鄭祥 謝作如

● 教材分析

《用安卓手機(jī)控制開源硬件》位于校本課程《安卓應(yīng)用程序的設(shè)計與開發(fā)》第三章，其教學(xué)內(nèi)容是開發(fā)能夠控制開源硬件的手機(jī)App。課程中選擇的開源硬件是虛谷號，支持藍(lán)牙和Wi-Fi兩種形式與手機(jī)通信。相對來說，用Wi-Fi形式更加方便，更符合物聯(lián)網(wǎng)的常見通信形式。本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容需要2個課時，采用連堂課的形式開展。要求學(xué)生能夠通過Web服務(wù)的方式，即WebGPIO來控制虛谷號，不僅要完成一系列的信息實驗，還要能自主開發(fā)安卓手機(jī)的應(yīng)用程序，通過App按鈕來控制虛谷號上的電風(fēng)扇模塊。

● 教學(xué)對象

本節(jié)課的教學(xué)對象是初中學(xué)生，他們不僅熟悉安卓手機(jī)App的一般開發(fā)過程，能夠用AppInventor2編寫簡單的App，還初步接觸過開源硬件，熟悉Arduino等開源硬件的引腳、PWM的使用，能夠用Mind+之類的軟件為開源硬件編寫代碼。

● 教學(xué)目標(biāo)

知識與技能目標(biāo)：理解WebGPIO的概念，掌握在虛谷號上運行WebGPIO服務(wù)端的方法，掌握HTTP協(xié)議中的GET、POST請求方法;熟悉AppInventor2開發(fā)平臺中的Web客戶端組件，能開發(fā)控制虛谷號的安卓App應(yīng)用程序。

過程與方法目標(biāo)：通過實驗操作，掌握AppInventor2開發(fā)平臺中Web客戶端組件的一般使用方法。

情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：通過安卓手機(jī)App的開發(fā)對虛谷號上硬件模塊的控制，消除對遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)控制的神秘感，提高對信息技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣。

● 教學(xué)重難點

重點：POST方法的參數(shù)設(shè)置，掌握遠(yuǎn)程控制的安卓App的開發(fā)。

難點：理解POST和GET兩種HTTP請求方法的區(qū)別。

● 教學(xué)過程

1.激發(fā)興趣，導(dǎo)入新課

投屏展示：通過安卓App遠(yuǎn)程控制虛谷號上風(fēng)扇模塊的“打開”與“關(guān)閉”。提問：安卓手機(jī)App是怎么完成對風(fēng)扇模塊的控制的？虛谷號在這個過程中，又起到了什么作用呢？

引導(dǎo)學(xué)生討論并歸納：安卓手機(jī)App是通過無線Wi-Fi來發(fā)送控制風(fēng)扇模塊的信號給虛谷號;虛谷號起著信號接受的作用。

虛谷號上運行了一個Web服務(wù)WebGPIO;通過這個Web服務(wù)，安卓手機(jī)App就可以非常方便地控制開源硬件虛谷號了。

設(shè)計意圖：通過展示遠(yuǎn)程控制風(fēng)扇模塊的開與關(guān)，激發(fā)學(xué)生興趣，并引出主題。

2.講解新知，探知原理

虛谷號WebGPIO服務(wù)：GPIO是通用型之輸入（GPI）輸出（GPO）的簡稱，即PIN引腳。顧名思義，WebGPIO可以通過Web的方式控制GPIO。

虛谷號的WebGPIO服務(wù)采用了簡單的設(shè)計，即用HTTP的GET請求方法獲取虛谷號PIN引腳狀態(tài)，用POST請求方法控制引腳電平。

WebGPIO的協(xié)議：HTTP請求有很多種方式，最常見的是POST請求和GET請求。虛谷號的WebGPIO協(xié)議采用GET方式獲取引腳狀態(tài)信息，采用POST方式發(fā)送控制命令，具體參數(shù)介紹如下表所示。

①參數(shù)Pin對應(yīng)虛谷號上的引腳為：A0-A5，D0-D13;②參數(shù)Value對應(yīng)的值為：虛谷號對應(yīng)引腳的數(shù)值;③參數(shù)Type對應(yīng)控制的類型：可以是1、2、3，分別代表“digital”“analog”“servo”。

設(shè)計意圖：引入課堂主要內(nèi)容——原理講解，分散教學(xué)重難點。

3.實驗操作，驗證原理

（1）提問：通過POST/GET方法，是否真的能夠控制虛谷號？接下來要通過信息實驗來驗證。本次實驗需要明確完成哪些內(nèi)容呢？

引導(dǎo)學(xué)生列舉出實驗所需的操作任務(wù)：①在虛谷號上運行WebGPIO服務(wù)器程序;②明確POST/GET方法向WebGPIO服務(wù)器程序傳值的參數(shù);③驗證POST/GET方法是否真的能控制虛谷號;④做好實驗記錄，完成實驗報告。

設(shè)計意圖：通過引導(dǎo)學(xué)生通過實驗的方式驗證自己的設(shè)想，并列舉實驗操作的任務(wù)步驟，讓學(xué)生能明確實驗任務(wù)目標(biāo)。

（2）學(xué)生以小組形式領(lǐng)取實驗器材，參考實驗報告，小組合作討論完成實驗。教師巡視學(xué)生的實驗操作，并及時給予幫助和引導(dǎo)。

設(shè)計意圖：通過實驗操作鞏固學(xué)生POST/GET方法參數(shù)的設(shè)置，為后面的項目開發(fā)做好準(zhǔn)備。

4.頭腦風(fēng)暴，開發(fā)項目

（1）教師介紹App invneotr2中的Web客戶端組件，指出：Web客戶端組件為非可視組件，用于發(fā)送HTTP的GET、POST、PUT及DELETE請求。App中需要增加Web客戶端組件，實現(xiàn)對虛谷號的控制。

（2）提問：借助WebGPIO功能，安卓手機(jī)App可以開發(fā)怎樣的應(yīng)用？要求學(xué)生小組合作討論，開展頭腦風(fēng)暴，把創(chuàng)意想法畫出來或?qū)懺诩埳稀＃ń處熣故靖餍〗M的創(chuàng)意想法，引導(dǎo)學(xué)生一起分享交流，并吸收建議）

（3）教師提供相應(yīng)的硬件模塊和安卓App開發(fā)范例幫助文檔，要求學(xué)生通過小組合作開發(fā)項目，并完成作品的測試。教師巡視教室，并及時解答學(xué)生的各種問題。

5.作品展示，心得分享

教師投屏展示各小組完成的項目，并且邀請學(xué)生派代表展示運行效果。學(xué)生交流、分享自己小組內(nèi)的感受、收獲等。

這節(jié)課通過討論交流、實驗，讓學(xué)生嘗試了通過WebGPIO控制開源硬件虛谷號，而且還開發(fā)出了相應(yīng)的安卓App程序。其中涉及了GPIO的概念、POST/GET方法參數(shù)及AppInventor2的Web客戶端組件，體驗了軟硬件相結(jié)合的創(chuàng)客作品開發(fā)過程。

● 教學(xué)反思

本次課的學(xué)習(xí)主題是通過安卓手機(jī)控制開源硬件。學(xué)生通過“新知講解、探知原理”“實驗操作、驗證原理”“頭腦風(fēng)暴、開發(fā)項目”這三個主要環(huán)節(jié)逐步實現(xiàn)對知識技能的學(xué)習(xí)、實踐和運用。此外，在“實驗操作、驗證原理”環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠直接利用工具，驗證學(xué)習(xí)的WebGPIO協(xié)議，表現(xiàn)出莫大的興趣;在“頭腦風(fēng)暴、開發(fā)項目”環(huán)節(jié)，學(xué)生在App測試方面，也用到了實驗中學(xué)到的方法?？梢?，先完成信息實驗再應(yīng)用知識開發(fā)項目，學(xué)以致用，對一些復(fù)雜的信息技術(shù)知識學(xué)習(xí)是很有幫助的。