《用安卓手机控制开源硬件》 教学设计

    郑祥 谢作如

    

    

    

    ● 教材分析

    《用安卓手机控制开源硬件》位于校本课程《安卓应用程序的设计与开发》第三章，其教学内容是开发能够控制开源硬件的手机App。课程中选择的开源硬件是虚谷号，支持蓝牙和Wi-Fi两种形式与手机通信。相对来说，用Wi-Fi形式更加方便，更符合物联网的常见通信形式。本节课的教学内容需要2个课时，采用连堂课的形式开展。要求学生能够通过Web服务的方式，即WebGPIO来控制虚谷号，不仅要完成一系列的信息实验，还要能自主开发安卓手机的应用程序，通过App按钮来控制虚谷号上的电风扇模块。

    ● 教学对象

    本节课的教学对象是初中学生，他们不仅熟悉安卓手机App的一般开发过程，能够用AppInventor2編写简单的App，还初步接触过开源硬件，熟悉Arduino等开源硬件的引脚、PWM的使用，能够用Mind+之类的软件为开源硬件编写代码。

    ● 教学目标

    知识与技能目标：理解WebGPIO的概念，掌握在虚谷号上运行WebGPIO服务端的方法，掌握HTTP协议中的GET、POST请求方法;熟悉AppInventor2开发平台中的Web客户端组件，能开发控制虚谷号的安卓App应用程序。

    过程与方法目标：通过实验操作，掌握AppInventor2开发平台中Web客户端组件的一般使用方法。

    情感态度与价值观目标：通过安卓手机App的开发对虚谷号上硬件模块的控制，消除对远程物联网控制的神秘感，提高对信息技术的学习兴趣。

    ● 教学重难点

    重点：POST方法的参数设置，掌握远程控制的安卓App的开发。

    难点：理解POST和GET两种HTTP请求方法的区别。

    ● 教学过程

    1.激发兴趣，导入新课

    投屏展示：通过安卓App远程控制虚谷号上风扇模块的“打开”与“关闭”。提问：安卓手机App是怎么完成对风扇模块的控制的？虚谷号在这个过程中，又起到了什么作用呢？

    引导学生讨论并归纳：安卓手机App是通过无线Wi-Fi来发送控制风扇模块的信号给虚谷号;虚谷号起着信号接受的作用。

    虚谷号上运行了一个Web服务WebGPIO;通过这个Web服务，安卓手机App就可以非常方便地控制开源硬件虚谷号了。

    设计意图：通过展示远程控制风扇模块的开与关，激发学生兴趣，并引出主题。

    2.讲解新知，探知原理

    虚谷号WebGPIO服务：GPIO是通用型之输入（GPI）输出（GPO）的简称，即PIN引脚。顾名思义，WebGPIO可以通过Web的方式控制GPIO。

    虚谷号的WebGPIO服务采用了简单的设计，即用HTTP的GET请求方法获取虚谷号PIN引脚状态，用POST请求方法控制引脚电平。

    WebGPIO的协议：HTTP请求有很多种方式，最常见的是POST请求和GET请求。虚谷号的WebGPIO协议采用GET方式获取引脚状态信息，采用POST方式发送控制命令，具体参数介绍如下表所示。

    ①参数Pin对应虚谷号上的引脚为：A0-A5，D0-D13;②参数Value对应的值为：虚谷号对应引脚的数值;③参数Type对应控制的类型：可以是1、2、3，分别代表“digital”“analog”“servo”。

    设计意图：引入课堂主要内容——原理讲解，分散教学重难点。

    3.实验操作，验证原理

    （1）提问：通过POST/GET方法，是否真的能够控制虚谷号？接下来要通过信息实验来验证。本次实验需要明确完成哪些内容呢？

    引导学生列举出实验所需的操作任务：①在虚谷号上运行WebGPIO服务器程序;②明确POST/GET方法向WebGPIO服务器程序传值的参数;③验证POST/GET方法是否真的能控制虚谷号;④做好实验记录，完成实验报告。

    设计意图：通过引导学生通过实验的方式验证自己的设想，并列举实验操作的任务步骤，让学生能明确实验任务目标。

    （2）学生以小组形式领取实验器材，参考实验报告，小组合作讨论完成实验。教师巡视学生的实验操作，并及时给予帮助和引导。

    设计意图：通过实验操作巩固学生POST/GET方法参数的设置，为后面的项目开发做好准备。

    4.头脑风暴，开发项目

    （1）教师介绍App invneotr2中的Web客户端组件，指出：Web客户端组件为非可视组件，用于发送HTTP的GET、POST、PUT及DELETE请求。App中需要增加Web客户端组件，实现对虚谷号的控制。

    （2）提问：借助WebGPIO功能，安卓手机App可以开发怎样的应用？要求学生小组合作讨论，开展头脑风暴，把创意想法画出来或写在纸上。（教师展示各小组的创意想法，引导学生一起分享交流，并吸收建议）

    （3）教师提供相应的硬件模块和安卓App开发范例帮助文档，要求学生通过小组合作开发项目，并完成作品的测试。教师巡视教室，并及时解答学生的各种问题。

    5.作品展示，心得分享

    教师投屏展示各小组完成的项目，并且邀请学生派代表展示运行效果。学生交流、分享自己小组内的感受、收获等。

    这节课通过讨论交流、实验，让学生尝试了通过WebGPIO控制开源硬件虚谷号，而且还开发出了相应的安卓App程序。其中涉及了GPIO的概念、POST/GET方法参数及AppInventor2的Web客户端组件，体验了软硬件相结合的创客作品开发过程。

    ● 教学反思

    本次课的学习主题是通过安卓手机控制开源硬件。学生通过“新知讲解、探知原理”“实验操作、验证原理”“头脑风暴、开发项目”这三个主要环节逐步实现对知识技能的学习、实践和运用。此外，在“实验操作、验证原理”环节，学生能够直接利用工具，验证学习的WebGPIO协议，表现出莫大的兴趣;在“头脑风暴、开发项目”环节，学生在App测试方面，也用到了实验中学到的方法。可见，先完成信息实验再应用知识开发项目，学以致用，对一些复杂的信息技术知识学习是很有帮助的。