初中“物聯網實踐與探索”模塊教學指南二次開發

摘要：基于項目式學習進行大單元教學設計，可以加強知識間的內在關聯，促進知識結構化，精簡內容，緩解學生學業壓力和課時緊張的問題。本文以“物聯門鎖系統”為例，根據《義務教育信息科技課程教學指南和配套課件使用說明》，詳細闡述了如何圍繞“項目”和“知識”兩條主線，對八年級教學指南進行二次開發，以期推動《義務教育信息科技教學指南》的實踐應用。

關鍵詞：八年級；物聯網實踐與探索；教學指南；二次開發

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）06-0042-04

2024年8月，國家中小學智慧教育平臺發布了《義務教育信息科技教學指南》（以下簡稱“教學指南”）及配套課件，供全國義務教育階段3～8年級師生免費使用。作為信息科技課程實施的基準性參考依據，教學指南按照每周1課時的容量進行設計，每冊教學指南分為30課，內容較為豐富。[1]同時，根據《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）編寫的冀教版義務教育教科書《信息科技（三年級）》和《信息科技（七年級）》已于2024年8月出版發行，其他年級的教材尚未出版發行。2023年5月，河北省教育廳印發了《河北省初中學業水平信息科技考試方案》，明確了信息科技考試一般安排在八年級下學期進行，滿分分值為10分，計入初中學業水平考試總分。[2]可見，信息科技課程的課時緊張，學生的學業壓力也隨之增加。在這樣的背景下，如何創造性地使用教學指南，是河北省信息科技教師不可回避的一個重要問題?！读x務教育信息科技課程教學指南和配套課件使用說明》（以下簡稱“使用說明”）指出，教師可根據教學指南，結合本地實際情況對教學整體構思，進行二次開發，細化教學設計，設置評價方案，確定具體實施細節，以確保實際教學的科學性和系統性。因此，對八年級教學指南進行二次開發具有必要性。

義務教育教科書《信息科技（七年級）》（冀教版）主要由驅動問題、項目實施、閱讀材料和技術支持等板塊構成。在對《義務教育信息科技課程教學指南 物聯網實踐與探索 八年級全一冊》（以下簡稱“八年級教學指南”）進行二次開發的過程中，所編排的教學內容和學習活動應與上述體例保持一致。通過采用項目式學習或任務驅動式教學法，進行大單元教學設計，可以加強知識間的內在關聯，促進知識結構化，精簡內容，緩解學生學業壓力和課時緊張的問題。下面，筆者圍繞“項目”和“知識”兩條主線，詳細闡述對八年級教學指南進行二次開發的策略。需要注意的是，強調“項目”和“知識”兩條主線，并不意味著將它們割裂開來，而是要在教學實踐中實現二者的有機融合。

圍繞“項目線”進行二次開發

圍繞“項目線”對八年級教學指南進行二次開發，主要依據各單元的學習活動以及“拓展與提升”欄目進行。但是，教學指南給出的學習活動和內容設計主要采用活動框架方式，并沒有提供具體的活動過程。[3]根據使用說明，教師可以對學習活動進行取舍、替換，或調整教學順序、實踐及實驗活動的形式。

1.對學習活動進行取舍、替換

為了使學生了解HTTP通信的基本過程，認識傳統互聯網協議在物聯系統中的局限性，進一步熟悉從互聯網中獲取數據的方法，八年級教學指南中設置的一些教學內容和學習活動特別注意了與“互聯網應用與創新”模塊的銜接。為了使學生認識人臉識別技術，了解機器識別人臉的基本過程，體會人工智能帶來的智能生活，了解物聯系統的發展趨勢，以及提升數據采集安全的方法，一些教學內容和學習活動涉及了“人工智能與智慧社會”模塊的內容要求。此外，一些與“Python語言”相關的教學內容和學習活動加強了與高中學段的銜接。教師可以對上述課程內容進行刪減和替換，使課堂時間集中于“物聯網實踐與探索”模塊的教學。同時，利用圖形化編程實現簡易物聯系統的功能，降低項目難度并縮短項目周期。刪減的內容可以設計成項目拓展的形式，供感興趣、學有余力的學生課后完成，實現分層教學。

2.調整教學順序、實踐及實驗活動的形式

八年級教學指南設計了以“物聯門鎖系統”和“物聯花盆系統”等為主題的單元。在第五單元“物聯網應用探索”中，進一步設計了以“博物館環境監測系統”“身高記錄儀系統”“病患輸液監測系統”“奶牛產奶監測系統”以及“探究熱水降溫規律系統”為主題的項目。教師可以根據實際情況對上述主題進行選擇，并調整教學順序、實踐及實驗活動的形式，增強項目實施的連貫性，幫助學生建構知識體系，培養和提升解決真實問題的能力。

3.案例：物聯門鎖系統

（1）學習目標

案例“物聯門鎖系統”突破了八年級教學指南原有單元的框架，對第7、10、12、13、14、18、26、30課進行了二次開發。因此，學習目標是根據上述課時，圍繞關鍵概念“物聯網的感知——識別”“物聯網的通信——MQTT”和“物聯網安全”設定的，涉及信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任等信息科技學科核心素養的培養。具體內容包括：了解射頻識別技術的基本原理及其常見應用，體會電子標簽編碼的唯一性；能夠利用射頻技術開展實踐活動，了解物與物之間近距離通信的過程；了解MQTT的通信機制，認識發布者、訂閱者和中介之間的關系；能夠利用物聯網服務平臺實現發布和訂閱功能；了解使用物聯網服務平臺存儲和傳輸數據的方法，會在物聯網服務平臺中下載數據；了解物聯網中的虛擬身份，結合虛擬身份在物聯門鎖系統中的具體應用，感受虛擬身份在物聯網傳輸和安全等方面的重要作用；了解身份認證技術，認識物聯系統安全的重要性。

（2）驅動問題

利用物聯網技術，如何設計并搭建一個具有刷卡開鎖、遠程通知、遠程控制等功能的物聯門鎖系統，并確保其安全性？

（3）項目實施

項目實施過程包含若干個學習活動，如上頁表1所示。建議選擇一鍵部署的SIoT和mPython集成開發環境，以及開源硬件掌控板（含板載按鍵、蜂鳴器、OLED顯示屏）、掌控拓展板，并配備電子標簽、RFID模塊、舵機等周邊模塊。小組最好進行異質分組，最佳人數為4人。

（4）展示活動

各小組推選一名學生代表，向教師及其他小組成員介紹物聯門鎖系統設計與搭建的過程，主要介紹項目實施過程中遇到的各種問題和困難、相應的解決方案、心得體會，以及分工合作的情況等，并基于原型演示系統運行的效果，同時，填寫如表2所示的評價量規。在展示活動結束后，各小組結合教師及其他小組成員給出的評語和建議，進一步優化物聯門鎖系統。

（5）評價方案

根據新課標的課程理念，教師應強化素養導向的多元評價，堅持過程性評價與終結性評價相結合，堅持自評和他評相結合。[4]教學指南在每個單元中都設計和開發了支持學生自評和教師評價的量表工具，教師可以依據學習目標對其進行二次開發，形成調查問卷，并通過問卷星等平臺收集學生的自評數據。此外，還可以結合學習活動設計，編制學習過程記錄表，收集學生學習過程中的成果性證據。[5]評價方案如上頁表3所示。

（6）單元總結

教學指南中的單元內容結構圖把零碎的概念知識聯結在一起，以綜合貫通和不斷分化的方式幫助學生實現知識的聯結、融合與內化。[6]通過對第二、三、四、六單元的內容結構圖進行整合與重組，教師可以以思維導圖的形式呈現物聯門鎖系統涉及的核心概念與知識體系，并要求學生對照圖中的內容進行單元總結。

圍繞“知識線”進行二次開發

圍繞“知識線”對八年級教學指南進行二次開發時，需要與項目配合，并對知識類型進行鑒別，以更合理地設計項目實施過程。對于概念性知識，如“射頻識別技術的基本原理”等，教師可以在學習活動前后或其他必要的時候進行梳理或講解。對于程序性知識，如“搭建本地MQTT服務器的步驟”“RFID模塊、舵機的基本介紹、引腳定義、接線圖和示例程序”等，應以“技術支持”的形式呈現，并在項目實施過程中適時提供給學生，增強他們的自主學習能力。而對于事實性知識，如“射頻識別技術的常見應用”等，則應以“閱讀材料”的形式呈現，供學生在課余時間閱讀。

使用說明指出：各地區教師可以結合當地學情，酌情調整教學內容。在突破“MQTT通信機制”這一教學難點時，教師可以結合慕課或已出版的教材等可利用資源，細化“了解MQTT通信機制”一節的內容，對比HTTP“請求—響應”的工作模式，闡明MQTT是一種基于發布/訂閱模式的協議，也是一種基于客戶端/服務器結構的協議。中介是服務器，發布者和訂閱者都是客戶端。發布者可以訂閱消息，同樣，訂閱者也可以發布消息。明確中介上可以有一個或者多個主題，主題可以被理解為消息的分類。厘清發布和訂閱的過程等，為“遠程通知功能”和“遠程控制功能”的實現夯實基礎。

結語

在對八年級教學指南進行二次開發時，筆者僅圍繞有限的概念，對以“物聯門鎖系統”為主題的項目進行了重新設計。而“物聯網基本原理與功能”部分還涉及“物聯網的感知——傳感”等關鍵概念，這些概念可以通過“探究熱水降溫規律系統”等項目來建構。特別是“探究熱水降溫規律系統”項目，能夠體現跨學科的設計理念，且貼近學生的現實生活和學習實踐。另外，“從感知到物聯”和“物聯網安全”兩個單元涉及較多對基本原理和基本概念的闡述，可以以小型講座等形式開展教學。

參考文獻：

[1]盧秋紅.《教學指南》搭建信息科技課程教學的橋梁——專訪人民教育出版社信息科技編輯室主任林眾[J].中小學信息技術教育，2024（11）：23-25.

[2]河北省教育廳.關于印發河北省初中學業水平信息科技考試方案的通知[EB/OL].http：//www.hee.gov.cn/col/1410097726928/2023/05/25/1685007169320.html.

[3][5][6]李鋒，葉宜濤，李正福.基于標準的《義務教育信息科技教學指南》的內容分析與二次開發[J].中國現代教育裝備，2024（20）：13-15+19.

[4]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.