中小学物联网创客空间解决方案 - 图文

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中小学物联网创客空间

解 决 方 案

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目录

一、 概述 .................................... 1 （一） 什么是创客 .......................... 1 （二） 校园创客空间 ........................ 1 （三）中小学物联网分析 ..................... 2

1物联网产业链的需求 ..................... 2

1.1 目前中小学教育现状分析............ 2 1.2中小学物联网教育的意义 ............ 3 2. 中小学物联网教育理念 ................. 3 3. 中小学物联网教育特点 ................. 4

二、 建设目标 ................................. 5

（一）建设目标 ............................. 5

1玩中培养的能力 ......................... 5 2玩中培养的兴趣爱好 ..................... 5 （二）建成后达到的技术水平 ................. 6 （三）建成后的预期效果 ..................... 7

1基础教学与课程实验的支持 ............... 7 2项目实践与学科竞赛的支持 ............... 7

三、 创客空间建设方案 ......................... 9

（一） 创客空间总体布局 .................... 9

1. 创客空间总览图 ....................... 9

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2. 功能区设置 .......................... 12

2.1操作区 ........................... 12 2.2作品展示区 ....................... 13 2.3器材收纳区 ....................... 14 2.4多媒体交流区 ..................... 15

创客空间课程体系 ................... 15

1. 理论学习 ............................ 15 2. 基础入门 ............................ 16

2.1图形化编程 ....................... 16 2.2 Arduino 编程及硬件基础........... 16 2.3函数库及硬件应用 ................. 17 2.4底层程序构建及 MCU 硬件知识 ...... 18 3.综合应用 ............................. 18

3.1机构组装及设计 ................... 18 3.2硬件搭建及设计 ................... 19 3.3软件控制以及系统构建 ............. 20 4.产品创新 ............................. 21

4.1想法提炼 ......................... 21 4.2产品立项 ......................... 22 4.3项目开展整个过程 ................. 22 5. 技术体系 ............................ 23 6. 产品体系 ............................ 24

（二）

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7. 课程体系 ............................ 25 （三） 服务体系 ........................... 25

1. 技术支持 ............................ 25 2. 售后服务 ............................ 26

四、 创客空间建设内容 ........................ 28

（一） 创客空间实训室推荐设备数量及预算 .... 28 （二） 产品介绍 ........................... 29

1智拼机器人套件 ........................ 30

1.1产品特点 ......................... 30 2基础系列产品 .......................... 33

2.1光的感知 ......................... 33 2.2风的世界 ......................... 34 2.3创意作品 ......................... 35 3进阶系列产品 .......................... 38

3.1智能小车 ......................... 38 3.2搭建自己的小车 ................... 39 3.3创意作品 ......................... 40 4高级系列产品 .......................... 45 5创客初级实验箱 ........................ 46 6智慧交通沙盘 .......................... 47 7智慧农业沙盘 .......................... 47 8智能家居沙盘 .......................... 48

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9创客空间教辅设备 ...................... 49

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一、概述

（一）什么是创客

“创客”一词来源于英文单词“Maker”，是指出于兴趣与爱好，热衷实践和创造，善于挖掘新技术和跨界合作，倡导创新和行动，乐于知识分享和思想交流的人群。创客们乐于在现有的资源下利用新技术以及数字化工具创造出新的物品，并在其中融入技术或艺术元素。

创客文化是一种生活方式，不满足现状，想要动手去改变，愿意把自己的想法身体力行实现出来，很多东西都是从兴趣入手，会去探究，发现不好的地方，把解决方法做出来，这个过程中可能会有很多的创新。随着2015年政府工作报告首次提到“创客”一词，创客文化在国内迅速传播，2016年政府报告再提“工匠精神”更是对创客运动在中国的发展起到推波助澜的作用。 （二）校园创客空间

校园创客空间是一种开放式创新实验室，用于培养学生的创新能力和自我管理能力，把新奇的创意想法变为现实，创造出来，并分享新鲜富有创意的技术和理念，普及创客思想的新型实验室。

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（三）中小学物联网分析

1物联网产业链的需求 1.1 目前中小学教育现状分析

物联网现在已经走入千家万户，数据显示，2017年全球物联网市场规模将达到4500亿美元，物联网产业发展前景广阔。未来十年，随着物联网技术的逐步成熟与广泛应用，社会生产、生活的智能化程度将得到不断提高。如智能家居、智能安防、智慧交通、智慧医疗、智能电网、智慧物流、智慧环保、智慧农业等。孩子们作为祖国的未来，普及物联网知识是势在必行的事情。

中小学物联网课程是以培养学生科学素养为宗旨的科学启蒙课程。要把中小学生培养成具有科学素养的国民，是一个长期的任务。然而，早期的科学教育将对一个人的科学素养的形成具有决定性的作用。但是中小学教育以学科知识为结构，以内在知识点为主线进行教学。那就涉及很多抽象的理论知识，中小学生普遍难以理解。并且在实验教学过程中老师往往设定统一实验项目，进行实验方法的也是固定不变的模式。评价实验的标准是能否正确操作实验，实验是否获得设定的目的，在这样的教学下，学生实验方法的科学性能得到基本的保证，但是也使学生形成了固定的思维和想法，

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让孩子失去了思维的创造多变性，并且孩子的兴趣和探索精神也没有得到开发。

1.2中小学物联网教育的意义

在现代信息社会，培养学生的信息素养和技术素养已经成为国家教育改革的主流取向，而中小学的物联网教育综合了计算机、机械、电子、通讯、控制、声、光、电、磁等多个学科领域的知识和技能，学生通过查阅并学习物联网知识、亲手组装机器人、调试传感器、设计并编写程序、完成任务等活动，可以进行大量的信息活动和技术锻炼，从而有效的提高了信息素养和技术素养。中小学物联网教育对激发学生的创造欲望，培养学生的创新精神，强化学生的手脑并用，发展学生的实践能力，改善学生的学习方式，促进学生的终身学习有着重要意义。

2. 中小学物联网教育理念

以美国工程院士、麻省理工学院教授 Eward Crawley 创立的CDIO培养模式为基础，以产品研发到产品运行的生命周期为载体，以诱导的方式，让学生由被动的学习，转化为主动的学习。

课程结构体系分为：认知篇-基础学习篇-基础作品制作篇—进阶作品制作篇-知识拓展篇

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课程内容体系：背景引入（引发兴趣）—基础项目学习（思维接受）—深入讲解（原理理解）—扩散思维（发挥想象）—同类项目制作学习（模仿）—总结（知识加深）

3. 中小学物联网教育特点

领引全国物联网教育在中小学及普教领域的普及，让孩子的学习插上智慧和快乐的翅膀，动起手来，实现梦想，创造未来。

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二、建设目标

（一）建设目标 1玩中培养的能力

? 在玩中培养孩子的思维和专注能力。 ? 在玩中培养孩子的模仿与创造能力。 ? 在玩中培养孩子融入团队和积极人际关系。 ? 在玩中培养孩子运用物联网最新科技能力 ? 在玩中培养孩子快速获取知识和信息能力 ? 在玩中培养孩子的自主学习能力

2玩中培养的兴趣爱好 ? 爱学习 ? 爱思考 ? 爱发明 ? 爱合作

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面学习。

创客理论学习和课程主要分为核心课程、基础课程、拔高课程、产品设计知识课程、项目管理课程以及创业相关课程等。

2. 基础入门 2.1图形化编程

初级入门和接触智能硬件的同学和创客们对智能硬件和软件编程不懂，导致了学习的畏难情绪，根据这个特点编写了可视化编程软件和智能硬件，学习者不用懂软件和硬件也可以进行编程，让小车或者其他硬件平台跑起来起来。

2.2 Arduino 编程及硬件基础

Arduino 是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的 Arduino 板）和软件（Arduino IDE)。由一个欧洲开发团队最早于 2005 年冬季开发。

它构建于开放原始码 simple I/O 介面版，并且具有使用类似 Java、C语言的 Processing/Wiring 开发环境。主要包含两个主要的部分：硬件部分是可以用来做电路连接的 Arduino 电路板；另外一个则是 Arduino IDE，你的计算机中的程序开发环境。你只要在 IDE 中编写程序代码，将程序上传到 Arduino 电路板后，程序便会告诉 Arduino 电路

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板要做些什么了。

Arduino 能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过 Arduino 的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对 Arduino 的编程是利用 Arduino 编程语言 (基于 Wiring)和 Arduino 开发环境(基于Processing)来实现的。基于 Arduino 的项目，可以只包含 Arduino，也可以包含 Arduino 和其他一些在 PC 上运行的软件，他们之间进行通信(比如Flash, Processing, MaxMSP)来实现。通过可视化编程将你迅速拉入到智能控制的世界，通过 Arduino 将你拉入到通过 C 代码编程的世界里，快速入门。对于有一定 C 语言编程基础的，Arduino 是入门的不二选择，可以通过Arduino 来搭建很多的智能硬件和方案，乐趣横生。

2.3函数库及硬件应用

对众多学习爱好者而言，大家都知道一个芯片底层函数库的作用，对于一个新的芯片，如果没有封装好的底层函数库，我们就必须参考芯片的技术手册，一步步的来配置相应的寄存器，而这些寄存器的配置都是相当晦涩难懂与枯燥无味的。如果让一个初学者从这里开始学习程序的编写，是相当艰难的，不是有相当大毅力的学习者可能在这步就停止了，

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大浪淘沙这里就滤掉了一大批。为了降低学习的台阶，使更多学习者能迅速入门和使用单片机和芯片，我们耗费心力封装各种底层函数库，让零基础也能很快的熟悉使用这款芯片。

2.4底层程序构建及 MCU 硬件知识

对程序和单片机有一点了解后就要开始深入到底层，进行单片机硬件接口和端口的设置。真正懂单片机，会智能控制，成为嵌入式及智能控制的高手。

3.综合应用 3.1机构组装及设计 3.1.1机构组装及机械认知

学习系统构成，对提供的综合学习平台进行机构的构成了解，包括每个机构的原理，结构形状。对平台系统进行拆解和组装，锻炼动手能力的同时，让学习者迅速对平台进行熟知和了解。

3.1.2机构设计

通过认知和学习基本的原理和结构，然后开始具体的学习机构的设计和加工。提供学习平台的部分结构的设计样例和学习视频以及各种学习资料帮助学习者和创客爱好者学

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习相关的机构和结构设计，主要是通过相关设计软件来达到设计的意图。

3.1.3机构改进及机构调教

机械和结构设计出来后，进行装配后然后 进行相关的参数测试，记录下相关参数，然后进行结构的再优化和再设计，一直设计出符合要求的产品结构和机构。设计完成后，装配到平台后，利用平台本身结构特性进行性能调教，包括机械参数进行调整，比如小车的各种车辆参数，车轮参数，前束等参数的调整。

3.2硬件搭建及设计

3.2.1硬件的接口使用及参数的验证

提供详尽的产品电路接口电路示意图，使用者同时使用综合平台对电路系统进行认知，包括电源电路、传感器接口电路，单片机最小系统电路以及电机驱动电路等等。使用者，学习者和创客们对综合平台进行应用，学会如果连接电路和传感器，伺服系统，执行机构等等。同时也能利用示波器对各个端口的信号进行测试和验证，辅助进行调试软件程序以及系统验证等等。

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3.2.2手工搭建电路及学习原理

利用面包板和万用板进行电路的搭建，实现电路的构建以及运行。在搭建的过程中，学习电路的基本知识，实现对电路的原理型设计和了解。

3.2.3设计电路及样品试制

利用设计软件对电路进行设计的学习，设计出电路原理图和 PCB，并且利用制版设备进行 PCB 的腐蚀刻板，制作出 PCB 样品，同时手工焊接将元器件进行焊接并且对电路进行调试，从而实现电路功能，真正意义上的实现自主的设计电路。

3.3软件控制以及系统构建 3.3.1平台的熟悉及运行

利用提供的例程库，逐步理解和看懂程序，对平台进行进行的控制和运营，让平台能够运行起来，实现例程指定的功能，并且在指定的功能上进行优化改进。

3.3.2自主编程程序

自己能独立的编写程序，实现端口的应用，同时对被控系统和部分进行控制，比如对舵机，电机进行控制 。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wa5d.html