基—于以物“搭聯建網智項能澆目花的小深型物度聯學系習統”探為索例

修建 山東省昌樂二中

張晨晨 山東省東阿縣南湖行知學校

●項目背景及目標

為了響應《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》，更好地通過深度學習提升學生核心素養，針對“物聯網實踐與探索”模塊，筆者所在學校共同開發了“搭建智能澆花小型物聯系統”項目。該項目圍繞“如何實現智能澆花”問題，利用物聯網設備、終端與IOT物聯云平臺，設計并實現了智能澆花小型物聯系統，目的是讓學生探究物聯系統搭建的一般過程及實現原理，并能對物聯網形成整體認知，初步理解萬物互聯給人類帶來的影響、機遇和挑戰。

●項目設計流程（如圖1）

圖1

●項目計劃及實施

1.項目計劃

學生組成學習小組（每組4～6名學生），每個小組推薦一名組長，組長負責組員的協調、管理等，并根據項目計劃表（如下頁表1），層層推進本組項目的實施。

表1

設計意圖：項目計劃表意在幫助學生整體感知整個項目的學習過程，明確學科思維解決問題的路徑。同時，讓學生明確，完整的學習過程要經過若干個學習階段才能完成預定的學習任務，實現預期的學習目標。

2.項目實施

（1）問題設計與探究方法

各小組針對智能澆花、實時監測、遠程操控等功能，從問題分析入手進行學習探究，即通過問題設計（如下頁圖2）與探究來充分體現深度學習的效能。

圖2

設計意圖：將任務分解成一個個問題，引導學生思考、發現問題（已知、新知），并提出解決辦法，讓學生親歷問題解決的深度學習過程。

（2）探究新知，搭建環境及硬件

①探究新知，明確硬件、軟件的組成及功能，如表2所示。

表2

②搭建環境及硬件。小組合作，選擇一盆鮮花；結合影響鮮花生長的環境因素，選擇合適的傳感器；將物聯網的控制器、傳感器與網絡模塊連接到一起，使系統能正常進行內部數據傳遞，并能通過網絡進行無線遠程數據傳輸。在這個過程中，學生應明確各傳感器、模塊與集成控制器的連接方式（如表3）。

表3

設計意圖：結合學生學情對新知進行分析，通過探究新知，幫助學生理清各個部分的功能、接口位置，為硬件搭建、連接做理論支撐，也為抽象建模做鋪墊。

（3）抽象建模，設計算法

①抽象建模。智能澆花小型物聯系統由控制器、網絡模塊、傳感器、執行器等硬件組成，依靠無線網絡、IOT物聯云平臺、手機APP等基礎設施實現智能控制。由于系統由若干個功能模塊、傳感器等協同運作，需要提前搭建智能澆花系統的抽象模型（如圖3），模擬系統數據傳遞過程（如圖4）。

圖3

圖4

設計意圖：抽象建模的能力對解決問題至關重要，讓學生在解決問題時嘗試進行抽象思考，抓住問題的重點部分，將復雜問題進行簡化，并利用抽象出的內容構建問題解決的模型，可提升學生的抽象建模能力。

②設計算法—繪制流程圖，如圖5所示。

圖5

設計意圖：使用流程圖對算法進行描述，意在使學生不斷經歷用計算思維解決問題的過程，從而內化學科解決問題的思維方式、路徑。

（4）編寫程序，調試運行

教師提醒：當氣溫很高時，植物的吸水和蒸騰作用十分強烈，此時澆水會影響植物生長，所以應使用嵌套判斷與循環控制澆花條件。在系統完成初步搭建后，運行程序，通過改變植物生長環境，測試系統功能是否符合預設。

設計意圖：基于算法流程圖的設計，在編寫程序、調試、功能測試的過程中，提升學生編程解決實際問題的能力，發展計算思維。

●項目成果展示

每個小組根據項目要求及實現的功能，進行成果展示，并嘗試從花草的光照、時間、濕度（喜濕性、普通型、耐旱型）等方面對項目進行優化。

設計意圖：①為項目評價做鋪墊；②在思維碰撞中借鑒優點，明確改進方向；③交流在學習過程中遇到的關鍵問題及解決辦法。

●項目評價

針對物聯系統功能實現、作品外觀、小組合作進行評價，并進行反思總結，具體的項目評價量規如下頁表4所示。

表4

設計意圖：①在評價中學習、反思不足，并對整個項目學習的過程進行重構梳理；②總結本項目的學習對以后學習生活的意義。