信息科技八年級“物聯網實踐與探索”教學建議

在數智化轉型浪潮中，物聯網作為連接物理世界與數字世界的重要紐帶，正深刻改變著人們的生活方式，成為驅動社會進步的關鍵技術。依據《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）研制的《義務教育信息科技教學指南 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”）及配套課件，于2024年8月在國家中小學智慧教育平臺發布，為“物聯網實踐與探索”模塊（以下簡稱“物聯網模塊”）的教學實施提供了指導建議。當前，物聯網模塊教學仍面臨一些挑戰，本文將探討相關教學策略，并提出教學建議。

一、物聯網模塊教學中的挑戰

課標中關于物聯網的教學內容與原信息技術課程差異較大，加上各地各校的教學環境和師資狀況不相同，物聯網模塊教學面臨著諸多挑戰[1]。

（一）軟硬件資源差距大，教學條件難統一

在物聯網模塊的教學實踐中，不同地區、不同學校在硬件設施和軟件平臺方面存在顯著差異。經濟發達地區的學校可能擁有先進的傳感器設備、智能終端以及完善的物聯網實驗平臺，能夠為學生提供豐富的實踐操作機會。而在一些經濟欠發達地區，學校的硬件設施相對匱乏，限制了學生的實踐操作和對物聯網技術的深人理解。當前，以人教信息科技數字資源平臺（以下簡稱“數字資源平臺”）為代表的在線平臺，提供了豐富的線上物聯網教學資源，為解決硬件資源問題提供了重要補充。

（二）教師專業能力待提升，教學質量難保障

物聯網作為交叉學科領域，其知識體系深度融合傳感器原理與應用、通信協議架構、數據處理算法及系統集成技術等多維度專業知識。這種學科特性要求任課教師不僅要具備計算機科學與技術領域的堅實基礎，還需持續跟蹤前沿技術發展動態。尤其在智能物聯網（AIoT）技術快速迭代的背景下，教師需學習人工智能，強化對邊緣計算、機器學習融合應用等新興技術的理解與實踐能力，以應對人工智能與物聯網深度融合帶來的教學挑戰。當前，八年級教學指南雖然提供了配套課件，但教師仍需要對教學內容進行解構與重構，實施符合本地學情的校本化改造。實踐中，部分教師受限于技術理解能力與教學設計負荷，陷人“模板依賴”困境，在案例本土化建設方面有待提升。此外，物聯網模塊的內容具有很強的跨學科性，設計一節既能覆蓋物聯網核心技術，又能有效融合其他學科知識的課，需要教師具備跨學科的視野和能力。

（三）數字素養與技能評價不足，教學效果難衡量

信息科技課程以培養學生的數字素養與技能為核心目標，其評價應涵蓋信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四個維度。現行八年級課程評價多依賴知識問答或實驗報告，缺乏針對這些核心要素的系統評估體系，難以全面衡量課程的教學成效。以信息意識為例，課標要求學生具備從物聯網多源數據中識別有效信息的能力，但現有評價多停留在數據采集操作層面，未能有效評價信息篩選與價值判斷能力。例如，在智能環境監測項目中，學生雖能采集溫度、濕度等數據，卻缺乏對環境參數關聯性及異常數據的辨識能力，導致教學效果評估存在明顯盲區。此外，物聯網模塊的跨學科屬性要求構建多維評價指標，當前體系尚不能有效評估學生的技術整合與學科融合能力。

二、以人為本的物聯網模塊教學建議

物聯網模塊教學需突破知識灌輸的傳統模式，以人為本，始終圍繞學生的全面發展，探索構建以學生為中心的教學體系，激發學生的創新思維，提升學生應用物聯網技術解決實際問題的能力[2]。

（一）重塑教學過程，從技術導向轉向問題導向

當前信息科技教學中，部分教師采用技術講解與演示為主的教學方式，雖然能夠使學生系統掌握物聯網技術，但學生處于被動接受知識的狀態，缺乏主動思考和探索的動力，難以將所學技術與實際生活場景有效銜接，致使知識理解停留在表面，無法深刻體會物聯網技術的應用價值和創新意義。例如，在講解傳感器原理時，教師通常在課堂上詳細講述各類傳感器的工作原理、性能參數等理論知識，并通過實驗演示讓學生觀察傳感器的輸出數據變化。但學生可能只是機械地記錄數據和實驗結果，既未理解數據在物聯網系統中的作用，也未掌握根據應用場景選擇傳感器的能力。這種理論與實踐脫節的教學方式不利于培養學生解決實際問題的能力。

在物聯網模塊的教學中，問題導向有助于培養學生的創新思維。該教學過程主要包括以下幾方面。

1.創設情境，引發問題

教師應從學生熟悉的生活場景人手，創設與物聯網相關的問題情境。例如，在展示博物館環境監測系統的宣傳視頻或圖片后，教師可以提出問題“設計一個能自動調節室內溫度、濕度、光照強度的博物館環境監測系統，需要考慮哪些因素”“如何利用物聯網技術實現這些功能”。這樣的問題能夠激發學生的好奇心和探究欲望，促使他們主動思考物聯網技術在生活中的應用，從而自然地引出后續關于物聯網感知層、網絡層和應用層的教學內容。

2.問題鏈構建，啟發創新思維

在教學過程中，教師應以問題為導向引導學生積極思考，學習相關知識。例如，當學生思考環境監測系統的溫度控制時，教師可以進一步提問：“溫度傳感器是如何檢測室內溫度的？它采集的數據如何傳輸到控制中心？控制中心又怎樣根據這些數據做出決策并發出指令來調節空調等設備？”學生為了回答這些問題，會主動查閱資料、進行小組討論，深入學習傳感器技術、通信技術和智能控制算法等知識。這種學習方式可以使學生明確學習目的，提高學習的積極性和主動性，同時加深對知識的理解。

3.問題解決，促進能力提升

教師可組織學生分組進行項目實踐，讓他們運用所學知識解決實際問題。例如，教師可讓學生設計并制作一個簡單的智能環境監測系統。該系統能夠實時監測空氣質量、溫度和濕度等環境參數，并通過手機App顯示數據。在項目實施過程中，學生會遇到諸如傳感器選型不合理、數據傳輸不穩定、軟件編程困難等問題。教師應鼓勵學生通過團隊協作、查閱資料、請教專家等方式解決問題。在這個過程中，學生的創新思維、實踐能力和團隊協作精神會得到培養。

（二）深化項目實踐，搭建真實應用場景

物聯網是一門實踐性很強的課程，通過項目實踐，學生能夠將所學的知識整合運用到實際場景中，加深對物聯網系統設計、開發和部署的全過程的理解。同時，項目實踐有助于培養學生的工程思維、問題解決能力和創新意識，提高學生的綜合素質。

1.真實應用場景的搭建原則

貼近生活：教學案例應選擇與學生日常生活密切相關的應用場景，如校園環境監測、智能交通管理、家庭智能安防等。這樣學生能夠直觀地感受到物聯網技術對生活的改變，激發學習興趣和創造力。

可行性與挑戰性并存：教學搭建的應用場景在學校的教學資源和學生能力范圍內應是可實施的，同時具有一定的挑戰性。這樣的場景能夠促使學生充分發揮主觀能動性，運用所學知識和技能解決實際問題。

開放性與可擴展性：應用場景應具有一定的開放性和可擴展性，以便學生在項目實施過程中能夠進行個性化設計。這也為項自的升級和完善留下空間。比如，在智能交通管理項目中，學生可以初步設計一個基于物聯網的交通信號燈控制系統，后期可以根據實際需求添加車輛流量監測、行人闖紅燈預警等功能模塊。

2.項目實踐案例一—博物館環境監測系統設計與實現

該單元采用項目學習的方式，基于一個真實的問題情景：學生在研學旅行中了解到，博物館中的文物保存對溫度、濕度、光照強度等環境條件有嚴格的要求；物聯網技術的實時監測和遠程控制能有效地助力文物保護。該項目以“文物保護新手段”為主題，包括5個課時，每個課時圍繞一個挑戰性的學習任務展開（見表1）。

在這個項目中，學生需要經歷需求分析、原型設計、功能實現和測試優化等階段。他們以小組為單位，通過提出問題、分析問題、設計方案、編程調試再到解決實際問題，深刻認識到學習任何一門學科的最終目的是要綜合運用所學知識來解決實際問題。在這個過程中，學生信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任等核心素養會得到進一步的培養（見表2）。

表1“文物保護新手段”項目教學安排

（三）借助優質資源，開展虛擬實驗教學

在八年級教學指南中，項目實踐是不可或缺的內容。各學校應大力推動配置滿足教學需要的硬件實驗環境。同時，對于難以建設硬件實驗環境的學校，數字化虛擬實驗平臺為教學的正常實施提供了機遇。以數字資源平臺為例，該平臺集成了豐富的物聯網虛擬實驗，為學習目標的達成提供了重要保障。

例如，“天氣預報API”實驗讓學生發送消息，獲取所選城市的天氣預報實時數據。通過發送數據請求、解析收到的響應數據，學生可以理解如何通過公共數據監測網站獲取數據。在“巧用藍牙做工具”實驗中，學生通過探索藍牙翻頁筆的原理，了解藍牙這種短距離無線通信方式。學生需要解決“搖晃”動作是如何被感知的，以及如何通過藍牙將感知結果從翻頁筆傳輸到計算機等一系列問題，最終實現翻頁功能。數字平臺提供了可操作的實驗環境，以及Python和圖形化編程代碼，能夠有效支持不同程度的學生學習。在講解物聯網應用案例時，教師可以展示平臺上的智能家居、智能交通等實際應用場景的互動實驗，讓學生在操作中感受物聯網在生活中的應用，激發其學習興趣和探究欲望。

表2“文物保護新手段”項目的素養導向單元學習目標

數字資源平臺為物聯網教學提供了全方位、多層次的支持。合理運用這一平臺，能夠有效提升教學質量，激發學生的學習興趣和創新思維，培養學生的實踐能力和數字素養。在教學中，教師應不斷探索各種優質資源平臺的應用，讓數字資源更好地服務于教學。

（四）聚焦核心素養，培育與評價協同推進

教師需依據核心素養的內涵，制訂具體可操作的評價指標體系，通過融合教師評價、學生自評、小組互評、家長評價、企業評價（在校企合作項目中）等多種方式，全面客觀地評價學生的核心素養發展水平。例如，在項目實踐結束后，教師根據學生在項目中的表現給予評價；學生評價自己在項目中的貢獻和收獲；小組成員之間相互評價合作表現；家長對學生在項目實施過程中的態度和努力程度進行評價；企業專家對學生在與企業合作項目中表現出的職業素養和技術應用能力進行評價。通過多元評價，教師可系統分析學生學習成效，精準發現學生的優勢和不足，為教學策略改進提供依據。

評價不能僅關注最終的學習成果，而應貫穿于整個教學過程。教師應建立學生學習檔案，記錄學生在課堂表現、實驗操作、項自進展等各個環節的情況，及時給予反饋和指導。以“校園智能垃圾分類系統”項目為例，教師持續跟蹤學生在需求分析、硬件設計、軟件開發等階段的進展和遇到的問題，及時與學生溝通交流，提供針對性的建議和幫助。這種伴隨式的動態評價機制能夠讓教師及時發現學生在學習過程中的變化，調整教學策略，促進學生核心素養的持續發展。

三、物聯網模塊教學的創新發展趨勢

（一）融合人工智能的智能物聯網教學

在人工智能技術迅猛發展的背景下，智能物聯網作為人工智能與物聯網融合的新技術，為物聯網模塊教學提供了嶄新的視角。在傳統物聯網項目基礎上，教師可引人圖像識別、語音交互、生成式人工智能等技術，利用公開的大模型資源，設計更智能化、人性化的項目。例如，教師可以引導學生利用計算機與攝像頭構建“智能垃圾分類系統”。這個系統通過計算機視覺方法訓練垃圾識別模型，當攝像頭捕捉到垃圾圖像時，系統會自動進行分類，并通過物聯網平臺觸發對應垃圾桶開蓋，從而實現識別、決策和執行的過程。在“社區安全預警系統”項目中，煙霧傳感器與人工智能火焰識別模型聯動，不僅能夠觸發消防設備，還能為物業管理系統提供數據支持，充分體現技術的社會服務屬性。這些項目不僅能夠培養學生的硬件搭建能力，還能讓他們感受到人工智能賦予物聯網的“思考”能力。

生成式人工智能技術能夠為已有的物聯網系統賦能。在環境監測類項目中，學生可通過人工智能發現數據特征（如天氣變化規律）、撰寫周報（如“本周最佳通風時段分析”）、自動生成數據解讀與決策建議，替代傳統靜態數據展示。在“AIoT智能導覽車”項目中，學生可以通過攝像頭捕捉展品圖像，利用多模態大模型技術識別圖像，并生成講解詞。學生還可以通過自然語言輸人目標地點，人工智能解析后生成導航指令，當傳感器檢測到障礙物時，人工智能會生成繞行方案并語音提示，例如“左側通道擁堵，建議右轉”。

通過將人工智能深度植人物聯網項目的感知模塊（數據輸人）、決策模塊（邏輯生成）、交互模塊（反饋輸出），學生不僅能掌握技術融合方法，更能理解智能物聯網系統的設計哲學從“被動響應”到“主動思考”的躍遷。

（二）跨學科的物聯網實踐與探索

物聯網技術的跨學科屬性為學科融合提供了天然載體，物聯網模塊的教學可通過多維度融合構建貫通式學習生態，培育學生在數智時代的核心競爭力。

在科學課程融合中，物聯網成為探究自然規律的實驗工具。以“智能植物生長監測系統”項目為例，學生需綜合運用生物學的植物光合作用、呼吸作用與環境因子關系等知識，結合物理中的光的知識內容，借助物聯網技術搭建具備溫濕度、光照監測功能的智能種植系統。教師可以引導學生通過生物對照實驗，量化分析智能調控（如自動補光）與傳統種植模式下植物生長的差異。最終，學生將形成涵蓋環境參數動態監測、數據可視化及反饋控制的完整解決方案，實現跨學科知識的深度融合與實踐創新能力的立體化成長。

與藝術課程融合可開辟創意表達新維度。學生可開發智能畫作展示系統，通過紅外傳感器感知觀眾距離，觸發聲光互動效果；在音樂創作中運用運動傳感器捕捉肢體語言，將舞蹈動作轉化為音符節奏，實現科技與藝術的跨界對話。這種融合可打破傳統藝術創作邊界，在技術應用中激發創新思維。

與數學課程融合可聚焦數據價值挖掘。環境監測系統采集的溫度、濕度等數據，均可成為統計學教學的鮮活素材。學生可運用信息科技手段讓數據可視化并分析其中的規律。定位技術獲取的物體運動軌跡，可為幾何建模提供真實參數，實現數學原理與物理空間的雙向驗證。這種數據驅動型學習有助于提升學生的數學應用能力。

通過與科學、藝術、數學等多學科的融合，物聯網模塊的教學能夠打破學科壁壘，形成跨學科素養培育矩陣。學生在技術實踐中既能掌握物聯設備應用技能，又可提升科學思維、審美能力和數理邏輯，為成長為具備創新思維的數字公民奠定堅實基礎。這種教育模式不僅響應課標要求，更指向未來人才的核心競爭力培養。

物聯網技術作為新一代信息技術的重要組成部分，正深刻改變著人類的生產生活方式。八年級教學指南對培養學生的數字素養與技能、創新精神與實踐能力具有重要意義。教師應以核心素養培養為目標，結合人工智能技術，通過教學重構、項目深化、資源融合、評價創新、跨域協同等策略，為實施物聯網模塊教學提供有力保障。

注：本文系北京市數字教育研究課題“人工智能輔助學生個性化學習與智能測評研究”（立項號：BDEC2024ZX065）的研究成果。

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]仇森，胡秋萍，李琦．八年級“物聯網實踐與探索”教學指南設計思路解讀[J].中小學數字化教學，2024（10）：28-31.

（作者唐曉嵐系首都師范大學信息工程學院副教授、人工智能師范專業負責人；明紀英系北京市通州區初中信息科技研修員、高級教師；張加莎系北京學校一級教師；樊磊系首都師范大學教育學院教授，人民教育出版社信息科技編輯室特聘專家，教育部義務教育信息科技課程標準專家組成員）

責任編輯：李媛