基于micro：bit的多功能答題系統(tǒng)設計

戴建浜

很多教師在課堂上會布置一些課堂作業(yè)讓學生立刻完成，并通過提問的方式了解其對知識點的掌握情況。提問雖然能夠大體了解學生對知識的掌握情況，但并不能知道所有學生的答題情況，這時如果能有一套系統(tǒng)及時反饋全部學生的答題情況，對即時診斷教學效果、節(jié)省課堂教學時間、提高課堂教學質量是很有幫助的。2018年全國各省各校將全面實施選課走班，走班過程中的學生管理問題、教師與學生的互動與評價問題，是擺在學校領導者面前的難題。能不能開發(fā)一個既能實現(xiàn)課堂互動，又適合走班教學管理評價的多功能答題系統(tǒng)來解決這些難題呢？筆者通過查閱相關資料發(fā)現(xiàn)，市面上早已有類似答題器，一般具有單題作答、多題作答、判斷答題等功能，但這些產品普遍存在價格昂貴、不容易攜帶、需要獨立配備接收或發(fā)送設備等問題，無法滿足選課走班教學的需要。鑒于此，筆者決定利用相關器材，自己設計一套多功能答題系統(tǒng)。

系統(tǒng)總體設計方案

筆者設計的多功能答題系統(tǒng)利用micro：bit的2.4G無線通訊功能實現(xiàn)學生端與教師端的通訊，利用重力加速度傳感器和兩個按鈕識別動作，利用LED屏陣列顯示結果。另外，再編寫JavaScript程序并燒寫到主板中驅動各硬件之間協(xié)調工作。系統(tǒng)的最大優(yōu)勢在于體積小、成本低，學生可人手一個，隨身攜帶，滿足選課走班教學的要求，走到哪里帶到哪里，隨時可以加入相應的班級進行答題、評價或簽到。教師無需打開電腦就可以通過設備自帶的LED屏實時查看到本班學生的答題或簽到情況。

系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)由硬件和軟件組成，硬件由一塊micro：bit主板、一對1.5V電池及外殼組成。軟件方面，micro：bit主板本身有微軟開發(fā)的圖形化在線平臺makecode，也有第三方開發(fā)的開源軟件如Mixly（米思齊）等，本系統(tǒng)采用Mixly，因為這款開源軟件支持多種語言，且?guī)в写诒O(jiān)控功能，方便調試，本系統(tǒng)基于Javascript開發(fā)。

1.學生端

學生端程序加載在學生手持設備這一端。程序將要用到的變量如圖1所示，變量“選項”是學生要做出的選項，變量“編號”代表這塊板的編號（避免重復發(fā)送），變量“無線組”是該班級的編組。

學生端不僅要能實現(xiàn)ABCD四個選項的自由切換，還要實現(xiàn)切換無線組和發(fā)送功能，本系統(tǒng)通過按鈕A和按鈕B的“中斷”功能分別實現(xiàn)選項ABCD和頻道（班級）的切換，如上頁圖2、圖3所示，用A+B兩個按鈕同時按實現(xiàn)發(fā)送“選項”和學生“編號”。

學生端除了要具備發(fā)射功能，還須有接收功能，接收教師發(fā)來的復位和隨機抽取的坐位號。數(shù)值為-1時復位，數(shù)值大于200時顯示座位號（接收值-200），小于200時，顯示自己的編號，如圖4所示。

學生端還有簽到功能，學生可以通過搖一搖發(fā)送自己的編號給教師進行簽到，簽到成功的學生名字會在屏幕上顯示一個勾，一秒后自動消失。

2.教師端

教師端加載在教師手持設備這一端，教師端設置的無線組號碼須與學生端一致，程序先用數(shù)組“座號”存儲每個學生的選項，以防止重新選擇，再用循環(huán)語句遍歷整個數(shù)組計算選ABCD四個選項的人數(shù)，如圖5、圖6所示。

教師端LED屏上有“柱形圖”和“滾動數(shù)字”兩種方式來實時顯示學生的選擇。如果某個單項選擇的人數(shù)超過5格，不夠顯示，則算出人數(shù)系數(shù)，再用選項除以人數(shù)系數(shù)，所以一個LED燈可以代表一個、兩個或更多的學生，以此類推，如選A的有8個學生，則自底向上顯示4個燈，按鈕A為顯示方式切換按鈕（如圖7）。

當A和B同時按下時，清0重新開始；當B按下時，改變無線組的編組最大值是20，使用時可以根據(jù)具體情況自己調整。

教師端可以隨機選座，搖一下就可以讓所有學生面板上顯示被抽中學生的編號，同時程序各個參數(shù)清零并初始化。教師端還能接收學生發(fā)來的簽到信息，向左或向右放置教師端，教師端上面以亮燈的形式顯示沒有來學生的信息。因為教師端源代碼較長，故以上只列舉了幾個關鍵部分的代碼。

3.電腦端

移動顯示結果是本系統(tǒng)的優(yōu)勢，但也會有些教師想在電腦上顯示操作結果。考慮到這個需求，系統(tǒng)還使用編程軟件Python設計了一款串口接收顯示柱形圖的程序，以及圖形化實時顯示學生簽到情況。這兩個程序的功能是收到主板發(fā)過來的串口信號后，提取出選項ABCD和簽到的數(shù)據(jù)，并通過圖形化顯示出來。

測試與結論

本系統(tǒng)外觀采用3D打印機打印而成，再加一個兩節(jié)電池和一個電池盒。整體外觀如圖8所示，教師可以群發(fā)信息到學生端。

筆者邀請了25名學生對本系統(tǒng)進行現(xiàn)場測試，在100平方米教室范圍內信號接收良好，程序各項功能運行正常。按動學生端按鈕A，LED屏會在ABCD四個選項中循環(huán)切換，按動按鈕B，頻道會在1～20之間切換（可以根據(jù)具體班級數(shù)確定），同時按動按鈕A和按鈕B，發(fā)送確認的選項。教師端默認是黑屏，接收數(shù)據(jù)。一種是柱形圖顯示結果，從左起第一列為A，第二列為B，第三為C，第四列為D。如果學生數(shù)較多，可以用一格代替兩個以上的學生。另外一種是數(shù)字顯示方式，滾動方式顯示A0B0C0D0（0代表選擇的個數(shù)）。

搖一搖教師端，所有學生端顯示搖中的座位號，實現(xiàn)隨機選座功能。學生端搖一搖是發(fā)送簽到信息給教師端，教師端接收學生端簽到信息后LED燈對應的座位號燈亮起，因為只有25盞燈，所以只能顯示25位學生，如要顯示更多，可以連接電腦顯示，不亮燈的為缺席學生座位號。

結束語

這款基于micro：bit的多功能答題系統(tǒng)，成本低，體積小，移動性好，顯示方式多樣，無需事先搭建無線環(huán)境，可自由與各班教師端匹配，具有在線答題、隨機選座和點名簽到等多項功能。該系統(tǒng)除了用于走班教學，還可以用于晚會或小型會議的投票系統(tǒng)，教師端接電腦，配合串口接收軟件，可以圖形形式顯示答題結果。綜上所述，此系統(tǒng)具有使用穩(wěn)定靈活、功能強大等特點，具有廣泛的應用前景。