陳莉 江蘇省南京市人民中學(xué)

● 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)正逐漸改變著人們的生活方式，在教育領(lǐng)域，很多學(xué)校也運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)促進(jìn)精準(zhǔn)教學(xué)和高效管理。例如，筆者所在學(xué)校每一間教室的空調(diào)都做了智能改造，增加了網(wǎng)關(guān)、溫度傳感器和紅外控制器，溫度傳感器每分鐘都會將捕捉到的教室溫度傳遞給網(wǎng)關(guān)，一旦教室溫度值超出健康范圍，網(wǎng)關(guān)就會給紅外控制器發(fā)出指令，重新設(shè)置空調(diào)的溫度。又如，學(xué)生放學(xué)忘關(guān)空調(diào)、計算機(jī)會造成能源浪費(fèi)及安全隱患，通過使用物聯(lián)網(wǎng)，班主任可以在手機(jī)上查看自己班級的設(shè)備是否正常關(guān)閉，如果未關(guān)閉，可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程操作。再如，物聯(lián)網(wǎng)平臺上保留了每一臺設(shè)備每一個時間點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)，學(xué)校每個月都會從平臺上導(dǎo)出各班能耗，以此為依據(jù)評比節(jié)能標(biāo)兵，對學(xué)生進(jìn)行節(jié)能教育。此外，學(xué)校的物聯(lián)網(wǎng)平臺在建成后，根據(jù)實(shí)際需要能隨時添加新設(shè)備，實(shí)現(xiàn)更多智能管理。

● 物聯(lián)大平臺，創(chuàng)意小課堂

學(xué)校的物聯(lián)網(wǎng)平臺除了能接入設(shè)備，還能開展多項(xiàng)教學(xué)活動，如筆者就借助學(xué)校的互聯(lián)網(wǎng)平臺設(shè)計了一個“虛擬實(shí)驗(yàn)室”（如圖1），專門用于信息技術(shù)課的教學(xué)，學(xué)生在這里可以體驗(yàn)“智能充電樁”“漫水報警”等應(yīng)用場景。下面，筆者就以《搭建智能充電樁》一課為例，談?wù)勅绾问褂脤W(xué)校物聯(lián)網(wǎng)平臺支持信息技術(shù)教學(xué)。

1.教學(xué)背景

本課是高中信息技術(shù)必修二“信息系統(tǒng)與社會”中的“信息系統(tǒng)組成與應(yīng)用”部分的內(nèi)容，《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》要求通過分析物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例，知道信息系統(tǒng)與外部世界的連接方式，了解常見的傳感與控制機(jī)制。

2.教學(xué)策略

依托學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)平臺，筆者設(shè)計了“搭建智能充電樁”實(shí)驗(yàn)課，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中認(rèn)識傳感器，記錄傳感器捕捉的物理環(huán)境數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)設(shè)計智能聯(lián)動，解決實(shí)際問題。

3.教學(xué)過程

（1）情境引入

師：生活中電瓶車充電安全事故頻發(fā)，危及人們的生命財產(chǎn)安全，現(xiàn)在很多小區(qū)都建立了集中充電點(diǎn)，有的還安裝了智能充電樁，學(xué)校也希望利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能管控充電樁，接下來我們就通過“搭建智能充電樁”實(shí)驗(yàn)測評物聯(lián)網(wǎng)充電樁能否實(shí)現(xiàn)安全充電。

（2）問題分析

學(xué)生通過自主研學(xué)，了解電瓶車充電安全事故中的主要原因，思考要想管控充電樁需要解決什么問題。

（3）實(shí)驗(yàn)1——系統(tǒng)搭建

①認(rèn)識設(shè)備。

網(wǎng)關(guān)：網(wǎng)關(guān)即智能控制主機(jī)，相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的大腦中樞，它負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與平臺之間的傳遞，還負(fù)責(zé)將平臺的指令下發(fā)到具體的執(zhí)行設(shè)備上。

充電樁：每個小組都有一個智能插座，即實(shí)驗(yàn)?zāi)M的充電樁（如圖2）。向?qū)W生展示一個拆解的智能插座（如圖3）和普通插座圖片，經(jīng)過對比，學(xué)生發(fā)現(xiàn)智能插座里多了一塊電路板，其具有探測電路參數(shù)和控制電路的作用。

用電器：每組都有兩個用電器，可以模擬需要充電的電動車；小功率的臺燈或電扇，用來模擬正常充電的電動車；大功率的電吹風(fēng)或取暖器，用來模擬充電電路異常時的電動車。

②系統(tǒng)搭建。

安裝網(wǎng)關(guān)：如果教室本身就有物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，那么網(wǎng)關(guān)已安裝好，向?qū)W生指明其安裝的位置即可；如果教室沒有安裝物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可現(xiàn)場演示安裝，其他參數(shù)事先調(diào)試好，課堂內(nèi)只要接通電源、連入網(wǎng)線即可。

安裝充電樁：每個小組都配有模擬充電樁的智能插座，由學(xué)生插入指定的電源插座。

登錄平臺：學(xué)生根據(jù)本組充電樁上的賬號登錄到物聯(lián)網(wǎng)平臺，只要平臺提示本組充電樁狀態(tài)正常，即為本組系統(tǒng)搭建成功。

（4）實(shí)驗(yàn)2——評測充電樁

雖然智能充電樁系統(tǒng)搭建好了，但是它能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能，解決實(shí)際問題，還需要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的測評。實(shí)驗(yàn)步驟如下。

遠(yuǎn)程控制充電樁：學(xué)生把小臺燈插入充電樁時燈并沒有亮，充電樁未供電；學(xué)生在平臺上點(diǎn)擊相關(guān)按鈕可遠(yuǎn)程控制充電樁的工作狀態(tài)。

設(shè)計意圖：在現(xiàn)實(shí)生活中，并不是任何人的電動車都能隨意接入學(xué)校充電樁，只有通過掃碼等方式認(rèn)證的電動車才可以正常充電。如果是在小區(qū)等公共場所，則要認(rèn)證身份并開始計費(fèi)后才能進(jìn)行供電。

控制充電時長：當(dāng)接入用電器、通過身份認(rèn)證、正常供電后，電路開始計時，學(xué)生在充電平臺上可以觀察倒計時數(shù)據(jù)；當(dāng)充電完成后，可以觀察臺燈是否自動關(guān)閉，電路是否自動斷電。

設(shè)計意圖：充電計時的功能很重要，生活中導(dǎo)致電動車充電事故發(fā)生的一個很重要的原因就是長時間過度充電，因此充電系統(tǒng)需要具有控制充電時長的功能。

異常熔斷控制：在充電樁正常供電、用電器正常使用的狀態(tài)下，引導(dǎo)學(xué)生觀察并記錄充電平臺上的各類數(shù)據(jù)，指導(dǎo)學(xué)生在平臺管理模式下，完成觸發(fā)聯(lián)動腳本的設(shè)置，即當(dāng)充電電路中電流達(dá)到或超過某個值時，就自動熔斷電路，切斷隱患。每組學(xué)生在將插在充電樁上的常規(guī)用電器換成大功率用電器（電吹風(fēng)或取暖器）后，觀察并記錄充電平臺上的各類數(shù)據(jù)，同時觀察平臺是否有報警顯示，電路是否自動阻斷。

設(shè)計意圖：“異常熔斷控制”環(huán)節(jié)，讓學(xué)生親自設(shè)置電流過載值，并體驗(yàn)電流過載時電路的報警、熔斷過程，從而了解智能充電樁的主要功能及工作原理。

實(shí)驗(yàn)報告：筆者提供了具體的報告，如右表所示。

（5）歸納總結(jié)

通過本節(jié)課“搭建智能充電樁”實(shí)驗(yàn)，我們了解到：①智能充電樁系統(tǒng)主要具備的功能有遠(yuǎn)程控制、充電時長控制、電流過載熔斷等；②物聯(lián)系統(tǒng)靠傳感技術(shù)、識別技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)來感知并獲取物理世界的信息；③物聯(lián)系統(tǒng)靠程序來實(shí)現(xiàn)智能控制。

● 技術(shù)促進(jìn)管理，裝備支持教學(xué)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被稱為信息產(chǎn)業(yè)的第三次革命性創(chuàng)新，與大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)一起共同改變著人們的生活方式，學(xué)校建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)平臺起初只是為了解決管理上的痛點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中逐漸發(fā)現(xiàn)物與物的相連也促進(jìn)了管理理念和工作方式的改變?！洞罱ㄖ悄艹潆姌丁芬徽n讓筆者深刻地體會到，信息技術(shù)教學(xué)與學(xué)校信息化建設(shè)有著緊密聯(lián)系。信息技術(shù)課程把最新的技術(shù)帶到學(xué)生身邊也帶進(jìn)學(xué)校建設(shè)，促進(jìn)了學(xué)校裝備的提升，而學(xué)校的建設(shè)項(xiàng)目也是最好的教學(xué)素材和案例。

小組編號實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié) 實(shí)驗(yàn)記錄遠(yuǎn)程控制充電樁本組接入充電樁的用電器是：遠(yuǎn)程打開充電樁開關(guān)后觀察到的現(xiàn)象是：可以遠(yuǎn)程控制充電樁的供電，在實(shí)際生活中有怎樣的意義：充電時長控制該電路有沒有用電時長的限制：在實(shí)際生活中，對充電樁限制充電時長的意義是：記錄用電器數(shù)據(jù)此時用電器電流為（A）：該用電器實(shí)際功率為（W）：平臺上可以獲取用電器的即時電流，還能計算其用電量，在實(shí)際生活中具有怎樣的意義：控制大電流你在管理平臺中設(shè)置的充電樁的最大電流是（A）：此時你接入的用電器是：該用電器工作后的即時電流是（A）：該用電器的實(shí)際功率是：該用電器超過限制電流后，電路有沒有自動阻斷：該用電器超過限制電流后，平臺有沒有報警提示：此時該電路有沒有實(shí)現(xiàn)電流過載的自動保護(hù)功能：思考創(chuàng)新 通過本實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)，你覺得類似的電路控制還可以用在什么地方：

本節(jié)課的創(chuàng)新之處是案例新穎，而且投資成本較低，整節(jié)課使用的平臺和網(wǎng)關(guān)等主要設(shè)備都是學(xué)校已有的，只增加了幾個智能插座，但學(xué)生的體驗(yàn)效果卻很好。