基于Python語言開展初中物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)●物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其原理物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分為感知、傳輸和控制三個(gè)方面。一個(gè)典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是通過感知技術(shù)獲取數(shù)據(jù)，再傳輸、存儲(chǔ)到物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器上，最后物聯(lián)網(wǎng)根據(jù)這些外界環(huán)境的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的控制，從而實(shí)現(xiàn)與外界環(huán)境的“互動(dòng)”，如圖1所示。1.物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的感知技術(shù)涉及的領(lǐng)域非常廣泛，主要包括傳感器技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、GPS定位技術(shù)等，所有能夠?qū)⑼饨绛h(huán)境或物品的狀態(tài)信息轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)的技術(shù)都屬于感知技術(shù)。2.物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的傳輸技術(shù)主要負(fù)責(zé)將物聯(lián)網(wǎng)終端感知到的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，主要借助于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的多樣性，決定了物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的不同傳輸方案的部署。3.物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)，顧名思義就是通過物聯(lián)網(wǎng)對(duì)某一物品或電器實(shí)現(xiàn)控制的目的，在一些智能家居產(chǎn)品上能看到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在控制方面的應(yīng)用。●物聯(lián)網(wǎng)課程的教學(xué)現(xiàn)狀據(jù)調(diào)研，國內(nèi)中小學(xué)開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)課程的寥寥無幾，真正讓學(xué)生自行完成物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)的學(xué)校更是少之又少。以江蘇省為例，雖然最早將“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”作為拓展模塊納入義務(wù)教育信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要，但是教材卻停留在“紙上談兵”階段，幾乎沒有機(jī)會(huì)開展物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，更別說動(dòng)手實(shí)踐設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的物聯(lián)網(wǎng)作品了。分析其原因，有如下兩點(diǎn)：①開展物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)需要硬件支持。②物聯(lián)網(wǎng)編程的技術(shù)門檻太高。雖然常見的開源硬件降低了硬件成本，但是所支持的編程語言卻不適合初中學(xué)生。如下頁表1所示，除了圖形化編程語言外，可選的只有C++、JavaScript、MicroPython。圖形化的編程只能在小學(xué)階段使用，而C/C++和JavaScript語言對(duì)初中學(xué)生而言難度太高。至于MicroPython，雖然其語法風(fēng)格與Python語言一致，但是缺少各種Python擴(kuò)展庫的支持后，很多創(chuàng)意被限制了?！裼肞ython語言設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)的可行性相較C/C++、JavaScript語言，Python語言語法風(fēng)格簡(jiǎn)單。與此同時(shí)，Python語言又擁有十分龐大的模塊和庫，非常適合初中學(xué)生編寫與網(wǎng)絡(luò)、人工智能相關(guān)的應(yīng)用。雖然借助pyserial庫，Python能夠通過串口控制各種開源硬件，并與之交互，但是開源硬件端需要編寫相應(yīng)程序（燒錄固件），相對(duì)來說難度還是太高，不適合推廣。當(dāng)pinpong庫出現(xiàn)后，Python導(dǎo)入庫并建立對(duì)象后，就能自動(dòng)給開源硬件“燒錄”固件，還能完美地兼容掌控板和micro：bit等開源硬件。就連不支持網(wǎng)絡(luò)連接的Arduino，也可以在pinpong庫的支持下通過計(jì)算機(jī)串口實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。這樣一來，物聯(lián)網(wǎng)終端硬件的選擇范圍擴(kuò)大了，編程的技術(shù)門檻也大幅度降低。Python的庫非常豐富，結(jié)合MQTT或者siot庫，完成一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)非常簡(jiǎn)單?！癯踔形锫?lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)范例1.物聯(lián)網(wǎng)采集實(shí)驗(yàn)：感知溫度實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：通過Arduino定時(shí)采集環(huán)境溫度，然后上傳到物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。硬件清單：ArduinoUno、擴(kuò)展板、LM35溫度傳感器。將ArduinoUno與擴(kuò)展板連接起來，再將LM35溫度傳感器連接到擴(kuò)展板的A0引腳，如圖2所示。具體代碼掃描下方二維碼。運(yùn)行代碼后，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)給Arduino刷寫一個(gè)“固件”，隨后就每隔0.5秒上傳溫度數(shù)據(jù)到SIoT服務(wù)器，Topicid為“tiyan2/temp”。感知溫度代碼運(yùn)行及siot平臺(tái)溫度數(shù)據(jù)掃描下頁二維碼。2.物聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)驗(yàn)：LED燈遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)SIoT，發(fā)送MQTT指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的控制。硬件清單：ArduinoUno、擴(kuò)展板、LED燈模塊。將ArduinoUno與擴(kuò)展板連接起來，再將LED燈連接到擴(kuò)展板的D8引腳上，如圖3所示。具體代碼掃描下方二維碼。運(yùn)行程序代碼。當(dāng)收到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上的消息為“on”時(shí)，點(diǎn)亮LED燈;當(dāng)收到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上的消息為“off”時(shí)，則熄滅LED燈。注：MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport，消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸）是一種基于發(fā)布/訂閱模式的“輕量級(jí)”物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議。它可以用極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠(yuǎn)程設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠的消息服務(wù)，也就是說它可以在較差的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用。目前，國內(nèi)外主要的云計(jì)算服務(wù)商，如阿里云、AWS、百度云、Azure以及騰訊云等都支持MQTT協(xié)議?！窕赑ython語言的初中物聯(lián)網(wǎng)課程設(shè)計(jì)隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，智能家居也逐漸走進(jìn)了人們的生活。智能家居是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的拓展，也是學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的最直觀感受。因此，初中的物聯(lián)網(wǎng)課程可以與智能家居相結(jié)合，初中物聯(lián)網(wǎng)課程可按如表3所示的參考目錄進(jìn)行開設(shè)。這兩個(gè)單元，除了增加相應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)外，還可以采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的