RFID原理及应用课在智慧实验室中的教学改革探索

唐 欣， 康 晋， 陈灿婷

(1.桂林电子科技大学， 广西 桂林 541004; 2.杨凌职业技术学院， 陕西 杨凌 712100；3.桂林信息科技学院， 广西 桂林 541004)

0 引 言

“RFID原理及应用”是为物联网工程专业本科生开设的核心技能专业必修课。通过对本课程的学习，使学生能掌握RFID技术的概念，熟悉RFID技术相关的无线电频率、识别系统、电磁场、电磁波、天线等基本概念，理解数据通信技术的基本概念，了解RFID技术应用系统及其设计等，培养学生掌握RFID技术的系统集成设计及分析能力，并通过典型案例来了解RFID技术在社会生产环节中的应用。但该课程教学方法仍然是以教师理论讲解为主，导致学生缺乏从应用实践中深刻理解所学内容，使得学生难以掌握该课程的教学内容，教学效果一般。为提高“RFID原理及应用”课程的教学质量，提升学生在课程过程中的参与度，本文结合智慧实验室已有的教学条件和教具，探索“RFID原理及应用”课程在智慧实验室中的教学方法改革。

1 智慧实验室概述

智慧实验室运用先进的物联网、大数据分析、虚拟现实、5G和数字孪生等前沿技术，结合用户、咨询方、设计方、建设方以及专家的综合需求，对实验室建筑及其内部房间系统、环境系统、安防系统、能源系统、资产系统等专业设施做全面数据整合、同步和关联，建立整体安全防护和智能管理。最终将传统实验室打造成具备高效和便捷、绿色和节能以及安全和安防特性的综合教学科研场所。根据中国智慧建筑调研白皮书调研显示，中国健全的法规和严格的执行制度保障了建筑安全防范达到高标准水平，智慧建筑市场呈现出整体智慧水平较高的态势，与其他主要国家相比智慧评分优势显著[1]。但是实验建筑智慧化评分及标准目前还处于空白，说明智慧实验室领域仍然处于研究探索阶段。

为促进新一代信息技术应用与教学深度融合，推进高等学校课堂教学改革，推动从教育专用资源向教育大资源转变和从融合应用向创新发展转变的教学研究已经开展[2]。鉴于当前RFID课程教学的现实情况，本文研究构建“互联网+”条件下的应用型人才培养，发展基于互联网的教育服务，以及探索新时代教学改革新模式。

2 RFID课程在实际教学过程中的问题

(1)授课方式重理论、缺实践。RFID课程教材因不同的学校对学生的培养方案而有所差异，就目前来看，较多的学校仍然采用理论知识完善的教材，而较少采用偏重实践应用的应用型教材。这种教材选择主要有以下潜在的直接消极后果。一是教学内容偏理论、教师授课方式也相应的偏向理论教学，学生学习积极性欠佳、授课内容理解困难；二是课程内容偏理论的直观印象就是公式多、书本厚，一次授课需讲解的内容可能高达几十页，直接给学生增添了不少的心理负担，学习压力剧增，如课程中涉及的天线基础、射频基础理论等，内容过于理论化，对于非通信相关专业的同学，需要在短时间内理解并掌握这些内容，并且还缺乏相应的课程实验与设计实践，因此，掌握这门课的内容并非易事。

(2)课程应用要求学生综合能力高。本门课程包括典型RFID系统及构成，射频电路的基本理论，包括传输线和谐振电路等。分析和设计射频识别系统，要求学生具备构建阅读器、应答器设计的能力，掌握实际RFID系统应用的能力。通过课程中的分析、讨论以及对整个RFID系统设计流程的学习，培养分析沟通能力，建立从概念、算法到实际应用的思维模式，从实际需求到建立RFID识别系统的基本素质。可见，该课程要求学生具备基本的硬件电路设计，如原理图的设计、PCB板的制作等；基本硬件电路的学习，如模拟电子电路、数字逻辑电路、高频电子电路等；语言类的课程学习，如C语言、C#、JAVA；以及计算机专业相关的其他课程，如数据结构、数据库、网页制作等课程。显然，课程内容跨度大、综合性强，大部分学生总感觉自己缺乏太多相关课程的学习，容易丧失学习本门课的信心。

(3)解决实际RFID系统问题的能力缺失。“RFID原理及应用”课程各章节连接紧密，整个课程设计是一个完整的RFID系统，只有将每章的授课内容相互衔接并理解，才能完成一个基本的RFID系统学习任务，因此，学生较难解决信息量偏少，应用范围广泛的实际RFID系统问题。此外，学生在早期学习过程中，主要以被动式教育为主，学生缺乏自己独立思考的能力，难以达到在实际问题出现时进行主动的寻找解决办法。另外，RFID系统包括低频、中频、高频、微波等不同频段的应用系统，使用场景也千差万别，设计、生产及建设方鱼龙混杂，特别是所学设备配置与真实应用存在巨大差异时，学生在面对这种实际系统时，会显得手足无措，暴露出解决实际系统问题的能力明显不足的问题。

(4)课程内容与思政教育协同缺位。 “RFID原理及应用”作为物联网专业的一门核心基础课程，本课程的任务是教育和引导学生掌握射频电路的基本原理、射频识别的原理以及应用，将RFID系统应用到社会生产环节中。得益于RFID技术近年来取得了飞速的发展，在各领域的应用日益广泛，包括门禁系统、无接触收费系统等，这些引用场景均与人们的生命财产有关，要求RFID系统的开发和使用人员需要良好的专业技能和职业操守，但在目前的“RFID原理及应用”课程的教学课程中，教师过于重视课程内容的讲解，而缺乏教师的基本要求“教书育人”中的育人方面的传授，特别是思想政治方面的教育不足，如某校5名学生的校园卡出现数据异常，民警抓获5名嫌疑学生[3]，大学生破解校园卡系统，白吃白喝两年被刑拘[4]等大学生所学RFID专业知识不用在正途的例子比比皆是，动歪心思破解校园一卡通充值系统的案件屡见不鲜，至少说明了“RFID原理及应用”课程中缺乏思政教育，学生法制观念淡薄。

3 RFID课程在智慧实验室中的教学新方法

(1)沉浸式教学策略。智慧实验室通过引入物联网技术，包括RFID感知识别技术、可靠网络传输系统以及局部智能决策等技术手段，实现全天候向学生开放实验设备，实验室信息查询、课程学习、设备使用预约、违规操作的告警及历史记录的查询，真正实现了沉浸式教学模式，增加了学生课外实践的时长，弥补了理论课时长、配套实践时间的不足，不仅增强了学生自主学习的灵活性，也提高了实验设备的使用效率。

(2)共享式教学资源。通过智慧实验室的高速网络，借助第五代移动通信的高带宽和超低时延的性能，突破时空的限制，让更多的学生共享同等优质的RFID课程资源。而且，RFID课程专任教师将生成的教学视频上传智慧实验室云平台，获授权的学生通过个人账号，直接登录智慧实验室云平台，可随时复习和学习课堂内容，以解决当前该课程内容多、课时少的问题。同时，通过引入共享式教学资源，可以让学生学习RFID课程相关的所有其他的基础课程，以提升学生对不同学科的知识的综合运用能力，以解决学生学习本课程部分课程内容缺失的短板问题。

(3)混合式教学师资。智慧实验室区别于传统实验室的基础设施，智慧实验室内部往往是通过高速网络通信链路进行实验室的网联化，有利于实施线上教学。因此，通过线下教师进行传统的教学活动，同时，通过校企合作、联合培养等新时代背景下的教学模式，在教学过程中穿插部分线上课程，将高校在研的、企业在销售的典型RFID应用系统引入课堂，开展线上线下混合式教学，将理论与实际应用相结合的模式，从多维度激发学生的学习兴趣，培养学生的应用知识的能力，培养学生解决实际RFID系统问题的能力。

(4)警醒式教学育人。 智慧实验室通过教学环境的网联化、教学资源的共享化，一方面，鉴于RFID技术的应用场景通常是与人们的生命财产密切相关的场所，显然RFID技术的应用本身就是一个严肃的话题，另一方面，通过本课程的教学，特别是结合智慧实验室在内的多屏互动，用以警醒学生遵纪守法，切勿利用所学RFID原理及相关技术实施违法犯罪活动，切勿做高知识犯罪分子的典型，树立良好的人生观、财富观，遵守“君子爱财取之有道”的基本原则。

4 总 结

本文是近五年来“RFID原理及应用”教学实践中的一些总结和设想，通过智慧实验室的固有的软硬件配套优势，因地制宜，充分挖掘智慧实验室的设备资源，一方面真正讲全讲透RFID系统的基本原理，另一方面通过将智慧实验室的创新技术、方法和思想融入到整个RFID教学过程中，把培养具有扎实的专业知识的应用型人才作为本课程教学改革的初心和使命。