新課標背景下“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊教學(xué)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(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊教學(xué)實踐方法，以“身邊的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用”一課為例，采用基于項目的深度學(xué)習(xí)模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力；通過結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計和實際項目實踐，提高學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的知識和技能。研究結(jié)果可為之后“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊教育實踐提供一些建議。

【關(guān)鍵詞】新課標；物聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)實踐；項目式學(xué)習(xí)

【中圖分類號】G434? ?【文獻標志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）06-046-03

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

深度學(xué)習(xí)、項目式學(xué)習(xí)和大單元設(shè)計都注重學(xué)生的主動參與、實踐和綜合能力的培養(yǎng)。它們的共同特點是學(xué)生主動性、實踐導(dǎo)向和綜合性學(xué)習(xí)。物聯(lián)網(wǎng)是一個綜合性的領(lǐng)域，涉及多學(xué)科的知識和技能。因此，在學(xué)習(xí)這一模塊內(nèi)容時，通過深度學(xué)習(xí)，學(xué)生可以深入理解物聯(lián)網(wǎng)的原理和技術(shù)；通過項目式學(xué)習(xí)，學(xué)生可以進行實際項目的探索和實踐，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決實際問題；通過大單元設(shè)計，學(xué)生可以將物聯(lián)網(wǎng)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(xué)習(xí)體驗。這樣設(shè)計可以促進學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)的全面理解，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力、綜合素養(yǎng)和解決復(fù)雜問題的能力。

項目單元設(shè)計說明與思路

1.單元教學(xué)設(shè)計說明

“從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)——我的低碳生活方式”單元選自《義務(wù)教育課程方案和課程標準（2022年版）》中的物聯(lián)網(wǎng)模塊。本單元圍繞“調(diào)查共享單車的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用”項目展開學(xué)習(xí)，從共享單車出發(fā)，通過生活實例感受萬物互聯(lián)的場景，以小組合作方式搜索物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)定義，利用思維導(dǎo)圖工具梳理小組活動關(guān)鍵內(nèi)容，分組收集資料并調(diào)查物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念及特點。學(xué)生查閱資料，收集相關(guān)案例，了解共享單車使用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)的功能，分析物聯(lián)網(wǎng)的特點，探討物聯(lián)網(wǎng)的普及對學(xué)習(xí)和生活的影響。

本單元是整個物聯(lián)網(wǎng)模塊的起始單元，同時也是學(xué)生從互聯(lián)網(wǎng)模塊內(nèi)容第一次接觸物聯(lián)網(wǎng)的單元。因此，本單元不僅有著廣泛的實際應(yīng)用，而且起著承前啟后的作用。

2.單元項目整體教學(xué)思路

本單元共分為四個課時：感受萬物互聯(lián)的場景，體驗身邊的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，分析共享單車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(xué)：確定主題，調(diào)查共享單車的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用；設(shè)計方案，通過實例感受萬物互聯(lián)的場景和收集相關(guān)數(shù)據(jù)，分析信息并以思維導(dǎo)圖方式呈現(xiàn)；項目執(zhí)行，通過數(shù)字化學(xué)習(xí)了解物聯(lián)網(wǎng)的概念及特點，通過與互聯(lián)網(wǎng)對比學(xué)習(xí)，理解物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的異同，通過親身感受身邊真實應(yīng)用場景中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，認識物聯(lián)網(wǎng)的普及對學(xué)習(xí)和生活的影響，通過調(diào)查研究了解物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用及其特點，根據(jù)思維導(dǎo)圖，獲取相應(yīng)多媒體素材，完成調(diào)查報告初稿；成果交流，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)特征與應(yīng)用，完善調(diào)查報告并交流。

“身邊的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用”教學(xué)設(shè)計及實施

1.教學(xué)內(nèi)容分析

本節(jié)課是“從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)——我的低碳生活方式”單元第二課時的內(nèi)容。本課時內(nèi)容主要包括：了解物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，認識物聯(lián)網(wǎng)的普及對學(xué)習(xí)和生活的影響，體驗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用典型實例，理解典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點。本節(jié)內(nèi)容對學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展的價值包括：初步理解萬物互聯(lián)給人類信息社會帶來的影響、機遇和挑戰(zhàn)；了解物聯(lián)網(wǎng)（特別是傳感器系統(tǒng)）是連接物理世界與數(shù)字世界的紐帶和媒介；了解物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的異同、主要物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議；了解典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點；[1]通過對身邊真實應(yīng)用場景中物聯(lián)網(wǎng)的體驗感受，認識到物聯(lián)網(wǎng)的普及對學(xué)習(xí)和生活的影響。

2.學(xué)習(xí)者分析

本節(jié)課的授課對象是初二年級學(xué)生。他們的抽象思維能力已經(jīng)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(xué)中要搭建循序漸進的學(xué)習(xí)腳手架，讓學(xué)生在短時間內(nèi)能體驗到成就感，提高學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)興趣比較廣泛。在實踐活動過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生理解和把握課程要求的知識和技能，培養(yǎng)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(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計上要緊扣教學(xué)目標，既要注重知識技能的基礎(chǔ)性，又要關(guān)注學(xué)生的個性化發(fā)展，適當拓展知識技能，增強每位學(xué)生學(xué)習(xí)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(yīng)創(chuàng)造條件和機會，讓學(xué)生發(fā)表見解，展示成果。通過訪談及問卷方式得知，學(xué)生對小組合作有一定的經(jīng)驗，對圖像化編程有基本了解，大多數(shù)學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)的概念與基本特征有初步了解。

3.學(xué)習(xí)目標確定

本節(jié)課學(xué)習(xí)目標為了解物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用（信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）；認識物聯(lián)網(wǎng)的普及對學(xué)習(xí)和生活的影響（信息責任）；體驗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用典型實例（計算思維）；理解典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點（計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）。

4.學(xué)習(xí)重點難點

學(xué)習(xí)重點是了解物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，能夠認識物聯(lián)網(wǎng)的普及對學(xué)習(xí)和生活的影響；體驗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用典型實例的基本實現(xiàn)過程；能夠理解典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點。學(xué)習(xí)難點是體驗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用典型實例的基本實現(xiàn)過程；能夠理解典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點。

5.學(xué)習(xí)評價設(shè)計

學(xué)生根據(jù)教師提供的項目活動單，進行自我評價；根據(jù)小組互評環(huán)節(jié)，進行組間評價。在課程中間及結(jié)束環(huán)節(jié)，教師反饋意見。

6.學(xué)習(xí)活動設(shè)計

（1）回顧舊知，導(dǎo)入新課。教師從共享單車的應(yīng)用情境出發(fā)，利用連線練習(xí)回顧上節(jié)課物聯(lián)網(wǎng)的特征，引出本節(jié)課主題內(nèi)容：身邊的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。通過在線學(xué)習(xí)平臺課前調(diào)查結(jié)果，教師引出本節(jié)課體驗項目：智能家居方面一個實際物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用——智能門鎖，并設(shè)問：為什么我們要開發(fā)智能門鎖這個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用？與傳統(tǒng)門鎖相比，它有哪些優(yōu)點？

（2）發(fā)現(xiàn)問題，探求新知。教師通過提問激發(fā)學(xué)生的求知欲：如果你是產(chǎn)品設(shè)計師，你會設(shè)計智能門鎖的哪些功能？教師鼓勵學(xué)生回顧上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，并將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特性融入智能門鎖的設(shè)計概念中。隨后，教師明確指出本節(jié)課的核心項目實驗?zāi)繕耍褐攸c關(guān)注智能門鎖遠程控制功能的實現(xiàn)機制。為了確保學(xué)生深入理解并有效實踐這一核心功能，教師進一步引導(dǎo)學(xué)生對智能門鎖的遠程控制功能進行細致分解。

（3）分組協(xié)作，方法引導(dǎo)。教師首先結(jié)合流程圖，引導(dǎo)學(xué)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(xué)生清晰理解從用戶輸入信息、信息傳輸至云端、云端數(shù)據(jù)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(xué)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(chǔ)上進行具體實踐操作設(shè)計。接著，為了讓學(xué)生能夠動手體驗實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能，教師簡要介紹一些常用的物聯(lián)網(wǎng)功能開發(fā)工具、平臺以及與其配套的編程軟件。教師指導(dǎo)學(xué)生利用這些工具進行物聯(lián)網(wǎng)功能的開發(fā)與調(diào)試，從而培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)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(dǎo)學(xué)生根據(jù)實際項目需求選擇合適的物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備。在選擇的過程中，教師要強調(diào)硬件兼容性、安全性、穩(wěn)定性和成本等因素，使學(xué)生在實踐中學(xué)會綜合考慮問題，培養(yǎng)他們的系統(tǒng)集成能力和工程實踐素養(yǎng)。

（4）自主探究，分層實現(xiàn)。教師引導(dǎo)學(xué)生解析硬件接線圖，指導(dǎo)學(xué)生親手完成發(fā)送端和接收端的硬件連接，構(gòu)建起一個基本的物聯(lián)系統(tǒng)。教師提供關(guān)鍵代碼示例（圖1），幫助學(xué)生利用圖形化編程軟件與開源硬件交互，體驗物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用功能實現(xiàn)過程。教師組織學(xué)生設(shè)計并實施智能門鎖項目，展示和測試他們所設(shè)計的智能門鎖系統(tǒng)，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(jié)拓展。教師首先組織學(xué)生分享他們在體驗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過程中的項目思路和關(guān)鍵點，通過互動討論的方式，鼓勵學(xué)生反思并表達自己在物聯(lián)網(wǎng)智能門鎖實踐環(huán)節(jié)的設(shè)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(dǎo)學(xué)生不局限于本節(jié)課所體驗的智能家居領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，更要積極觀察身邊的其他物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景。例如，在觀看視頻內(nèi)容之前，教師提問：除了今天我們親手體驗的智能家居領(lǐng)域，你們發(fā)現(xiàn)生活中還有哪些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實例呢？請大家在觀看視頻時思考這些不同場景下物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有何共同特點。然后，教師播放一系列展示物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的視頻，通過真實案例讓學(xué)生更直觀地理解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實際運用。在針對視頻學(xué)習(xí)與分析后，教師指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)提煉物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的共性特點，并結(jié)合本節(jié)課所學(xué)知識對物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用特性做出深度解讀。同時，教師引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)課程評價量規(guī)，全面回顧并評估本節(jié)課的理論學(xué)習(xí)成效、實踐操作表現(xiàn)和小組合作成果，以確保每位學(xué)生都能系統(tǒng)掌握物聯(lián)網(wǎng)知識，并對自己在本節(jié)課程中的進步有清晰的認識。

結(jié)? 語

在新課標背景下，對于物聯(lián)網(wǎng)模塊的教學(xué)實踐研究，我們嘗試以深度學(xué)習(xí)、項目式學(xué)習(xí)和大單元設(shè)計為理論基礎(chǔ)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和解決問題的能力，通過學(xué)生的主動參與、實踐和綜合能力的培養(yǎng)，促進學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)的全面理解和應(yīng)用能力的培養(yǎng)。在進行物聯(lián)網(wǎng)模塊教學(xué)時，教師通過深度學(xué)習(xí)、項目式學(xué)習(xí)和大單元設(shè)計的綜合運用，引導(dǎo)學(xué)生進行實際項目的探索和實踐，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決真實問題，培養(yǎng)他們的團隊合作和創(chuàng)新能力。

正如《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》在物聯(lián)網(wǎng)模塊“對教學(xué)提示的分析”中所寫：物聯(lián)網(wǎng)建立在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，在把握全景（大場景）的前提下，本模塊的項目及實驗等環(huán)節(jié)應(yīng)聚焦于“物聯(lián)”的核心部分（小應(yīng)用），即數(shù)據(jù)采集、計算、傳輸及使用，避免陷入技術(shù)細節(jié)[2]。因此，在教學(xué)中我們應(yīng)該設(shè)計有針對性的項目和實驗，以便學(xué)生能夠親身體驗數(shù)據(jù)采集、計算、傳輸和使用的過程。通過實際操作和實踐活動，學(xué)生能夠更好地理解和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，培養(yǎng)解決實際問題的能力。

同時，我們也意識到教學(xué)實踐中可能存在一些挑戰(zhàn)和改進的空間。物聯(lián)網(wǎng)模塊教學(xué)中教師需要進行大量的前期備課工作，從教學(xué)資源、教學(xué)平臺及教學(xué)方法等角度，給予學(xué)生更多的支持和指導(dǎo)。此外，教學(xué)評估方法的設(shè)計也需要進一步優(yōu)化，以更好地促進學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。

基金項目：北京市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度一般課題“依托課后服務(wù)指向問題解決能力培養(yǎng)的初中人工智能教學(xué)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(fā)展關(guān)鍵能力 提升數(shù)字素養(yǎng)與技能：《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》的內(nèi)容設(shè)計與實施建議[J]. 教師教育學(xué)報， 2022， 9（4）： 8.

林眾，諸衛(wèi)兵，馮士海. 義務(wù)教育信息科技課程“網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)實施眾人談[J]. 中國信息技術(shù)教育， 2023（11）： 4-9.