新課標“物聯網實踐與探索”模塊教學設計與實施

詹宋強

【摘 要】本文探討了新課標“物聯網實踐與探索”模塊在義務教育中的地位和重要性，簡要介紹了物聯網的概念和常見協議、物聯網在新課標中的地位與整體要求，并以項目式學習的視角，從物聯網課程體系規劃、評價設計和課程實施層面給出實踐建議。

【關鍵詞】新課標；物聯網；數據；教學設計

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）08-051-03

物聯網作為新一代信息技術的重要組成部分，正在迅速發展并被應用于各個行業和領域，對社會的影響日益增大。在《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》中，物聯網被納入八年級學習內容中。在初中階段設置物聯網知識模塊對于開拓初中生的科技視野，培養學生對新技術的興趣和探索精神，以及提升全民數字素養具有重要意義。

物聯網的概念及常見協議

物聯網（Internet of Things，簡稱IoT）是指通過互聯網將各種物理設備和對象連接在一起，實現互相通信和數據交換的網絡系統。物聯網的核心思想是讓各種物體具備感知、交互和通信的能力，實現物與物之間的智能互聯。常見的物聯網協議包括：MQTT、CoAP、HTTP、LoRaWAN、Zigbee、Bluetooth等。在八年級的課程教學中，學生需要了解常見協議的功能和特點，初步理解各類協議的工作原理和應用場景，并通過搭建簡單的物聯網系統，使用相應的通信協議進行數據傳輸和交互，從而更深入地理解協議的使用和應用。

新課標中物聯網模塊的地位與整體要求

在義務教育新課標九個年級的內容安排中，物聯網模塊具有舉足輕重的地位。首先，該模塊是“數據與編碼”“身邊的算法”“過程與控制”等模塊的深化，是互聯網應用與創新的重要補充，與九年級的人工智能同等重要。其次，物聯網涉及信息科技課程的六條邏輯主線中的數據、算法、網絡等方面，開展物聯網教學可以為學生提供了解和掌握這一前沿技術的機會。最后，學生可以在設計、搭建和實現物聯系統的過程中，運用信息技術工具和平臺進行數據的讀取、傳輸、處理和分析應用，了解數據的價值和應用，提高數字化學習和創新的能力。可以說，物聯網是未來十年科技創新領域最大的機遇。

“物聯網實踐與探索”模塊要求學生了解物聯網的含義、原理和應用，初步體會物聯網與大數據、人工智能之間的關系，并利用相關知識解決一些跨學科的實際問題，認識物聯網中自主可控技術的重要作用，培養學生的信息社會責任意識和安全意識。這一模塊的設置和教學目標旨在培養學生的科學與工程素養，讓學生在實踐中體驗和理解物聯網的核心概念和基本原理，發展學生的探索能力和實踐能力。教師只有充分理解學業要求，才能明確學習目標，設計有效的教學活動和評估方式。

物聯網課程的設計與實踐

1.指向核心素養的課程體系

在八年級的課程學習中，學生從互聯網過渡到物聯網，這既是對七年級互聯網知識的回顧，也是互聯網知識的延伸，尤其是互聯網中數據的傳輸過程與物聯網有許多異曲同工之處。在內容安排上，既要體現課程的基礎性、生活性，也要強調學生知識遷移應用能力的培養。

在八年級上學期，教師從物聯網的概念、特征入手，引導學生分析身邊物聯網的應用案例，在形成初步感知的基礎上，進一步學習物聯網的基本原理與功能，深入探索數據“感知—采集—傳輸—匯總—處理—反饋”的全過程，做到知其然、知其所以然，從而實現“科”與“技”并重的目的。教師可以將知識點以微項目的形式推開，具體課程內容設計如表1所示。

在八年級下學期，教師采用項目式學習的模式，引導學生觀察生活，創設指向核心素養的主題，讓學生運用所學知識解決真實問題，逐步走向深度學習，從而推動學習真正發生。教師以落實學科核心素養為導向，圍繞信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四個維度創設一個基于學生真實生活的項目，具體課程內容設計如表2所示。

2.指向素養目標的評價設計

課程內容是促進學生形成核心素養的載體，主要是解決學什么的問題；教學評價是依據課程和教學的要求判斷教學效果達成度的過程，主要是解決學習效果的問題。新課標堅持基本知識考核與實踐應用考核相結合，綜合運用紙筆測試、上機實踐、作品創作等方法，全面考查學生的學習狀況。教師要堅持自評和他評相結合，增強學生自主學習能力[1]。

（1）課程評價的目標與原則

課程評價的主要目標有兩個，一是引導教學落實立德樹人根本任務，落實好培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人的根本任務；二是引導教學從培養知識技能向培養學生核心素養的方向轉變。而課程評價的原則要以課程目標、促進學生的學習和改進教師的教學為主要方向。依據“物聯網實踐與探索”模塊中關于學生核心素養的要求，評價的設計從物聯網的概念、物聯網的基本原理與功能、物聯網安全等對學生進行四個維度的評價，具體評價維度與指標如下。

信息意識維度的評價指標是了解萬物互聯和智能感知對信息社會發展的作用，感受物聯網給人們學習、生活和工作等方面帶來的改變；增強掌握核心技術意識，加強虛擬身份識別和數據安全意識，做好安全防護。

計算思維維度的評價指標是理解傳感器獲取數據的方法，網絡中數據編碼、傳輸和呈現的原理，能根據真實需求設計和搭建簡單的物聯系統原型。

數字化學習與創新維度的評價指標是能選擇合適的數字設備和數字平臺，搭建系統原型，能夠主動利用數字設備開展實踐和創新活動，并在創新活動中認識到原始創新對可持續發展的重要性。

信息社會責任維度的評價指標是了解網絡空間中物品標識和虛擬身份的意義，具備基本安全防護能力。

（2）基于“學習積分”的評價過程

基于以上評價目標與原則，在實際的評價當中，教師應全方位收集學生的學習數據，以數據作為考核的主要依據。筆者主要借助UMU平臺，通過創建學習項目，以“學習積分”為主要載體，推動過程性評價和終結性評價的實施。

“物聯網實踐與探索”模塊的課程實踐性很強，課程評價主要從學生的學習時長、學習參與度、課程積分榜、課程達成榜、卓越學習榜、積極學習榜、學習證書等方面對學生進行評價，并根據本學科的特點，將評價數據全部電子化，形成學生學習檔案袋。

在評價手段上，教師綜合運用課堂觀察、調查問卷、作業、習題測試、項目創作等形式，全面評價學生的信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任，把握核心素養的整體發展情況。在評價主體上，教師采用多元的評價方式，從自我評價、同伴互評到教師評價，最終形成學生的“學習積分”。

“學習積分”作為評價的結果，通過UMU平臺及時展示和反饋給學生。學生將會得到適時的提示、引導和激勵，并形成排行榜，激發學生持續學習的積極性，提高課程的參與度和完成度。及時的評價反饋能不斷促進學生自省，從而實現學習的優化和個人的發展。

3.指向深度學習的實施過程

課程的實施要創新教學方式，以真實問題或項目驅動引導學生經歷原理運用過程、計算思維過程和數字化工具應用過程，建構知識，提升問題解決能力[2]。基于此，教師可以采用項目式學習的教學模式，實施過程為如下幾個階段。

（1）選擇合適的物聯網平臺和開發環境

教師根據學情和校情選擇適合學生使用的物聯網平臺和開發環境，如OneNET、MixIO、阿里云等，確保平臺和環境能夠支持學生實現物聯網項目的開發和實施。

（2）設計具有挑戰性的項目

在課程標準、教材和學情的基礎上，教師設計具有挑戰性的項目，要求學生運用所學的知識和技能解決實際的物聯網問題。

（3）學生觀察和問題發現

教師引導學生觀察生活中的真實現象，發現與物聯網相關的問題或需求，鼓勵學生提出自己的問題并選擇一個問題作為項目的起點。

（4）小組合作與自主學習

教師鼓勵學生組成小組，在項目中進行合作。每個小組可以負責一個具體的物聯網項目，學生在小組內發揮主動性和創造性，自主選擇解決問題的方法和策略。

（5）實際應用場景的設計

教師將項目設計成與實際應用場景相關的情境，讓學生能夠將所學的知識和技能應用到實際問題中。例如，設計一個智慧種植控制系統，讓學生用物聯網技術監測植物的生長過程，并設計相應的物聯網解決方案。

（6）提供指導和資源支持

教師在項目進行過程中提供必要的指導和資源支持，幫助學生解決遇到的問題，確保項目能夠順利進行。同時，教師要給予學生一定的自由度和靈活性，鼓勵他們獨立思考和探索解決方案。

（7）反饋與評估

在項目進行過程中，教師要及時給予學生反饋和評估，幫助他們了解自己的進展和改進的方向。如可以通過中期評估和項目展示等形式對項目進行評價，并提供針對性的指導和建議。

（8）項目成果展示與分享

教師要為學生提供展示和分享項目成果的機會，如組織項目演示或校內報告。這樣可以增強學生的自信心和表達能力，同時也可以激發其他學生的學習興趣。

（9）反思和總結

在項目完成后，教師要引導學生進行反思和總結，讓他們回顧整個項目過程，思考所取得的成果、經驗教訓和改進的方向，從中提取有益的教訓和啟示。

結? 語

在信息科技高速發展的環境下，學生在掌握物聯網知識后，如何結合人工智能開展項目創作將是未來十年科技創新領域的機遇。物聯網和人工智能是兩個相互關聯且相輔相成的領域。物聯網提供了數據的采集和傳輸，而人工智能則可以利用這些數據進行分析和智能決策。學生在掌握物聯網知識后，結合人工智能技術，可以設計并實現智能控制、預測分析、自動化決策等功能。這種實踐與創新的過程不僅能夠鞏固和拓展學生物聯網的知識，還培養了學生的創造力、解決問題的能力，從而為未來的科技創新做好準備。

注：本文系廣東省中小學“百千萬人才培養工程”專項科研項目“欠發達地區基于PBL的初中人工智能教學實踐研究”（課題號：BQW2021JCL001）研究成果

參考文獻

中華人民共和國教育部. 義務教育信息科技課程標準（2022 年版）[S]. 北京： 北京師范大學出版社，2022.

李鋒. 新版課程標準解析與教學指導. 初中信息科技[M]. 北京： 北京師范大學出版社，2022.

編? ?輯：馮艷艷