用掌控板做課堂答題器

用掌控板做課堂答題器謝作如李琦在上課過(guò)程中，要了解學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握情況，教師通常用提問(wèn)的方式，讓學(xué)生舉手反饋。但是，用舉手的方式來(lái)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯然不夠精確，而且只能用于判斷題。在一些智慧課堂中，教師常常會(huì)借助可以在線統(tǒng)計(jì)結(jié)果的答題系統(tǒng)，設(shè)計(jì)以選擇題為主的課堂練習(xí)，學(xué)生則使用平板電腦、手機(jī)之類的智能終端，及時(shí)反饋練習(xí)的結(jié)果。因?yàn)檎n堂管理的問(wèn)題，學(xué)生人手一臺(tái)平板電腦或者手機(jī)，對(duì)許多學(xué)校來(lái)說(shuō)還很難普及，比較常見(jiàn)的做法是購(gòu)買手持式課堂答題器。其實(shí)，利用創(chuàng)客空間中的開(kāi)源硬件，可以自主開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的課堂答題器，用低成本的方式實(shí)現(xiàn)課堂練習(xí)的實(shí)時(shí)反饋?！窦夹g(shù)分析課堂答題器是一個(gè)典型的信息系統(tǒng)。從原理上看，課堂答題器一般由答題終端、服務(wù)器和結(jié)果統(tǒng)計(jì)模塊三大部分組成。答題終端接受學(xué)生輸入的答案，并將身份標(biāo)識(shí)信息和答案發(fā)送給服務(wù)器;服務(wù)器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，處理后存入數(shù)據(jù)庫(kù);統(tǒng)計(jì)結(jié)果模塊以圖示的形式呈現(xiàn)答題的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，供教師訪問(wèn)查看。系統(tǒng)工作流程如圖1所示。筆者在編寫浙江教育出版社出版的教育《開(kāi)源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)》時(shí)，曾經(jīng)用micro：bit設(shè)計(jì)了一個(gè)類似的課堂答題器。因?yàn)閙icro：bit不支持Wi-Fi，所以只能利用無(wú)線廣播技術(shù)，在服務(wù)器上增加一塊micro：bit作為信息接收機(jī)，再通過(guò)串口采集數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)，過(guò)程有點(diǎn)復(fù)雜。在掌控板發(fā)布后，筆者修改了代碼，直接在服務(wù)器上運(yùn)行Web服務(wù)，掌控板通過(guò)Wi-Fi提交答題結(jié)果，少了一個(gè)環(huán)節(jié)，操作就簡(jiǎn)潔多了。用Python的Flask框架編寫一個(gè)Web服務(wù)器并不復(fù)雜。在數(shù)據(jù)庫(kù)方面，自然選擇了Python內(nèi)置的Sqlite。而這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)僅僅用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，一個(gè)表（STU_ANS）、兩個(gè)字段就可以了，如下頁(yè)圖2所示。其中STU用來(lái)存儲(chǔ)學(xué)生標(biāo)識(shí)信息，ANS存儲(chǔ)答案?！裼布罱ㄒ?yàn)閙icro：bit的輸入按鈕只有A和B，作為課堂終端總感覺(jué)捉襟見(jiàn)肘。為了能夠正確輸入，筆者借鑒了空調(diào)遙控器的控制方式，即用一個(gè)按鈕來(lái)循環(huán)切換答案，另一個(gè)按鈕表示確定。當(dāng)更換為掌控板后，這個(gè)問(wèn)題就不復(fù)存在了：掌控板有6個(gè)觸摸鍵，可以組合出很復(fù)雜的操作。答題終端只需一塊掌控板和供電底板，不需要外接任何電子模塊。筆者在網(wǎng)上找了一下，發(fā)現(xiàn)盛思設(shè)計(jì)的掌控寶、桃李科教設(shè)計(jì)的百靈鴿等擴(kuò)展板，采用的是堆疊式設(shè)計(jì)，方便手持操作和隨身攜帶，很適合作為答題終端。如圖3所示，就是加了硅膠外套的掌控寶，看起來(lái)很有產(chǎn)品的“質(zhì)感”。●代碼編寫在課堂答題器項(xiàng)目中，軟件設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，大部分功能都需要軟件來(lái)支撐。要考慮多終端的區(qū)分，還要用友好的界面呈現(xiàn)答題統(tǒng)計(jì)結(jié)果等。1.多終端區(qū)分的功能設(shè)計(jì)“多終端區(qū)分”顯然是一個(gè)重要的功能需求，因?yàn)橐涗浢恳晃粚W(xué)生的答題情況。實(shí)現(xiàn)用戶身份標(biāo)識(shí)的方式很多。例如，獲取某一設(shè)備的序列號(hào)，并將序列號(hào)作為唯一標(biāo)識(shí);給設(shè)備進(jìn)行編號(hào)，保證編號(hào)是不重復(fù)的，便可以作為標(biāo)識(shí);使用設(shè)備的IP地址，用IP地址作為唯一標(biāo)識(shí)等。如果使用的終端很多，采用IP地址作為唯一標(biāo)識(shí)的方式比較合適，因?yàn)檫@樣做不需要給每一個(gè)掌控板燒錄不一樣的固件，只需要在路由器上給掌控板的MAC地址分配固定IP。而如果只有十來(lái)個(gè)終端，直接編號(hào)再刷寫固件也很方便。2.Web服務(wù)器代碼編寫Web服務(wù)器需要提供多個(gè)接口，每一個(gè)接口都是一個(gè)唯一的URL，如接收答題數(shù)據(jù)、返回統(tǒng)計(jì)結(jié)果等。返回?cái)?shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)的Json格式，具體規(guī)劃如下表所示。統(tǒng)計(jì)結(jié)果的算法比較簡(jiǎn)單，只要不斷累加即可，參考代碼如下頁(yè)圖5所示。因?yàn)榇a較長(zhǎng)，這里就不再提供具體的Python代碼。如有需要，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)GitHub：https：///xiezuoru/xzrbook。3.掌控板的代碼編寫掌控板的代碼并不長(zhǎng)，核心功能是連上Wi-Fi，然后在OLED上顯示操作提示。通過(guò)觸摸鍵更新答案，按下B鍵則提交答案到服務(wù)器。不得不說(shuō)，使用MicroPython的urequests庫(kù)實(shí)現(xiàn)HTTP協(xié)議的網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)操作非常簡(jiǎn)單。核心代碼如下頁(yè)圖6所示?！癞a(chǎn)品測(cè)試將掌控板的代碼下載到掌控板上后，開(kāi)始測(cè)試這個(gè)答題系統(tǒng)。首先要運(yùn)行Web服務(wù)，界面如下頁(yè)圖7所示。打開(kāi)掌控板的電源開(kāi)關(guān)，等待數(shù)秒后，掌控板連上Wi-Fi，其OLED屏幕上會(huì)顯示操作信息。選擇答案后提交，顯示信息如下頁(yè)圖8所示。打開(kāi)瀏覽器，訪問(wèn)http：//：8080，即可看到一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)果統(tǒng)計(jì)網(wǎng)頁(yè)，如下頁(yè)圖9所示。為了方便教師上課管理，筆者還特意設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)頁(yè)，用瀏覽器打開(kāi)后，就能設(shè)置正確答案，查看答題情況，或者清除當(dāng)前答題記錄，如圖10所示。筆者曾經(jīng)在一堂小規(guī)模的公開(kāi)課中，使用過(guò)這個(gè)課堂答題器。無(wú)論是從性能的穩(wěn)定還是使用的便捷方面去比較，它和購(gòu)買的課堂答題器產(chǎn)品差別并不大。部分學(xué)生了解了運(yùn)行原理后，還提出一些很不錯(cuò)的想法，如將題目?jī)?nèi)容直接發(fā)