小學物聯網生物教學課程的設計與應用

[摘 要] 繼計算機、互聯網與移動通信網之后，物聯網再度掀起了一次信息產業浪潮。作為互聯網基礎上延伸發展的物聯網，實現了“物”與“物”之間的信息交換與通信。隨著物聯網技術在社會生活中的廣泛應用，教育教學領域也掀起了新一輪的課程教學改革，尤其是在中小學。根據目前小學課程改革的教學現狀，以江蘇省蘇州市M小學開展的基于物聯網技術的生物課程“讓花變色”為例，在體驗式學習理論的基礎上，設計課程教學模型，分析物聯網課程的教學應用情況，嘗試構建完整的信息化課堂教學體系，追尋智慧生態教育課程的未來發展。

[關鍵詞] 物聯網;生物課程;智慧教育

[作者簡介] 姚躍躍（1995—），女，浙江余姚人，碩士，研究方向為教育傳播。

[中圖分類號] G622.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）29-0356-03 ? ?[收稿日期] 2019-09-28

一、引言

在教育信息化的背景下，物聯網技術在中小學校園中的應用越來越廣泛，物聯網作為一種新型信息技術的教學手段，引領了教學改革，為現代的課堂增添了蓬勃生機，不僅優化提升了智慧校園的基礎建設管理，而且創新改革了傳統課堂的教學模式，營造了良好的智能學習環境，激發了學生的興趣，對于提升中小學校的教學質量與培養創新型人才，具有重要的意義。

二、校園移動物聯網設備介紹

蘇州市M小學物聯網基地包含“自適應大棚探究系統、多元化大自然探究系統和智慧生態創客實驗室”。為植物創造“棚外”和“棚內”生長環境，實現對土壤、環境參數的感知，在“棚內”實現智能控制等功能。通過種植，觀測植物的生長情況，學生可在移動學習終端或者PC端對植物生長狀態以及環境狀態，進行實時監測并記錄歷史數據，進行探究性學習。同時在智慧生態創客實驗室應用微生態創客實驗箱，完成相關物聯網創客活動。

移動物聯網技術將大數據技術、云計算和傳感技術緊密結合，實現了數據自動收集，遠程傳輸、自動分析，為對比觀察研究等提供了智能的方法和手段，打破了學科的藩籬，在真實情景中，輔助學生基于問題或項目開展學習。

三、教學課程（例）設計

蘇州市M小學借助移動物聯網設備，與我院合作，創作探討創客課例設計，經過多次的教學理論修改與反復實踐，成功開展了一堂別開生面的物聯網植物教學課程——“讓花變色”。該課例教學設計依據大衛·庫伯的體驗式學習理論模型，按照課前導入、課中和課后三個部分，整堂課共分為五個環節，分別是“說一說”“看一看”“學一學”“做一做”和“賽一賽”。

在課前導入部分，教師播放音樂，展示校園種植基地，向學生提問并介紹移動智能物聯設備特征，讓學生熟悉“物聯網基地”環境。隨后，教師播放視頻，學生觀看五顏六色的花兒生長過程的延時攝影。伴隨著教師的提問：花朵的顏色很美麗，但是如果這朵花的顏色你不喜歡，可以變色嗎？由此引入主題——讓花變色。

在課中探究環節，教師向學生展示風信子植物。隨后，提出第一個問題：為什么花兒有這么多顏色？要求學生通過Pad上網查閱知識，明白是花中含有花青素、胡蘿卜素、類胡蘿卜素等物質。接下來，教師提出第二個問題：花青素有哪些特點？再次要求學生通過Pad端上網查閱知識，了解到花青素遇堿變藍、遇酸變紅的特點?；诰W絡資源的探究式學習，讓學生獲取了花青素的知識。

隨后，教師開始講授實驗研究方法——水溶液提取法，測試花青素與酸堿反應的不同效果。每個小組桌上有燒杯、試管、滴管、pH傳感器、花青素汁、白醋、肥皂水等實驗工具，教師要求學生在花青素汁中分別滴入白醋和肥皂水，并用pH傳感器測量，觀察酸堿反應程度，得出結論：pH值<7，呈酸性;pH值>7，呈堿性;pH值=7，呈中性。pH值色度差別：pH酸性程度數值越小，酸性越強;pH堿性程度數值越大，堿性越強。

接下來的實驗步驟中，教師要求學生用白醋做滴管實驗，比較不同的酸性程度。比如，滴一滴白醋與滴幾滴白醋的酸性程度區別，將結果記錄、拍照并上傳到pad端。通過這次實驗，得出結論：花青素遇酸變紅，酸性越強，顏色越深。在第二次實驗中，教師要求學生用肥皂水做滴管實驗，比較不同的堿性程度。比如，滴一滴肥皂水與滴幾滴肥皂水的堿性程度區別，將結果記錄、拍照并上傳到pad端。通過這次實驗，得出結論：肥皂水遇堿變藍，堿性越強，顏色越藍。

在課堂的尾聲，教師總結當堂課所學知識要點，試著變魔術：噴水讓紙花變色。在含有花青素汁的紙花上分別噴灑肥皂水和白醋，產生不同的紅藍兩種顏色，啟發學生思考。

在課后拓展環節，教師給學生布置任務：小組分工完成給風信子花噴溶液變色的實驗，觀察并記錄結果、拍照上傳至Pad端，保持后續追蹤。

四、教學設計模型

（一）理論基礎——體驗式學習理論

體驗式學習理論源自美國20世紀二三十年代的“經驗學習”，其研究史可追溯至杜威、皮亞杰、勒溫、詹姆斯、榮格、弗萊爾與羅杰斯等人，在國外的發展源遠流長。組織心理學家大衛·庫伯在繼承前人的基礎上，提出了著名的四階段“體驗式學習圈模型”。

大衛·庫伯認為，學習不是內容的獲得與傳遞，而是通過經驗的轉換從而創造知識的過程。根據其“體驗式學習圈模型”，學習過程劃分成相互獨立卻聯系密切的四個環節，即具體的體驗是學習者在真實情景中活動，獲得各種知識，產生相應感悟的過程，觀察反思是學習者回顧自己的經歷，并對其進行分析和反思的過程，形成抽象的概念是學習者從感性上升到理性的認識過程，意義建構概念和理論的過程，在新情景中去測試是學生在新的學習情境中對自己假設進行積極實驗和驗證的過程。同時，庫伯也認為學習過程并非要從具體的感知開始，甚至可以從四個階段的任意環節開始，并通過循環往復螺旋上升的方式進行。該“體驗式學習圈模型”彌補了傳統課堂中知識、經驗、情境、應用之間相互割裂的狀態，對于教育教學改革具有重要的實踐指導意義。

（二）“讓花變色”課程教學設計模型分析

1.教學設計分析。在設計課程開始前，首先要明確教學目標本位思想。根據布魯姆認知層次教學目標分類，在認知領域可分為知道、理解、應用、分析、綜合與評價六個層次。在本課程教學案例中，教學目標如下表所示。

同時，基于大衛·庫伯的四階段“體驗式學習圈模型”，設計了本課程的第一堂課例“讓花變色”，共分成五個教學環節——“說一說”“看一看”“學一學”“做一做”和“賽一賽”。課前導入部分的“說一說”環節，體現了“體驗式學習圈模型”第一階段“具體體驗”含義，即創設情境，連接新舊知識的橋梁。教師在此環節中首先提問：校園的物聯網基地有什么特征？展示并介紹校園物聯網設備操作。隨后教師再次提問：為什么花兒可以在這里盛開呢？再次強調現代化物聯網基地的教學作用與意義。

在“看一看”環節中，教師請學生觀看五顏六色的花兒生長過程的視頻，并提問：花朵的顏色很美麗，但是如果這朵花的顏色你不喜歡，可以變色嗎？通過問題引入法，讓學生在真實的情境中尋找疑惑，進入本堂課主題。此環節對應了“體驗式學習圈模型”的第二階段“觀察反思”。

在第三步“學一學”環節中，教師先讓學生學習花青素的知識，分別提出兩個疑問：為什么花兒有這么多顏色？以及花青素有哪些特點？隨后，教師介紹花青素的提取實驗方法。此環節對應了“體驗式學習圈模型”的第三階段的“抽象概念”，通過上一步的觀察反思，學生意識到自己缺乏解決這個情境問題的知識，在教師為主導，學生為主題的雙主式教學下，激發學生的學習動機。

在學生充分理解上述知識后，“做一做”環節則體現了布魯姆“應用”的教學層次目標，教師要求學生小組分工合作，分別用白醋和肥皂水，測試花青素汁遇到酸和堿的不同程度效果，然后進行拍照、記錄并上傳至Pad客戶端。學生通過動手探索試驗，嘗試自己去解釋、評價、歸納、總結。此外，該環節也可使用量杯等實驗器材，測試不同的濃度、不同的量或者不同的配比，對花青素汁變色實驗的影響，這就使得課堂的實驗結果豐富多樣化，而不是所有小組做出來的實驗結果都是單一的情況。此環節對應了“體驗式學習圈模型”的第四階段——積極試驗。

最后“賽一賽”環節，屬于課后拓展部分，布置風信子花噴溶液變色的實驗任務，目的是展示學生的創作成果。既然花青素汁遇到酸堿會變成不同的顏色，那么，是否可以在鮮活的植物上實現變色？啟發學生課后思考，利用物聯網套件設備，開展后續的探索實驗。此處，充分體現了信息技術與課程的深度融合。

2.設備應用分析。該校配置的三套智慧物聯設備，在教學實踐中體現的最大特點優勢就是真實。比如，攝像頭的觀察記錄，體現了真實的植物/動物的生長狀態;平臺上呈現的圖表形式，反映了真實的植物/動物生長影響因素的數據。總而言之，智慧物聯設備創造了真實情境的觀察教學，多樣化的探究實驗以及自主設計、驗證性的創新實驗。那么在課程的后續進行中，可以繼續發揮物聯網設備的優勢，開展線上與線下的混合式探究。線上可以進行周期性的觀察記錄，線下展示觀察結果報告。

五、結語

蘇州市M小學基于本校的移動智慧物聯設備套件，基于體驗式學習理論，創設開展物聯網生物教學的課例設計“讓花變色”，注重課堂學習的情境性、反思性與學生的自主性，既反映了信息技術教學手段與課程的深度融合，也體現了生物、數學、語文、信息技術等跨學科的多元結合，激發了學生的學習興趣，豐富了課堂教學體驗，培養了學生思考與動手實踐的能力。實踐證明，“讓花變色”課程教學模型能夠有效地指導課程教學的開展，初步建構一個完整系統的信息化教學體系，為中小學物聯網課程提供教學參考。

參考文獻

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