2019中小学物联网创新教育实验室-建设方案(总19页

1、 中小学物联网创新教育实验室建设方案2019年5月 为什么要建立物联网创新教育实验室物联网创新教育实验室把最新的物联网传感电子科技融入目前创新教育急需的个性化素质教育中；在没有破坏或额外增加学校的现有课程体系的条件下，能够完美的对现有的教学体系进行补充，从而帮助学校实现课程的创新性、个性化教学。给 学 校 一个物联网智能教室- 引领21世纪的科技发展，- 代表现代化教育水平，- 体现学校高素质创新人才培养的亮点； 一个素质和个性化教育的平台- 提供一个富有鲜明特色的个性化教育平台，- 让每个学生的潜能和特长得到发挥和展示，- 帮助学校更有效的培养和发现创新型高素质人才； 一个星级“云”存储校际

2、联盟- 优质教学资源共享，实现国内外名校交流互动，- 把学生团队合作、设计创新和激情演讲的过程用“云”存储永久记录在学校网页中，- 为今后建立品牌明星学校和人才选拔等提供重要参考依据。给 学 生 一个放飞梦想的舞台- 放飞自己梦想和展现最新科技创新能力的亮丽舞台，- 学会正确的思维方式，从这里走向未来、走向世界、走向成功； 一个展现自我的机会 - 锻炼团队合作、创新思维、动手能力和发挥各自特长，- 运用最新的物联网科技创造精彩人生的机会； 一个全面客观的创新人才评价体系- 弥补只有分数衡量学生能力的缺陷，- 更全面公平地评价学生的创新能力和运用知识的能力，- 使学生快乐和主动学习，挖掘自己的潜

3、能。给 老 师 一个快乐教学的环境 - 快乐教学，热爱教学，享受教学的互动式现代化教学环境； 一个培养创新人才的工具- 激发学生的潜能，尊重学生的个性，给予学生梦想、激情和学习动力、发现和培养创新人才的工具； 一个展示教学魅力的舞台- 提供物联网教学研究的新天地，- 展现教学风采和老师相互交流的舞台，- 让老师的教学水平与国际先进的人才培养模式接轨。示第一项指示时养时一、什么是物联网教育 “物联网创新教育”是针对21世纪人才培养的世界最先进的教室，采用了国际领先的物联网传感电子技术和最具创意的想象力和创造力的培养模式，把科学和艺术紧密的联系在一起；融入了德国MP3发明故乡的教育理念和美国苹果公

4、司乔布斯故乡的学校的师生亲身体验，以爱迪生和爱因斯坦的创新理念和乔布斯的创新精神为之支柱，接合了中国五千年的文化传承，把最先进的物联网科技与基于七巧板的创新3维艺术紧密融合，弥补中国目前应试教育中存在的缺陷和不足，不仅锻炼学生的语、数、外能力，而且锻炼学生的想象创造力，培养学生的动手创造和团队合作能力，成为乐观进取，拥有最新物联网科技知识，富有智慧的创新型高端人才。 图示：物联网创新教育实验室装饰效果图物联网创新教育实验室的建设包含科技和素质两个教学层面：在科技教育层面上推进的是目前世界上最前沿的以传感器和智能化控制为主的物联网技术，而且最能体现从技术到实用的转换，例如生活中处处可以用到的“拍

5、手点亮的灯”、“会说话的温度计”和“长眼睛的电风扇”等物联网创新教育实验室的课件制作；另外物联网创新教育实验室还提供体现物联网实际应用的“手机控制智慧农业”和“智慧家居”等实验系统，例如“手机控制智慧农业”系统可以让普通农民通过手机检测蔬菜暖棚的温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度等，从而实现自动施肥和浇灌，不仅可以降低劳动力成本， 而且还可大大节约宝贵的水资源，提高农作物的产量和质量。这样一个完整的“智慧农业”物联网系统，可以让学生在物联网创新教育验室一节课的时间内采用DIY模块自己动手搭建完成，从而充分激发学生的创新意识和科学探索的热情。另外，物联网创新教育实验室在素质教育层面上推进的是针对目

6、前中国的应试教育中素质教育欠缺的部分，突出培养学生的创新意识和对科学知识的追求探索精神，激发学生自主学习的兴趣和积极性，从而提高学生成为创新人才的全面素质。物联网创新教育实验室采用了个性化的快乐互动教学模式，营造了一个透明和彩色的创新思维空间（从教室的课桌到传感器电子作品的造型都采用了透明和彩色的积木式模块），提倡每个人都是与众不同的，分数的评估不是和其他人相比，而是和过去的自己比较才是激发自己前进的真正动力。课程设置从一个感人的科学家故事或生活哲理故事开始，从学生聚精会神的听故事到大胆的动手做实验。让同学们在实验的互动过程中，提高动手能力和创新能力，学会如何面对失败和承受挫折，如何帮助失败的

7、同学，如何发现自己的能力和提高自己的学习自信心；在团队的协作中锻炼领导和团队合作能力。通过学生对自制作品的快乐体验和创新思维训炼，不但提高了学生的动手和想象能力，而且通过对作品的表述和展示提高了学生的语言表达和艺术审美能力。二、 物联网创新实验室的特点 子器美室参见）住了，也必有听到的很多，也必定会出现错误，物联网物1. 数字化的实验： 2. 积木化的教学3. 个性化的作业 4. 游戏化的过程：5. 整合化的展示：三、 物联网创新实验室的架构物联网创新实验室的架构包含四个区，可以根据学生的具体情况和教学要求进行选择和取舍，这四个区分别为：1）认知区 ：包括科学家的发明故事， 芯片、传感器和软件

8、等的认识， 创意和动漫设计的一些基础知识。2） 实验区 ：在认知的基础上，动手完成一个物联网传感电子系统的整体设计，具有实用型和艺术的创造性。3） 探索区 ：对实现的产品进行性能和科学的分析和探测以及归纳和总结，认识其中的工作原理和实现方法 。 4） 挑战区 ： 在实验和探索的基础上， 发展自己的全新思维，做出自己的创意作品， 并且可参加作品竞赛。四、物联网创新教育实验室的教学理念发现和找到自我： 拥有激情和勇气：不断进取：“R”： 读 （Reading） 写 (Writing） 算 (Arithmetic） “C”： 批判性思维和解决问题能力 （Critical thinking & pro

9、blem solving） 创新和发明能力 （Creativity & Innovation） 团队合作和领导力（Collaboration, teamwork & leadership） 跨文化的理解能力（Cross-cultural understanding） 沟通和信息获取的能力（Communications, information & media literacy） 运用电脑和信息技术能力Computing & ICT (Information & Communication Technology） 职业规划和自我学习能力 （Career & learning self-relia

10、nce）五、物联网创新实验室为师生提供的平台1、专利国内专利 国际专利2、大赛全国大赛：由中国发明协会联合主办的NOC大赛江苏省省级赛：由省教育厅、省科协主办的江苏省青少年科技竞赛。无锡市级赛：无锡市科协主办的“青少年机器人竞赛暨物联网传感创意设计大赛”。3、教师校长工作室、名师讲堂、微课制作、论文研究、海外交流。六、物联网创新实验室硬件设施 拥有200多项专利，其中3项美国专利和100项中国专利已获授权 自主研发生产的世界首创数字射频 BITRF GW8028芯片 自主研发生产的世界首创传感器频率控制 BITCLOCK GW8038芯片 自主研发生产的世界首创“DRF-8000多模无线通讯实

11、验仪” 自主研发生产BITDIY课桌椅：适用于不同年龄的可拼装式课桌椅 自主研发生产BITDIY电子积木：采用几十种日常生活中用到的传感器电子智能化 模块以及无线通讯模块（包括全球移动通讯系统） 自主研发生产的BITDIY 3D造型魔块：适用于不同的年龄的电子产品外形搭建和 3D造型积木1. 采用自主的数字射频芯片生产的DRF-8000电路与通讯教学平台DRF-8000采用了数字射频GW8028多模通信芯片，该仪器集成了信号发生器、示波器和频谱分析显示三大功能，可直接连到电脑上实现交互通信和编程控制，从信号产生、调制、发射到接收，可以让学生清楚的认识整个通讯链的各个阶段；仪器的软件设计也首创集

12、成了频谱分析显示和直接数字位到射频信号的转换功能，并可针对不同合成的信号进行始于和频域的分析显示，极大提高了人机互动的智能性和灵活性，满足教师需要并帮助学生理解与掌握。2. 自主研发生产的 BITRF 直接数字调制专利技术，其产品系列芯片GW8028实验室拥有目前世界独创的直接数字调制 (Direct Digital Modulation) BITRF专利技术，BITRF产品系列可灵活、快速、简便地实现从数字信号处理到射频信号发射的整个射频无线系统的高精度、高集成度的数字化DSP信号处理。从而极大地降低射频芯片的设计成本，缩短设计时间和提高产品的性能。 实验室开发的 BITRF多模多频段射频系

13、统和集成电路产品可广泛应用于各种高精度射频信号处理设备，无线通信基站(WCDMA,TD-SCDMA,CDMA2000，GSM/GPRS),新一代多制式GSM，Bluetooth，TD-SCDMA，WCDMA手机，DVB卫星广播和通信， RFID无线标签识别，Wireless LAN, Zigbee无线传感网络，及其他便携式无线通讯设备和测试仪器，是实现新一代全数字 CMOS 射频通信系统的高集成度，低成本，高性能，低功耗的核心。3. 自主研发生产的智能化传感器信号处理芯片GW8038针对目前高精度传感器所要求的输出信号温度漂移补偿（包括石英晶体和MEMS材料的各种传感器）开发出了智能化传感器信

14、号处理芯片GW8038，该芯片结合国内本土石英晶体和MEMS传感器生产厂家在生产制造方面的成本优势，开发实现了新一代低成本、高精度可编程控制的智能化传感器信号温补控制芯片及其生产测试方案。第一代采用世界首创的全数字智能温补控制技术的GW8038温补控制芯片已经成功实现了高精度温补控制功能，最高频率稳定度在-4085内达到0.1ppm，冷启动时间小于1秒，温度补偿稳定度达到了世界一流水平。GW8038芯片彻底简化了以往复杂昂贵的生产和测试工序，成本只有原产品的五分之一，作为全球所有高精度传感器信号的控制和温度补偿所需的技术，GW8038芯片设计技术和生产测试方案具有广阔的应用前景。图示： 采用G

15、W8038对石英晶体材料制作的时钟进行高精度温补的演示实验板4. 自主研发生产BITDIY课桌椅针对物联网创新实验室 “思维是透明和彩色”的创新教育理念而专门打造设计的BITDIY课桌椅采用环保、安全、透明的亚克力材料作为桌面，使学生在做实验的时候能够方便地看到桌面下方存放的实验器材和教材，不仅大大增强了实验台操作的灵活方便性和利用空间，而且使学生一走进实验室就能沉浸在一种激发创新激情的氛围中。另外，整个实验课桌椅采用了实验室的积木化教学的理念，桌子和凳子有相互兼容的矩形模块组成，学生可以自己拼装课桌椅，不仅实现了实验室整体的模块化的设计目的，而且通过模块的共用和组合大大降低了课桌椅维修和更换

16、的费用。优点列举如下：1. 增加学生的实验空间：通过透明桌面，学生可以把实验指导书放在透明板的下面，在透明桌面上面进行实验操作2. 通过DIY自己搭建课桌椅，让学生从零开始打造桌椅，自贴标签，自我调整拼装3. 节能环保，积木化的课桌椅不易损坏，只需更换损坏部分即可重复利用4. 桌椅可以配备传感器件，既有观赏教学的作用，又有实用性，例如做成“会说话的课桌椅”等。5. 自主研发生产BITDIY电子积木：采用各种传感器的电子智能化模块物联网创新实验室采用了自主研发生产的BITDIY 传感电子智能化连接模块，通过模块的不同功能组合，不仅使原来枯燥复杂的电子控制系统变得生动有趣，简明易懂；而且可以让学生

17、充分发挥自主设计和创造的能力来方便地搭建自己独特的电子系统。基于各种不同传感器的电子系统给电子通讯实验增添了无穷的乐趣，在实验过程中， 同学可以更直观清晰地认识和理解各种电子器件的功能和原理及其背后的发明家的故事。模块采用了标准化的接口联接和拼装组合设计，使学生在实验中能大大减少联接电子系统的不必要的时间，而更多地专注于电子系统的整体功能和模块结构功能的认识了解， 从而增强学生对电子系统设计的兴趣和爱好，激发学生创新思维和动手实践的能力。电子积木一览表：传感模块温度传感器，湿度传感器，热敏传感器，一氧化碳传感器，二氧化碳传感器，角度传感器，光敏传感器，红外传感器，距离传感器等传感模块示例温湿度

18、模块1.温湿度传感器2.电源接线口3.信号输出口控制模块声控模块，光控模块，温控模块，单片机控制模块，GSM短信模块等控制模块示例收音机模块1.输入端口2. 天线3.程序下载4.电源 5.输出6.模式7.频道增加8.频道减少9.串口10.收音机模块数字处理功率放大模块，位移寄存器模块，播放模块，无线收发模块，录音/播放模块等数字处理模块示例功率放大模块1.右声道输出2.左声道输出3.电源输出4.音频信号输出连接器开关，音频接口输出模块，导线等连接器模块示例单个开关1. 电源 2. 开关配件太阳能电池模块，干电池模块，按钮，LED灯，LED数码管，扬声器，麦克风等配件示例两位LED数码管1. 两

19、位LED2. LED接口3. 移位寄存器接口6. 自主研发生产BITDIY 3D造型魔块物联网创新实验室自主研发设计的BITDIY 3D外形设计造型魔块采用了由平面到立体的激发学生想象力和创新思维能力的七彩魔块，采用色彩鲜艳、安全、环保的亚克力材料和简单的基本几何形状为基础的七彩魔块，为锻炼学生的艺术设计、审美想象、文学表达以及动手制作能力提供了一个全新的创作平台。在这个艺术创造平台上， 学生们可以自由展开自己梦想的翅膀，相互协作，共同努力完成从想象到实现艺术创作的体验，领略艺术创造的灵感和激情，收获动手实践的成功和喜悦。 机器人 向日葵图示：实验室传感电子创意作品7. 3D 打印机采用实验室

20、专门定制的立体3D造型模块图形库，学生可以自己打印和实验室造型模块及电子模块相配套的设计。增强学生的创意设计空间。8. 音乐钢琴利用红外探测模块探测前方的是否有障碍物来触发电子琴发射部分产生并发送的相应的音符给电子琴接收部分，由接收部分奏响相应的音符。同时可以通过人体导电原理利用触摸模块来触发电子琴发声，导体可以是人体、蔬菜、水果等。9. 智慧感知农业用手机远距离或异地智能监控农作物的生长，如灌溉施肥等，根据土壤湿度温度、太阳光照度，提高农作物产量，节省水资源，降低劳动力成本。10. 智慧家居用手机远距离或异地智能监控家庭空调、电灯、热水器等电器开关、以及检测家里空气中烟雾浓度、房间温度、湿度

21、、偷盗报警等。11. 自主定制、设计的艺术化和科学化的教室统一的科学艺术化的教室装潢设计+专门的宣传画和时钟（1）建设效果图 （2）逆时针行走的时钟激励学生批判性的思维与创新能力的培养：时钟为什么要顺时针行走？ 什么时候开始要顺时针行走的？时钟可以逆时针行走吗？启发学生勇于探索，与众不同，勇于创新。（3）丰富多彩的宣传画自主设计宣传画，描述科技发展的历史。如无线通讯、计算机、航天等。通过这些宣传画，激励学生勇于创新和探索的精神与勇气。无线通信的发展太空中的梦想工具的发展计时器的发展信息互联网的发展计算机的发展 七课程实验内容（一）、 家居和节能利用石英晶体传感器、声音传感器、人体感应传感器、光

22、照度传感器、温度传感器、语音播放模块、功放模块、数字信号处理芯片等。1、 时光倒流的时钟课程要求：通过本次实验，了解计时器的发展历史、感知地球和生命的起源、感知科技的发展、认识石英晶体传感器，动手制作倒走时钟。2、 吹亮的“蜡烛” 课程要求：通过本次实验，认识声控传感器，以及照明的最新科技LED灯，熟悉电灯的发明故事，动手制作创意作品-吹亮的“蜡烛”。3、 拍手会说话的温度计课程要求：通过本次实验，认识温度传感器及发明、动手制作“能听会说的温度计”。4、 感知留言机课程要求：通过本次实验，认识录音芯片，制作感知留言机，并录制自己的声音。 5、 看家电子狗课程要求：通过本次实验，了解红外传感器的

23、发明及基本特点，并动手制作 “看家电子狗”。6、 长眼睛的小风扇课程要求：通过本次实验，认识菲涅尔透镜及发明，并使用人体感应传感器制作“长眼睛的电风扇” 7、 电子萤火虫课程要求：通过本次实验，认识光敏传感器，及了解相关故事，并动手制作一个“电子萤火虫”。8、 DIY小喇叭课程要求：通过本次实验，认识喇叭的基本特征，并自己设计一个小音箱。.节能环保区智能农业灌溉系统：用手机远距离或异地智能监控农作物的生长，如灌溉施肥等，根据土壤湿度温度、太阳光照度，提高农作物产量，节省水资源，降低劳动力成本。只要轻轻拿起手机发一条包含代码的指令到指定号码上，就可以获知当前环境的温度、湿度、光照度，以便决定是否

24、需要发送指令打开灌溉和施肥系统，这是物联网在现代农业中的实际应用，通过物物相连，节省了劳动资源和时间资源，还获得了高效成果。辅助教学材料：水箱、花草、水泵，电源、SIM卡等。（建议可增加其他功能，提高产品复杂程度）（二）、 运动和健康9、 眼疾手快比赛器课程要求：通过本次实验，熟悉LED灯学会动手制作和使用比赛器。10、 数数器 课程要求：通过本次实验，认识数码管，红外探测模块，蜂鸣器模块，并制作一个数数器。（三）、 娱乐和游戏11、 感知动车课程要求：通过本次实验，认识红外避障、声控、马达等电子模块，并动手制作创意小车。（四）、 安全和防盗12、 智慧家居监控系统智能家居实验套盒：智能家居系

25、统模拟实验由温湿度传感器、烟雾传感器模块、蜂鸣器模块、人体感应模块等模块组成，用手机远距离或异地智能监控家庭空调、电灯、热水器等电器开关、以及检测家里空气中烟雾浓度、房间温度、湿度、偷盗报警状态等。（要求增加自定义编程端口，可在2-3教室运行）内部配置完成图示例实验室专用教学控制平台及软件：自主研发设计，不仅有普通平板电脑的各项功能，还可作为物联网专用无线遥控设备。利用平板控制智能家居（需完善平板功能，技术）（五）、 “三合一”电路与通讯教学平台交互式无线通讯 数字广播。集成了信号发生器、示波器和频谱分析显示的功能，利用软件无线电技术进行数字到射频信号的直接转换，并可针对不同合成的信号进行时域和频域的分析显示。提供了一个多媒体人机互动的射频通讯实验平台，可以通过公开的调频广播频道对无线信号进行实时监听、跟踪和通讯传输，大大加强了通讯实验的人机互动效果和对无线通讯的应用体验。系统创新的运用了高性能数字射频 CMOS 芯片技术,与目前模拟射频芯片的系统相比极大地