物聯(lián)網(wǎng)在小學科學教學中的應(yīng)用與實踐

■天津市和平區(qū)職業(yè)中等專業(yè)學校 劉若淼

物聯(lián)網(wǎng)在小學科學教學中的應(yīng)用與實踐

■天津市和平區(qū)職業(yè)中等專業(yè)學校 劉若淼

1995年，比爾·蓋茨在《未來之路》一書中，首次提出“Internet of Things”（物聯(lián)網(wǎng)）概念，受限于技術(shù)發(fā)展水平，當時并未引起業(yè)界重視。近年，隨著科技水平不斷提高，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)隨之迅猛發(fā)展起來。實質(zhì)上，物聯(lián)網(wǎng)就是利用互聯(lián)網(wǎng)或移動網(wǎng)絡(luò)等通信技術(shù)，把傳感器、控制器、人和物等按照新的方式聯(lián)系在一起，實現(xiàn)信息化、智能化和遠程管理的網(wǎng)絡(luò)。它拉近了人與物之間的距離，可以說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起是一次新的信息技術(shù)革命。如今，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在智能交通、公共服務(wù)、環(huán)境監(jiān)測、家居生活、安全等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

一、小學階段開設(shè)相關(guān)課程的價值與意義

科學教育是全面推進素質(zhì)教育的重要途徑，旨在培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和科學品質(zhì)，注重個性塑造和動手能力的培養(yǎng)。目前我國多數(shù)地區(qū)的科學教育仍然以滯后于當前科技發(fā)展水平的陳舊教科書為主要材料，紙上談兵有余，實踐經(jīng)驗不足，與信息時代的快速發(fā)展步伐相脫節(jié)。

小學階段的學習是學生個人成長和發(fā)展的基礎(chǔ)，這一階段的科學教育更應(yīng)注重對學生興趣的激發(fā)和培養(yǎng)。培養(yǎng)其自主學習的能力、主動適應(yīng)社會變化的能力，鼓勵他們將科學知識與生活中遇到的問題聯(lián)系到一起，進行創(chuàng)造性學習。

我國是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國，讓學生從小對農(nóng)業(yè)、對種植有一定的了解，是他們成長過程中應(yīng)有的一種體驗。和平區(qū)地處天津城市中心，土地寸土寸金，校園面積狹小。這種情況下，絕大多數(shù)學生在學校和家庭都沒有機會參與栽培、耕作活動。為彌補“農(nóng)業(yè)教育”這塊短板，和平區(qū)勞技中心利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把農(nóng)田由平面變成立體結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新研發(fā)了“物聯(lián)網(wǎng)種植架”，把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入和平區(qū)中小學校園。

二、物聯(lián)網(wǎng)的教學應(yīng)用

1.結(jié)合實際，利用物聯(lián)網(wǎng)開展勞動實踐教育。

為了讓學生多親近自然，熱愛生活，提升他們的勞動能力，增進他們對新科技知識的了解，和平區(qū)勞技中心在萬全小學、昆明路小學、岳陽道小學、新星小學開設(shè)了“物聯(lián)網(wǎng)種植”課程，并結(jié)合本區(qū)實際情況，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自主研發(fā)了“物聯(lián)網(wǎng)種植架”。這套種植架有三層，每層都分為水培和基質(zhì)培兩套種植系統(tǒng)，可以利用太陽能和電能的轉(zhuǎn)化提供運轉(zhuǎn)動力，利用各種傳感器測得植物生長數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給后臺控制系統(tǒng)。學生可以通過移動終端或PC機查看和遠程觀測種植架上的植物實時生長情況，并在后臺管理系統(tǒng)中配置植物的養(yǎng)護指令。

2.動手實踐，強化學生體驗。

把學生進行分組，學生輪流參與種植，全體學生都可以進行物聯(lián)網(wǎng)體驗。劃定每個參與種植的學生在“物聯(lián)網(wǎng)種植架”上的“責任田”，讓學生親自體驗種子萌發(fā)、育苗、移栽、養(yǎng)護、收獲的全過程。

清明前后，種瓜種豆，帶學生們一起撒下橡葉生菜的種子，一周后查看出芽情況，一起計算發(fā)芽率。學生們定期觀察植物生長態(tài)勢，寫種植日記，記錄他們在種植過程中的點點滴滴。“在我們的精心呵護下，又過了兩周，生菜長出子葉，待長出兩片真葉后，幼苗就可以移栽了。”學生這樣寫道。

初學移栽，教師示范后要求學生獨立完成全過程，包括移栽前的準備工作和移栽后植株的養(yǎng)護等，從而培養(yǎng)學生規(guī)范操作的習慣，鍛煉他們獨立完成任務(wù)的能力。將同一批植株移栽至種植架上水培和基質(zhì)培兩種不同的生長環(huán)境中，對比觀察植株在不同環(huán)境下的生長狀態(tài)和生長過程，并記錄下來。

學生還可以隨時通過網(wǎng)絡(luò)對植株進行遠程觀測，或者通過后臺管理讓物聯(lián)網(wǎng)智能運行。一株株植物茁壯成長起來后，學生們動手采摘自己的勞動果實。此時，他們會更加懂得呵護生命、熱愛生活。

種植活動強調(diào)學生動手實踐，提倡主動參與，追求活動體驗，力求以“物聯(lián)網(wǎng)種植架”為載體，提高學生的科學素養(yǎng)，讓學生健康、快樂地成長。

3.剖析原理，解析各種事例。

教師演示“神奇”的智能家居。手機可以通過攝像頭打開和關(guān)閉家里的電視機，這讓學生們驚嘆不已。通過放視頻，讓學生了解ETC（不停車電子收費系統(tǒng)）專用車道、安全保護裝置、智能穿戴等各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實例，增長學生的見識，讓他們看到物聯(lián)網(wǎng)已給現(xiàn)代生活帶來的便利。那么，這其中的原理是什么呢？

傳感器化作一個個小的芯片植入物體中，測得目標數(shù)據(jù)。比如“物聯(lián)網(wǎng)種植架”中的土壤濕度傳感器，是用來測定土壤中水分含量的，如果土壤水分低于設(shè)定值的下限，控制器就判斷需要給植物澆水，從而發(fā)出澆水的命令。再如，煙敏傳感器測到空氣中煙霧濃度增加到設(shè)定的閾值，則自動打開指示燈提示環(huán)境質(zhì)量，等等。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，也是課堂教學中的一個難點。傳感器的概念對于小學生來說是完全陌生的，將傳感器與人體感覺器官進行類比，從而變抽象為形象，幫助學生形象地理解傳感器的作用，為后面物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)意設(shè)計作鋪墊。

4.內(nèi)容拔高，鼓勵創(chuàng)新式學習。

把Arduino和Ardublock引入課堂。Arduino是一種單片機，也就是前文提到的控制器。Ardublock是一種適合于電路零基礎(chǔ)的人群（如學生）學習的編程軟件。兩者結(jié)合使用，所有編程步驟都可以通過搭積木的方式，把高級的計算機語言和專業(yè)的語法，簡化為一個個模塊，堆砌在一起。學生通過一段時間的學習，能夠按照自己的意圖進行簡單的編程，創(chuàng)意設(shè)計出個性化和有特色的作品。

要求學生利用Arduino和各種傳感器自主創(chuàng)作一個小作品，如一個自動澆花裝置。學生按照意圖利用Ardublock可視化編程，將程序?qū)階rduino，搭接濕敏傳感器和繼電器，從而實現(xiàn)自動澆花功能。

5.及時總結(jié)，注重問題反饋。

物聯(lián)網(wǎng)的原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用是課程的難點，學生的種植體驗和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用是課程的重點。教師應(yīng)隨時引導(dǎo)學生對物聯(lián)網(wǎng)知識和種植經(jīng)驗進行總結(jié)，通過總結(jié)歸納的方式，把學習中的所得轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)。

同時，在實踐類教學中，教師應(yīng)該及時對學生提出的問題給予反饋。引導(dǎo)學生通過實驗等方法解決自己提出的問題，教給學生探究式學習的方法，培養(yǎng)學生提出問題—創(chuàng)新解決的思維模式。

三、結(jié)語

小學科學教育是激發(fā)學生興趣和培養(yǎng)學生動手能力的重要途徑，這一階段的學習對其終身發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，值得重視。如今，物聯(lián)網(wǎng)革命已經(jīng)悄然開始，讓學生接觸并理解物聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用，對于學生的全面發(fā)展和我國的科技進步具有戰(zhàn)略性意義。

（責任編輯 鄧 蕙）