作用和RFID應(yīng)用框架，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生完成該階段的任務(wù)。

（3）在方案設(shè)計(jì)階段，將教材的第五、六、九章內(nèi)容組織起來，重點(diǎn)講解RFID電子標(biāo)簽、讀寫器和應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成，使學(xué)生深入理解RFID系統(tǒng)的各組成部件。

（4）在項(xiàng)目實(shí)施階段，將教材的第二、三、四章內(nèi)容組織起來，重點(diǎn)解決RFID中的技術(shù)問題，包括無線通信、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)完整性、防碰撞、信息安全、電磁輻射、天線設(shè)計(jì)等，幫助學(xué)生消化解決技術(shù)難題。

（5）在驗(yàn)收匯報(bào)階段，融入教材的第十章內(nèi)容，主要講解RFID系統(tǒng)測試主要內(nèi)容、測試方法、測試流程及規(guī)范等，學(xué)生對搭建的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和完善，完成項(xiàng)目驗(yàn)收，將之前所學(xué)所做進(jìn)行整體梳理和回顧，形成技術(shù)文檔，鞏固對知識(shí)點(diǎn)的理解、掌握和運(yùn)用。

（6）在教學(xué)評價(jià)階段，根據(jù)學(xué)生完成的情況，如小組分工合作、項(xiàng)目調(diào)研、方案研討和設(shè)計(jì)、項(xiàng)目功能和性能實(shí)現(xiàn)、調(diào)測驗(yàn)收、技術(shù)報(bào)告撰寫等工作過程進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)方式采用自我評價(jià)和老師點(diǎn)評相結(jié)合。

2.4 基于工作過程系統(tǒng)化的課程實(shí)施與考核

基于工作過程系統(tǒng)化的RFID技術(shù)課程在實(shí)施過程中，以項(xiàng)目為載體，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，組織教學(xué)活動(dòng)。利用三個(gè)教學(xué)情境，完成重復(fù)的工作過程，以此逐步加強(qiáng)學(xué)生對理論知識(shí)的理解和掌握，提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和項(xiàng)目實(shí)施技能。

針對基于工作過程系統(tǒng)化的課程教學(xué)特點(diǎn)，在考核方式上也進(jìn)行了初步探索。在原有考核方式的基礎(chǔ)上加入了過程性考核部分，并在期末試卷中增加了項(xiàng)目實(shí)踐中的部分知識(shí)點(diǎn)。

由此，在教學(xué)改革實(shí)施中，制定本課程的考核方式為：平時(shí)成績+實(shí)踐成績+卷面成績。其中，平時(shí)成績權(quán)重占比20%，包括課堂考勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)情況；實(shí)踐成績權(quán)重占比30%，包括動(dòng)手表現(xiàn)、實(shí)踐成果展示、實(shí)踐報(bào)告；期末卷面成績權(quán)重占比50%。各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重在教學(xué)過程中可能會(huì)根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整。

3 結(jié) 語

基于工作過程系統(tǒng)化的教學(xué)方式打破了傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)形式，對知識(shí)和技能進(jìn)行解構(gòu)與重構(gòu)[10]。由于加入了實(shí)踐環(huán)節(jié)，增加了學(xué)習(xí)的趣味性，受到了學(xué)生的廣泛歡迎。課堂氛圍不再沉悶乏味，而是變得輕松活潑起來，減輕了學(xué)生上課的拘束感，學(xué)生愿意主動(dòng)與老師進(jìn)行交流討論，課堂互動(dòng)性有了很大的改善。教師不再是知識(shí)的傳授者，而是成為教學(xué)的組織者、引導(dǎo)者、咨詢者和評價(jià)者。學(xué)生成為了學(xué)習(xí)主體，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；并且通過重復(fù)性的過程訓(xùn)練，使學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際、分析問題、解決問題的能力得到了很大的提升，為學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)；同時(shí)，學(xué)生對教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解更加具體深入，對知識(shí)點(diǎn)的掌握更加牢固。因此，期末考試卷面成績也要比往年有很大的提高。

本次教學(xué)實(shí)踐主要在RFID技術(shù)課程中進(jìn)行應(yīng)用和探索。在學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)方面，由于受到器材、資金和時(shí)間方面的限制，主要采用了13.56 MHz的RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在后續(xù)教學(xué)中，可以考慮擴(kuò)展工作頻率的范圍，加入其他頻段的項(xiàng)目設(shè)計(jì)；同時(shí)，也將嘗試在物聯(lián)網(wǎng)的其他專業(yè)課程中運(yùn)用基于工作過程系統(tǒng)化的課程教學(xué)設(shè)計(jì)，并探索基于工作過程系統(tǒng)化的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系構(gòu)建。