新課標(biāo)背景下“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊教學(xué)實(shí)踐

烏蘭

【摘 要】本文探索和實(shí)踐新課標(biāo)背景下信息科技課程中“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊教學(xué)實(shí)踐方法，以“身邊的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用”一課為例，采用基于項(xiàng)目的深度學(xué)習(xí)模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力；通過結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)際項(xiàng)目實(shí)踐，提高學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的知識(shí)和技能。研究結(jié)果可為之后“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊教育實(shí)踐提供一些建議。

【關(guān)鍵詞】新課標(biāo)；物聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)實(shí)踐；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

【中圖分類號(hào)】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2024）06-046-03

物聯(lián)網(wǎng)作為一項(xiàng)新興技術(shù)，已成為信息時(shí)代的重要組成部分，信息科技課程“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊（以下簡稱“物聯(lián)網(wǎng)模塊”）對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力和綜合素養(yǎng)具有重要意義。然而，由于物聯(lián)網(wǎng)模塊內(nèi)容的復(fù)雜性、多樣性和全新性，傳統(tǒng)的教學(xué)方法往往無法滿足學(xué)生的需求。如何開展物聯(lián)網(wǎng)模塊教學(xué)實(shí)踐研究，讓學(xué)生在“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，真正提升學(xué)生的信息科技核心素養(yǎng)，成為當(dāng)前一線教師著力思考的問題之一。

深度學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和大單元設(shè)計(jì)都注重學(xué)生的主動(dòng)參與、實(shí)踐和綜合能力的培養(yǎng)。它們的共同特點(diǎn)是學(xué)生主動(dòng)性、實(shí)踐導(dǎo)向和綜合性學(xué)習(xí)。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)綜合性的領(lǐng)域，涉及多學(xué)科的知識(shí)和技能。因此，在學(xué)習(xí)這一模塊內(nèi)容時(shí)，通過深度學(xué)習(xí)，學(xué)生可以深入理解物聯(lián)網(wǎng)的原理和技術(shù)；通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，學(xué)生可以進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目的探索和實(shí)踐，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決實(shí)際問題；通過大單元設(shè)計(jì)，學(xué)生可以將物聯(lián)網(wǎng)各個(gè)方面的知識(shí)和技能有機(jī)地整合在一個(gè)大單元中，形成一個(gè)完整的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。這樣設(shè)計(jì)可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的全面理解，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力、綜合素養(yǎng)和解決復(fù)雜問題的能力。

項(xiàng)目單元設(shè)計(jì)說明與思路

1.單元教學(xué)設(shè)計(jì)說明

“從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)——我的低碳生活方式”單元選自《義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中的物聯(lián)網(wǎng)模塊。本單元圍繞“調(diào)查共享單車的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目展開學(xué)習(xí)，從共享單車出發(fā)，通過生活實(shí)例感受萬物互聯(lián)的場景，以小組合作方式搜索物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)定義，利用思維導(dǎo)圖工具梳理小組活動(dòng)關(guān)鍵內(nèi)容，分組收集資料并調(diào)查物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念及特點(diǎn)。學(xué)生查閱資料，收集相關(guān)案例，了解共享單車使用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的功能，分析物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，探討物聯(lián)網(wǎng)的普及對(duì)學(xué)習(xí)和生活的影響。

本單元是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)模塊的起始單元，同時(shí)也是學(xué)生從互聯(lián)網(wǎng)模塊內(nèi)容第一次接觸物聯(lián)網(wǎng)的單元。因此，本單元不僅有著廣泛的實(shí)際應(yīng)用，而且起著承前啟后的作用。

2.單元項(xiàng)目整體教學(xué)思路

本單元共分為四個(gè)課時(shí)：感受萬物互聯(lián)的場景，體驗(yàn)身邊的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，分析共享單車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和探索低碳生活方式的新趨勢。按照項(xiàng)目實(shí)踐過程可以這樣開展教學(xué)：確定主題，調(diào)查共享單車的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用；設(shè)計(jì)方案，通過實(shí)例感受萬物互聯(lián)的場景和收集相關(guān)數(shù)據(jù)，分析信息并以思維導(dǎo)圖方式呈現(xiàn)；項(xiàng)目執(zhí)行，通過數(shù)字化學(xué)習(xí)了解物聯(lián)網(wǎng)的概念及特點(diǎn)，通過與互聯(lián)網(wǎng)對(duì)比學(xué)習(xí)，理解物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的異同，通過親身感受身邊真實(shí)應(yīng)用場景中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)的普及對(duì)學(xué)習(xí)和生活的影響，通過調(diào)查研究了解物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用及其特點(diǎn)，根據(jù)思維導(dǎo)圖，獲取相應(yīng)多媒體素材，完成調(diào)查報(bào)告初稿；成果交流，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)特征與應(yīng)用，完善調(diào)查報(bào)告并交流。

“身邊的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用”教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施

1.教學(xué)內(nèi)容分析

本節(jié)課是“從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)——我的低碳生活方式”單元第二課時(shí)的內(nèi)容。本課時(shí)內(nèi)容主要包括：了解物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)的普及對(duì)學(xué)習(xí)和生活的影響，體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用典型實(shí)例，理解典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點(diǎn)。本節(jié)內(nèi)容對(duì)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展的價(jià)值包括：初步理解萬物互聯(lián)給人類信息社會(huì)帶來的影響、機(jī)遇和挑戰(zhàn)；了解物聯(lián)網(wǎng)（特別是傳感器系統(tǒng)）是連接物理世界與數(shù)字世界的紐帶和媒介；了解物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的異同、主要物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議；了解典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點(diǎn)；[1]通過對(duì)身邊真實(shí)應(yīng)用場景中物聯(lián)網(wǎng)的體驗(yàn)感受，認(rèn)識(shí)到物聯(lián)網(wǎng)的普及對(duì)學(xué)習(xí)和生活的影響。

2.學(xué)習(xí)者分析

本節(jié)課的授課對(duì)象是初二年級(jí)學(xué)生。他們的抽象思維能力已經(jīng)趨于完善，具備了一定的分析能力和探究意識(shí)。因此教師教學(xué)中要搭建循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)腳手架，讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)能體驗(yàn)到成就感，提高學(xué)習(xí)興趣。他們具有強(qiáng)烈的好奇心和求知欲，對(duì)新鮮事物會(huì)獨(dú)立地思考、追求和探索，學(xué)習(xí)興趣比較廣泛。在實(shí)踐活動(dòng)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生理解和把握課程要求的知識(shí)和技能，培養(yǎng)其分析問題和解決問題的思想和方法。他們的認(rèn)知能力及操作能力有一定差異，因此教師在學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計(jì)上要緊扣教學(xué)目標(biāo)，既要注重知識(shí)技能的基礎(chǔ)性，又要關(guān)注學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，適當(dāng)拓展知識(shí)技能，增強(qiáng)每位學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。他們有自己的審美主張和作品鑒賞能力，希望得到別人的認(rèn)可。因此教師應(yīng)創(chuàng)造條件和機(jī)會(huì)，讓學(xué)生發(fā)表見解，展示成果。通過訪談及問卷方式得知，學(xué)生對(duì)小組合作有一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)圖像化編程有基本了解，大多數(shù)學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的概念與基本特征有初步了解。

3.學(xué)習(xí)目標(biāo)確定

本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo)為了解物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用（信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）；認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)的普及對(duì)學(xué)習(xí)和生活的影響（信息責(zé)任）；體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用典型實(shí)例（計(jì)算思維）；理解典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點(diǎn)（計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）。

4.學(xué)習(xí)重點(diǎn)難點(diǎn)

學(xué)習(xí)重點(diǎn)是了解物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，能夠認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)的普及對(duì)學(xué)習(xí)和生活的影響；體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用典型實(shí)例的基本實(shí)現(xiàn)過程；能夠理解典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點(diǎn)。學(xué)習(xí)難點(diǎn)是體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用典型實(shí)例的基本實(shí)現(xiàn)過程；能夠理解典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點(diǎn)。

5.學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

學(xué)生根據(jù)教師提供的項(xiàng)目活動(dòng)單，進(jìn)行自我評(píng)價(jià)；根據(jù)小組互評(píng)環(huán)節(jié)，進(jìn)行組間評(píng)價(jià)。在課程中間及結(jié)束環(huán)節(jié)，教師反饋意見。

6.學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

（1）回顧舊知，導(dǎo)入新課。教師從共享單車的應(yīng)用情境出發(fā)，利用連線練習(xí)回顧上節(jié)課物聯(lián)網(wǎng)的特征，引出本節(jié)課主題內(nèi)容：身邊的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。通過在線學(xué)習(xí)平臺(tái)課前調(diào)查結(jié)果，教師引出本節(jié)課體驗(yàn)項(xiàng)目：智能家居方面一個(gè)實(shí)際物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用——智能門鎖，并設(shè)問：為什么我們要開發(fā)智能門鎖這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用？與傳統(tǒng)門鎖相比，它有哪些優(yōu)點(diǎn)？

（2）發(fā)現(xiàn)問題，探求新知。教師通過提問激發(fā)學(xué)生的求知欲：如果你是產(chǎn)品設(shè)計(jì)師，你會(huì)設(shè)計(jì)智能門鎖的哪些功能？教師鼓勵(lì)學(xué)生回顧上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，并將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特性融入智能門鎖的設(shè)計(jì)概念中。隨后，教師明確指出本節(jié)課的核心項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：重點(diǎn)關(guān)注智能門鎖遠(yuǎn)程控制功能的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。為了確保學(xué)生深入理解并有效實(shí)踐這一核心功能，教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生對(duì)智能門鎖的遠(yuǎn)程控制功能進(jìn)行細(xì)致分解。

（3）分組協(xié)作，方法引導(dǎo)。教師首先結(jié)合流程圖，引導(dǎo)學(xué)生詳細(xì)分析智能門鎖的開門工作流程。教師通過生動(dòng)形象的流程圖展示，幫助學(xué)生清晰理解從用戶輸入信息、信息傳輸至云端、云端數(shù)據(jù)處理、驗(yàn)證比對(duì)到最終決定是否開啟門鎖這一整套邏輯流程。

教師鼓勵(lì)學(xué)生參與討論，親手繪制或修改流程圖以加深理解，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行具體實(shí)踐操作設(shè)計(jì)。接著，為了讓學(xué)生能夠動(dòng)手體驗(yàn)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能，教師簡要介紹一些常用的物聯(lián)網(wǎng)功能開發(fā)工具、平臺(tái)以及與其配套的編程軟件。教師指導(dǎo)學(xué)生利用這些工具進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)功能的開發(fā)與調(diào)試，從而培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)及實(shí)踐能力。在明確了智能門鎖的各項(xiàng)功能需求后，教師指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需求選擇合適的物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備。在選擇的過程中，教師要強(qiáng)調(diào)硬件兼容性、安全性、穩(wěn)定性和成本等因素，使學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)會(huì)綜合考慮問題，培養(yǎng)他們的系統(tǒng)集成能力和工程實(shí)踐素養(yǎng)。

（4）自主探究，分層實(shí)現(xiàn)。教師引導(dǎo)學(xué)生解析硬件接線圖，指導(dǎo)學(xué)生親手完成發(fā)送端和接收端的硬件連接，構(gòu)建起一個(gè)基本的物聯(lián)系統(tǒng)。教師提供關(guān)鍵代碼示例（圖1），幫助學(xué)生利用圖形化編程軟件與開源硬件交互，體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)過程。教師組織學(xué)生設(shè)計(jì)并實(shí)施智能門鎖項(xiàng)目，展示和測試他們所設(shè)計(jì)的智能門鎖系統(tǒng)，從而提升綜合實(shí)踐能力。

圖1? 接收端代碼示例

（5）展示交流，小結(jié)拓展。教師首先組織學(xué)生分享他們在體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過程中的項(xiàng)目思路和關(guān)鍵點(diǎn)，通過互動(dòng)討論的方式，鼓勵(lì)學(xué)生反思并表達(dá)自己在物聯(lián)網(wǎng)智能門鎖實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)策略、遇到的問題以及解決方案。接下來，教師提出開放性問題，引導(dǎo)學(xué)生不局限于本節(jié)課所體驗(yàn)的智能家居領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，更要積極觀察身邊的其他物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景。例如，在觀看視頻內(nèi)容之前，教師提問：除了今天我們親手體驗(yàn)的智能家居領(lǐng)域，你們發(fā)現(xiàn)生活中還有哪些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例呢？請(qǐng)大家在觀看視頻時(shí)思考這些不同場景下物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有何共同特點(diǎn)。然后，教師播放一系列展示物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的視頻，通過真實(shí)案例讓學(xué)生更直觀地理解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用。在針對(duì)視頻學(xué)習(xí)與分析后，教師指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)提煉物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的共性特點(diǎn)，并結(jié)合本節(jié)課所學(xué)知識(shí)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用特性做出深度解讀。同時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)課程評(píng)價(jià)量規(guī)，全面回顧并評(píng)估本節(jié)課的理論學(xué)習(xí)成效、實(shí)踐操作表現(xiàn)和小組合作成果，以確保每位學(xué)生都能系統(tǒng)掌握物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)，并對(duì)自己在本節(jié)課程中的進(jìn)步有清晰的認(rèn)識(shí)。

結(jié)? 語

在新課標(biāo)背景下，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)模塊的教學(xué)實(shí)踐研究，我們嘗試以深度學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和大單元設(shè)計(jì)為理論基礎(chǔ)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和解決問題的能力，通過學(xué)生的主動(dòng)參與、實(shí)踐和綜合能力的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的全面理解和應(yīng)用能力的培養(yǎng)。在進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)模塊教學(xué)時(shí)，教師通過深度學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和大單元設(shè)計(jì)的綜合運(yùn)用，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目的探索和實(shí)踐，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決真實(shí)問題，培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新能力。

正如《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》在物聯(lián)網(wǎng)模塊“對(duì)教學(xué)提示的分析”中所寫：物聯(lián)網(wǎng)建立在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，在把握全景（大場景）的前提下，本模塊的項(xiàng)目及實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)應(yīng)聚焦于“物聯(lián)”的核心部分（小應(yīng)用），即數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、傳輸及使用，避免陷入技術(shù)細(xì)節(jié)[2]。因此，在教學(xué)中我們應(yīng)該設(shè)計(jì)有針對(duì)性的項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)，以便學(xué)生能夠親身體驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、傳輸和使用的過程。通過實(shí)際操作和實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生能夠更好地理解和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力。

同時(shí)，我們也意識(shí)到教學(xué)實(shí)踐中可能存在一些挑戰(zhàn)和改進(jìn)的空間。物聯(lián)網(wǎng)模塊教學(xué)中教師需要進(jìn)行大量的前期備課工作，從教學(xué)資源、教學(xué)平臺(tái)及教學(xué)方法等角度，給予學(xué)生更多的支持和指導(dǎo)。此外，教學(xué)評(píng)估方法的設(shè)計(jì)也需要進(jìn)一步優(yōu)化，以更好地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。

基金項(xiàng)目：北京市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度一般課題“依托課后服務(wù)指向問題解決能力培養(yǎng)的初中人工智能教學(xué)實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：CDDB22266）階段性成果

參考文獻(xiàn)

李鋒，李冬梅，魏雄鷹，等. 發(fā)展關(guān)鍵能力 提升數(shù)字素養(yǎng)與技能：《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的內(nèi)容設(shè)計(jì)與實(shí)施建議[J]. 教師教育學(xué)報(bào)， 2022， 9（4）： 8.

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