新課標背景下“物聯網實踐與探索”模塊教學實踐

烏蘭

【摘 要】本文探索和實踐新課標背景下信息科技課程中“物聯網實踐與探索”模塊教學實踐方法，以“身邊的物聯網應用”一課為例，采用基于項目的深度學習模式，培養學生的創新思維和實踐能力；通過結構化教學設計和實際項目實踐，提高學生在物聯網領域的知識和技能。研究結果可為之后“物聯網實踐與探索”模塊教育實踐提供一些建議。

【關鍵詞】新課標；物聯網；教學實踐；項目式學習

【中圖分類號】G434? ?【文獻標志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）06-046-03

物聯網作為一項新興技術，已成為信息時代的重要組成部分，信息科技課程“物聯網實踐與探索”模塊（以下簡稱“物聯網模塊”）對于培養學生的創新思維、實踐能力和綜合素養具有重要意義。然而，由于物聯網模塊內容的復雜性、多樣性和全新性，傳統的教學方法往往無法滿足學生的需求。如何開展物聯網模塊教學實踐研究，讓學生在“做中學”“用中學”“創中學”，真正提升學生的信息科技核心素養，成為當前一線教師著力思考的問題之一。

深度學習、項目式學習和大單元設計都注重學生的主動參與、實踐和綜合能力的培養。它們的共同特點是學生主動性、實踐導向和綜合性學習。物聯網是一個綜合性的領域，涉及多學科的知識和技能。因此，在學習這一模塊內容時，通過深度學習，學生可以深入理解物聯網的原理和技術；通過項目式學習，學生可以進行實際項目的探索和實踐，應用物聯網技術解決實際問題；通過大單元設計，學生可以將物聯網各個方面的知識和技能有機地整合在一個大單元中，形成一個完整的學習體驗。這樣設計可以促進學生對物聯網的全面理解，培養學生的應用能力、綜合素養和解決復雜問題的能力。

項目單元設計說明與思路

1.單元教學設計說明

“從互聯網到物聯網——我的低碳生活方式”單元選自《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》中的物聯網模塊。本單元圍繞“調查共享單車的物聯網技術與應用”項目展開學習，從共享單車出發，通過生活實例感受萬物互聯的場景，以小組合作方式搜索物聯網的相關定義，利用思維導圖工具梳理小組活動關鍵內容，分組收集資料并調查物聯網的相關概念及特點。學生查閱資料，收集相關案例，了解共享單車使用的物聯網技術可以實現的功能，分析物聯網的特點，探討物聯網的普及對學習和生活的影響。

本單元是整個物聯網模塊的起始單元，同時也是學生從互聯網模塊內容第一次接觸物聯網的單元。因此，本單元不僅有著廣泛的實際應用，而且起著承前啟后的作用。

2.單元項目整體教學思路

本單元共分為四個課時：感受萬物互聯的場景，體驗身邊的物聯網應用，分析共享單車的系統結構和探索低碳生活方式的新趨勢。按照項目實踐過程可以這樣開展教學：確定主題，調查共享單車的物聯網技術發展與應用；設計方案，通過實例感受萬物互聯的場景和收集相關數據，分析信息并以思維導圖方式呈現；項目執行，通過數字化學習了解物聯網的概念及特點，通過與互聯網對比學習，理解物聯網與互聯網結構的異同，通過親身感受身邊真實應用場景中的物聯網應用，認識物聯網的普及對學習和生活的影響，通過調查研究了解物聯網的典型應用及其特點，根據思維導圖，獲取相應多媒體素材，完成調查報告初稿；成果交流，結合物聯網特征與應用，完善調查報告并交流。

“身邊的物聯網應用”教學設計及實施

1.教學內容分析

本節課是“從互聯網到物聯網——我的低碳生活方式”單元第二課時的內容。本課時內容主要包括：了解物聯網的應用，認識物聯網的普及對學習和生活的影響，體驗物聯網應用典型實例，理解典型物聯網應用的特點。本節內容對學生學科素養發展的價值包括：初步理解萬物互聯給人類信息社會帶來的影響、機遇和挑戰；了解物聯網（特別是傳感器系統）是連接物理世界與數字世界的紐帶和媒介；了解物聯網與互聯網的異同、主要物聯網協議；了解典型物聯網應用的特點；[1]通過對身邊真實應用場景中物聯網的體驗感受，認識到物聯網的普及對學習和生活的影響。

2.學習者分析

本節課的授課對象是初二年級學生。他們的抽象思維能力已經趨于完善，具備了一定的分析能力和探究意識。因此教師教學中要搭建循序漸進的學習腳手架，讓學生在短時間內能體驗到成就感，提高學習興趣。他們具有強烈的好奇心和求知欲，對新鮮事物會獨立地思考、追求和探索，學習興趣比較廣泛。在實踐活動過程中，教師要引導學生理解和把握課程要求的知識和技能，培養其分析問題和解決問題的思想和方法。他們的認知能力及操作能力有一定差異，因此教師在學習任務的設計上要緊扣教學目標，既要注重知識技能的基礎性，又要關注學生的個性化發展，適當拓展知識技能，增強每位學生學習的主觀能動性。他們有自己的審美主張和作品鑒賞能力，希望得到別人的認可。因此教師應創造條件和機會，讓學生發表見解，展示成果。通過訪談及問卷方式得知，學生對小組合作有一定的經驗，對圖像化編程有基本了解，大多數學生對物聯網的概念與基本特征有初步了解。

3.學習目標確定

本節課學習目標為了解物聯網的應用（信息意識、數字化學習與創新）；認識物聯網的普及對學習和生活的影響（信息責任）；體驗物聯網應用典型實例（計算思維）；理解典型物聯網應用的特點（計算思維、數字化學習與創新）。

4.學習重點難點

學習重點是了解物聯網的應用，能夠認識物聯網的普及對學習和生活的影響；體驗物聯網應用典型實例的基本實現過程；能夠理解典型物聯網應用的特點。學習難點是體驗物聯網應用典型實例的基本實現過程；能夠理解典型物聯網應用的特點。

5.學習評價設計

學生根據教師提供的項目活動單，進行自我評價；根據小組互評環節，進行組間評價。在課程中間及結束環節，教師反饋意見。

6.學習活動設計

（1）回顧舊知，導入新課。教師從共享單車的應用情境出發，利用連線練習回顧上節課物聯網的特征，引出本節課主題內容：身邊的物聯網應用。通過在線學習平臺課前調查結果，教師引出本節課體驗項目：智能家居方面一個實際物聯網應用——智能門鎖，并設問：為什么我們要開發智能門鎖這個物聯網應用？與傳統門鎖相比，它有哪些優點？

（2）發現問題，探求新知。教師通過提問激發學生的求知欲：如果你是產品設計師，你會設計智能門鎖的哪些功能？教師鼓勵學生回顧上節課所學內容，并將物聯網技術的特性融入智能門鎖的設計概念中。隨后，教師明確指出本節課的核心項目實驗目標：重點關注智能門鎖遠程控制功能的實現機制。為了確保學生深入理解并有效實踐這一核心功能，教師進一步引導學生對智能門鎖的遠程控制功能進行細致分解。

（3）分組協作，方法引導。教師首先結合流程圖，引導學生詳細分析智能門鎖的開門工作流程。教師通過生動形象的流程圖展示，幫助學生清晰理解從用戶輸入信息、信息傳輸至云端、云端數據處理、驗證比對到最終決定是否開啟門鎖這一整套邏輯流程。

教師鼓勵學生參與討論，親手繪制或修改流程圖以加深理解，并在此基礎上進行具體實踐操作設計。接著，為了讓學生能夠動手體驗實現物聯網功能，教師簡要介紹一些常用的物聯網功能開發工具、平臺以及與其配套的編程軟件。教師指導學生利用這些工具進行物聯網功能的開發與調試，從而培養學生數字化學習及實踐能力。在明確了智能門鎖的各項功能需求后，教師指導學生根據實際項目需求選擇合適的物聯網硬件設備。在選擇的過程中，教師要強調硬件兼容性、安全性、穩定性和成本等因素，使學生在實踐中學會綜合考慮問題，培養他們的系統集成能力和工程實踐素養。

（4）自主探究，分層實現。教師引導學生解析硬件接線圖，指導學生親手完成發送端和接收端的硬件連接，構建起一個基本的物聯系統。教師提供關鍵代碼示例（圖1），幫助學生利用圖形化編程軟件與開源硬件交互，體驗物聯網的應用功能實現過程。教師組織學生設計并實施智能門鎖項目，展示和測試他們所設計的智能門鎖系統，從而提升綜合實踐能力。

圖1? 接收端代碼示例

（5）展示交流，小結拓展。教師首先組織學生分享他們在體驗物聯網應用過程中的項目思路和關鍵點，通過互動討論的方式，鼓勵學生反思并表達自己在物聯網智能門鎖實踐環節的設計策略、遇到的問題以及解決方案。接下來，教師提出開放性問題，引導學生不局限于本節課所體驗的智能家居領域的物聯網應用，更要積極觀察身邊的其他物聯網應用場景。例如，在觀看視頻內容之前，教師提問：除了今天我們親手體驗的智能家居領域，你們發現生活中還有哪些物聯網應用實例呢？請大家在觀看視頻時思考這些不同場景下物聯網應用有何共同特點。然后，教師播放一系列展示物聯網應用的視頻，通過真實案例讓學生更直觀地理解物聯網技術的實際運用。在針對視頻學習與分析后，教師指導學生總結提煉物聯網應用的共性特點，并結合本節課所學知識對物聯網的應用特性做出深度解讀。同時，教師引導學生依據課程評價量規，全面回顧并評估本節課的理論學習成效、實踐操作表現和小組合作成果，以確保每位學生都能系統掌握物聯網知識，并對自己在本節課程中的進步有清晰的認識。

結? 語

在新課標背景下，對于物聯網模塊的教學實踐研究，我們嘗試以深度學習、項目式學習和大單元設計為理論基礎，旨在培養學生的綜合素養和解決問題的能力，通過學生的主動參與、實踐和綜合能力的培養，促進學生對物聯網的全面理解和應用能力的培養。在進行物聯網模塊教學時，教師通過深度學習、項目式學習和大單元設計的綜合運用，引導學生進行實際項目的探索和實踐，應用物聯網技術解決真實問題，培養他們的團隊合作和創新能力。

正如《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》在物聯網模塊“對教學提示的分析”中所寫：物聯網建立在互聯網基礎上，在把握全景（大場景）的前提下，本模塊的項目及實驗等環節應聚焦于“物聯”的核心部分（小應用），即數據采集、計算、傳輸及使用，避免陷入技術細節[2]。因此，在教學中我們應該設計有針對性的項目和實驗，以便學生能夠親身體驗數據采集、計算、傳輸和使用的過程。通過實際操作和實踐活動，學生能夠更好地理解和應用物聯網技術，培養解決實際問題的能力。

同時，我們也意識到教學實踐中可能存在一些挑戰和改進的空間。物聯網模塊教學中教師需要進行大量的前期備課工作，從教學資源、教學平臺及教學方法等角度，給予學生更多的支持和指導。此外，教學評估方法的設計也需要進一步優化，以更好地促進學生的學習和發展。

基金項目：北京市教育科學“十四五”規劃2022年度一般課題“依托課后服務指向問題解決能力培養的初中人工智能教學實踐研究”（項目編號：CDDB22266）階段性成果

參考文獻

李鋒，李冬梅，魏雄鷹，等. 發展關鍵能力 提升數字素養與技能：《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的內容設計與實施建議[J]. 教師教育學報， 2022， 9（4）： 8.

林眾，諸衛兵，馮士海. 義務教育信息科技課程“網絡”教學實施眾人談[J]. 中國信息技術教育， 2023（11）： 4-9.