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[项目分享] 用SIoT秒搭STEM课堂物联网服务器(上)

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用SIoT秒搭STEM课堂物联网服务器(上)
——以基于micro:bit的热辐射实验为例

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    教育科学出版社小学《科学》教材五年级上有个章节,内容是《怎样得到更多的光和热》。

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    教材中提及的实验,是采用不同颜色纸袋包裹温度计,平放到阳光下进行实验,用以分析物体颜色与吸热的关系。然而我看到崔半仙(我们学校的科学老师,小朋友昵称他半仙)是如下图这样带小朋友玩的。

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    将几个烧瓶分别包裹锡纸、涂上不同颜色,插上温度计,堵上橡皮塞子,撅着屁股在太阳底下观察。

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    延续《把课程玩上天!基于micro:bit与BMP280的气压与海拔关系分析实验》的操作,我和林波老师琢磨,咱把半仙的“宝葫芦”去借来一用,带小朋友用BMP280加micro:bit,来做这个实验吧!于是就发生了3.15那天,被一年级小朋友检举创客社团在操场放炸弹的尴尬!

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       当时的实验方法,是将BMP280传感器置于烧瓶中,一块micro:bit作为发射端,一块micro:bit作为接收端读取数据,这样就不用传统科学课上那样,跟着仪器接受热辐射了。然而虽然改进了方法,小朋友们根本不肯躲到阴凉处,宁可围坐在旁边,顶着阳光抱着接收端眯缝着眼做记录。
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    我不是个闷骚的人,所以就亮骚晒朋友圈了,这事儿也引起了浙师大附属学校沈利彬老师的兴趣。作为资深科学老师,以及浙江省基础教育课程改革专业指导委员会STEAM教育组成员,他敏锐提出了增加物联网功能的建议。
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       回复沈老师的“完全可以实现”一点不假,EasyIoT这样的平台已经让物联网很易用了,加装物联网模块后三下五除二就能实现。但是之前所想到的实现方法,对于课堂教学场景而言,还是会有不少掣肘,其中最麻烦的莫过于物联网平台的账号注册、分配、管理问题。对于一群没有手机可以收验证码,设了密码第二节课就忘一干二净的小P孩,你让他们怎么规模地玩物联网平台?
      5月中旬,谢作如老师让我试试SIoT,看了说明文档,豁然开朗,因为SIoT的开发初衷,工作方法,就是冲着STEM课堂上物联网功能实现的痛点来哒!旋即站在谢老师的肩膀上升级了热辐射实验的设计。

材料清单   


模拟LM35线性温度传感器 ×1
Micro:bit                           ×1
micro:Mate I/O扩展板     ×1
OBLOQ - IoT物联网模块   ×1



电路连接   

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信号引脚对应关系如下:
LM35      ——P0
OBLOQ绿——P1
OBLOQ蓝——P2
       需要注意的是OBLOQ工作在5V电压下,模块引出的红线需要接到P8/P12/P16的供电引脚上,并把micro:Mate的电压选择开关拨到5V档。
因为LM35模块较宽,塞不进原先的烧瓶,我又向崔半仙去讨了个口径较大的三角烧瓶。

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瓶口封上轻质黏土
直觉让我选了这妖冶的绿色
看着有点“绝命毒师”的味道
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软件准备   

先放上SIoT使用手册(点击文末“阅读原文“直达)
https://siot.readthedocs.io/zh_CN/latest/
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点击“文件下载”,
跳转到GitHub,
根据操作系统下载相应的软件包

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SIoT支持Linux、Mac、Windows,常见操作系统全覆盖,足见开发团队投入的心力。
另外,我们选择Mind+作为编辑器,
下载地址:
http://mindplus.cc/download.html
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程序设计   

打开Mind+,
确认切换到了“上传模式
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再次单击“扩展”按钮添加OBLOQ模块
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如法炮制,添加LM35传感器模块
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有了新添加的这三类模块,就可以编写程序了
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Obloq初始化的配置信息参考上图填写
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     程序比较简单,初始化后向SIoT发送“READY”,表示已建立连接。
     为了实验中可以将烧瓶摆放到位后再记录数据,程序设计为如果装置接收到”START”指令,才开始发送数据给SIoT,避免了通电就发送无效数据。同时也藉此测试了SIoT与客户端的双向互动。
    把程序上传到micro:bit后,我们可以看到OBLOQ模块的指示灯颜色会经历“红-紫-蓝-绿”的变化 。如果转绿灯,说明已经成功联上WIFI。

联网测试     

第一步,运行SIoT
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弹出一个控制台窗口,滚屏显示日志信息
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打开浏览器,
在地址栏输入:http://localhost:8080
登录Web页面
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根据我们设计的程序,
在发送消息对话框中输入“START”,
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单击“发送”按钮
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此时作为客户端的micro:bit
应会显示一个↗
按F5刷新页面
可以看到已经有消息被服务器记录下来
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可对记录进行区域缩放
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还可以导出为Eexcl表格供数据分析
    如此便捷的物联网数据记录功能,是不是足以让你抛弃传统的实验方式了呢?
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       SIoT作为针对STEM教育开发的开源物联网平台,解决了把开源硬件作为数字化实验工具时,小组DIY的实验装置接入物联网的问题,消除了学生平台账号注册、账号管理等掣肘。当我们的学生也能自己搭建物联网服务器时,课堂教学上“物理计算”升级到“物联计算”就可以轻松实现,如同5G带来的通信革命,这样的教学场景具有超大的想象空间。
      我想,只有谢作如老师这样坚持在一线躬身实践的专家,才能精准打通课程改革过程中的任督二脉,SIoT团队善莫大焉!


杂感   

SIoT或将为STEM教育带来现象级的影响
       对于STEM教育,我们不必妄自菲薄,一定程度上国内是和世界同步的。先前的原创硬件平台短板,在掌控、虚谷号出现后也得到弥补。SIoT创新的课堂物联网应用模式,不但是国内首创,也是全球首创。如同美国的Code.org,英国的micro:bit,SIoT有可能对一个国家的STEM教育带来现象级的影响。

实践比纠结概念重要

     2016年,曾给学校老师做过一个关于创客教育的分享。在最后,我想着忽悠更多老师一起加入,所以分别就美术和科学学科结合创客教育举了例子。其中就抛了个名为《基于Arduino的热辐射实验改进实践》的砖头,我说连论文题目都帮大家想好了,希望感兴趣的老师一起来捣鼓。
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      虽然没提STEM,但当时我就呼吁老师们要跳出学科本位,当教学创新遇到瓶颈时,共同寻找结合点,突破口。想来这大概就是STEM教育在我脑中最初朦胧的样子吧。
      其实STEM的概念一直处于发展之中,我的观点是,咱一线老师,就先老老实实做教学实践,这比纠结创客、STEM、STEAM的区别和关联,以及PBL的P到底是problem还是project这些概念更务实。行胜于言!
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米爸与小钱钱的STEM幼儿园

在印州寻找STEM教育应有的样子


rzyzzxw  版主

发表于 2019-6-21 22:06:43

哇哦,真是好教程啊。
曾经写诗,现在做创客。
佩服佩服
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rzegkly  版主

发表于 2019-6-21 22:41:38

狄老师的科学探究很赞,学习了
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汤果  初级技匠

发表于 2019-6-22 06:27:47

太厉害了~~~~~
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sunkf  中级技师

发表于 2019-6-26 14:00:19

学习了,精华
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gada888  版主

发表于 2019-6-26 15:43:23

好教程呀
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gray6666  高级技匠

发表于 2019-6-28 09:45:29

经典案例,学习了
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DFr15BEux-H  见习技师 来自手机

发表于 7 天前

sunkf 发表于 2019-6-26 14:00
学习了,精华

学习中,希望自己能成功做出一个来!谢谢分享!
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单品蓝山  高级技匠

发表于 4 天前

孩子能碰上您这样的老师,绝对对他未来的人生会有很大的影响的,我孩子正好五年级,他们的科学课基本就没上,学校太不重视。
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Mandy  见习技师

发表于 3 天前

有趣!
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