信息技術與綜合實踐活動整合的探索思考
——以《水位報警與智能泄洪》一課的教學為例

江蘇南通市十里坊小學（226000）丁愷

綜合實踐活動具有較強的綜合性、實踐性和可操作性，教師在教學中要盡可能地給學生提供參與各項實踐操作和體驗的機會。受課堂教學空間的限制，教師有時無法基于實際再現真實的生活化情境，怎么辦呢？這時就可以充分運用信息技術，創設模擬的、參與性的教學情境。《綜合實踐活動指導綱要》明確指出：“要把信息技術有機地融入綜合實踐活動的內容與實施過程之中。”信息技術改變了綜合實踐活動課程教學內容的呈現方式和學生的學習方式，可充分激發學生探索的欲望，培養學生的探究精神和創新意識。信息技術與綜合實踐活動的整合，有利于培養學生的探索精神、合作能力以及收集和利用信息解決實際問題的能力。那么，如何將信息技術有機地融入綜合實踐活動中呢？下面，以《水位報警與智能泄洪》一課的教學為例，談談自己的探索和思考。

一、聚焦問題

每年六、七月份是我國南方降雨的高峰期，俗稱梅雨季節。雨量過多會導致水庫、湖泊水位上升，洪澇災害頻發。如何讓水庫、湖泊在到達警戒水位時及時給出警示并自動開閘泄洪呢？

在解決抗洪防汛問題的基礎上，為培養學生應用物聯網知識處理實際問題、參與公共事務的能力，這節課教學進行了一些學科整合的思考。以下是這一課的教學目標。

科學目標：了解洪水形成的原因以及預防應對的方法，了解水庫泄洪的重要性，了解超聲波水位傳感器的工作原理。

技術目標：完成水位報警智能泄洪裝置的設計圖，完成水位報警智能泄洪裝置的程序設計。

工程目標：利用物聯網模塊完成水位報警智能泄洪裝置的搭建。

二、調查分析和活動體驗

梅雨季節降雨量過大會導致河流水位迅速上漲，如果不能及時泄洪，水量積聚過多，水壩很有可能被沖垮，對下游地區造成不可估量的損失。1998年6月，長江流域進入梅雨季節后，各地暴雨、大暴雨、特大暴雨頻繁。當年汛期，長江流域共出現74個暴雨日，其中大暴雨日64天，占暴雨日總數的86%；特大暴雨日18天，占暴雨日總數的24%。

持續的暴雨天氣，導致山洪暴發，江河洪水泛濫，堤防、圍院漫潰，局部地區出現山體滑坡、泥石流，給長江流域造成嚴重損失。據不完全統計，1998年的洪澇災害受災人口超過一億人，死亡1800多人，受災農作物1000多萬公頃，倒塌房屋430多萬間，直接經濟損失達1500多億元。此次洪澇災害的啟示是應做到未雨綢繆，增強防洪意識，加大防洪設施建設。

三、教學過程

1.情境導入，追根溯源

師：（在學生看完視頻后）為什么日常生活中溫柔、安靜的水會變得如此可怕？

（學生小組討論、分析事件，教師對學生的回答進行歸納總結，得出“水失去控制”這個結論）

師：水量控制好了，可以澆灌農田，給我們提供生命之源，所以人們一直在尋找控制水的方法。相信大家都讀過大禹治水的故事，那春秋時期，楚國人孫叔敖在芍陂興修水利，并建造了一個設施來控制水。你們知道這個設施是什么嗎？

生：水庫。

（學生討論水庫的作用和原理）

師：同學們的討論非常熱烈，說得也很有道理。水庫可以通過開、關閘門來控制水（通過模型模擬開閘、關閘）。可是視頻中也有水庫，為什么沒有控制好水，反而演變成了洪災呢？

生：因為沒有及時泄洪，潰壩后水溢了出來。

【評析】通過課前的調查分析和活動體驗，學生經歷了一個從模擬情境到現實情境再到抽象設計控制設施的過程。在問題情境的發展變化過程中，學生運用多種感官體會和理解水庫泄洪的重要性，并進行抽象概括。這樣教學激發了學生的學習興趣，加深了學生對水庫作用的認識，使學生明白用開、關閘門來控制水的想法來源于生活實際，從而為之后設計自動報警與智能泄洪裝置做好鋪墊。

2.合作探究，巧妙解疑

師：是啊，連續多日暴雨加上又是深夜，沒有及時開閘泄洪，所以釀成了悲劇。那么，請同學們思考一下，水庫潰壩的主要原因是什么？

生1：沒能及時開閘泄洪。

師：為什么沒能及時開閘泄洪？

生2：因為當時是晚上，沒能及時發出警報。

師：哦，所以難點在于如何及時發出警報。同學們能不能開動聰明的大腦，在小組內討論一下，想一個好辦法來實現自動報警與智能泄洪呢？（出示課題1，學生小組討論）

生3：在警戒水位線下方開一個排水口，利用浮球浮板……

師：同學們想到的方案大多是利用機械原理。那么，能不能用傳感器設計一個智能裝置，讓它自主探測水位高度，判斷水位是否接近警戒水位，根據水位控制報警系統和閘門的開啟與關閉呢？

生4：可以。

師：那我們可以用哪種傳感器？哪種傳感器可以測量距離？

生5：超聲波傳感器。

師：好，那我們就來嘗試用超聲波傳感器來測量距離，巧妙地控制水位。（出示課題2）那么，超聲波傳感器又是如何測量距離的呢？

生6：發射一道超聲波，根據超聲波碰到水面返回的時間，就可以計算出距離。

師：很好，現在我們用超聲波傳感器測量水位。（出示超聲波模塊圖標）那用什么來發出警報呢？

生7：蜂鳴器、報警燈。

師：（出示蜂鳴器、LED燈模塊圖標）用什么來控制閘門的開啟和關閉呢？

生8：馬達、舵機。

師：（出示舵機模塊圖標）還需要什么來指揮這些模塊運行呢？

生9：主控板。

師：（出示主控板模塊圖標）有了這些模塊，你們能畫出設計圖將它們安裝在合適的位置嗎？

生10：可以。

師：好，請各小組閱讀“學案項目一”，組內合作完成水庫智能報警泄洪裝置的設計圖。

（教師巡視指導，學生小組合作畫出設計圖）

師：看來，有不少小組已經完成了設計。哪一組愿意和大家分享一下自己的設計？（有一組學生舉手）好，就請這一組同學。

（學生展示設計）

師：讓我們一起來看看這組同學的設計，大家一起幫他們找找設計漏洞。

（學生檢查設計圖中超聲波傳感器安裝的位置、面向的方向及舵機安裝的位置、報警器和主控板安裝的位置是否合理，先討論完善，然后展示）

【評析】通過對水庫潰壩原因的了解，教師讓學生想辦法讓水庫根據水位自動報警，從而實現智能泄洪，引發學生的求異思維，激起學生對水庫智能報警泄洪裝置設計的進一步思考。這樣教學，讓學生明白超聲波傳感器安裝的位置、面向的方向以及舵機安裝的位置、報警器和主控板安裝的位置是否合理，需要結合具體設計對相關數據進行優化計算方能確定。

3.結合圖紙，完成搭建

師：現在設計圖已經完成了，請各小組閱讀“學案項目二”，根據你們的設計圖，利用樂高積木塊和其他工具將各種模塊安裝到水庫模型上。要求組內合作，注意安全。

（教師巡視指導，學生小組合作完成拼搭）

師：老師發現已經有不少小組完成了搭建。哪一組愿意展示一下？

（學生展示匯報）

師：請其他小組仔細觀察，看看他們的作品有沒有需要改進的地方。

（師生討論各個模塊安裝的位置是否合理）

【評析】通過對設計圖紙的進一步完善，學生利用樂高積木塊和其他工具將各個模塊安裝到水庫模型上。有了動手制作的愿望，學生的思維聚焦在設計和制作的方法上。在學生交流的過程中，教師鼓勵學生充分發表見解，展示思維過程，然后通過師生交流及時提煉出最佳方案，使學生的思維在多種方法的交流與比較中向縱深發展。

4.結合實際，設計程序

師：現在各組同學已經將自己設計的智能報警泄洪裝置安裝在水庫模型上了，這個裝置開始發揮作用了嗎？

生11：沒有。

師：為什么呢？

生12：因為還沒有編寫程序。

師：那你們準備如何設計這段程序呢？這段程序要控制各個模塊做什么？老師這里有一張表格（如下表），請同學們思考一下如何填寫。

（學生填寫表格）

超聲波模塊測量水位高度三種模塊之間的關系舵機模塊水位過高時開閘水位恢復后關閘超聲波模塊測量的水位高度決定舵機模塊和報警模塊的開啟與關閉報警模塊或蜂鳴器模塊水位過高時開啟報警水位恢復后關閉

【評析】在綜合實踐活動中運用信息技術完成水位報警智能泄洪裝置，在學生看來是一件很有吸引力的事。水位升高就會進行智能報警，這是一件多么神奇的事情！學生邊玩邊主動地思考，在一次次驗證中經歷建模的過程，在新知的生長點上逐步深入，有層次、有梯度地突破了學習難點。

5.總結回顧，品味收獲

師：今天，同學們通過積極思考、合作探究，完成了水位報警智能泄洪裝置的圖紙設計與模型搭建，最后還完成了智能程序的設計，老師為你們感到驕傲！老師希望同學們在今后的學習中都能像今天這節課一樣，善于思考，積極合作，勇于探究，解決遇到的每一個問題。

【評析】這個環節，教師組織學生在回顧交流中分享收獲、總結方法，在思維碰撞中質疑問難，在興趣的驅動下主動參與信息技術和綜合實踐活動整合的學習活動。這樣教學，既拓寬了學生的知識視野，增強學生的學習信心，又將課堂教學向課外延伸，使學生習得更豐富的知識。

四、教學反思

通過對教學案例的探索與思考，筆者認為信息技術可以為學生的綜合實踐活動提供豐富的資源。首先，綜合實踐活動是一門集生活性、知識性、參與性、自主性、探究性于一體的全新課程。開展綜合實踐活動需要收集大量的資料，收集資料的途徑雖然有很多，但更高效、方便的資料收集途徑是利用信息技術進行的。其次，信息技術可以通過文字、圖像、音頻、視頻等方式，為學生創設生動、直觀、形象的教學情境。這樣可撥動學生的心弦，激發學生探究的興趣，引發學生的聯想，喚醒長時記憶中有關的知識、表象或經驗，達到事半功倍的教學效果。第三，信息技術與綜合實踐活動的有效整合，有助于培養學生的探究精神和實踐能力。綜合實踐活動強調學生的自主參與、積極探究，而信息技術作為學生獲得信息、探索問題、解決問題的手段，為學生探究、理解和構建知識系統提供了平臺。信息技術改變了綜合實踐活動課程教學內容的呈現方式和學生的學習方式，有助于激發學生探索的興趣，培養學生的探究精神和創新意識。

另外，小學綜合實踐活動以活動為主要開展形式，貫穿課前、課中和課后，能最大限度地發揮學生的自主性，進一步培養學生的創新能力，發展學生獨特的個性，使學生的核心素養在活動中不斷得到提高。

如《水位報警與智能泄洪》一課是比較好的以現代信息技術為載體，與大家分享學習成果的成功案例，既讓學生獲得探究成功的喜悅，又分享了學習資源，激發了學生的自豪感。利用信息技術拓展延伸課程知識，讓課內、課外無縫鏈接，能使學生的核心素養在綜合實踐活動過程中不知不覺地得到發展，再學習、再創造的能力得到提升。

總之，信息技術與綜合實踐活動的整合，教師應從課程目標出發，充分挖掘信息技術的多種功能，將信息技術真正地融入綜合實踐活動教學中。在這個過程中，教師要以學生的心理發展為線索，從學生的實際發展需求出發，不斷優化教學過程，提高教學質量，培養學生的信息技術應用意識，提高學生的核心素養。