物联网创新实验室解决方案.docx
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物联网创新实验室解决方案
物联网创新实验室
解
决
方
案
1物联网创新实验室建设背景
创新教育做为素质教育的核心,已经成为新课改探讨的热点之一。
培养学生的创新意识和创新素质,也日益受到重视,因此,如何让创新教育走进学校,已经做为一个重要课题摆在教育工作者面前。
2物联网创新实验室建设理念
物联网创新实验室围绕科技创新主题,通过相关特色课程,培养学生科技创新的意识和能力,打造学校科技创新的教学实验平台,进一步推进学校科技创新教育的建设,提升学校的教学品质,进而扩大学校的影响力。
另一方面原有教育是基于印刷术的教育,所以人们要阅读、计算,现在是信息时代,人们要具备的是搜索、判断、合作和沟通的能力。
这就要求创新教育不是在桌椅整齐的教室上课,而是在充满木板、锉刀、画笔、电线、电路板、芯片、3D打印机、以及各种奇怪教育科技产品的工作坊。
因此,本创新实验室的设计均基于以上理念,力求为学生和教师搭建一个能在一起“玩”的开放空间。
3物联网创新实验室
3.1物联网创新实验室总体介绍
物联网创新实验室是个性化的实验教学载体,通过丰富多样的特色教学课程,激发学生的科学创新兴趣,提高学生的实际动手能力,通过“创新实验室”提供的实验资源,将学生的创意想法转变为现实。
物联网创新实验室按功能划分为四个区域:
体验区、展示区、创造区和教学区,总体布置图下图所示。
物联网创新实验室总体布置图
3.2物联网创新实验室组成部分
3.2.1体验区
3.2.1.1体验区功能和作用
体验区的功能就是要把课程中的知识点融入到实物中。
体验区所有物品都是与之后的课程紧密相关的,这样即能让学生在课前有初步的认识,从而便于老师在课堂进行知识点导入,以及课程的深入扩展。
体验区,我们给他一个主题:
智能家居体验区。
智能家居部分通过物联网技术将智能灯光、智能窗帘、智能风扇、智能加湿器、智能空气净化器连接到控制终端(手机、平板电脑等),控制终端根据用户的选择可以实现各种智能控制。
学生在智能家居体验区,可以切身感受到智能家电控制带来的方便和乐趣,进而激发对相关课程的学习兴趣。
图
(1)图
(2)
(a)智能气象系统:
获取环境参数(光,pm2.5,温湿度等)后传到云平台。
如图
(1)。
(b)智能视频监控系统:
该摄像头可以按照一定的路线循环自动移动,也可以远程控制移动。
并在移动过程中把所拍摄到画面传送给学生或老师的平板上。
如图
(2)。
(c)智能灯光系统:
学生可以通过手机或平板电脑控制灯光的亮灭或灯光的强度;
(d)智能窗帘:
学生可以通过手机或平板电脑控制窗帘的打开和拉下;
(e)智能风扇:
学生可以通过手机或平板电脑控制风扇的开启和关闭,同时也可以设定风扇的开启工作时间,或者在室内温度较高时自动让风扇工作;
(f)智能加湿器:
学生可以通过手机或平板电脑控制加湿器的开启和关闭,同时也可以设定加湿器的开启工作时间,或者在室内空气湿度较低时自动让风扇工作;
(g)智能空气净化器:
学生可以通过手机或平板电脑控制控制净化器的开启和关闭,同时也可以设定空气净化器的开启工作时间,或者在室内PM2.5较高时自动让风扇工作;
(h)跳舞毯:
根据屏幕上的音乐提示进行跳舞。
如下图。
3.2.2展示区
3.2.2.1展示区功能和作用
展示区用于展示学生的创客作品,配有展示台和展示柜,展示区的作用是展现科技创新教育的成果、从感官上吸引学生的学习兴趣。
3.2.2.2作品展示区实况
3.2.3创造区
3.2.3.1创造区功能和作用
创造区是校园创新实验室的“工坊”,在保证使用安全的前提下,即配备各种常规实验工具,也配置了各种高科技的设备,让学生在创造区通过自己的双手,将各种富有创意的想法变成现实,切实的提高学生的动手能力。
3.2.3.2创造区实况
3.2.3.3创造区设备详细介绍
(1)3D打印机
3D打印机无需机械加工和模具,可以直接将设计图纸“打印”出真实的3D实物,学生可以利用3D打印机快速的制造出各种零件、模型。
(2)3D扫描仪
3D扫描仪通过对实物进行高速扫描测量,将实物的外观尺寸转换为3D建模数据,并可以将建模数据输入到3D打印机并“打印”复制实物。
(3)激光切割机
激光切割机可以快速切割加工各种板材,用于制作场景件和结构件,具有加工精度高、速度快的特点。
(4)精密三轴CNC机床
精密三轴CNC机床可以精细加工各种原材料,用于制作场景件和结构件;
(5)红外回焊炉
红外回焊炉可以高温自动焊接电路板,避免学生手工焊接发生烫伤。
(6)工具墙
工具墙用于放置常规工具,包括电工工具、机械工具等,采取开放式的存取方式,方便学生使用。
3.2.4教学区
3.2.4.1教学区功能和作用
教学区配备课桌椅、讲台、电脑、电子显示屏,以及各种教学实验器材,主要用于学生上课和讨论。
3.2.4.2教学区设备详细介绍
(1)趣味电路
学习电的基础知识、了解电子元器件及电路知识、了解各种传感器及其应用,搭建制作丰富多彩的电路,包括紧急呼叫器,电容充放电、自动延时灯、自动小夜灯、热敏报警器、简易刷卡器、噪声探测器、节拍器、视力保护器、自动小风扇、电场探测器、节日循环彩灯等。
(2)智能控制
学习Ardunio单片机的基础知识、开发环境和常用语句,熟悉智能控制电路搭建方法、软硬件原理和电路扩展应用的思路等,通过亲手制作电路来感知深奥、奇妙的智能控制世界,包括节日循环彩灯、多变彩虹灯、及时交通灯、磁控倒计时、变频风扇、红外遥控显示器、定时提醒器、百变闪字棒、音乐编辑播放器等。
(3)scratch套装
学习带图形界面的可视化编程语言,通过把一些有特定功能的模块拼合在一起实现编程。
通过动手创建带交互性的故事、动画、游戏、音乐与视频,了解编程语言和编程思路。
能够利用Arduino开发板来创作出更多更加强大的互动作品。
包括动画大师、冲上云霄、蓝牙小车、定时交通灯等。
(4)物联网套装
学习现代通信技术的主要知识点,并结合传感器、单片机等技术,如蓝牙、wifi等信息传送的方法与应用、ArduinoUno控制板及几种扩展板的应用、传感器、电路连接、程序语句、调试原理与技术。
通过制作易学、好玩的远程控制作品,如“智能灯光系统”“智能门禁系统”“智能气象系统”“智能视频监控系统”等,在制作中深入了解、体验现代通信技术的奇妙。
3.2.5各功能区配置清单
体验区配置清单
序号
名称
单位
1
物联网云平台
套
2
无线路由器
台
3
平板电脑
台
4
电脑
台
5
智能灯光系统
套
6
智能风扇
套
7
智能加湿器
套
8
智能空气净化器
套
9
跳舞毯
套
10
智能气象系统
套
11
智能视频监控系统
套
12
智能门禁系统
套
13
展板
个
14
易拉宝
个
15
展台
台
16
圆桌
台
17
圆凳
张
展示区配置清单
序号
名称
单位
1
展示柜
套
2
展示台
套
3
圆桌
张
4
电子屏幕
台
5
学生创客作品
套
创造区配置清单
序号
名称
单位
1
3D打印机
台
2
3D扫描仪
台
3
激光切割机
套
4
精密三轴CNC机床
套
5
红外回焊炉
套
6
宽幅刻纸机
套
7
电工工具套装
套
8
热熔胶枪
套
9
热风枪焊台
套
10
环保3D打印材料
包
11
热胶棒
根
12
焊锡
卷
13
电动螺丝刀
套
14
尖嘴钳
个
15
偏嘴钳
个
16
电工胶带
卷
17
手锯
个
18
万用表
台
19
线材包
包
20
电子元件包
包
21
工作台
台
22
绝缘胶垫
套
23
储物柜
套
24
防静电手套
套
教学区配置清单
序号
名称
单位
1
讲台
张
2
电脑
台
3
电子显示屏
套
4
教师电源
个
5
学生电源
个
6
话筒
个
7
音箱
对
8
无线路由器
台
9
投影仪
套
10
电源布线系统
套
11
趣味电路套装
套
12
智能控制套装
套
13
scratch套装(中学版)
套
14
Scratch跳舞毯套装
套
15
Scratch水果音乐套装
套
16
Scratch蓝牙小车套装
套
17
智能气象系统
套
18
智能视频监控系统
套
19
智能门禁系统
套
20
智能灯光系统
套
21
平板电脑
台
4运营管理
4.1校内实践活动
创新实验室给教师和学生提供了创造发明、实现梦想的平台,运用创新实验室的工具及材料,学生可以制作各种各样的科技创新作品。
通过举办创客嘉年华、科技创新大赛等活动,给学生提供一个进行交流和分享的平台。
交流和分享的目的是更好的激发学生的创造力,使创客教育在学校更好的持续发展。
(1)创客嘉年华:
广纳在校生的各类科技创新作品,展示与交流;
(2)小小发明家:
每月一次,由老师举办主题创意作品的动手制作课程,让孩子们体验动手创作的乐趣,激发其对科技的兴趣;
(3)科技创新大赛:
每年设定一次,筛选各个年级的优秀创新作品,通过比赛,给学生一个和专家评委近距离交流的机会,以得到更好的提高。
4.2创新实验室管理方式
创新实验室面向全校教师和学生是免费开放的形式。
因此,管理非常的重要,主要包括日常的工具和材料分类整理清点,由教师和学生共同完成;工具和材料的使用、外借需要进行登记,包括预申请也要进行登记管理。
保障创新实验室高效、有序地运转。
4.3、参加校外活动
创客教育给教师和学生提供了“走出去”的机会,参加各种国内外的创客大赛,不仅能锻炼学生的实践能力,同事也能够开拓学生的视野。
同时学生在各种赛事上获得好成绩也会给学校及学生带来荣誉,促进创新实验室更好的发展。
可参与的赛事有:
(1)全国青少年创客奥林匹克:
中国教育学会;
(2)创客马拉松:
由北京市机器人协会组办,历经三天三夜的创客比赛;
(3)全国青少年电子信息创新大赛;
(4)全国青少年创客大赛
(5)世界发明赛;
4.4创新实验室与生活
培养创造及创新能力的最终目的是为了更好的解决问题,学生在校外的生活中会遇到各种各样的实际问题,鼓励同学可以利用创新实验室,开动脑筋发明创造,用以来解决生活中遇到的问题,将创新实验室与实际应用紧密结合起来。
5课程设计与实施规划
5.1实施规划
按照由浅入深的原则,整合STEAM教育理念,我们制定总共87课时教学课程,课程分以下三阶段:
第一阶段:
初级阶段,可以学习趣味电路、友高S4A(scratch)课程、3D打印课程等。
这三门课分别从电子、信息技术、结构知识三方面打下坚实基础,为创客教育做好准备。
这三方面课程入门门槛不高,且没有先后要求。
学生可以从任何科目开始学习,直到学完所有三个科目。
之后进入综合课程项目I的学习,在此阶段,课程知识整合,学以致用,综合锻炼。
(1)趣味电路:
认识常用电子元件、基本门电路、数字模拟信号及面包板的使用。
(2)S4A(Scratch)课程:
用图形化编程软件,学习基本编程逻辑、传感器的使用、硬件控制等。
(3)3D打印课程:
学习3D打印的方法,以及在实际生活中的应用。
第二阶段:
中级阶段,学习arduino智能控制课
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