物聯(lián)網(wǎng)云端監(jiān)控地震報警器

頓卜雙

【摘 要】基于創(chuàng)新、實踐、分享的創(chuàng)客教育飛速發(fā)展，Mixly創(chuàng)意電子以其支持“做中學”等優(yōu)勢在國內(nèi)創(chuàng)客教育載體中占據(jù)一定地位。物聯(lián)網(wǎng)能夠與多種生活情境相關聯(lián)，在社會各個領域備受關注，將它作為教學內(nèi)容融入創(chuàng)客教學對學生熟悉物聯(lián)網(wǎng)原理、感知物聯(lián)網(wǎng)技術，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、實踐能力等具有重要意義。

【關鍵詞】創(chuàng)客教育;物聯(lián)網(wǎng);Mixly

【中圖分類號】G434 ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2019）05-064-04

教育部陸續(xù)發(fā)布《基礎教育課程改革綱要（試行）》《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見》等文件，明確指出“探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式”，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、信息意識、實踐能力、問題解決能力、計算思維。教育應該從學生的真實生活情境出發(fā)，促進學生核心素養(yǎng)的形成，真正實現(xiàn)學生的全面發(fā)展。

創(chuàng)意電子課程旨在讓學生利用編程軟件及開源硬件設計創(chuàng)新電子應用。Mixly是一個可以支持多種類型主控板的圖形化編程軟件，程序入門簡單，功能強大，拓展性強。MixGo是一款集成了多種傳感器的開源硬件板，能夠快速實現(xiàn)產(chǎn)品原型。Mixly和MixGo被廣泛應用于中小學創(chuàng)意電子課程中。傳感器技術是物聯(lián)網(wǎng)與開源硬件MixGo的相通之處，為它作為教學內(nèi)容融入創(chuàng)客教學提供了條件，這對學生熟悉物聯(lián)網(wǎng)原理、感知物聯(lián)網(wǎng)技術具有重要意義。

參與“物聯(lián)網(wǎng)云端監(jiān)控地震報警器”創(chuàng)客課程的是20位初一學生，他們已經(jīng)掌握了條件語句和重復語句，也體驗過利用中國移動物聯(lián)網(wǎng)開放平臺（OneNET）實現(xiàn)物物互聯(lián)。本節(jié)課旨在引導學生綜合運用所學的知識技能，在協(xié)作反思、動手實踐中達成如下教學效果：（1）進一步建構活動中涉及的程序語句、技術原理及學科知識，助力智能化生活。（2）形成科學精神，包括評估反思的批判性思維能力，舉一反三的高階思維能力，邏輯分析的計算思維能力等。（3）形成社會責任擔當以及協(xié)作、傾聽能力。（4）形成樂于分享、不斷創(chuàng)新、自信的創(chuàng)客精神。

課前準備

具備WiFi環(huán)境的教室，20塊MixGo開源硬件板，20臺安裝有Mixly的電腦，OneNET物聯(lián)網(wǎng)平臺賬號，賬號里面配置好20臺設備。

親身經(jīng)歷引入，激發(fā)學習積極性

創(chuàng)客教育重視激發(fā)學生學習的積極性，強調教學應該最大程度地與社會生活相關聯(lián)，建立所學知識與生活情境的聯(lián)系。2018年11月26日晚8點50分，臺灣海峽發(fā)生4.5級地震，廈門震感強烈，晚間地震會不會再次來襲？人們只能懷著擔憂的心情入睡。如果家中有地震報警器，這個問題就能得到解決。從學生親身經(jīng)歷引入課程主題，激發(fā)學習興趣及積極性。

編程教學是計算思維培養(yǎng)的重要途徑。程序流程圖的繪制有助于學生理清各程序間的邏輯關系，培養(yǎng)計算思維能力。在功能分析（檢測到振動就報警）—傳感器類型（振動傳感器，聲音傳感器）—流程圖繪制（if-else條件及重復語句）—自主程序編寫—地震報警器制作完成等一系列的教學環(huán)節(jié)中，學生個體由易到難明晰了地震報警器程序中的邏輯關系，為后續(xù)報警器功能改進及拓展創(chuàng)新奠定了基礎。

跨學科知識融合，物聯(lián)網(wǎng)云端監(jiān)控

師：結合實際思考：地震報警器存在什么功能缺陷？

生：拍一下桌子也會引起振動，振動不一定是地震。

師：結合地理知識，思考：地震的振動有什么特點呢？

生：地震時會產(chǎn)生橫波和縱波，地震波傳播過程中會引起多個點的振動。

師：那么，我們怎么能夠同時監(jiān)測多個點的振動呢？

生：在云端利用物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)監(jiān)控。

教師啟發(fā)式提問引導學生批判性評估，分析出功能缺陷。結合初一地理知識分析出改進方向為監(jiān)測多個點的振動。物聯(lián)網(wǎng)實時接收多個（本節(jié)課中采用4個）振動傳感器狀態(tài)信息，振動為1，不振動為0，形成實時狀態(tài)波形。當云端監(jiān)控到傳感器狀態(tài)波形均處于頂峰，即均為1時，下發(fā)on指令指示聲音傳感器報警。課堂中，教師需要引導學生明晰該過程中物聯(lián)網(wǎng)與Mixly相融合的技術原理，如圖1所示。

接下來，學生采用小組合作方式分工協(xié)作完成硬件板搖晃、程序編寫（圖2）、云端波形監(jiān)控等任務，最終制作完成物聯(lián)網(wǎng)云端監(jiān)控地震報警器，檢測其性能并進行小組展示。

舉一反三拓展，創(chuàng)新生活應用

可拓展性和可展示性是中小學創(chuàng)客教育項目主題應該具有的特征。初中生有限的知識能力和生活經(jīng)驗只能夠支持他們稍加更改和拓展課堂中已完成的項目作品，教師可以聯(lián)系生活情境和所學知識給出腳手架，在最近發(fā)展區(qū)內(nèi)激發(fā)學生的創(chuàng)新能力和探究意愿。

物聯(lián)網(wǎng)云端監(jiān)控地震報警器可拓展的維度包括：物聯(lián)網(wǎng)應用、程序語句變身、傳感器類型變換等。教師出示電動車報警、計步器、快遞被摔圖片引導學生思考如何改變地震報警器以便應用到圖片中相應的情境。當然，也支持學生結合生活實際思考其他拓展創(chuàng)新。經(jīng)過小組討論和全班交流，得出如下拓展創(chuàng)新結論：（1）將振動傳感器改為觸摸傳感器，實現(xiàn)電動車報警器;（2）引入變量i進行振動次數(shù)累加，實現(xiàn)計步器;（3）在引入i的基礎上，判斷數(shù)值i的范圍出示提示語，實現(xiàn)易碎物品快遞被摔統(tǒng)計器;（4）將振動傳感器改為濕度傳感器，實現(xiàn)家庭衣物被褥需曬提醒器;（5）與地震報警器原理相似的門鎖撬動報警器。其中第4項，由于MixGo開源硬件傳感器類型限制尚未實現(xiàn)。

上述各個應用難度不一，能夠較好地兼顧學生能力差異。在學生實踐環(huán)節(jié)，教師提供各個應用不完整的程序流程圖（圖3）作為支架輔助程序編寫。學生小組根據(jù)自己的能力及興趣選擇主題。在完善程序流程圖、協(xié)作編程、硬件檢測的過程中，實現(xiàn)所選創(chuàng)新應用。

成功作品分享，培養(yǎng)自信精神

創(chuàng)新、分享是創(chuàng)客教育的最終目的。在創(chuàng)客教學過程中，教師不僅需要培養(yǎng)學生的知識技能實現(xiàn)創(chuàng)新，還應該營造有利于分享的課堂氣氛，鼓勵學生分享自己的創(chuàng)新成果，實現(xiàn)自身價值的認同，培養(yǎng)責任擔當及自信精神，從而形成持續(xù)創(chuàng)新的動力。

完成不同生活情境的創(chuàng)新應用之后，學生小組迫不及待地想要分享本組成果。教師提出分享規(guī)則：匯報員需要自信地從流程圖、程序及應用效果三個方面進行展示分享。分享過程中發(fā)現(xiàn)部分學生小組能夠基于程序流程圖支架進行不同程度的再創(chuàng)新，例如，選擇易碎物品快遞被摔統(tǒng)計器的小組提出，當i超過一定數(shù)值時硬件板上紅燈亮，表示被摔次數(shù)過多，比出現(xiàn)提示語的原設計更加直觀形象。

進入評價環(huán)節(jié)，教師需要組織學生對各組匯報從自信度、作品可用性、建議等方面進行點評，引導學生在交流中不斷激發(fā)出更多的創(chuàng)新想法。

效果與小結

物聯(lián)網(wǎng)技術的先進性、Mixly圖形化的編程以及開源硬件即時的作品效果呈現(xiàn)相融合極大地吸引了學生的興趣，拉近了課堂與生活的距離，調動了學生分享的意愿，培養(yǎng)了學生不斷批判、思考、改進的科學精神，激發(fā)了學生不斷創(chuàng)新的動力。

“物聯(lián)網(wǎng)云端監(jiān)控地震報警器”采用啟發(fā)教學法及任務驅動教學法，支持學生進一步建構并綜合運用所學知識，為創(chuàng)新應用的完成奠定基礎。創(chuàng)意作品的展示使學生感覺“我也能為更加智能的生活做出貢獻”，找到了自我實現(xiàn)感，提升了學生的自信心及社會責任擔當意識。分享過程中，來自于不同小組的建議激發(fā)學生進一步分析生活情境，為實現(xiàn)再次創(chuàng)新尋求知識技能。知識是創(chuàng)新的基礎，創(chuàng)新是知識獲取的動力，在該循環(huán)過程中，學生的自信心、分析問題能力、批判性思維、創(chuàng)新能力、對所處社會的責任擔當?shù)染C合素質均會得到大幅度的提升。

由于接觸物聯(lián)網(wǎng)次數(shù)較少，課堂中學生沒有提出基于物聯(lián)網(wǎng)的生活應用創(chuàng)新。本次實踐是初步嘗試，在后續(xù)的教學中仍需要不斷思考，以提供物聯(lián)網(wǎng)與Mixly創(chuàng)客教學融合的更多可能。

注：本文系福建省教育科學“十三五”規(guī)劃2018年度課題“中小學計算思維校本課程開發(fā)研究”（項目編號：FJJKXB18-363）階段性成果

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