青少年物联网启蒙模式创新

时间:2022-08-28 01:28:00

青少年物联网启蒙模式创新

物联网是新一代信息技术的重要组成部分,其英文名称是“The Internet of things”。 顾名思义,物联网就是“物物相连的互联网”。这里有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网的基础上延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了物品与物品之间,进行信息交换和通信。因此,物联网的定义是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,将任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网启蒙教学模式是机器人启蒙教学模式的自然延伸与深入发展,是机器人启蒙教学模式的华丽转身。物联网启蒙教学模式与机器人启蒙教学模式一脉相承,独树一帜,创新并区别于其他机器人和物联网活动模式,其特点如下:如果比做盖房子,该模式是教学生用水泥、钢筋、黄沙、石子盖房子,而其他的机器人和物联网活动模式是教学生用现成的水泥预制构件盖房子;如果比做爬山,该模式是教学生从山脚下开始爬,而其他的机器人和物联网活动模式是教学生从半山腰开始爬。

先从开发的物联网枪战游戏说起吧。

物联网枪战游戏

物联网枪战游戏项目由游戏枪、头盔和游戏后台三部分构成。游戏枪安装激光发射模块,并安装单片机和物联网模块。头盔安装激光接收模块、单片机和物联网模块。游戏后台由安装了物联网模块的PC机组成。游戏枪、头盔和游戏后台通过物联网模块可以互连互通,交换信息。

游戏开始,打开头盔和游戏枪电源开关,头盔通过物联网模块会发送出一个游戏开始信号,游戏后台通过物联网模块接收到这一信号后,在PC机游戏主界面上会出现一个剽悍武士的动画,武士挥枪挑衅并大声咆哮 。有几个人参与游戏,游戏主界面上就会出现几个跳动的武士。当某一位武士头盔的激光接收模块接收到另一位武士游戏枪发射的激光时,游戏主界面上的该位武士头顶开花,跳动戛然而止,并伴有幸灾乐祸的“×号武士被打死了”的童声传出,主界面上同时还会出现从另一位武士指向该武士的箭头,指明击中了谁。

外行看热闹,内行看门道

外行看到上面热热闹闹的场面就打住了,内行还要看后面的门道。兴趣是最好的老师,以上热热闹闹的场面很重要,可以起到吸引青少年入门的作用。但是更重要的是:如何能使青少年手脑动起来,跨进门槛去,学到知识,增长能力?物联网是当代最新科技成就,非常深奥复杂;而青少年科技活动的精髓是将深奥的内容通俗化,将复杂的问题简单化。

为此,我们将以上项目进行了通俗化、简单化改造,将实战游戏改造成教学游戏,设计了能够玩中有学、学中有玩的物联网枪战游戏。实战游戏与教学游戏一脉相承,无缝连接,因此,可以在教学的开始环节应用实战游戏,导入课程。而在随后的环节中应用教学游戏,展开教学活动。以下进一步介绍物联网枪战游戏方案的一些细节。

游戏后台:不涉及教学内容,游戏后台的设计兼顾实战和教学的要求,可供教学和实战共同使用。

游戏枪:不涉及教学内容,扣动扳机后,实战游戏枪发射的是一连串编码激光,教学游戏枪发射的是一串非编码激光,所以实战游戏枪自动兼容教学游戏枪,实战游戏和教学游戏可以使用同一游戏枪。

头盔:涉及教学内容,包括电子知识和程序知识。教学游戏只需电路,无需实战头盔。

接通电路电源,物联网模块会发送出一个游戏开始信号,游戏后台通过物联网模块接收到这一信号后,教学游戏和前文中枪战游戏场景完全相同,唯一差别是没有指明谁击中谁的箭头,因为对青少年启蒙教学要求来讲,这是完全不必和无足轻重的。

电路是最简化的,只需3种元器件:单片机、激光接收模块和物联网模块,连线也是最简化的,只需8根,其中每个元器件正负供电连线2根,共6根,剩下2根是信号线:激光接收模块和单片机信号连线,物联网模块和单片机信号连线。

教学的电子知识:了解元器件功能,能识别引脚,会简单电路连接。

程序采用通俗易懂的BASIC语言,程序是最简化的,仅有十几行:

$regfile = "M8DEF.DAT"

Config Portc = Output

Portc.5 = 1

Config Portb = Input

Portb = 255

$crystal = 8000000

$baud = 9600

Waitms 1000

Print "a0"

Print "a0"

Print "a0"

Do

If Pinb.1 = 1 Then Exit Do

Loop

Print "a1"

Print "a1"

Print "a1"

Portc.5 = 0

End

教学的程序知识:输入和输出语句,判断和循环语句等。

以上的设计,无论是电路还是程序,都已经成功实现了深奥内容通俗化、复杂问题简单化,已经完全适合开展青少年物联网启蒙教学。

物联网启蒙教学序列

物联网启蒙教学分为初、中、高三级序列,由低到高,梯度上升,上面的物联网枪战游戏属于高级序列。

相关的实验器材

1.模拟感知实验器材

一个光敏电阻,一个发光二极管,两根连线,连通电路后,发光二极管就会发光,当用手遮挡光敏电阻时,发光二极管的亮度就会发生变化。

2.数字感知实验器材

一个单片机,一块LCD液晶屏,一个光敏电阻,4根连线,编写仅十几行语句的简单程序后,LCD液晶屏就能以数字的形式显示光线强度,当用手遮挡光敏电阻时,LCD液晶屏上显示的数字就会发生变化。

3.物联感知实验器材

以上游戏枪电路就是物联感知实验器材,为了与上面模拟感知、数字感知实验器材协调一致,也可以将激光接收模块换成光敏电阻:就是一个单片机,一个光敏电阻,一个物联网模块,5根连线,编写简单程序后,单片机就可以将光敏电阻感光数值通过物联网模块无线传送出去,后台接收后就可以远程显示感光数值,当用手遮挡光敏电阻时,远程显示感光数值就会发生变化。

以上只是以感知光线为例,如果将光敏电阻换用热敏电阻等传感器,就可以感知温度等其他物理量。

(作者单位:江苏无锡市凤翔实验学校)

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