在上课过程中，要了解学生的学习掌握情况，教师通常用提问的方式，让学生举手反馈。但是，用举手的方式来统计结果显然不够精确，而且只能用于判断题。在一些智慧课堂中，教师常常会借助可以在线统计结果的答题系统，设计以选择题为主的课堂练习，学生则使用平板电脑、手机之类的智能终端，及时反馈练习的结果。
因为课堂管理的问题，学生人手一台平板电脑或者手机，对许多学校来说还很难普及，比较常见的做法是购买手持式课堂答题器。其实，利用创客空间中的开源硬件，可以自主开发一个简单的课堂答题器，用低成本的方式实现课堂练习的实时反馈。
技术分析
课堂答题器是一个典型的信息系统。从原理上看，课堂答题器一般由答题终端、服务器和结果统计模块三大部分组成。答题终端接受学生输入的答案，并将身份标识信息和答案发送给服务器；服务器负责接收数据，处理后存入数据库；统计结果模块以图示的形式呈现答题的统计结果，供教师访问查看。系统工作流程如下图所示。
笔者在编写浙江教育出版社出版的教材《开源硬件项目设计》时，曾经用micro:bit设计了一个类似的课堂答题器。因为micro:bit不支持Wi-Fi，所以只能利用无线广播技术，在服务器上增加一块micro:bit作为信息接收机，再通过串口采集数据到数据库，过程有点复杂。在掌控板发布后，笔者修改了代码，直接在服务器上运行Web服务，掌控板通过Wi-Fi提交答题结果，少了一个环节，操作就简洁多了。
用Python的Flask框架编写一个Web服务器并不复杂。在数据库方面，自然选择了Python内置的Sqlite。而这个数据库仅仅用于存储数据，一个表（STU_ANS）、两个字段就可以了，如下图所示。其中STU用来存储学生标识信息，ANS存储答案。
硬件搭建
因为micro:bit的输入按钮只有A和B，作为课堂终端总感觉捉襟见肘。为了能够正确输入，笔者借鉴了空调遥控器的控制方式，即用一个按钮来循环切换答案，另一个按钮表示确定。
当更换为掌控板后，这个问题就不复存在了：掌控板有6个触摸键，可以组合出很复杂的操作。答题终端只需一块掌控板和供电底板，不需要外接任何电子模块。笔者在网上找了一下，发现盛思设计的掌控宝、桃李科教设计的百灵鸽等扩展板，采用的是堆叠式设计，方便手持操作和随身携带，很适合作为答题终端。如下图所示，就是加了硅胶外套的掌控宝，看起来很有产品的“质感”。
代码编写
在课堂答题器项目中，软件设计是重点，大部分功能都需要软件来支撑。要考虑多终端的区分，还要用友好的界面呈现答题统计结果等。
1.多终端区分的功能设计
“多终端区分”显然是一个重要的功能需求，因为要记录每一位学生的答题情况。实现用户身份标识的方式很多。例如，获取某一设备的序列号，并将序列号作为唯一标识；给设备进行编号，保证编号是不重复的，便可以作为标识；使用设备的IP地址，用IP地址作为唯一标识等。
如果使用的终端很多，采用IP地址作为唯一标识的方式比较合适，因为这样做不需要给每一个掌控板烧录不一样的固件，只需要在路由器上给掌控板的MAC地址分配固定IP。而如果只有十来个终端，直接编号再刷写固件也很方便。
2.Web服务器代码编写
Web服务器需要提供多个接口，每一个接口都是一个唯一的URL，如接收答题数据、返回统计结果等。返回数据采用标准的Json格式，具体规划如下表所示。
以统计结果为例，返回的Json数据样例如下图a所示。统计结果的算法比较简单，只要不断累加即可，参考代码如下图b所示。
图a
图b
因为代码较长，这里就不再提供具体的Python代码。如有需要，请访问GitHub：https://github.com/xiezuoru/xzrbook。
3.掌控板的代码编写
掌控板的代码并不长，核心功能是连上Wi-Fi，然后在OLED上显示操作提示。通过触摸键更新答案，按下B键则提交答案到服务器。不得不说，使用MicroPython的urequests库实现HTTP协议的网页访问操作非常简单。核心代码如下图所示。
产品测试
将掌控板的代码下载到掌控板上后，开始测试这个答题系统。首先要运行Web服务，界面如下图所示。
打开掌控板的电源开关，等待数秒后，掌控板连上Wi-Fi，其OLED屏幕上会显示操作信息。选择答案后提交，显示信息如下图所示。
打开浏览器，访问http://127.0.0.1:8080，即可看到一个简单的结果统计网页，如下图所示。
为了方便教师上课管理，笔者还特意设计了一个简单的网页，用浏览器打开后，就能设置正确答案，查看答题情况，或者清除当前答题记录，如下图所示。
笔者曾经在一堂小规模的公开课中，使用过这个课堂答题器。无论是从性能的稳定还是使用的便捷方面去比较，它和购买的课堂答题器产品差别并不大。部分学生了解了运行原理后，还提出一些很不错的想法，如将题目内容直接发送到掌控板上通过OLED显示屏显示出来，答题结束后告诉学生是否正确。当学生掌握了开源硬件的基本操作后，就多了一个能实现创意的工具。智慧校园和智慧课堂，都将成为学生发挥创意的技术实践场，这正是我们努力的方向。
本文作者：
谢作如 浙江省温州中学
李琦 浙江省诸暨海亮实验中学
节选于《中国信息技术教育》2021年第17期 专题文章
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