當中秋賞月遇上物聯網

吳寧靜 謝作如

● 項目背景

中秋將至，校園里傳來了學生們朗朗的讀書聲，創客社團的同學們正在使用掌控板和Mind+進行頭腦風暴編程，我靈機一動，提出一個問題：“同學們，我們能不能用Mind+將古詩的內容表現出來？”

一個學生自信地說道：“這個肯定能！”接著，又有學生補充：“中秋快到了，還可以制作一些思鄉的場景。”就這樣，小創客們開啟了研究征途。

他們選定了李白的《靜夜思》和蘇軾的《水調歌頭》作為動畫背景，進行了分工合作，收集圖片和音樂素材，使用PS摳圖，進行編程。終于完成了一個有趣的動畫作品——使用掌控板的A、B鍵來控制不同畫面和聲音。

能不能用物聯網技術，做一個連接Wi-Fi的道具來控制動畫的播放？這樣就引出了一個新的話題：當中秋賞月遇上物聯網。

● 項目目標

通過真實而具體的信息活動，培養運用信息技術解決問題的能力;了解物聯網技術的基本工作流程，能夠用互動媒體技術演繹傳統文化，激發創造力;體驗互動媒體技術中“自然交互”的價值，感受中國詩歌的意境。

● 項目準備

提供Wi-Fi環境的網絡機房;學生人手一塊掌控板。

● 項目實施

1.引入問題與確定需求

我提出問題：使用掌控板的A、B鍵控制不同動畫的播放顯得有些刻意，有沒有更加自然的方式去控制詩歌的播放呢？

學生們思考在古詩動畫播放的情況下，選擇何種姿態與計算機進行交互才最自然。經過一次次的討論，根據詩人念詩時總喜歡搖頭晃腦的特性，他們提出要制作一個智能帽子。

一開始，學生將掌控板固定在帽子上再連接計算機，馬上就發現了一個很大的問題：線不夠長也不夠方便。怎么才能自由地進行交互呢？學生提出如果可以無線進行交互就好了。這樣，就自然而然地引出了物聯網技術。

2.項目研究與學習支持

用物聯網的方式進行交互，需要了解一個重要的協議——MQTT。MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協議），是一種基于發布/訂閱模式的“輕量級”通信協議，該協議構建于TCP/IP協議上，由IBM在1999年發布。MQTT最大的優點在于，可以以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠程設備提供實時可靠的消息服務。作為一種低開銷、低帶寬占用的即時通信協議，MQTT在物聯網、小型設備、移動應用等方面有較廣泛的應用。

我先讓學生根據范例，添加MQTT協議參數，連接SIoT服務器，如果連接成功，則掌控板顯示網絡連接成功。

3.小組合作與流程圖繪制

學生們先搭建了SIoT服務器平臺，然后登錄SIoT管理頁面，打開Mind+軟件準備編寫程序。在編寫程序之前，學生小組合作討論智能帽子的工作流程并繪制流程圖。

智能帽子的工作原理是：用戶變化姿勢，掌控板讀取內置傳感器的加速度值，通過上傳模式，不斷地發送信息至MQTT（SIoT）服務器。另一端計算機MIND+通過連接MQTT，接收到帽子端的掌控板發送的不同信息，判斷在一段時間內加速度值屬于的范圍。如果發送的信息判斷屬于低頭則播放李白的《靜夜思》的動畫，如果接收到的信息判斷屬于抬頭則播放蘇軾的《水調歌頭》的動畫。

4.程序編寫與測試優化

（1）計算機端的程序編程（實時模式）

步驟1：編輯背景并繪制各種角色。繪制角色“詩人”（分為抬頭和低頭兩種造型）、月亮、水調歌頭、靜夜思等。

步驟2：添加MQTT協議參數，連接服務器。

步驟3：新建變量i和j，訂閱服務器轉發的MQTT消息，判斷在一段時間內加速度值的范圍，然后選擇播放“靜夜思”動畫，還是“水調歌頭”動畫（如圖1）。

（2）掌控板端的程序編程（上傳模式）

步驟1：連接Wi-Fi。如果連接成功，掌控板顯示“Wi-Fi連接成功”。

步驟2：添加MQTT協議參數，連接服務器。如果連接成功，掌控板顯示“MQTT連接成功”。

步驟3：定時發送掌控板讀取到的加速度值（如圖2）到SIoT服務器。

在程序編寫環節，學生基于興趣愛好、生活經驗，選擇不同的詩歌主題和內容，最后對角色造型、音樂等進行設計，培養創意想象和設計思維。

5.項目評價

最后，學生通過現場演示的形式，展示自己設計的作品，并且在同伴的幫助下，拍攝一個小視頻。有的學生展示了《臨江仙》的蘇軾——人生如逆旅，我亦是行人;有的學生展示了“滾滾長江東逝水，浪花淘盡英雄”的壯麗場景;有的學生將自己比作李白，將“舉頭望明月，低頭思故鄉”的感情用身體姿態展示出來。

● 項目反思

學生通過戴上智能帽子的抬頭和低頭、姿勢的變化，與MIND+進行自然且自由的交互，切換詩歌的場景，感受詩歌的意蘊。學生還將他們的作品上傳至云平臺與他人進行交流分享，延伸自評和互評的途徑，也為項目的迭代探究和創新進行備份。由于動作匹配的算法較復雜，本案例中的學生加速度判斷僅在一個范圍內，不夠精確。但是對于學生而言，他們實現了預設目標，能夠學以致用，充分體驗了中國古詩的魅力以及信息技術應用于生活的實際意義。