物聯網與中學學科知識融合的路徑研究

劉志華

摘 要：在中學信息技術教學中，借助物聯網技術與學生的學科知識進行有效融合，具有重要的現實意義。立足于“基于物聯網應用的創新實踐課程”項目，從為何選取物聯網應用作為課程媒介、物聯網應用與學科知識的融合、物聯網作品制作過程的教育意義等三方面，對物聯網與中學學科知識融合的路徑進行研究與探索。

關鍵詞：物聯網；學科知識；融合；“云智能盆‘載”；學習方式；創新人才

中圖分類號：G633.67 文獻標志碼：A 文章編號：1008-3561（2016）29-0070-02

“基于物聯網應用的創新實踐課程”是徐州市第三中學承擔的2015年江蘇省前瞻性教學改革建設項目。該項目是以物聯網的應用為載體，創新實踐活動情境，實現學習方式的轉變，培養創新人才機制的前瞻性教改課程。其中，如何促進物聯網與學科知識的深度融合，是項目需要解決的核心問題之一。基于課程的視角，結合物聯網的特征、物聯網涉及的學科知識、物聯網應用的教育意義等對“物聯網與中學學科知識融合的路徑”進行探討。

一、為何選取物聯網應用作為課程媒介

時至今日，“互聯網+”已經成為影響當今社會發展的強大因素，“互聯網+教育”必將成為推動教育改革發展的關鍵因素。就像美國著名未來學家阿爾溫·托夫勒說的：“誰掌握了信息，控制了網絡，誰就擁有整個世界。” 由于多媒體具有集成性、可控性、交互性、信息非線性化和信息空間立體化的特點，必將對傳統教學“工業化”模式產生極大沖擊，帶來學習方式的轉變、教學時空的拓展、教學內容的生動化和教學形態的變化，從而導致教學價值觀、知識觀、師生觀、實踐觀等都隨之而重新構建。

在這樣的背景下，作為中學教育工作者，如何讓“互聯網走進中學生的世界”，用互聯網再造教育？我們選擇了“物聯網的應用”這一方向，設想通過運用物聯網解決“實際問題”的“創意制作”活動過程，促進物聯網知識與學科知識的深度融合，從而轉變學生的學習方式。物聯網技術是互聯網技術的新發展，是基于互聯網技術的技術，其核心理念就是將人、物、網相互聯結。南京郵電大學校長、博士生導師楊震教授說，世界上的萬事萬物，小到手表、鑰匙，大到汽車、樓房，只要嵌入一個微型感應芯片，把它變得智能化，這個物體就可以“自動開口說話”。再借助無線網絡技術，人們就可以和物體進行“對話”，物體和物體之間也能“交流”，這就是物聯網。“如果物聯網再搭上互聯網這個橋梁，在世界任何一個地方，我們都可以即時獲取萬事萬物的信息。可以這么說，物聯網加上互聯網等于智慧地球。”

為什么選擇物聯網應用作為本課程的媒介呢？從物聯網的定義來看：物聯網是一種通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。這也告訴人們，物聯網并不是單純的一項技術，其應用的過程還會涉及到物理、化學、生物、地理、藝術等許多其他學科的知識，并能創新教育情境，從而產生巨大的教育力量。如圖1所示。

正因為解決具體的問題既需要物聯網知識，又需要其他學科知識，所以，物聯網應用就成為營造促進知識融合的新學習情境的媒介。

二、物聯網應用與學科知識的融合

“基于物聯網應用的創新實踐課程”是以問題解決為前提，借助物聯網應用營造學習情境，實現物聯網知識與學科知識融合的課程。那么，這種課程真的能夠促進學科知識與物聯網知識的深度融合嗎？下面結合實際案例，剖析一個由學生社團制作的物聯網項目，探討如下：2015年7月15日-18日，在第十三屆全國中小學信息技術創新與實踐活動中，徐州市第三中學選送的作品“云智能盆‘載”奪得了“物聯網創新設計”賽團體組全國一等獎第一名的好成績。三名學生獲得NOC的最高獎項——第十三屆中小學NOC活動全國決賽恩歐希教育信息化發明創新獎。“云智能盆‘載”作品是由三位學生相互協作共同研制的，在“云智能盆‘載”的創意、制作過程中，三位學生各展所長，既有分工又有合作，采取了典型的合作學習范式；他們常常為解決一個問題而苦思冥想、查閱資料、修改方案，許多時候還需要翻閱教科書、上網搜集信息、向學科教師咨詢技術性知識、物聯網知識、學科知識，等等。這是典型的自主學習和探究性學習方式的體現。在研制的過程中，他們自覺地將物聯網知識和其他學科知識相融合，用在作品創作上，并產生了新的認識。如表1所示。

創意制作物聯網作品的過程，不僅需要用到許多學科知識，如果指導教師抓住其中關鍵的知識，并及時地加以引導，那么還能深化學生對這一部分知識的理解。比如，教師發現學生在制作“云智能盆‘載”時，多次咨詢“流速與壓差關系及其控制”的問題，就為他們做了一次專門的“壓強與流速關系”的講座，從而加深了學生對這一部分物理知識的理解。

三、物聯網作品制作過程的教育意義

物聯網作品制作與學科教學的最大區別在于其“實踐性”“創意性”“綜合性”“時代性”等特點的突出。比如，關于壓強的知識，學生在課堂上只是認識其一般屬性，最多是會應用這個原理去解釋一些自然現象，或者去解答題目。而在制作的過程中，會遇到如何智能化控制水流速度的問題，開始，學生利用機械的原理去制作，后來想到了壓強的知識，嘗試調節出水口的大小，做出了巧妙利用壓強控制流量變化的設計。可以說，這種動手操作的親身體驗是學生在課堂教學中難以獲得的，具有不可替代性。

此外，將物聯網用之于解決學生生活中的實際問題，具有極大的教育意義，可以真正實現教學方式的轉變。比如，對于“學校花房智能化與生物生長觀察”這一實際問題，學生借助物聯網知識與物理、生物、通用技術、地理、藝術等學科知識進行相互融合，創意制作了以“云智能盆‘載”為核心的物聯網作品。從學生制作過程中所用到的學科知識來看，涉及到了許多學科的重要知識，有的還是核心知識。有的知識在學生頭腦中根深蒂固；有的知識需要學生采取多種途徑查閱獲得；有的知識學生已經學過但處于儲存狀態，想不到應用，當教師提出讓學生回想學過的學科知識時，學生才能想到。還有的知識，學生亟須掌握，便去求教于老師、同學或他人。

如果從教育的視角看待學生的物聯網制作，會發現許多教育意義。不能將“云智能盆‘載”僅僅看作是一個作品，更應該看到它背后的創作過程以及隱含在過程中的教育價值。從教育功能看，觀看這件作品是一種感受，操作這件作品是一種體驗；聽學生講解是一種感受，教師親自講解又是一種體驗；而制作這一作品的感受與體驗更為深刻，其間經歷的磨難、使用的學科知識，是令所有人都感興趣的，是引導學生深入研究的動力。作為教育者，如果能及時觀察學生的作品，體驗作品中所應用的學科知識，并引導學生在某一方面進行深入研究，就能夠改變學生在課堂上被動學習知識的習慣。如果學生通過制作物聯網作品，對學科知識在生活中的作用產生了進一步的認識，那么他們的學習就會成為自覺的學習行為，其自主學習的習慣培養自然也就水到渠成。

制作物聯網作品的過程中，如果是學生合作制作，這就需要學生相互之間取長補短，需要相互之間融洽相處，這樣的合作活動自然會使學生形成良好的合作意識與習慣。如果遇到某些難以解決的問題，學生就會千方百計地想辦法探究和解決，這種探究能力的培養是教師的說教和督促所不能實現的。制作物聯網作品的過程，實際上反映了一個完整的個性化學習的過程。可以說，“查閱、咨詢”是學習的開始，“體驗、合作、探究、制作”是學習的過程，“自主、合作、探究的養成”則是學習的結果，如果這個結果趨向于穩定，則學生的學習方式就真正得到了發展和創新。

四、結束語

綜上所述，物聯網是互聯網技術的新發展，是人、物、網的相互聯結，其作品制作既用到了物聯網知識，又會用到許多學科知識，因而作品制作是物聯網與學科知識深度融合的重要路徑，且這種深度融合具有極大的教育意義，有利于學生“自主、合作、探究學習” 習慣的養成。因此，在信息技術教學中，讓學生學習借助物聯網技術解決生活中的實際問題，既能夠促進物聯網與學科的深度融合，讓物聯網進入中學生的世界，又能夠促進學生學習方式的轉變、實踐創新能力的提升，從而將學生培養成創新型人才。

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