基于深度學習理論的信息科技單元教學設計策略
——以“基于物聯網的智慧苗圃系統”項目為例

邵帥 山東省威海市文登區三里河中學

深度學習本是機器人研究領域的一個名詞，即讓機器模仿人類大腦的計算和思維方式。而教育中的深度學習是以單元主題為主線，以學科核心素養為基礎，設計具有挑戰性的綜合學習項目，將學生思維從低階引向高階的學習過程，著重體現信息科技學科方法和體系構建。

面向深度學習的單元教學設計主要有以下特征：①整合規劃。單元整體教學從項目整體出發，制訂單元設計教學方案，按照“整體設計—按序實施—持續評價”的主線流程，通過單元項目各個分支任務來完成綜合目標，具備完整的評價方案用來對作品進行評估和改進。②服務教學。單元整體教學在實際應用中可以提高課堂效率，提升教師全局意識和教材把握能力，使教學單元整體發揮的作用大于課時簡單疊加所產生的效用。③以生為本。以某一單元主題或者項目為主線，以學生為主體，以團隊合作的形式來處理一個相對獨立的項目，完成信息收集、方案的設計、項目實施及最終的成果展示。④遷移創造。單元整體教學設計需要教師對教材內容重新解讀剖析，制訂創新性的項目主題，沒有統一不變的模式及課時規劃，強化教師教學掌控能力和教學策略創新性探索能力。

面向深度學習的單元教學設計主要具有四個主要流程，分別為選擇單元主題、確定單元目標、設計單元學習活動和開展持續評價。下面，筆者以“基于物聯網的智慧苗圃系統”單元為例展開教學實踐。

●選擇單元主題

信息科技教育的價值觀、知識觀、學習觀和評價觀構成了課程標準制訂所依據的觀念體系，單元主題的選擇需要體現以下課程理念。

1.單元主題反映數字時代育人方向

“基于物聯網的智慧苗圃系統”主題對應《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）中的“物聯網實踐與探索”模塊，根據基于物聯網的智慧苗圃主題，動手搭建設計物聯網原型系統，能夠通過實驗平臺讀取、發送、接收、使用數據，探索物聯網中采集、處理、反饋控制等基本功能。感受互聯網和物聯網給人們生活帶來的改變及智慧互聯對國家未來發展的重要意義，展現現代化農業主要應用的技術，提升學生信息社會責任素養。

2.單元主題遵循以六大學科概念為明線、以學生認知發展為暗線的課程結構規律

“基于物聯網的智慧苗圃系統”項目根據信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四大核心素養，在7～9年級階段設計跨學科主題式活動任務。通過6課時分別完成智能滴灌系統、智能苗圃培育系統、苗圃的洪澇災害預防系統三個子項目主題，每個主題均包含入項課和實踐課。入項課主要進行系統設計，主要內容有確定項目主題、設計項目規劃書、繪制系統流程圖或者草圖、交流展示等。實踐課主要進行系統實現，主要活動有傳感器的認識、硬件搭建、Mixly開源硬件編程、實驗測試等。在系統實驗測試階段，會結合手機APP獲取傳感器數據及控制電機裝置進行遠程管理農場，實現物聯網概念及應用原理的滲透。三個項目主題螺旋遞進，每個項目通過入項和實踐兩類型課程實施推進，呈現出的核心素養點側重不同，遵循了學生認知發展規律。

3.單元主題注重科學原理和實踐應用并重原則

“基于物聯網的智慧苗圃系統”項目不是單純地完成編程實驗和模型搭建，更重要的是展示信息科技“科”的一面，建立核心知識體系和概念地圖。在本項目中，學生在教師的指導下完成智慧苗圃滴灌系統實驗，對物聯網概念及應用有一定了解，掌握硬件編程的基礎知識，設計基于物聯網的智慧苗圃洪澇災害預防系統主題，提升利用物聯網解決實際問題的意識，側重科學原理和概念理解的遷移應用，同時根據同一設計主題，采用不同的設計方案解決問題，提升數字化學習與創新能力，增強社會責任感。

4.單元主題倡導真實性學習

“基于物聯網的智慧苗圃系統”項目設計了微型網站，主要包括主題介紹、預期成果、設計說明、作業設計、推進資源五方面導航欄目，學生根據項目規劃書進行探究分析，實現自我規劃、自我管理和自我評價。

●確定單元目標

如圖1所示，深度學習目標中包含的學科核心素養，需要通過單元整體分析來確定，依據核心內容的學情分析和教材內容分析，將單元學習主題承載的信息核心素養進行提煉，探索本單元學習主題所映射的高階思維和核心價值觀，所以確定深度學習目標的基礎就是依據單元教學內容整體分析。

圖1

根據以上單元目標設計模型流程，筆者制訂了“基于物聯網的智慧苗圃系統”項目單元學習的目標。

1.整合重構，靈活處理單元內容

從物聯網探索模塊課程標準整體出發，挖掘核心概念之間的聯系，形成具有整體性、階梯性的物聯網模塊知識框架，探索單元內容體現的學科核心素養點，根據學生的認知規律，重新整合單元內容，如下頁圖2所示。

圖2

2.預設調整，以生為本分析學情

新課標要求7～9年級的學生可以根據需要有效搜索學習資源，探究信息科技支持的新方法、新模式，能夠根據任務需要借助在線平臺，與伙伴協作設計和創作作品。

在智慧農場的設計實現過程中，學生必然會遇到各種預想不到的問題和難點，高年級的學生已經具備通過小組合作、在線資源搜索等來解決問題的能力，且對開源編程的選擇結構和循環結構有一定的學習基礎，進而能夠根據主題活動任務探索出系統設計的模式。

3.素養導向，統籌制訂單元目標

（1）單元學習目標

①通過搜集相關在線資源，了解智慧農場的概念，掌握智慧農場的主要功能及社會作用，提升信息社會責任素養。

②通過設計項目規劃書，掌握本單元智慧農場三大主體功能，能夠繪制相應的流程圖或者項目草圖，培養創新實踐和協同合作能力。

③通過系統搭建實現的活動任務，掌握主要傳感器的作用和硬件搭建知識，對硬件編程有更進一步的提升，加強硬件編程調試能力，進一步發展問題解決能力和提升計算思維。

④通過手機APP遠程控制，實驗項目主要功能，了解物聯網的概念及應用，感受互聯網和物聯網給人們生活帶來的改變及國家未來發展的重要意義。

（2）核心素養目標

①信息意識：通過體驗智慧農場設計與遠程控制系統實現，了解萬物互聯對現代社會發展的作用，增強自主解決問題的意識，激發物聯網學習的興趣和意識。

②計算思維：根據新課標要求，本節課屬于科學原理與實踐應用并重的學習內容，要求能夠掌握獲取環境數據的方法及原理，通過苗圃遠程滴灌系統需求，設計相應的物聯系統原型，在數據采集、分析和搭建物聯網系統硬件的過程中，提升解決問題和動手實踐的能力，將智能化滲透于生產和生活的各個角落，發展計算思維。

③數字化學習與創新：根據智慧苗圃主要需求，動手設計基于物聯網系統的苗圃草圖或者設計圖，在創新活動中提升數字化學習的新方法和新模式。

④信息社會責任：利用物聯網原型系統“大場景—小應用”的特點，體驗科技應用于社會生活帶來的發展變化，增強社會責任感，認識自主可控技術的重要意義。

●單元學習活動設計

1.“適度”路徑：情境真實多樣，突出自主探究

如表1所示，智能苗圃培育系統主要分為三個子項目主題——日照分析系統、溫濕度檢測系統、溫室調控系統。這三個子項目分別有三條活動任務主線，學生只需選擇其中一個子項目進行探索即可。三個活動雖然都指向同一目標靶心——植物培育系統，但是在有限的時間內學生通過了解不同的傳感器的作用原理能更進一步掌握物聯網控制的核心概念，在達成目標的同時又能體會成功的喜悅。

表1

2.“深度”路徑：基于問題導向，落實核心素養

問題就是點燃思維的火花，是課堂活動之旅的“向導”，學生在問題的引導下入情入境，在與問題的互動中建構思考，解決問題的過程就是學科核心素養的著陸點。因此，扣人心弦的教學活動需要有深度的問題來體現，這里的“深度”并不意味著提升問題難度，而是通過橫向問題集和縱向問題鏈構成問題系統來促進深度學習。

3.“梯度”路徑：緊扣單元目標，任務螺旋上升

在單元教學設計中每個課時都擁有獨立的教學活動，雖然路徑不同但都指向單元目標。各個課時活動之間的邏輯關系縝密并層層遞進，它們在支撐與發展的相互作用下朝著目標不斷生長。只有扣主線、有梯度、能上升的教學活動，才能發展學生的高階思維和關鍵能力的。

在智能苗圃培育系統項目的學習中，圍繞驅動性核心問題，小組合作推進項目，并依據“情境引入—系統功能分析—系統硬件搭建—Mixly編程實驗—展示交流”的流程開展序列化階梯式活動，從而形成高階認知。

●持續性評價設計

持續性評價是對學習達成目標的反饋，即為學生的深度學習活動持續地提供反饋，幫助學生改進和發展，促進學生課堂深度學習的持續推進。如表2所示，在預防洪澇災害系統評價量規設計中，緊緊圍繞核心素養和學科概念邏輯主線，評估每個活動任務素養目標達成情況。各項目分為“優秀、良好、合格、不合格”四個標準，分別用“A、B、C、D”在自評一列進行評價。

表2