2019中小学物联网创新教育实验室-建设方案

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。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（Criticalthinking&problemsolving）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-culturalunderstanding）沟通和信息获取的能力（Communications,information&medialiteracy）运用电脑和信息技术能力Computing&ICT(Information&CommunicationTechnology）职业规划和自我学习能力（Career&learningself-reliance）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BIT@RF®GW8028芯片自主研发生产的世界首创传感器频率控制BIT@CLOCK™GW8038芯片自主研发生产的世界首创“DRF-8000多模无线通讯实验仪”自主研发生产BIT@DIY®课桌椅：适用于不同年龄的可拼装式课桌椅自主研发生产BIT@DIY®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BIT@DIY®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BIT@RF®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(DirectDigitalModulation)BIT@RF®专利技术，BIT@RF®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BIT@RF®多模多频段射频系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，WirelessLAN,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。83.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Bit@CLOCK®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-40～85℃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GW8038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BIT@DIY®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BIT@DIY®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9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BIT@DIY®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BIT@DIY®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。10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模块1.温湿度传感器2.电源接线口3.信号输出口