基于項目式學習的小學物聯網傳感技術教學研究

摘 要：當前，物聯網傳感技術在社會各領域應用廣泛，對社會發展產生了深遠的影響。結合具體課例，分析基于項目式學習的小學物聯網傳感技術的教學過程，針對項目式教學法各流程的具體實施過程及產生的問題進行分析，并提出解決對策。

關鍵詞：項目式學習；物聯網傳感技術；教學研究

作者簡介：沈茹（1983—），女，江蘇省常州市荊川小學。

一、前言

物聯網技術是一種新興技術，這種技術將各種設備、物品通過傳感設備與網絡連接，進行數據的交換與通信，從而實現智能化的識別。物聯網技術已經廣泛應用在工業、交通、醫療、家居等眾多領域，極大地改變了人們的生活和工作方式，提高了生活與工作的效率和便利性，助推各個領域的智能化發展，是繼互聯網之后的又一次技術革新。為了更好地順應時代的發展，在教育教學中融入與物聯網技術相關的內容，成為當下教育領域的重要課題。因此，小學信息科技教師需要找到一種合適的方式，讓小學生也能緊跟時代步伐，理解物聯網時代的訊息，提升信息素養。

二、項目式學習概述

（一）項目式學習的概念與特征

1.項目式學習的概念

項目式學習（Project-Based Learning）是以建構主義理論為指導的新型學習方式，強調以學生為中心，關注學科的核心概念和原理，重視問題的解決，讓學習者自主學習并通過制作作品完成知識意義的建構。

2.項目式學習的特征

（1）實用性。教師在項目式學習中設計的問題與任務目標都要基于現實，讓學生真切地感受到完成這個項目的實用性。

（2）明確性。項目式學習可以讓學生非常清晰地知曉學習任務的具體目標，從而有針對性地投入學習。

（3）協同性。小學階段的學生還缺乏足夠的專注能力，但他們對有興趣的事物會迸發出強大的探究欲。教師在設計項目式學習中的任務時，要兼顧學生的特點。

（二）項目式學習的基本流程

項目式學習強調學生的主體地位，更注重小組協作，要求學生在真實情境中學習和探究。在小學信息科技課物聯網傳感技術教學中開展項目式學習的基本流程是：確定項目主題、規劃項目流程、開展項目探究、執行項目任務、作品交流評價、課后反思提升等。這樣的流程可以幫助學生在實踐中深入發掘自身多方面的能力，從而實現學生信息素養的培養目標。

三、基于項目式學習的物聯網傳感技術教學設計的研究過程

（一）物聯網傳感技術的概況

1.物聯網傳感技術的介紹

物聯網是指通過各種傳感設備，運用互聯網、電子傳感器、衛星定位等高科技，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程的各種信息，并與互聯網結合形成的一個巨大網絡。物聯網傳感技術是物聯網中至關重要的組成部分，它有著精度高、實效性強和多樣化的特征。

2.小學信息科技課程中融入物聯網相關內容的時代需求

在小學信息科技課程中融入物聯網相關內容，讓學生熟悉、認知以及應用物聯網是當前小學信息科技教學的主要內容之一［1］。這能讓學生在課堂上體驗人與機器、人與社會之間的交互，了解更多前沿的信息技術知識，豐富學生的知識結構，提高學生的探究和創新實踐能力，提升學生對信息科技重要性的認知［2］，從而調動學生學習信息科技這門學科的積極性，促進信息科技學科教學目標的實現。

（二）基于項目式學習的小學物聯網傳感技術教學實踐

依據項目化教學的理念，以“搖桿傳感器的使用——小貓抓魚”一課為例。本課是面向五年級學生設計的圖形化編程課程，結合小學生的個性特點，讓學生在設計游戲的過程中，掌握搖桿傳感器的使用。前期學生已經掌握了圖形化編程語言中動作、事件、外觀、控制等模塊中的命令功能，為本課的學習奠定了基礎。

筆者在本課程中通過“創設情境→規劃流程→項目探究→項目執行→匯報交流→反思提升”六個教學環節的實施，使用圖形化編程平臺與Arduino開源硬件相結合的形式進行項目式教學。

1.創設生活情境，確定項目主題

創設生活化的情境，能使原本抽象的內容變得真實，更容易激發學生的學習熱情，調動學生的主觀能動性，為整個項目的順利進行打下良好的基礎。

筆者先以“小貓抓魚”為項目情境，讓小貓去抓水里游來游去的小魚，然后拿出搖桿，讓學生觀察體驗，動手搖一搖、晃一晃。“它有一個大大的‘腦袋’，我們可以操縱它來實現一些目標，上下左右，你想讓它去哪兒，它就去哪兒。”這個項目情境，非常符合小學生天真愛玩的個性。

2.結合畫流程圖，規劃項目流程

在導入環節，筆者先讓學生體驗“小貓抓魚”游戲，再讓學生用自然語言描述小貓抓魚的流程：小魚在水里自由自在地游（位置隨機），小貓會隨著搖桿移動的方向運動，如果觸碰到小魚則小魚消失（被吃掉），否則小貓繼續隨著搖桿移動。由于五年級的學生還不能熟練繪制流程圖，教師先給出大致流程，再結合學生的語言表述，帶領學生一起完善流程圖，如圖1所示。

這個環節既鍛煉了學生的語言表達能力，又幫助學生理清了項目的具體流程，讓學生對接下來項目如何執行有了全局的了解，在一定程度上培養了學生的思維能力。

3.小組合作學習，開展項目探究

筆者根據學生個性特征和學習能力的差異，提前進行科學均衡的分組。學生在課堂上以小組為單位展開項目探究，充分發揮個人的特長。

在這一環節，筆者引導學生通過小組研討的方式展開研習，結合上一環節完善的流程圖，請小組分析“小貓抓魚”的基本需求，提出該游戲項目需要解決的問題，如開源硬件的認識、數據線的連接、硬件的測試、角色的創建、程序的編寫（具體到需要用哪些模塊控件）與調試等。通過教師的整理與總結，本項目需要解決的主要問題有：①搖桿如何與電腦連接；②如何通過搖桿控制小貓的方向；③設置小貓“抓”魚的觸發條件；④小魚被吃后消失，如何隨機出現在另一個位置等。通過整理總結，學生明確接下來項目執行時需要重點研究和探索的地方。

4.同伴互助協同，執行項目任務

（1）硬件連接、探究方向

小組成員先根據教師提供的安裝教程微視頻，嘗試將開源硬件與計算機連接，并選擇正確的端口。再通過新建變量X、Y，進行程序調試，確定兩個模擬輸入口和分別對應的坐標軸，以此來確定角色的坐標定位。

（2）編寫腳本，調試腳本

小組成員先組內討論，根據先前測試中獲取的數據，結合“如果……那么……”的關聯詞語，運用自然語言分別表達出搖桿控制小貓上下左右運動的方式。再將自然語言轉化成程序語言，并編寫腳本。在這一環節，學生用數量關系引導出條件判斷語句，將自然語言轉化成程序語言，實現了思維的躍遷。

程序編寫出來后，學生針對搖桿控制角色的不穩定性進行討論思考，再次觀察分析搖桿模擬值的特點，糾錯并調試程序；針對游戲中的部分缺陷，全班討論，集思廣益解決問題。這個過程讓學生在嘗試中發現不足，分析原因，思考問題解決的方法，在反復調試中鍛煉編程能力。教師全程引導和點撥。

（3）拓展創新

在實現了“小貓抓魚”后，怎樣將游戲變得更有可玩性、更有個性？小組成員充分討論，判斷可行性，并編程實現，促進思維發展以及創新能力發展。

最后，教師介紹搖桿傳感器的工作原理，讓學生結合自己的所見所聞，說一說搖桿傳感器在生活中還有哪些應用，教師進行判斷并補充說明。這樣可聯系實際，拓寬學生的視野，培養學生解決實際問題的能力。

5.分享心路歷程，作品交流評價

學生完成作品后，教師要檢驗他們的成果，評價是否實現了預設目標——小貓能跟著搖桿正確移動，順利吃到魚。如果達不到預期效果，大家可以一起尋找失敗的原因，也為其他同學提供經驗教訓。所以，在這一環節中，教師應鼓勵學生大膽展示自己的作品，分享自己創作的心得，表達自己的想法，培養學生溝通交流能力的同時，也讓學生學會傾聽、學習他人的經驗。

最后，進行項目評價。評價標準分為A、B、C三個層級，最終評價由小組的項目成果性評價和個人項目學習過程性評價組成，體現了項目的合作性和對學生個人學習能力的評價［3］，具體實施如表1所示，這能為下一環節教師的項目實施情況及課后反思提供理論依據。

6.項目實施評價，不斷反思提升

項目實施的積極意義：

bLHmVFQavgLhH24kfuTPng==（1）課堂中構建了真實的情境項目，使學生快速融入課堂，讓學生在真實的情境中思考、交流、探索和實踐，充分調動了學生的內驅力。整個探索過程是有目的性地完成一個項目作品，而非單純地進行軟件實操學習。

（2）在學生進行開源硬件連接和程序創作之前，教師沒有直接告訴學生應該做什么，而是有意識地引導學生思考。先通過自然語言描述項目流程，繪制項目流程圖，確定整個項目的執行過程，再通過交流探討總結出需要重點解決的問題，圍繞這些核心問題再展開實踐。整個項目的實施過程能培養學生利用程序思想解決問題的能力，有利于培養學生的計算思維。

（3）學生圍繞“小貓抓魚”這一項目主題開展探究與實踐，經歷了深入思考、分析流程、發現問題、解決問題的過程，獨立完成是有困難的。整個過程需要小組一起參與，進行頭腦風暴，不斷地交流、試錯，直至實現項目目標，從而鍛煉學生的表達、交流、協作能力，有利于學生形成團隊意識，增強集體榮譽感。

（4）學生通過本項目的學習，親身體驗設計、搭建和編程的過程，能充分感受搖桿傳感器對項目實現的重要作用，再結合教師對生活中搖桿傳感器應用的介紹，進一步感知搖桿傳感器的價值。這有助于學生適應科技的快速發展，培養學生對新興技術的敏感度和興趣。

項目還可以提升改進的地方：

（1）本課的重點是讓學生了解搖桿的工作原理，并學會使用搖桿。對于搖桿在游戲中到底有什么作用，教師不能限制學生的思維。教師可以準備多款程序供學生自主選擇，區分不同控制方法的優劣。學生在學會用搖桿控制角色運動的方法之后，可以有選擇性地運用在自己的程序中，改進程序，自主創新。

（2）現在是單人控制搖桿的游戲，如何將其變成雙人游戲？學生可以通過搖桿和鍵盤控制不同的角色，兩個人一起操作小貓和小魚的行動路線，看看小貓和小魚誰更厲害。鍵盤操作是之前學過的知識，學生可以通過思考和嘗試，實現靈活運用已學知識。

［參考文獻］

董永飛.小學信息技術課堂中的物聯網教學［J］.科學大眾（科學教育），2019（2）：90.

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