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[M10教程] 【行空板图形化Python入门教程】第13课：IoT课堂互动答题系统

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第13课 IoT课堂互动答题系统

随堂小测作为非常好的检测学生知识掌握情况的方法，被老师们广泛使用。今天我们就利用行空板物联网服务，制作一个课堂互动答题系统，实现老师随时都可以下发题目，获得学生对知识点的掌握情况。

任务目标

教师端：负责发送题目和收集学生回答的答案。

学生端：当接收到教师发送过来的题目，学生作答。

演示视频

知识点

1. 了解程序中的线程知识

2. 了解行空板无线网络服务知识

3. 了解两块行空板构建简单物联网系统的方法

材料清单

1. 硬件清单

行空板x1

Type-C&Micro二合一USB线x1

2. 软件使用

Mind+编程软件x1

下载地址：https://www.mindplus.cc

动手实践

课堂互动答题系统由两部分组成：学生端和教师端。学生端可以在有限时间内答题，教师端能够远程查看学生答题情况，接下来我们就分三个任务来看看如何完成吧。

任务一：倒计时答题

在此任务中，我们将学习行空板开启线程方法，同时利用行空板文字和按钮对象完成学生端限时答题的功能。

任务二：教师端和学生端互发消息

在此任务中，我们将学习如何使用多块行空板搭建简单的物联网系统，完成项目的核心功能，实现教师端和学生端互相通信。

任务三：互动答题

在完成了教师端和学生端互发消息之后，我们将结合任务一程序，进一步完善答题系统，实现教师端和学生端的互动答题。

任务一：倒计时答题

1. 硬件搭建

使用USB连接线将行空板连接到计算机。

2. 软件准备

打开Mind+，按照下面图示完成软件准备过程。

3. 编写程序

学生端的行空板是一个答题器，主要功能是在倒计时时间内，完成答题，接下来我们来一起动手实现吧。

(1) 显示题目和选项

为了更好地完成题目和选项的显示，先来分析一下学生端界面的组成。整个界面由倒计时、题目、选项内容、选项按钮以及选择答案构成。

现在你可以根据分析，在屏幕上依次添加显示文字和按钮的对象。

注意：为了让比较长的文字完整的显示在行空板屏幕上，可以更新题目文字对象的数字参数宽，实现自动换行。

点击选项按钮，记录并显示学生对应答案，别忘了记录时要使用全局变量。以按钮A的操作为例，参考如下实现方法：

(2) 倒计时答题

现在，我们已经可以选择答案了，接下来需要加入倒计时，限制答题时间。

(a) 显示倒计时

倒计时的显示我们可以利用变量和重复执行几次来实现，即变量每隔一秒减少1，重复执行开始设定的时间次，并实时更新倒计时的显示。

(b) 倒计时答题

在使用答题器的过程中，“选择答案”显示的同时不断计时，我们可以使用“线程”指令来完成。在“行空板”“多线程”分类下，找到线程对象thread1启动和当线程对象thread1启动后执行两指令，搭配使用。

注意：“线程”常被用来实现某段时间多个功能同时运行，关于“线程”的介绍，参见“知识园地”。

现在，只需要在界面显示完成以后，启动线程，并在启动线程后显示倒计时。

倒计时停止，不能再继续作答，即按钮不能再被点击，只需要更新按钮对象为禁用即可。

现在，我们已经完成了学生端倒计时答题的功能。完整参考代码如下：

4. 程序运行

点击运行，倒计时为0之前可以点击按钮选择答案；倒计时结束后，按钮变灰，不可再答题。

5. 试一试

现在请为你的答题器设计简单的提示语，并在倒计时后判别答案的正确与否（正确答案为“B”）,你可以参考下面的界面设计。

任务二：教师端和学生端互发消息

1. 任务分析

课堂互动答题系统中，需要至少两块行空板实现教师端和学生端对于答题相关信息的传输，我们可以利用行空板搭建物联网系统完成。

在这个物联网系统中，负责存储、收发答题数据的教师端是服务器，同时利用行空板屏幕在教师端实现控制发题和显示接收答案，也就是说，此时教师端也具备了移动终端的功能。而学生用来答题产生选择答案的学生端答题器是智能终端。

分析完两个行空板在物联网系统中的作用之后，需要做好行空板配置网络、开启SIoT服务等准备工作，才能开始编程，实现学生端和教师端间数据传输。

2. 准备工作

要实现教师端和学生端的数据传输，首先需要教师端和学生端行空板接入同一网络下，另外，为了可以使用电脑访问服务器连接两块行空板，电脑也需要接入同一网络下。接下来，我们就来分别配置电脑、教师端行空板和学生端行空板的网络，然后在教师端行空板上开启SIoT服务。

(1) 配置网络

首先，先将电脑连入路由器或手机的热点（需使用2.4G Wi-Fi）；

然后，取一块行空板用USB线连上电脑，并打开浏览器在地址栏输入“10.1.2.3”，进入行空板服务页面。接下来，点击“网络设置”，寻找“连接WiFi”部分，你可以点击“扫描”寻找刚才电脑连接的无线网，点选WiFi名称并输入密码，点击“连接”，等待连接成功。

注意：有关行空板无线网络知识，参见“知识园地”。

完成后，拔下USB线，用同样的方式给另一块行空板配置网络。

最后，需要给两块行空板同时上电，使它们都保持开机状态。

注意：给行空板上电的方式有三种：USB或type-c口输出的电源适配器、USB或type-c口输出的充电宝或电脑USB端口。

接下来，我们需要分别进入两块行空板的Home菜单，查看它们的网络信息中的IP地址，检查是否连接成功。

如果此时两块行空板的IP地址，前三段数字相同，证明它们是在同一局域网下。现在我们可以选择其中一块行空板作为服务器，去开启SIoT服务。在本课项目中，选择了IP地址为192.168.43.222的行空板开启SIoT服务，作为服务器；而另一块IP地址为192.168.43.218的行空板作为智能终端。

(2) 开启SIoT服务

此时你可以像11课一样，在作为服务器的那块行空板的“Home菜单”中打开SIoT服务，也可以直接在浏览器中输入它的IP地址对SIoT服务进行设置或查看。

(3) 远程连接Mind+

由于接下来我们要给两块行空板编程，所以需要打开两个Mind+文件，分别起名为“教师端”和“学生端”，并采用远程连接的方式，使用行空板IP地址分别将行空板和对应的Mind+文件远程连接起来。远程连接方式如下：

3. 编写程序

准备工作已完成，接下来就可以编程实现教师端和学生端互相收发答题消息的任务了。

(1) 教师端

教师端需要实现发送开始答题命令和接收学生答案两个功能，我们可以设置发送按钮和接收文字显示对象，方便查看。

我们可以使用MQTT-py模块，设置、连接、订阅两个主题：“开始答题/答案”，发出正确答案给学生端，控制开始答题；“学生答案/1”，用于接收学生端发出的答案。

接下来，可以参考11课收发消息的方法，按下按钮发送正确答案作为开始答题消息，然后接收学生消息并显示内容。完整教师端程序如下：

【行空板图形化Python入门教程】第13课：IoT课堂互动答题系统图26

(2) 学生端

学生端可以接收教师端的开始做答消息，也可以发送自己的答案给服务器，你可以参考复制“教师端”的代码到“学生端”，适当修改提示文字和收发主题即可完成。

这里跨文件复制大段程序，可以利用Mind+下方的“书包”完成。

点击打开“书包”，然后将要复制的代码整段拖入“书包”区域，然后保存当前文件。

现在，打开要粘贴的Mind+文件，点击“书包”，即可找到复制的代码，此时直接拖出要使用代码到“脚本区”就完成粘贴操作了。

现在，你可以复制“教师端”文件中的代码到“学生端”，并适当的修改收发内容和对应主题，完成学生端代码，参考代码如下：

4. 程序运行

检查学生端和教师端的远程连接情况，先运行教师端，后运行学生端，模拟整个答题过程，观察运行情况。

注意：如果遇到“网络受限”导致教师端或学生端无法接收，可尝试重新运行程序或者更换无线网络。

任务三：互动答题

1. 编写程序

现在，我们已经可以实现教师端和学生端互发消息，但是这还不是一个完整的答题系统，接下来我们将任务一和任务二结合起来，完善教师端和学生端界面和功能，完成互动答题任务。

(1) 设计教师端和学生端界面

在互动课堂答题系统中，教师端界面包含题目以及控制“开始答题”按钮，我们可以直接利用“书包”复制任务一的题目和选项代码，适当修改并添加学生答案文字对象即可完成。

学生端需要在接收教师端控制消息以后，开始显示答题界面，也就是说学生端开始只显示等待提示，当接收到教师端消息以后再显示完整的答题器界面。当然，你也可以直接复制任务一的代码并修改。

(2) 学生端倒计时答题

任务一中，我们使用线程实现了程序开始运行就倒计时的效果，但是在答题系统中，应该是学生端收到教师的答案消息以后才开始倒计时，此时我们可以巧妙的以教师端发来的“正确答案”为标志开启倒计时。也就是说正确答案变量开始赋值为””，当接收到答案时，正确答案变量被赋值为传送过来的消息，此时，正确答案变量不为””，开始倒计时。当然，为了持续检测正确答案的值，别忘了循环执行。

最后，只需要在学生端设置结果判断并发送学生选择答案，帮助老师获得学生答题情况即可。完整的教师端和学生端参考代码如下：

教师端程序代码:

学生端程序代码：

2. 程序运行

检查Mind+远程连接，分别运行教师端和学生端程序。教师端部分，点击开始答题发送正确答案，等待学生答完题目，收到学生回答的答案；学生端部分，当接收到教师开始答题消息，学生读题并作答。

知识园地

1. 程序中的线程

线程，它是一个程序在运行过程中正在进行的任务，需要说明的是这里的任务是指一系列有先后执行顺序的代码，你可以把它类比成“线”。当一个程序只有一个任务时，通常我们说这个程序是单线程的，比如上节课学习的绘制可视化图表；但是当一个程序中需要多个任务同时执行时，这个程序就需要使用多个线程，来同时完成多个子任务，我们称从开始到最后一直执行的线程为主线程，其它子任务为子线程。

你可以类比在家做饭帮助理解单线程和多线程，当只有一个灶头时，你需要先完成蒸鸡蛋，然后再炒菜，两个菜只能按顺序制作，效率比较低，但当有两个灶头时，你可以在蒸鸡蛋的同时完成炒菜任务，这样效率就提起来了。

行空板与线程操作相关的指令有三个，位于行空板“多线程”分类下，你可以用线程对象thread1启动指令启动线程，线程对象thread1停止结束指定线程，当线程对象thread1启动后执行实现子线程任务。

另外，由于线程启动和运行会分掉主线程时间，线程使用越多，程序执行就越慢，甚至导致程序卡死，所以建议谨慎使用。

2. 行空板无线网络模块

行空板自带Wi-Fi&蓝牙模块RTL8723DS 2.4G&4.0，对应天线位于行空板上方左侧。

当有无线网络（或手机网络热点）时，你可以通过访问“行空板服务页面设置”对WiFi热点服务进行连接设置，利用它完成访问网络或物联网搭建任务。

另外，在没有无线网络的情况下，行空板也可以开启网络热点服务，虽然不能上网，但是其它行空板或可无线连接的设备可以通过连接此热点，完成物联网的搭建。行空板无线热点模式的开启，需要进入“行空板Home菜单”，按下行空板B键，找到并进入“开关无线热点模式”，检查并开启“无线热点”，启用后就会显示无线网络账号（SSID）和密码（PASS）。