“RFID原理与技术”课程教学新挑战与对策

[摘 要] 20世紀以后，RFID技术以其非接触、低成本的特点广泛应用在日常生活的各个领域，起到了巨大的作用。但近年来，该技术受到了多种信息技术的挑战，如人脸识别、二维码识别等，一定程度上压缩了RFID技术的应用场景。从大量新兴技术快速发展与应用的背景出发，探寻当前“RFID原理与技术”教学面临的多种挑战，如二维码识别、人脸识别对RFID技术产生的影响;课程课时量的下降;理论学习与实际操作能力的侧重点;实验内容的合理安排这些方面，并提出了相应的应对措施。最后，以防碰撞算法为例说明了教学实施过程，为本课程的教学改革提供有益借鉴。

[关键词] RFID;物联网;课程改革;仿真实验

[基金项目] 2018年度教育部协同育人项目“RFID原理与技术创新课程”（201801155016）

[作者简介] 孙高飞（1983—），男，湖北安陆人，博士，常熟理工学院计算机科学与工程学院网络与物联网工程系讲师，主要从事物联网应用研究。

[中图分类号] G643    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）29-0073-04   [收稿日期] 2021-03-16

RFID（Radio Frequency Identification）技术是自20世纪90年代以来逐渐兴起的一种利用无线射频进行自动识别的技术，具有非接触、多标签同时识别、识别速度快、标签抗污染小型化等诸多优点，在社会生活的各领域中，如交通运输、物流追踪、食品安全等发挥着重要的作用。自2010年来物联网工程专业逐渐成为很多高校的新增专业，“RFID原理与技术”也成为物联网专业的核心专业课。通过这一课程的开设，有力地促进了学校教学与实际运用之间的深度链接，对于深化工程教育改革，推进新工科建设起到了重要的促进作用。

对于这样一门涵盖知识内容广泛且有一定深度、理论与实践结合紧密的物联网工程专业课，要达到较好的教学效果，满足应用型人才的培养目标要求，并非易事。在多年的教学实践过程中，不少高校教师做出了大量的有益探索。针对课程内容广泛及增强学生学习主动性问题，提出了利用翻转课堂方式对教学内容全覆盖，为学生提供个性化的学习体验，取得了较好的教学效果[1]。同时重点关注了RFID相关技术标准的学习，以实际应用为牵引，着重培养学生的实际应用和解决问题能力[2]。通过对教学内容分层设计，并结合翻转课堂，有效提高了学生的学习积极性[3]。详细分析课程实验遇到的困难，提出了基于软件仿真的教学方法，提升了实验效果[4]。针对应用型本科的RFID工程实训教学，厘清了课程定位，通过理论教学与工程实训相结合，提高了学生的认知能力与动手能力，有助于培养学生的创新应用能力[5]。从新工科背景下的物联网专业建设角度，提出了任务分解、项目驱动的教学思路，分享了课程改革的教学实践，有力推动了课程改革进程[6]。上述文献中关于本课程的教学改革探索，主要集中在对现有课程内容的教学内容、过程的优化设计，以及针对不同的教学目标和条件，如新工科、应用型人才培养需要等角度，研究通过改进教学方法、侧重教学内容等方法提升教学效果，但对目前面临的技术发展背景及其对课程教学的影响分析不够全面。本文将综合利用已有的课程改革成果和经验，并重点关注新技术发展对本课程带来的挑战，并尝试给出相应的课程改革方法。

一、当前课程教学存在的现实问题

首先，我们应该看到，技术发展的速度正在逐渐加快，RFID技术已经不再“先进”，随着移动互联网和4G、5G网络的兴起，RFID技术的使用空间不断被压缩。“黑”科技不断涌现，如二维码识别、人脸识别、声纹识别、指纹识别等不断取代RFID的应用场景，如移动支付、门禁考勤、物流跟踪等。从日常生活中，可以明显看出RFID的应用范围在逐年下降，如很多高校的校园卡基本被二维码识别方式所取代，食堂就餐、进出图书馆等已不再需要携带校园卡，乘坐公共交通也无须办理实体公交卡而是通过手机二维码支付。在这样的实际情况面前，教师不能再言称RFID技术先进、应用广泛。学生也会对学习这门课的意义产生疑惑，学习这门课程的动力有明显下降，从而最终影响到课程的教学效果。

其次，该门课程所包含内容广泛，涉及射频振荡电路、电磁场及天线、编译码、信道传输、加密解密、多用户接入技术等诸多知识点，点多线长，对学生的专业基础知识水平有着较高的要求。并且不少高校的物联网专业都属于计算机学院或计算机学科，课程设置上偏向计算机类课程，学生的计算机专业基础知识较为全面，但通信方面的基础较为薄弱。然而，随着教学改革的不断深入，大量的基础课程内容被调减，本课程的课时同样较为有限（笔者所在院校该课程共48学时），既不能期望前期课程中对涉及的这些基础知识有全面、系统的学习，也不允许本课程能详细展开学习每

一个涉及的知识点。这样的现实条件，也给该课程的学习带来了不小的挑战。

再次，面临新工科及应用型人才的培养要求，本课程作为专业核心课，而非作为理论基础类课程的教学安排，对课程的教学安排也带来了新的挑战。总的课时有限，既要照顾到理论教学的需要，让学生能够了解系统的工作原理，掌握相关的技术原理，又需要留出课时用于实践类实验项目。例如，RFID技术标准中广泛应用的曼彻斯特码、密勒码，学生需要在理解其编码流程，以及采用这些编码的意义之后，再通过实验进一步掌握这类编码的实际应用方式。一旦缺少这部分的理论学习，学生只能掌握各种编译码规则，而不知道为什么需要编译码，对培养创造性思维以及实际的灵活应用是不利的。

最后，本课程的实验安排上，既要照顾到基本原理进一步理解的需要，也需要掌握具体的RFID器件及系统操作。对于基本原理，如RFID标准中常用的编码译码，加密解密算法，在具体的器件中都是封装在内的，无法通过编程改变，需要设计合适的理论仿真实验加以验证。而对于实际RFID器件，虽然其使用较为广泛，但涉及器件本身的只有读卡、写卡这两个基本过程，要让整个系统能有应用价值，还必须额外添加其他嵌入式系统、网络传输等支持设备和模块，才能最终构建出完整的应用系统。这些理论验证与实际应用系统的构建，需要在有限的实验课时中加以合理安排，满足学生对系统原理及实际系统学习的需要。