用掌控板做課堂答題器

謝作如　李琦

在上課過程中，要了解學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握情況，教師通常用提問的方式，讓學(xué)生舉手反饋。但是，用舉手的方式來統(tǒng)計結(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，教師常常會借助可以在線統(tǒng)計結(jié)果的答題系統(tǒng)，設(shè)計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，及時反饋練習(xí)的結(jié)果。

因為課堂管理的問題，學(xué)生人手一臺平板電腦或者手機(jī)，對許多學(xué)校來說還很難普及，比較常見的做法是購買手持式課堂答題器。其實，利用創(chuàng)客空間中的開源硬件，可以自主開發(fā)一個簡單的課堂答題器，用低成本的方式實現(xiàn)課堂練習(xí)的實時反饋。

● 技術(shù)分析

課堂答題器是一個典型的信息系統(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;統(tǒng)計結(jié)果模塊以圖示的形式呈現(xiàn)答題的統(tǒng)計結(jié)果，供教師訪問查看。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《開源硬件項目設(shè)計》時，曾經(jīng)用micro：bit設(shè)計了一個類似的課堂答題器。因為micro：bit不支持Wi-Fi，所以只能利用無線廣播技術(shù)，在服務(wù)器上增加一塊micro：bit作為信息接收機(jī)，再通過串口采集數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫，過程有點(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Wi-Fi提交答題結(jié)果，少了一個環(huán)節(jié)，操作就簡潔多了。

用Python的Flask框架編寫一個Web服務(wù)器并不復(fù)雜。在數(shù)據(jù)庫方面，自然選擇了Python內(nèi)置的Sqlite。而這個數(shù)據(jù)庫僅僅用于存儲數(shù)據(jù)，一個表（STU_ANS）、兩個字段就可以了，如下頁圖2所示。其中STU用來存儲學(xué)生標(biāo)識信息，ANS存儲答案。

● 硬件搭建

因為micro：bit的輸入按鈕只有A和B，作為課堂終端總感覺捉襟見肘。為了能夠正確輸入，筆者借鑒了空調(diào)遙控器的控制方式，即用一個按鈕來循環(huán)切換答案，另一個按鈕表示確定。

當(dāng)更換為掌控板后，這個問題就不復(fù)存在了：掌控板有6個觸摸鍵，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)計的掌控寶、桃李科教設(shè)計的百靈鴿等擴(kuò)展板，采用的是堆疊式設(shè)計，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，看起來很有產(chǎn)品的“質(zhì)感”。

● 代碼編寫

在課堂答題器項目中，軟件設(shè)計是重點(diǎn)，大部分功能都需要軟件來支撐。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)計結(jié)果等。

1.多終端區(qū)分的功能設(shè)計

“多終端區(qū)分”顯然是一個重要的功能需求，因為要記錄每一位學(xué)生的答題情況。實現(xiàn)用戶身份標(biāo)識的方式很多。例如，獲取某一設(shè)備的序列號，并將序列號作為唯一標(biāo)識;給設(shè)備進(jìn)行編號，保證編號是不重復(fù)的，便可以作為標(biāo)識;使用設(shè)備的IP地址，用IP地址作為唯一標(biāo)識等。

如果使用的終端很多，采用IP地址作為唯一標(biāo)識的方式比較合適，因為這樣做不需要給每一個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。而如果只有十來個終端，直接編號再刷寫固件也很方便。

2.Web服務(wù)器代碼編寫

Web服務(wù)器需要提供多個接口，每一個接口都是一個唯一的URL，如接收答題數(shù)據(jù)、返回統(tǒng)計結(jié)果等。返回數(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)計結(jié)果的算法比較簡單，只要不斷累加即可，參考代碼如下頁圖5所示。

因為代碼較長，這里就不再提供具體的Python代碼。如有需要，請訪問GitHub：https：//github.com/xiezuoru/xzrbook。

3.掌控板的代碼編寫

掌控板的代碼并不長，核心功能是連上Wi-Fi，然后在OLED上顯示操作提示。通過觸摸鍵更新答案，按下B鍵則提交答案到服務(wù)器。不得不說，使用MicroPython的urequests庫實現(xiàn)HTTP協(xié)議的網(wǎng)頁訪問操作非常簡單。核心代碼如下頁圖6所示。

● 產(chǎn)品測試

將掌控板的代碼下載到掌控板上后，開始測試這個答題系統(tǒng)。首先要運(yùn)行Web服務(wù)，界面如下頁圖7所示。

打開掌控板的電源開關(guān)，等待數(shù)秒后，掌控板連上Wi-Fi，其OLED屏幕上會顯示操作信息。選擇答案后提交，顯示信息如下頁圖8所示。

打開瀏覽器，訪問http：//127.0.0.1：8080，即可看到一個簡單的結(jié)果統(tǒng)計網(wǎng)頁，如下頁圖9所示。

為了方便教師上課管理，筆者還特意設(shè)計了一個簡單的網(wǎng)頁，用瀏覽器打開后，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)模的公開課中，使用過這個課堂答題器。無論是從性能的穩(wěn)定還是使用的便捷方面去比較，它和購買的課堂答題器產(chǎn)品差別并不大。部分學(xué)生了解了運(yùn)行原理后，還提出一些很不錯的想法，如將題目內(nèi)容直接發(fā)送到掌控板上通過OLED顯示屏顯示出來，答題結(jié)束后告訴學(xué)生是否正確。當(dāng)學(xué)生掌握了開源硬件的基本操作后，就多了一個能實現(xiàn)創(chuàng)意的工具。智慧校園和智慧課堂，都將成為學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意的技術(shù)實踐場，這正是我們努力的方向。