探索以數(shù)據(jù)為核心的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)案例設(shè)計策略

郭君紅 楊琳玲

【摘 要】本文基于義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)中的“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”的要求，選取了適合初中生學(xué)習(xí)的主題，結(jié)合教學(xué)的實際情況和硬件環(huán)境，探索了以數(shù)據(jù)為核心的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)的設(shè)計方法和實施策略。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)；物聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)案例；實施策略

【中圖分類號】G434 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）07-066-02

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的普及，物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了將人們的生活、工作和學(xué)習(xí)設(shè)備的數(shù)據(jù)連接到網(wǎng)絡(luò)中，推動了物理世界與數(shù)字世界的融合，使世界變得更智能、便捷和高效。《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》引入了“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊，重點關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的功能，為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。教師需要深入理解新課標(biāo)要求，積極創(chuàng)新教學(xué)研究，為學(xué)生提供實踐機(jī)會，培養(yǎng)創(chuàng)新和問題解決能力，以適應(yīng)數(shù)字化和智能化的未來社會。

對新課標(biāo)物聯(lián)網(wǎng)模塊的理解

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中將模塊八“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”作為“過程與控制” “互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新”的延續(xù)和擴(kuò)展，同時也是“人工智能與智慧社會”模塊的部分內(nèi)容滲透，主要聚焦物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)“感知—采集—傳輸—反饋—控制”的功能。在教學(xué)內(nèi)容方面明確要求：本模塊包括“從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)”“物聯(lián)網(wǎng)基本原理與功能”“物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用”“物聯(lián)網(wǎng)安全”四部分內(nèi)容。

通過本模塊學(xué)習(xí)，學(xué)生能理解萬物互聯(lián)的含義，知道物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同互聯(lián)網(wǎng)使實時定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控、分享眾籌等新型服務(wù)和應(yīng)用成為可能。學(xué)生能夠根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)的需要和可用的實驗設(shè)備，設(shè)計并搭建具有數(shù)據(jù)采集、實時傳輸和簡單控制功能的簡易物聯(lián)系統(tǒng)。同時，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生能通過智能終端或編寫程序，讀取并處理含有物聯(lián)功能設(shè)備中的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行適當(dāng)反饋或控制。在任務(wù)實現(xiàn)過程中，學(xué)生還能夠初步體會物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)、人工智能之間的關(guān)系，并利用相關(guān)知識解決一些跨學(xué)科的實際問題，認(rèn)識物聯(lián)網(wǎng)中自主可控技術(shù)的重要作用。

物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)選題的思路

物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)有著“大場景”“小應(yīng)用”的特點。為幫助學(xué)生更好地理解物聯(lián)網(wǎng)的工作原理和應(yīng)用場景，在選題時教師可以結(jié)合時事、學(xué)生的興趣和未來職業(yè)發(fā)展方向，選擇合適的場景進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，例如家居、物流、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等。

1.家庭領(lǐng)域

家庭是最常用的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)案例場景，適合大多數(shù)學(xué)校。在這個選題中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何將各種設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中，并使用各種技術(shù)和協(xié)議來收集、傳輸和處理數(shù)據(jù)。學(xué)生也可以使用傳感器來監(jiān)測溫度、濕度、光照等參數(shù)，并使用控制器來控制燈光、窗簾、空調(diào)等設(shè)備。

2.物流領(lǐng)域

物流領(lǐng)域也是物聯(lián)網(wǎng)非常重要的領(lǐng)域，在課堂中也比較好模擬。學(xué)生可以使用傳感器來模擬監(jiān)測貨物和運輸車輛的位置和狀態(tài)，以及使用數(shù)據(jù)分析來更好地了解運輸成本、路線和效率。另外，還可以使用遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)來管理運輸過程，確保貨物的安全和準(zhǔn)時交付。

3.農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何使用傳感器來監(jiān)測土壤溫度、濕度、養(yǎng)分等參數(shù)，以及如何使用控制器來控制灌溉、施肥等設(shè)備。對于基礎(chǔ)較好的學(xué)校，還可以使用數(shù)據(jù)分析來更好地了解作物生長的趨勢和最佳時間等。

4.醫(yī)療領(lǐng)域

在醫(yī)療的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項目設(shè)計中，可以讓學(xué)生嘗試使用傳感器來監(jiān)測人的生命體征，如心率、血壓、血氧飽和度等。同時，可以通過對傳感器中獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析程序的設(shè)計，設(shè)計健康狀況監(jiān)測或遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)來管理慢性疾病等創(chuàng)新應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實踐環(huán)境的搭建建議

在物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)中，需要考慮多個方面的實際問題，包括但不限于硬件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、軟件以及教學(xué)過程中的環(huán)境。

1.硬件環(huán)境搭建的要點

教學(xué)環(huán)境搭建需要考慮設(shè)備的安全性、可靠性、可擴(kuò)展性、成本和可視化等方面，教師需要選擇合適的設(shè)備和方案，合理分配資源。安全性方面可考慮使用單獨的AP或路由器為教學(xué)設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)，可靠性層面需選用穩(wěn)定性高的設(shè)備，可擴(kuò)展性則需考慮設(shè)備的可擴(kuò)展性和升級維護(hù)的便捷性。

2.軟件產(chǎn)品選擇的原則

對于軟件的選擇，需要結(jié)合教學(xué)需求、硬件設(shè)備、學(xué)生水平和學(xué)校財務(wù)狀況等多個因素進(jìn)行綜合考慮，選擇易于上手、功能豐富、性能穩(wěn)定且具備完善的安全機(jī)制的適合自己學(xué)校的軟件產(chǎn)品。

以數(shù)據(jù)為核心的教學(xué)設(shè)計

在物聯(lián)網(wǎng)中，各種設(shè)備、傳感器通過使用不同的技術(shù)和協(xié)議進(jìn)行連接和通信，以收集、傳輸和處理數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)在物聯(lián)網(wǎng)中具有至關(guān)重要的作用。以數(shù)據(jù)為核心進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，學(xué)生可以更好地理解物聯(lián)網(wǎng)的工作原理和應(yīng)用場景。

1.明確教學(xué)目標(biāo)

結(jié)合新課標(biāo)要求，明確教學(xué)目標(biāo)，將學(xué)習(xí)目標(biāo)細(xì)化到每課時，引導(dǎo)學(xué)生通過學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)知識和技能，了解物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、體系結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用場景。

2.選擇合適的教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，明確細(xì)化每課時教學(xué)內(nèi)容，如講解常見的物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備、通信協(xié)議和軟件開發(fā)工具等，結(jié)合實際案例，讓學(xué)生更好地掌握物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)知識和技能。

3.設(shè)計組織實踐教學(xué)過程

在組織實施教學(xué)中，需設(shè)計讓學(xué)生進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備的組裝、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和實踐操作等環(huán)節(jié)，為實際應(yīng)用做準(zhǔn)備。

4.引導(dǎo)學(xué)生課上課下自主或合作學(xué)習(xí)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，教師需要引導(dǎo)學(xué)生課上課下自主或合作學(xué)習(xí)，讓學(xué)生通過查閱資料、參加講座、參加線上線下活動等方式，獲取最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用場景的知識和技能，以適應(yīng)未來的發(fā)展需要。

5.設(shè)計多元的教學(xué)評價

在教學(xué)中設(shè)計多元的評價方式很重要，教師可以通過作品展示、過程參與、作品實現(xiàn)效果等方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行評價，同時在教學(xué)過程中及時收集學(xué)生的反饋意見和問題，及時進(jìn)行解答和解決。

另外，在教學(xué)設(shè)計中，還需要通過設(shè)計活動引導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)據(jù)分析來提取信息和發(fā)現(xiàn)問題，并使用合適的工具和技術(shù)進(jìn)行分析和預(yù)測。通過數(shù)據(jù)安全策略來保護(hù)設(shè)備和數(shù)據(jù)的隱私和安全，并使用合適的工具和技術(shù)來防范數(shù)據(jù)泄露和攻擊。

教學(xué)實施的策略建議

初中階段信息科技物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實施需要考慮學(xué)生的實際情況和需求，選擇合適的教學(xué)方法和資源，并且不斷優(yōu)化和改進(jìn)。

實施項目教學(xué)：通過完成實際項目來進(jìn)行學(xué)習(xí)，如設(shè)計智能家居、智能農(nóng)業(yè)等。學(xué)生可以通過分組合作的方式完成，鍛煉團(tuán)隊協(xié)作和項目管理能力。

強化實踐操作：通過實踐操作，如連接傳感器和設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和分析、遠(yuǎn)程控制等，可以通過實驗室或?qū)嵺`活動等方式進(jìn)行。

提供多元學(xué)習(xí)資源：如微視頻、實踐案例、學(xué)習(xí)資料、項目引導(dǎo)書等，便于學(xué)生選擇適合自己的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)進(jìn)度。

引入國內(nèi)成功案例：好的案例可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，既可以進(jìn)行自主可控教育，又可以提升學(xué)生對國家科技創(chuàng)新發(fā)展的自豪感。

另外，對學(xué)校和教研部門而言，需要加強對師資隊伍的建設(shè)和培訓(xùn)，提高教師的教學(xué)水平和專業(yè)素養(yǎng)，從而更好地推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)教育真正落地實施。