物联网云端监控地震报警器

顿卜双

【摘 要】基于创新、实践、分享的创客教育飞速发展，Mixly创意电子以其支持“做中学”等优势在国内创客教育载体中占据一定地位。物联网能够与多种生活情境相关联，在社会各个领域备受关注，将它作为教学内容融入创客教学对学生熟悉物联网原理、感知物联网技术，培养学生的创新意识、实践能力等具有重要意义。

【关键词】创客教育;物联网;Mixly

【中图分类号】G434  【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2019）05-064-04

教育部陆续发布《基础教育课程改革纲要（试行）》《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见》等文件，明确指出“探索STEAM教育、创客教育等新教育模式”，培养学生的创新意识、信息意识、实践能力、问题解决能力、计算思维。教育应该从学生的真实生活情境出发，促进学生核心素养的形成，真正实现学生的全面发展。

创意电子课程旨在让学生利用编程软件及开源硬件设计创新电子应用。Mixly是一个可以支持多种类型主控板的图形化编程软件，程序入门简单，功能强大，拓展性强。MixGo是一款集成了多种传感器的开源硬件板，能够快速实现产品原型。Mixly和MixGo被广泛应用于中小学创意电子课程中。传感器技术是物联网与开源硬件MixGo的相通之处，为它作为教学内容融入创客教学提供了条件，这对学生熟悉物联网原理、感知物联网技术具有重要意义。

参与“物联网云端监控地震报警器”创客课程的是20位初一学生，他们已经掌握了条件语句和重复语句，也体验过利用中国移动物联网开放平台（OneNET）实现物物互联。本节课旨在引导学生综合运用所学的知识技能，在协作反思、动手实践中达成如下教学效果：（1）进一步建构活动中涉及的程序语句、技术原理及学科知识，助力智能化生活。（2）形成科学精神，包括评估反思的批判性思维能力，举一反三的高阶思维能力，逻辑分析的计算思维能力等。（3）形成社会责任担当以及协作、倾听能力。（4）形成乐于分享、不断创新、自信的创客精神。

课前准备

具备WiFi环境的教室，20块MixGo开源硬件板，20台安装有Mixly的电脑，OneNET物联网平台账号，账号里面配置好20台设备。

亲身经历引入，激发学习积极性

创客教育重视激发学生学习的积极性，强调教学应该最大程度地与社会生活相关联，建立所学知识与生活情境的联系。2018年11月26日晚8点50分，台湾海峡发生4.5级地震，厦门震感强烈，晚间地震会不会再次来袭？人们只能怀着担忧的心情入睡。如果家中有地震报警器，这个问题就能得到解决。从学生亲身经历引入课程主题，激发学习兴趣及积极性。

编程教学是计算思维培养的重要途径。程序流程图的绘制有助于学生理清各程序间的逻辑关系，培养计算思维能力。在功能分析（检测到振动就报警）—传感器类型（振动传感器，声音传感器）—流程图绘制（if-else条件及重复语句）—自主程序编写—地震报警器制作完成等一系列的教學环节中，学生个体由易到难明晰了地震报警器程序中的逻辑关系，为后续报警器功能改进及拓展创新奠定了基础。

跨学科知识融合，物联网云端监控

师：结合实际思考：地震报警器存在什么功能缺陷？

生：拍一下桌子也会引起振动，振动不一定是地震。

师：结合地理知识，思考：地震的振动有什么特点呢？

生：地震时会产生横波和纵波，地震波传播过程中会引起多个点的振动。

师：那么，我们怎么能够同时监测多个点的振动呢？

生：在云端利用物联网实现监控。

教师启发式提问引导学生批判性评估，分析出功能缺陷。结合初一地理知识分析出改进方向为监测多个点的振动。物联网实时接收多个（本节课中采用4个）振动传感器状态信息，振动为1，不振动为0，形成实时状态波形。当云端监控到传感器状态波形均处于顶峰，即均为1时，下发on指令指示声音传感器报警。课堂中，教师需要引导学生明晰该过程中物联网与Mixly相融合的技术原理，如图1所示。

接下来，学生采用小组合作方式分工协作完成硬件板摇晃、程序编写（图2）、云端波形监控等任务，最终制作完成物联网云端监控地震报警器，检测其性能并进行小组展示。

举一反三拓展，创新生活应用

可拓展性和可展示性是中小学创客教育项目主题应该具有的特征。初中生有限的知识能力和生活经验只能够支持他们稍加更改和拓展课堂中已完成的项目作品，教师可以联系生活情境和所学知识给出脚手架，在最近发展区内激发学生的创新能力和探究意愿。

物联网云端监控地震报警器可拓展的维度包括：物联网应用、程序语句变身、传感器类型变换等。教师出示电动车报警、计步器、快递被摔图片引导学生思考如何改变地震报警器以便应用到图片中相应的情境。当然，也支持学生结合生活实际思考其他拓展创新。经过小组讨论和全班交流，得出如下拓展创新结论：（1）将振动传感器改为触摸传感器，实现电动车报警器;（2）引入变量i进行振动次数累加，实现计步器;（3）在引入i的基础上，判断数值i的范围出示提示语，实现易碎物品快递被摔统计器;（4）将振动传感器改为湿度传感器，实现家庭衣物被褥需晒提醒器;（5）与地震报警器原理相似的门锁撬动报警器。其中第4项，由于MixGo开源硬件传感器类型限制尚未实现。

上述各个应用难度不一，能够较好地兼顾学生能力差异。在学生实践环节，教师提供各个应用不完整的程序流程图（图3）作为支架辅助程序编写。学生小组根据自己的能力及兴趣选择主题。在完善程序流程图、协作编程、硬件检测的过程中，实现所选创新应用。

成功作品分享，培养自信精神

创新、分享是创客教育的最终目的。在创客教学过程中，教师不仅需要培养学生的知识技能实现创新，还应该营造有利于分享的课堂气氛，鼓励学生分享自己的创新成果，实现自身价值的认同，培养责任担当及自信精神，从而形成持续创新的动力。

完成不同生活情境的创新应用之后，学生小组迫不及待地想要分享本组成果。教师提出分享规则：汇报员需要自信地从流程图、程序及应用效果三个方面进行展示分享。分享过程中发现部分学生小组能够基于程序流程图支架进行不同程度的再创新，例如，选择易碎物品快递被摔统计器的小组提出，当i超过一定数值时硬件板上红灯亮，表示被摔次数过多，比出现提示语的原设计更加直观形象。

进入评价环节，教师需要组织学生对各组汇报从自信度、作品可用性、建议等方面进行点评，引导学生在交流中不断激发出更多的创新想法。

效果与小结

物联网技术的先进性、Mixly图形化的编程以及开源硬件即时的作品效果呈现相融合极大地吸引了学生的兴趣，拉近了课堂与生活的距离，调动了学生分享的意愿，培养了学生不断批判、思考、改进的科学精神，激发了学生不断创新的动力。

“物联网云端监控地震报警器”采用启发教学法及任务驱动教学法，支持学生进一步建构并综合运用所学知识，为创新应用的完成奠定基础。创意作品的展示使学生感觉“我也能为更加智能的生活做出贡献”，找到了自我实现感，提升了学生的自信心及社会责任担当意识。分享过程中，来自于不同小组的建议激发学生进一步分析生活情境，为实现再次创新寻求知识技能。知识是创新的基础，创新是知识获取的动力，在该循环过程中，学生的自信心、分析问题能力、批判性思维、创新能力、对所处社会的责任担当等综合素质均会得到大幅度的提升。

由于接触物联网次数较少，课堂中学生没有提出基于物联网的生活应用创新。本次实践是初步尝试，在后续的教学中仍需要不断思考，以提供物联网与Mixly创客教学融合的更多可能。

注：本文系福建省教育科学“十三五”规划2018年度课题“中小学计算思维校本课程开发研究”（项目编号：FJJKXB18-363）阶段性成果

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