面向計算思維培養的物聯網應用任務探究式教學設計

沈曉峰

摘要：物聯網教學是信息技術教育的重要內容之一，在實際教學中，強調培養學生的計算思維能力。因此，本文以物聯網教學為例，以計算思維能力培養為基礎，對物聯網應用探究式教學設計進行了分析，討論了教學設計思路，構建了教學框架，并提出了探究式學習任務路徑方法，以期能夠為相關研究提供一定的參考。

關鍵詞：計算思維能力；物聯網；探究任務；教學設計

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2024）11-0080-03

計算思維能力是一種高階思維能力，在物聯網應用學習中有著非常重要的作用。所以，在信息技術教學中，應重視對計算思維的培養，遵循分階段動態螺旋發展的規律，并以探究任務為載體，開展物聯網應用教學，引導學生不斷地探索實踐，感知、學習、理解計算思維，最終形成計算思維習慣，提升學生的信息素養，助力學生未來實現更好的發展。

物聯網應用教學中培養學生計算思維能力的必要性

物聯網應用是信息技術課程的重要內容之一，該部分內容組成復雜，知識理念抽象，綜合性強，知識層次豐富，知識內容跨度較大，且與信息科技課程其他知識均有不同程度的關聯。因此，在物聯網應用教學中，有必要培養學生計算思維能力，幫助學生更好地學習理解物聯網知識內容，了解物聯網的運行過程，提升學生學習效率。

物聯網應用任務探究式教學設計思路

在物聯網應用教學中，若通過加強探究式任務教學設計來培養計算思維能力，應明確具體的教學設計思路：首先，在實際開展教學時，以真實的問題解決為探究任務，讓學生通過任務探究學習的方式進行問題解決，促進學生進行知識應用實踐，形成正確的思想價值觀念，順利實現計算思維能力培養。其次，以數據信息為基礎，對學習內容進行結構化處理，針對不同的結構知識內容，構建相應的探究任務，建立不同物聯網知識的關鍵連接，引導學生進行整體思考，使其對物聯網知識有更加完整的理解與認識，促進學生形成完整的學科觀念，培養并提升計算思維能力，形成信息技術學科核心素養。最后，在循序漸進學習理念的指導下，以探究任務為重要載體，建立系統化的教學思路框架，框架內容包括場景分析、知識理解、應用實踐。

物聯網應用任務探究式教學框架構建

1.利用現有知識經驗，初步理解物聯網

如今的學生，生于并長于信息技術飛速發展的時代，他們本身是“網絡沖浪主力軍”，所以對互聯網及其相關的信息技術并不陌生。在進行物聯網知識學習前，學生已經掌握了一些信息技術知識，對物聯網基本概念也有所了解，再加上前期信息技術的學習，了解了數據以及信息編碼的過程，掌握了一些簡單的計算機語言應用技巧，能夠自主進行簡單的程序設計。在日常學習中，很多學生也會應用互聯網信息技術搜索學習資料，這說明學生已經具備了扎實的物聯網知識學習基礎。[1]所以，在實際開展前期物聯網教學設計時，教師可以適當地加快教學節奏，補充一些與物聯網相關的知識概念，激活學生關于計算機、互聯網的知識經驗，最終幫助學生對物聯網有一個整體的感知與了解，為后續進行物聯網知識深度學習創造有利的條件。

2.以物聯網重點內容為核心，深度學習并理解物聯網知識

在實際進行教學時，教師應以物聯網重點內容為核心，并融入計算思維，引導學生在學習物聯網重點知識內容的同時，通過教學任務解決實際問題，最終形成完整的計算思維能力。在這一過程中，教師應結合實際需求，對物聯網核心知識內容進行結構化處理[2]，并在此基礎上，設計相應的學習任務主題活動，讓學生在進行學習任務探究的過程中，完成對物聯網知識由淺到深的認識，通過進行深入推理與分析，經歷應用計算思維解決實際問題的過程，從而進行深入的思考，加深對物聯網知識的理解。最后，教師還可以指導學生對所學的知識進行總結歸納，逐漸完成對物聯網知識體系的構建，分析提煉解決任務問題的思維方法，找出一般的規律，最終在上述過程中實現計算思維能力的培養。

3.實現物聯網知識遷移應用，解決實際問題

學生計算思維能力的培養，同樣離不開生活實踐場景，教師要引導學生在場景中解決實際問題，幫助學生形成計算思維能力。在引導學生進行物聯網知識遷移應用的過程中，教師要設計針對性較強的主題任務，為學生帶來更好的探索實踐空間，使學生在真實的生活化、主題化、場景化情境中，完成對物聯網知識的實踐，運用自己的互聯網思維，進行問題的解決。最后，通過總結反思，不斷完善提升學生的互聯網思維能力，并對學生的學習效果進行檢驗。

物聯網應用任務探究式教學設計途徑

1.從物聯網重點知識入手，完成課程內容階段劃分

在物聯網教學內容方面，教師要找出重點的知識內容，如物聯網的數據傳輸、采集以及分析，并找出計算思維能力與物聯網知識之間的連接融合點，基于不同的教學階段，合理劃分相應的物聯網教學內容。具體來說要做到以下幾點：

一是注重情境構思與創設，引導學生了解現實生活中的物聯網。在教學時，教師可以選擇可用的開源實驗設備與軟件平臺，引導學生進行物聯網知識探索實踐。在這一過程中，學生可以基于不同的傳感器，了解相應的數據獲取方式，提升學習效率。

二是帶領學生從實踐出發，搭建簡易的物聯網系統。在這一過程中，學生可以根據所學知識與教師的引導，合理選擇物聯網協議，編寫簡單的程序，實現物聯網系統模塊功能，還可以嘗試自主進行物聯網系統的調試與修正，迭代優化程序，并在上述實踐任務活動中，完成對核心知識的進階學習。[3]

三是運用所學知識解決任務問題。在這一過程中，需要立足整個物聯網運行過程，分析相關環節存在的問題，運用mPython技術知識解決相應的問題，進一步優化完善物聯網系統搭建流程，運用物聯網系統獲取數據信息，再進行物聯網知識學習總結，梳理問題，形成方法模型。

四是創設現實生活化場景，運用所學的物聯網知識解決現實生活中遇到的新問題，實現對物聯網知識的遷移與運用，最終在上述整個探索實踐中完成對計算思維能力的培養。

2.完成任務群設計，喚醒學生的知識經驗

任務群設計的概念，最早來自語文學科，是一種創新性學習方法。在任務群中，基于不同任務，會有對應的情境主題。在設計物聯網教學探究任務時，會涉及物聯網的各種概念知識與方法，相關方法包括如何進行物聯網數據信息的采集等，引導學生在真實的情境下，完成對知識的學習與運用。

在任務群設計方面，教師要從學生已有的知識經驗出發，讓學生在探索中完成對物聯網的整體感知，認識傳感器采集數據的過程，體驗數字平臺的作用，從而為后續學習創造良好的認知條件。物聯網探究式主題任務包括以下內容。

探究任務1：從現實生活出發，找一找物聯網應用痕跡，設計任務主題為“生活中的物聯網”。教師帶領學生一起尋找生活中的物聯網存在與使用的痕跡，從整體上實現對物聯網的初步感知與認識，了解物聯網給生活帶來了哪些便利與影響，對物聯網“萬物互聯”有一個基本的認識。

探究任務2：教師為學生提供實驗硬件、軟件設備支持，了解物聯網數據采集的過程，設計任務主題為“物聯網的數據采集與傳輸”。例如，教師可以引導學生使用按鍵傳感器完成音樂播放功能的控制，還可以引導學生利用實驗平臺，嘗試進行傳感器數據的采集，學習其中的數據采集程序語句。

探究任務3：在教師的引導下，學生自主實踐聲控燈的設計，設計任務主題為“聲控燈的設計”。在這一過程中，學生自主探索，了解各種試驗設備、平臺的功能，對傳感器環境變量狀態檢測進行探究分析，了解反饋值的變化特點，總結數據傳感器采集的思路與程序語句。

探究任務4：從現實場景出發，引導學生按照攝像頭識別模塊，探索攝像頭車牌識別的過程，設計任務主題為“生活中攝像頭車牌識別設計”。教師通過引導學生進行攝像頭識別模塊探究分析，體驗認識生活中智能傳感設備應用場景，將物聯網應用與現實生活聯系在一起。

3.設計生活化情境主題任務，解決現實生活問題

教師可以設計如下幾點生活化情境主題任務。

生活主題任務1：與互聯網連接，實時獲取最新的天氣變化信息。在該生活主題任務探究過程中，學生需要學習了解互聯網絡連接方法，并從云服務平臺中獲取信息，完成數據的讀取，再通過編程，在設備上顯示反饋的數據信息。

生活主題任務2：在線吃藥提醒器設計。在完成該探究式主題任務的過程中，學生需要學習了解MQTT協議工作原理，并基于該協議，建立本地物聯網平臺[4]，最后通過該平臺，完成生活化吃藥情境分析，明確不同的吃藥需求，然后進行編程設計，通過服務平臺完成消息訂閱，實現患者吃藥智能化提醒的功能。

生活主題任務3：計步器功能設計與實現。在完成該項生活化主題任務的過程中，學生需要結合不同生活場景，分享計步需求，做好功能設計，然后選擇合適的傳感器，探究計步器的原理，完成計步器系統設計。

結語

教師需要加強對計算思維能力的認識，了解計算思維在物聯網學習中的重要性，從而確定探究式任務設計思路與方法，在提升物聯網教學質量水平的同時，實現對學生計算思維能力的培養。

參考文獻：

[1]朱麗敏，侯紅科，郭凌.以工程項目為牽引的“3×N”大實訓課程體系構建與實踐——以廈門南洋職業學院物聯網應用技術專業群為例[J].互聯網周刊，2024（03）：67-69.

[2]錢曉春.物聯網專業課程“崗課賽證”融合教學模式實踐[J].中國新通信，2023，25（23）：173-175.

[3]楊春紅，王煥杰.基于產教融合的中職物聯網技術應用專業人才培養[J].學園，2023，16（25）：72-75.

[4]譚天麗.關于物聯網大單元課程的開發與實踐策略研究[J].天天愛科學：教育前沿，2023（07）：49-51.