項目式學習在初中信息科技課程中的實踐策略初探

摘要：本文探討了項目式學習在初中信息科技課程中的應用與實踐，以搭建“基于物聯網的智能停車系統”為例，旨在通過實踐讓學生理解物聯網相關知識，并培養其解決實際問題的能力和團隊合作的能力。

關鍵詞：信息科技；物聯系統；項目式學習

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）16-0000-04

引言

隨著《義務教育信息科技課程標準（2022版）》（以下簡稱“新課標”）的發布與實施，項目式學習逐漸受到教育界的關注，通過實際項目的設計與實施，學生在解決問題的過程中主動探究、合作學習，從而培養其問題解決能力、實踐能力和創新思維。[1]

新課標指出：“物聯網是繼互聯網之后的新型信息基礎設施，是推動大數據和人工智能等信息科技發展與普及不可或缺的重要部分。”[2]物聯系統作為信息技術領域的一個重要分支，涉及的知識點和技能點廣泛，具有很強的實踐性和應用性。[3]《中小學實驗教學基本目錄》中“初中信息科技實驗教學基本目錄”也涵蓋了“簡易物聯系統設計與搭建”的內容。因此，以設計和搭建簡易物聯系統為例，探討項目式學習在初中信息科技課程中的應用與實踐，對于提升教學質量和培養學生綜合能力具有重要意義。

初中信息科技課程現狀

當前，雖然信息科技教育在初中的地位日益凸顯，但仍面臨一些挑戰和問題。首先，教學內容與時代發展存在差距。許多內容相對滯后，未能及時跟上信息技術的發展步伐，導致學生在學校學習的知識與社會實際需求脫節，難以適應未來社會的發展需求。其次，教學方法單一，缺乏實踐性。傳統的信息科技課程往往注重知識傳授，忽視學生實踐能力和創新思維的培養，而且缺乏趣味性和互動性，導致學生學習興趣不高，難以積極參與課堂活動。

項目式學習的設計原則

①真實性問題情境。項目應圍繞真實性問題展開，使學生能夠在解決問題的過程中體驗知識的實際應用。②以學生為中心。教學設計應充分考慮學生的需求和興趣，確保學生在項目中發揮主體作用。③教師協助與指導。教師應提供適時的支持和指導，幫助學生克服項目過程中的困難，同時鼓勵學生自主解決問題。④跨學科知識整合。鼓勵學生在項目中整合多學科知識，培養跨學科思維。⑤合作學習。通過小組合作，培養學生的團隊協作能力和溝通技巧。⑥反思與評價。項目完成后，引導學生進行反思和評價，促進知識的內化和能力的提升。

項目式學習設計與實踐

新課標八年級“物聯網實踐與探索”部分要求理解物聯網的概念、原理和應用，并通過實際案例進行模擬和操作。以解決問題為導向的項目式學習可以很好地與此內容融合，因此，筆者設計并搭建了一個簡易的智能停車場物聯系統，并通過項目式學習開展物聯網教學。

1.啟發思考和提出問題

項目式學習中，任務的導向是鼓勵學生發現問題并解決問題。所以，教師可以通過如圖片、視頻等形式介紹傳統停車服務，并通過模擬交互體驗等方法讓學生感受服務流程、設備工作狀況、用戶體驗等。引導學生對傳統停車服務進行觀察和分析，以發現和提出問題。例如，傳統停車場是否會存在車位管理不合理的問題？有些車位可能因為位置不好或其他原因而空置，另一些車位則會被過度使用，導致車位資源的浪費和不合理分配；傳統停車場管理通常采用收費員、巡檢員等人工管理，管理效率低且容易出錯。

2.確定目標

針對問題引導學生利用所學的物聯網知識，通過模擬制作“智能停車場系統”項目來解決提出的問題。

3.闡述目標和明確要求

此階段，學生需要了解項目的目標和要求。想要設計一個基于物聯網的智能停車系統，首先，需要了解停車服務的哪些環節可以采用物聯網技術，如可以利用傳感器和攝像頭實時監測停車位的情況。其次，將這些信息通過云端系統進行管理和分配，從而向用戶提供實時的停車位使用情況以及停車費用等信息，使車主更加方便地選擇停車位置和支付停車費用。

整理信息后，明確目標和要求：利用傳感器實時檢測停車位的情況，用戶不僅可以隨時了解停車場內是否還存在空余車位，還可以知道自己停車的時間以及停車的費用，當用戶駕車離開停車場時，系統會自動收取停車費用，無需人工檢驗。

4.構思方案

教師可以采用逆向設計思維來優化教學流程。首先，明確項目的最終目標是讓學生掌握物聯網技術并解決實際問題。其次，從這一目標出發，逆向設計教學活動，包括選擇合適的物聯網設備、搭建實驗環境、編寫程序代碼等。這樣，每個教學活動都緊扣學習目標，確保學生在實踐過程中能夠逐步達到預定目標。最后，學生構思方案，提出可行性建議并制訂項目計劃，以保證整個項目按時完成。這個階段強調團隊合作，學生需要共同研究，并就不同的觀點達成共識。

教師可根據學生的自身優勢分配任務，制訂合理的項目計劃，也可將學生分為多個學習小組，按組分配任務，可參考下表所示的任務分配樣例。

項目實施方案執行之前需要選擇合適的設備，主要分為硬件和軟件的選擇，硬件方面可以采用積木來構建場景。在主控硬件方面，需要滿足支持物聯網通信協議、可外接多種傳感設備、包含顯示屏顯示信息等。綜合考慮，可選擇自帶WI-FI模塊以及OLED顯示屏的格物板作為主控制器。格物板可以結合機械積木進行拼搭，還提供了4個外接接口，用來外接傳感器和舵機等設備。

硬件選擇確認后，軟件編程平臺的選擇也很重要。在本項目中，采用與格物板配套的Gewucode編程軟件編寫，這是一個同時支持圖形化編程和Python編程的軟件平臺。圖形化編程可以降低學習門檻，方便學生理解程序邏輯，也支持數據分析，還可實現數據可視化，滿足物聯網項目對數據分析和管理的需求。

5.具體實施

學生可以按照任務分配進行團隊協作和分工合作，舉例如下。

A/A學習小組通過積木完成停車場的場景構建。①需要設計一個停車入口，即車輛進入停車場的第一個區域，通常會設有升降桿和車輛信息識別設備。②需要設計停車出口，即車輛離開停車場的區域，同樣設有升降桿，還可以自動收費和結算，確保每輛車都能夠按照實際停車時間支付相應的停車費用。③需要設計車位監控區，主要是利用傳感器等設備來實時監測車位使用情況，并將數據上傳到系統來進行管理和分配。④需要設計圍墻，將停車場圍起來，確保車輛只能從入口進且從出口出。⑤需要設計一輛小車模擬車輛進出的情況，同時，小車上可以顯示停車場的車位使用情況，以及停車后的費用，方便車主核對收費信息。

B/B學習小組完成用戶終端呈現效果的設計。例如，通過兩臺格物板主控設備來共享信息，一臺設備作為停車場的主控（以下稱為設備1），外接傳感器來檢測車位上是否停車，還可統計車位上的停車時長。另一臺設備可以作為小車的主控（以下稱為設備2）。設備1利用傳感器檢測到的信息可以通過MQTT協議發送給設備2，將車位使用情況（包括是否存在閑置車位、停車時長等）以及停車費用顯示在OLED顯示屏上，用戶通過按鍵來模擬確認支付。

C/C學習小組完成平臺配置以及程序編寫。首先，需要將設備1和設備2連接網絡和格物云平臺，需要確保設備ID和密碼與格物云平臺后端一致。圖形化編程的操作方式非常簡單，連接的程序樣例如圖1所示。連接成功后，設備既可通過通道向云平臺上報消息，也可接收來自云平臺的消息。

需要分別給兩部設備進行編程，設備1利用紅外傳感器對車位進行監測，設備2接收來自設備1的消息，如圖2給出了一套編程思路。首先，設備1檢測到有車停在車位上時，就向云平臺上報消息Y，并設置停車的計時收費單價，將收費的消息上報給云平臺，云平臺會立即將這些信息下發給設備2，只需要將對應的信息顯示在設備2的OLED顯示屏上即可，圖形化程序樣例如圖3所示。

6.測試和評估

項目完成后，教師組織學生以小組為單位從任務目標、實現方式、遇到的困難和解決方案等角度進行分享與交流，讓他們從多個角度對項目進行總結和反思。這一過程不僅讓學生對自己的項目有了更深入的理解，還讓他們學會如何客觀地評價自己和他人的工作。

案例分析與教學啟示

1.案例分析

本案例中的項目式學習設計，遵循了項目式學習的核心原則，即以問題為導向，引導學生通過解決問題來學習知識、提升能力。

教師通過引導學生觀察和分析傳統停車服務，讓學生發現問題并提出問題，這一過程不僅激發了學生的好奇心和求知欲，還培養了他們的問題意識和批判性思維。在此基礎上，進一步引導學生確定項目目標和要求，明確項目的方向和內容，為后續的項目實施奠定了基礎。在項目構思和方案制訂階段，通過逆向思維理論和方法的應用，規劃和指導學生學習，幫助學生更好地理解和掌握知識，并在學生自主創造和自由發揮中學以致用。在設計和實施階段，選擇合適的硬件和軟件平臺，降低項目開發中的風險，同時通過圖形化編程平臺降低編程難度，讓更多學生能夠參與到物聯網項目中來。此外，注重團隊合作和分工協作，讓學生在團隊中相互學習、共同進步。

2.教學啟示

①在教學中應始終以問題為導向，引導學生發現問題、解決問題，激發學生的學習興趣和動力，培養問題意識和批判性思維。

②在項目實施過程中應注重團隊合作和分工協作，讓學生在團隊中相互學習、共同進步。

③選擇合適的教學工具和平臺，降低學生的學習難度和風險，同時注重工具和平臺的更新和升級，以適應不斷變化的教學需求和技術發展。

④充分發揮學生主體性和創造性，鼓勵自由發揮、大膽創新，提高學生的學習效果和滿意度，培養創新思維和創造能力。

⑤在項目完成后，讓學生從多個角度對項目進行評價和反思，幫助學生更好地認識和理解項目本身，學會如何客觀評價自己和他人的工作。

結論與展望

本文以“智能停車場系統”為例介紹了“物聯網實踐與探索”模塊中項目式學習的一般過程。通過在初中信息科技課程中實施智能停車場物聯網系統的搭建項目，不僅激發了學生的學習興趣和積極性，還提升了學生的實踐能力和創新思維。學生在實踐中不僅學習了物聯網技術的相關知識，還體驗到了物聯網技術在智能停車場管理中的應用價值。

隨著物聯網技術的不斷發展和普及，類似的智能停車場項目將為學生提供更多實踐機會，幫助他們更好地理解和掌握物聯網技術的應用。同時，這種教學模式也將促進教師不斷更新教學理念和方法，以適應信息化時代的教育發展需求。

參考文獻：

[1]熊璋，趙健，陸海豐，等.義務教育階段信息科技課程的時代性與科學性——《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》解讀[J].教師教育學報，2022（04）：63-69.

[2]魏雄鷹，朱莎，鐘戰華.義教信息科技課程學業質量標準研究[J].中國電化教育，2023（07）：85-90.

本文系中國教育學會2021年度教育科研重點規劃課題“以計算思維培養為核心的中小學人工智能教育研究”（課題編號：202103002301A）研究成果。