浙江省小学物联网实验条件装备指导意见.doc

浙江省小学物联网实验条件装备指导意见
1 范围
本文件规定了浙江省小学物联网实验的定义、场所要求、环境要求、装备内容、实验项目和教师能力。
本文件适用于浙江省小学物联网实验器材的装备。
2 定义
2.1 物联网
运用传感器、电子标签等信息传感设备，把各种物体与互联网连接起来，进行信息交换和通信，实现对物体的智能化识别、跟踪、监控和管理的一种网络。
2.2 小学物联网实验
基于普及物联网知识，提升学生的物联网认知度，培养学生动手能力、创新能力以及协作能力为目标，运用情景式模型、拼接式模块及应用平台等物联网仪器开展物联网教学的实验。
3 场所要求
3.1面积
按照学生均面积不小于1.58 m2选择教室。
3.2 地面
与走廊的地面不宜设台阶。地面应平整、易清洁、耐磨、防滑。
3.3 门窗
应设置前后门，门洞的宽度不应小于1200 mm，门应向疏散方向开启，开启的门窗不得挤占走道的疏散通道。临空窗台高度不应低于0.9m。
3.4 网络
应设有1个或以上的千兆网络接口。
3.5 综合布线
室内电源应设总控开关，设备系统、空调、照明和电源插座用电应分路设计和分别控制。室内的电力线和信号线敷设应按标准分开。
3.6 供电
教室电气线路应采用防火要求的暗敷配线方式，安装剩余电流（漏电）保护器。供电电源额定总容量（设备系统的用电容量）应不小于设备总功率的1.5～2倍。 
3.7 接地
教室应有可靠的保护接地线，接地电阻应不大于4Ω。
3.8 消防
应备有效的消防（防火、防潮、防盗等）设施。
4 环境要求
4.1 采光
宜采用单侧进光，主要采光面应位于学生座位左侧。
4.2 遮光
窗户宜装遮光帘。
4.3 照明
应采用冷光源，宜采用3300K～5500K色温的三基色荧光灯，电子整流器，显色指数不宜低于80。
书写板宜设局部照明，书写板面的平均照度应不低于500lx，照度均匀度不低于0.7。
4.4 温度
当室内安装空气调节设备时，室内温度夏季宜不高于28℃，冬季宜不低于19℃。
4.5 湿度
室内空气的相对湿度宜在50%～70%。
4.6 通风换气
室内换气次数要求不低于3~4次／h，宜采取各种强制性的通风措施，使室内二氧化碳浓度低于1.5‰。
4.7 噪声
室内环境噪声应不大于55dB。
4.8 环保
新建、改建、扩建的专用教室，甲醛、苯、氡等有害气体和放射性污染应符合GB 18580-2001、GB 18581-2001、GB 18583-2001、GB 18584-2001标准中的限量值。
5 装备内容
5.1 实验仪器类别
情景式模型包括智慧农业模拟系统、智能家居模拟系统以及数字气象站模拟系统等，主要培养学生对物联网的认知度。
拼接式模块包括感知层模块、网络层模块、应用层模块及配套附件，主要培养学生动手能力、创新能力。
应用平台包括软件、终端以及学校自建的应用场景，主要给学生一个对物联网的真实体验感。
5.2 实验仪器配备要求
情景式模型有智能物流、智能医疗、智慧农业、智能家居等等，本配备要求中选择了三个技术成熟且现实中常见的案例，有条件的学校可自行选择配备。
拼接式模块主要由感知层模块、网络层模块、应用层模块及配套附件组成，本配备要求中按照每个教室45人为例，学生以每3人一套，教师配备两套的原则配备。
应用平台中的应用场景由学校自行建设，本文件中只规定了软件和终端的要求。
实验仪器配备要求（见表1）为小学物联网实验仪器需配备的最低要求，有条件的学校可以按需增加设备种类，提高设备功能规格和配备数量。
表1实验仪器配备要求
序号
名称
功能规格
单位
配备
数量
一
情景式模型
1
智慧农业
模拟系统
包含温度传感器模块、湿度传感器模块、二氧化碳传感器模块、光照度传感器模块、WIFI模块、控制模块、加湿器、风机、LED暖灯、摄像头等。
套
1
2
智能家居
模拟系统
包含声音传感器模块、光照度传感器模块、温度传感器模块、热释电红外传感器模块、控制模块、WIFI模块、LED照明灯、风扇、加湿器、蜂鸣器等。
套
1
3
数字气象站
模拟系统
包含风向传感器模块、风速传感器模块、降雨量传感器模块、光照度传感器模块、温度传感器模块、湿度传感器模块、大气压传感器模块、Wifi模块、控制模块、蜂鸣器模块等。
套
1
二
拼接式模块
（一）
感知层模块
1
声音传感器模块
检测声波强度的变化值；量程：60db～100db；
分度值：0.1db。
个
17
2
温度传感器模块
感知环境温度变化值；量程：温度-10℃～100℃；
分度值:1℃。
个
17
3
光照度传感器模块
检测光照度的强弱变化值；量程：0lux-1000lux；
分度值：1lux。
个
17
4
热释电红外传感器模块
检测人体辐射的红外线；量程：≤100度锥角，0cm～300cm。
个
17
5
二氧化碳传感器模块
感知二氧化碳气体浓度变化值；量程：350ppm～5000ppm；分度值：1ppm。
个
17
6
丁烷传感器模块
感知可燃气体（丁烷）浓度变化值；量程：300ppm～10000ppm；分度值：1ppm。
个
17
7
称重传感器模块
感知物体质量的变化值；量程：0g～500g；
分度值:1g。
个
17
8
湿度传感器模块
感知环境湿度变化值；量程：20%RH-90%RH；
分度值：1%RH。
个
17
9
RFID电子标签模块
可以储存信息，附带阅读器；
个
17
（二）
网络层模块
1
连接线
用于电子元件之间的相互连接，以实现信息数据传输，可以是杜邦线或者串口线。
条
若干
2
WIFI模块
符合IEEE 802.11b/g/n标准。
个
17
（三）
应用层模块
1
控制模块
cpu≥8位，主频≥8mhz，闪存≥8K；含可控制数模兼容接口，具备端口扩展能力。
个
17
2
语音播放器模块
内置语音芯片，可以根据指令播放语音。
个
17
3
蜂鸣器模块
有源蜂鸣器，可用于提醒或警报。
个
17
4
电子开关模块
用于驱动外围设备，控制电源通断。
个
17
5
LED数码管模块
二位或者四位。
个
17
6
LED灯

个
17
7
电机模块
可以让控制模块驱动旋转。
个
17
（四）
配套附件
1
电池盒
可装5号电池3节，带开关，能与电子模块相互连接。
个
17
2
电池
5号干电池或充电电池。
节
51
3
电源适配器
5V，2A；3C认证。
个
17
4
编程软件
提供图形化（scratch）编写方式
套
17
5
控制平台
通过远程控制和命令，实现物联网功能。
套
17
6
平板电脑
（8.9英寸～12.1英寸）触控液晶显示屏,内存1G以上,可参考当前主流配置。
块
17
7
机械构件
ABS材料，由结构件和连接件组成，可以搭建不同的模型。
套
17
8
课程教材
教学资源，产品说明书、使用手册
套
17
三
应用平台
1
软件
能实现对物联网数据采集、统计、分析、控制等功能，实现互联网互通，实现物联网功能。包含计算机和移动端应用软件等
套
1
2
终端
包含物联网数据采集终端设备、控制设备、执行设备等
套
1
注：表内所有电子模块均内置可插拔接口，相互间可通过连接线连接工作。
6 实验项目
根据装备的内容，小学物联网实验可开设的实验项目见表2和表3。以下所有物联网实验项目仅作为示例，建议学校自行开发实验项目，建设校本课程。情景类模型开展的实验项目以三大情景类模型展现。拼接类开展的实验项目以节能环保、家居安防以及娱乐游戏三类主题设置，宜配合机械构件构造模型。
表2情景类模型开展的实验项目
序号
示例
描述
1
智慧农业模拟系统
实现远程实时监测植物生长环境，通过计算机软件界面或校园网站实时显示监测数据；当环境湿度低于正常值，控制加湿器调节环境湿度；当二氧化碳浓度低于正常值，控制风机调节二氧化碳浓度；当环境温度低于正常值，控制LED暖灯调节环境温度。
2
智能家居模拟系统

实现远程实时检测家居环境，通过计算机软件界面或校园网站实时显示检监测数据；当有人闯入，蜂鸣器发出报警；当环境光照度低于正常值，控制照明灯调节环境光照度；当环境温度高于正常值，控制风扇调节环境温度。
3
数字气象站模拟系统
实现远程实时监测气象环境，通过计算机软件界面或校园网站实时显示监测环境中的风速、风向、降雨量、大气压、温湿度、光照强度等数据。

表3拼接类模块开展的实验项目
序号
示例
描述
所需器材
一
娱乐游戏
1
电子秤
当称物体重量时，LED数码管模块自动显示所称物体的重量，语音播放器播放所称物体的重量。
控制模块、语音播放模块、LED数码管模块、连接线、称重传感器模块、电池盒、电池
2
能听会说的温度计
当听到询问温度的声音时，自动播报当前温度。
控制模块、语音播放模块、连接线、声音传感器模块、温度传感器模块、电池盒、电池
二
家居安防
1
二氧化碳监控
当二氧化碳浓度过高时，风扇自动旋转起来。
控制模块、二氧化碳传感器模块、连接线、蜂鸣器、电池盒、电池
2
门禁监控
RFID电子标签模块阅读器感知电子标签信息不符合时，蜂鸣器发出警报声。
RFID电子标签模块、电子开关模块、连接线、蜂鸣器、电池盒、电池
3
可燃气体监控
当丁烷浓度过高，蜂鸣器发出警报声。
控制模块、丁烷传感器模块、连接线、蜂鸣器、电池盒、电池
三
节能环保
1
声控灯
当听到声音的时候，LED灯自动亮了。
控制模块、声音传感器模块、电子开关模块、连接线、LED灯、电池盒、电池
2
温控风扇
当温度高于某个值，风扇自动开启。
控制模块、温度传感器模块、电子开关模块、连接线、小风扇、电池盒、电池
3
光控灯
当环境光照度过低时， LED灯亮了。
控制模块、电子开关模块、光照度传感器模块、连接线、LED灯、电池盒、电池
4
楼道灯
当有人走近时，LED灯亮了。
控制模块、热释电红外传感器模块、电子开关模块、连接线、LED灯、电池盒、电池

7 教师能力
7.1 物联网知识
熟练掌握小学阶段物联网的相关知识。
7.2 计算机和软件
7.2.1 软件知识
了解软件各功能，能够熟练使用软件的通用界面，能够进行图像化界面的编程，了解所使用的各种传感器测量的物理量的含义。
7.2.2 硬件知识
正确认识各拼接式电子模块，并能排除系统的常见故障。
7.2.3 实验能力
了解实验仪器性能，能够脱离产品说明书熟练操作实验仪器。
7.2.4 设计实验能力
具有根据实验项目、要求和现有实验器材设计实验能力，能够灵活设计实验和变通使用仪器。
7.2 课程建设
具备制定校本课程建设以及教材建设能力，能够深入物联网教学内容与体系的研究。