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“物联网与大数据创意实验”
课程的重新设计
刘正云 南通大学附属中学
谢作如 浙江省温州中学
缘起
早在2014年，我们就尝试设计了“物联网与大数据创意实验”课程，期望通过这门课程的学习，学生可以动手完成各种物联网实验，并对物联网产生的大量数据进行科学分析与有效处理。然而，在课程实施的后期我们遇到了瓶颈，主要体现在两方面：①找不到能够支持无线、价格低廉且编程容易的开源硬件；②找不到适用于大班教学的物联网平台。
缺少适宜的硬件和平台支撑，我们设计的课程注定不具备可复制性。而随着课程标准的修订，“数据与计算”在信息技术和数学课程标准中都不断被强调， “物联网技术”也多次出现在信息技术标准中。同时，国产ESP系列物联芯片的成熟，使得智能终端设备成本降至几百块，于是，我们结合虚谷号、掌控板，又重新设计 了“物联网与大数据创意实验”这门课程。
设计
1.课程目标
本课程的授课对象是高中学生，课程以虚谷号为核心器材，掌控板及手机等作为辅助器材，通过搭建各种应用实验，运用Mind+软件或mPython中图形化编程与纯文本代码编程二者相混合的方式，实现各种物联功能。在这个过程中， 要求学生对物联网应用有比较深入的了解，能够运用物联网技术收集生活中息息相关的数据，再配合Python去读取与分析数据，并选用合适的工具和方法对数据进行可视化，在完整的获取数据、分析处理与可视化显示数据的过程中，了解大数据处理的基本思想与架构， 从实际生活中发现数据应用的价值，认识有效的数据处理对提高数据价值的重要意义。
2.课程思路
本课程按照信息感知、信息传输、智能控制和数据分析这四个流程进行，知识领域方面涉及单片机、网络技术、人工智能和数据科学等。物联网平台选择SIoT，虚谷号自带了SIoT服务，启动即可工作，而 SIoT和阿里云IoT平台、10086平台、 EasyIoT平台一样都支持MQTT协议，在SIoT上编写的所有代码或者应用，都可以无缝迁移到其他物联网平台。
3.教学内容
该课程每个专题安排一至两个实验，课程初步设计课时为18 课时，设计意图和课时安排如下页表所示。
4.教学案例
课例：“植物种植背后的数据秘密”（2课时）。
（1）教材分析
本课是本课程的第十五课。它前面有一课的内容为《设计智能种植机》，本节课以智能种植机收集到的数据为基础，进行数据的初步分析处理与可视化表达。教学重点为数据的可视化表达，难点为多途径分析数据。
（2）教学目标
了解大量数据的处理思路；掌握Python处理数据的一般方法；选择合适的方式，多途径多角度进行数据可视化。
（3）教学过程
①引入新课
教师活动：展示不同地区、同一时间种植、同一时间拍摄的两株蓝莓的照片。提出问题：这两株蓝莓从外观上看有什么不一样？你觉得是什么原因影响了这两株蓝莓的生长？你准备如何去探究？
学生活动：四人一组进行讨论。可使用以前制作的智能种植机， 采集这两株蓝莓的温湿度和实时照片，并对采集的数据进行分析。
②讲解数据处理与可视化的基本思想与方法
教师活动：明确在处理大量数据时，一般采用分治思想，即把一个复杂的问题分成多个相同或相似的子问题，找到求这几个子问题的解法后，再找出合适的方法把它们组合成求整个问题的解法。（要求学生了解数据可视化的基本方法）提问：对于你要研究的问题，是否可以分成小问题去逐一解决？你准备用什么手段去处理与显示？
学生活动：上网查找大量数据处理的相关内容。
拓展：根据教师提供的智能种植机采集的数据，四人一组进行头脑风暴，确定组内研究主题。在确定主题之后，确定数据处理及可视化的方法，如对应上述主题，可采用Python编程处理数据。
③教师演示
介绍如何利用SIoT的WebAPI服务，读取特定时间的数据。
④学生实验
教师讲解实验内容和要求，学生尝试使用Python编程对数据进行分析处理，并调用matplotlib模块绘图；选择使用excel完成数据计算，并以图表形式显示出来；比较两种方式的优劣，感受技术的魅力。
⑤课堂总结（略）
5.课程所需器材清单
核心器材：虚谷号（创客版）*1、掌控板（2.0）*1。
扩展器材：Arduino扩展板*1、 pisces扩展板*1。
电子模块：温度传感器、湿度传感器、声音传感器、LED模块*2、数字大块头按钮、舵机、蜂鸣器模块、直流电机风扇、通用开关控制模块、红外热释电模块。
其他模块：带麦克风摄像头、带声卡小音箱、Wi-Fi全彩灯泡。可选模块：模拟旋钮传感器、土壤湿度传感器、继电器模块、电磁锁模块、风速传感器。
反思
本课程是一门开源硬件与信息技术的实验课程，教学对象是高一学生。该年级段的学生，参与课程的积极性高，但动手完成各种物联网实验，对物联网产生的大量数据进行分析处理的能力有待提升。这就要求教师在课程设计、课堂教学过程中，对实验要进行由易到难的层层分解，供学生不断完成以提升自我。
本课程在教学难度上，环环相扣，小梯度螺旋式上升。在教学方式上，以学生讨论为主，以教师讲解为辅，鼓励学生大胆提出自身观点并予以实验验证。如果有图形化的Python编程IDE，本课程的扩展性将会进一步加强，在小学高年级施教也指日可待。
本文来源：中国信息技术教育杂志
本文撰稿人：谢作如 刘正云
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教育的目的是为了培养学生协作能力、沟通能力、批判思维以及创造力，其中最核心的是创造力，蘑菇云创客教育作为国内为数不多的一站式创客教育服务供应商旨在培养孩子的创造力。
为让学生们在课堂上学习到的知识更好地连接现实世界，蘑菇云将指导学校规划、建立、运营自己的创客空间。并根据学生年龄段的不同，在设计与布局上进行了区分
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小学通过游戏化和体验化的方式来开展，要以“玩中学”为主。
初中引导学生在实际动手过程中进行探究式学习，促进“做中学”。
高中基于问题和设计的学习，需要教师为学生创设相关的真实情境，使高中生在“思中学”。
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