用掌控板做課堂答題器

謝作如　李琦

在上課過程中，要了解學生的學習掌握情況，教師通常用提問的方式，讓學生舉手反饋。但是，用舉手的方式來統計結果顯然不夠精確，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計結果的答題系統，設計以選擇題為主的課堂練習，學生則使用平板電腦、手機之類的智能終端，及時反饋練習的結果。

因為課堂管理的問題，學生人手一臺平板電腦或者手機，對許多學校來說還很難普及，比較常見的做法是購買手持式課堂答題器。其實，利用創客空間中的開源硬件，可以自主開發一個簡單的課堂答題器，用低成本的方式實現課堂練習的實時反饋。

● 技術分析

課堂答題器是一個典型的信息系統。從原理上看，課堂答題器一般由答題終端、服務器和結果統計模塊三大部分組成。答題終端接受學生輸入的答案，并將身份標識信息和答案發送給服務器;服務器負責接收數據，處理后存入數據庫;統計結果模塊以圖示的形式呈現答題的統計結果，供教師訪問查看。系統工作流程如圖1所示。

筆者在編寫浙江教育出版社出版的教育《開源硬件項目設計》時，曾經用micro：bit設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，在服務器上增加一塊micro：bit作為信息接收機，再通過串口采集數據到數據庫，過程有點復雜。在掌控板發布后，筆者修改了代碼，直接在服務器上運行Web服務，掌控板通過Wi-Fi提交答題結果，少了一個環節，操作就簡潔多了。

用Python的Flask框架編寫一個Web服務器并不復雜。在數據庫方面，自然選擇了Python內置的Sqlite。而這個數據庫僅僅用于存儲數據，一個表（STU_ANS）、兩個字段就可以了，如下頁圖2所示。其中STU用來存儲學生標識信息，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，筆者借鑒了空調遙控器的控制方式，即用一個按鈕來循環切換答案，另一個按鈕表示確定。

當更換為掌控板后，這個問題就不復存在了：掌控板有6個觸摸鍵，可以組合出很復雜的操作。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。筆者在網上找了一下，發現盛思設計的掌控寶、桃李科教設計的百靈鴿等擴展板，采用的是堆疊式設計，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，看起來很有產品的“質感”。

● 代碼編寫

在課堂答題器項目中，軟件設計是重點，大部分功能都需要軟件來支撐。要考慮多終端的區分，還要用友好的界面呈現答題統計結果等。

1.多終端區分的功能設計

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

如果使用的終端很多，采用IP地址作為唯一標識的方式比較合適，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服務器代碼編寫

Web服務器需要提供多個接口，每一個接口都是一個唯一的URL，如接收答題數據、返回統計結果等。返回數據采用標準的Json格式，具體規劃如下表所示。

統計結果的算法比較簡單，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器。不得不說，使用MicroPython的urequests庫實現HTTP協議的網頁訪問操作非常簡單。核心代碼如下頁圖6所示。

● 產品測試

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。首先要運行Web服務，界面如下頁圖7所示。

打開掌控板的電源開關，等待數秒后，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果統計網頁，如下頁圖9所示。

為了方便教師上課管理，筆者還特意設計了一個簡單的網頁，用瀏覽器打開后，就能設置正確答案，查看答題情況，或者清除當前答題記錄，如圖10所示。

筆者曾經在一堂小規模的公開課中，使用過這個課堂答題器。無論是從性能的穩定還是使用的便捷方面去比較，它和購買的課堂答題器產品差別并不大。部分學生了解了運行原理后，還提出一些很不錯的想法，如將題目內容直接發送到掌控板上通過OLED顯示屏顯示出來，答題結束后告訴學生是否正確。當學生掌握了開源硬件的基本操作后，就多了一個能實現創意的工具。智慧校園和智慧課堂，都將成為學生發揮創意的技術實踐場，這正是我們努力的方向。