初中“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊教學(xué)指南二次開發(fā)

摘要：基于項目式學(xué)習(xí)進行大單元教學(xué)設(shè)計，可以加強知識間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，促進知識結(jié)構(gòu)化，精簡內(nèi)容，緩解學(xué)生學(xué)業(yè)壓力和課時緊張的問題。本文以“物聯(lián)門鎖系統(tǒng)”為例，根據(jù)《義務(wù)教育信息科技課程教學(xué)指南和配套課件使用說明》，詳細闡述了如何圍繞“項目”和“知識”兩條主線，對八年級教學(xué)指南進行二次開發(fā)，以期推動《義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南》的實踐應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：八年級；物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索；教學(xué)指南；二次開發(fā)

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）06-0042-04

2024年8月，國家中小學(xué)智慧教育平臺發(fā)布了《義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南》（以下簡稱“教學(xué)指南”）及配套課件，供全國義務(wù)教育階段3～8年級師生免費使用。作為信息科技課程實施的基準性參考依據(jù)，教學(xué)指南按照每周1課時的容量進行設(shè)計，每冊教學(xué)指南分為30課，內(nèi)容較為豐富。[1]同時，根據(jù)《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）編寫的冀教版義務(wù)教育教科書《信息科技（三年級）》和《信息科技（七年級）》已于2024年8月出版發(fā)行，其他年級的教材尚未出版發(fā)行。2023年5月，河北省教育廳印發(fā)了《河北省初中學(xué)業(yè)水平信息科技考試方案》，明確了信息科技考試一般安排在八年級下學(xué)期進行，滿分分值為10分，計入初中學(xué)業(yè)水平考試總分。[2]可見，信息科技課程的課時緊張，學(xué)生的學(xué)業(yè)壓力也隨之增加。在這樣的背景下，如何創(chuàng)造性地使用教學(xué)指南，是河北省信息科技教師不可回避的一個重要問題。《義務(wù)教育信息科技課程教學(xué)指南和配套課件使用說明》（以下簡稱“使用說明”）指出，教師可根據(jù)教學(xué)指南，結(jié)合本地實際情況對教學(xué)整體構(gòu)思，進行二次開發(fā)，細化教學(xué)設(shè)計，設(shè)置評價方案，確定具體實施細節(jié)，以確保實際教學(xué)的科學(xué)性和系統(tǒng)性。因此，對八年級教學(xué)指南進行二次開發(fā)具有必要性。

義務(wù)教育教科書《信息科技（七年級）》（冀教版）主要由驅(qū)動問題、項目實施、閱讀材料和技術(shù)支持等板塊構(gòu)成。在對《義務(wù)教育信息科技課程教學(xué)指南 物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索 八年級全一冊》（以下簡稱“八年級教學(xué)指南”）進行二次開發(fā)的過程中，所編排的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動應(yīng)與上述體例保持一致。通過采用項目式學(xué)習(xí)或任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法，進行大單元教學(xué)設(shè)計，可以加強知識間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，促進知識結(jié)構(gòu)化，精簡內(nèi)容，緩解學(xué)生學(xué)業(yè)壓力和課時緊張的問題。下面，筆者圍繞“項目”和“知識”兩條主線，詳細闡述對八年級教學(xué)指南進行二次開發(fā)的策略。需要注意的是，強調(diào)“項目”和“知識”兩條主線，并不意味著將它們割裂開來，而是要在教學(xué)實踐中實現(xiàn)二者的有機融合。

圍繞“項目線”進行二次開發(fā)

圍繞“項目線”對八年級教學(xué)指南進行二次開發(fā)，主要依據(jù)各單元的學(xué)習(xí)活動以及“拓展與提升”欄目進行。但是，教學(xué)指南給出的學(xué)習(xí)活動和內(nèi)容設(shè)計主要采用活動框架方式，并沒有提供具體的活動過程。[3]根據(jù)使用說明，教師可以對學(xué)習(xí)活動進行取舍、替換，或調(diào)整教學(xué)順序、實踐及實驗活動的形式。

1.對學(xué)習(xí)活動進行取舍、替換

為了使學(xué)生了解HTTP通信的基本過程，認識傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議在物聯(lián)系統(tǒng)中的局限性，進一步熟悉從互聯(lián)網(wǎng)中獲取數(shù)據(jù)的方法，八年級教學(xué)指南中設(shè)置的一些教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動特別注意了與“互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新”模塊的銜接。為了使學(xué)生認識人臉識別技術(shù)，了解機器識別人臉的基本過程，體會人工智能帶來的智能生活，了解物聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，以及提升數(shù)據(jù)采集安全的方法，一些教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動涉及了“人工智能與智慧社會”模塊的內(nèi)容要求。此外，一些與“Python語言”相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動加強了與高中學(xué)段的銜接。教師可以對上述課程內(nèi)容進行刪減和替換，使課堂時間集中于“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊的教學(xué)。同時，利用圖形化編程實現(xiàn)簡易物聯(lián)系統(tǒng)的功能，降低項目難度并縮短項目周期。刪減的內(nèi)容可以設(shè)計成項目拓展的形式，供感興趣、學(xué)有余力的學(xué)生課后完成，實現(xiàn)分層教學(xué)。

2.調(diào)整教學(xué)順序、實踐及實驗活動的形式

八年級教學(xué)指南設(shè)計了以“物聯(lián)門鎖系統(tǒng)”和“物聯(lián)花盆系統(tǒng)”等為主題的單元。在第五單元“物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用探索”中，進一步設(shè)計了以“博物館環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)”“身高記錄儀系統(tǒng)”“病患輸液監(jiān)測系統(tǒng)”“奶牛產(chǎn)奶監(jiān)測系統(tǒng)”以及“探究熱水降溫規(guī)律系統(tǒng)”為主題的項目。教師可以根據(jù)實際情況對上述主題進行選擇，并調(diào)整教學(xué)順序、實踐及實驗活動的形式，增強項目實施的連貫性，幫助學(xué)生建構(gòu)知識體系，培養(yǎng)和提升解決真實問題的能力。

3.案例：物聯(lián)門鎖系統(tǒng)

（1）學(xué)習(xí)目標

案例“物聯(lián)門鎖系統(tǒng)”突破了八年級教學(xué)指南原有單元的框架，對第7、10、12、13、14、18、26、30課進行了二次開發(fā)。因此，學(xué)習(xí)目標是根據(jù)上述課時，圍繞關(guān)鍵概念“物聯(lián)網(wǎng)的感知——識別”“物聯(lián)網(wǎng)的通信——MQTT”和“物聯(lián)網(wǎng)安全”設(shè)定的，涉及信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任等信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。具體內(nèi)容包括：了解射頻識別技術(shù)的基本原理及其常見應(yīng)用，體會電子標簽編碼的唯一性；能夠利用射頻技術(shù)開展實踐活動，了解物與物之間近距離通信的過程；了解MQTT的通信機制，認識發(fā)布者、訂閱者和中介之間的關(guān)系；能夠利用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺實現(xiàn)發(fā)布和訂閱功能；了解使用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺存儲和傳輸數(shù)據(jù)的方法，會在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺中下載數(shù)據(jù)；了解物聯(lián)網(wǎng)中的虛擬身份，結(jié)合虛擬身份在物聯(lián)門鎖系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，感受虛擬身份在物聯(lián)網(wǎng)傳輸和安全等方面的重要作用；了解身份認證技術(shù)，認識物聯(lián)系統(tǒng)安全的重要性。

（2）驅(qū)動問題

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如何設(shè)計并搭建一個具有刷卡開鎖、遠程通知、遠程控制等功能的物聯(lián)門鎖系統(tǒng)，并確保其安全性？

（3）項目實施

項目實施過程包含若干個學(xué)習(xí)活動，如上頁表1所示。建議選擇一鍵部署的SIoT和mPython集成開發(fā)環(huán)境，以及開源硬件掌控板（含板載按鍵、蜂鳴器、OLED顯示屏）、掌控拓展板，并配備電子標簽、RFID模塊、舵機等周邊模塊。小組最好進行異質(zhì)分組，最佳人數(shù)為4人。

（4）展示活動

各小組推選一名學(xué)生代表，向教師及其他小組成員介紹物聯(lián)門鎖系統(tǒng)設(shè)計與搭建的過程，主要介紹項目實施過程中遇到的各種問題和困難、相應(yīng)的解決方案、心得體會，以及分工合作的情況等，并基于原型演示系統(tǒng)運行的效果，同時，填寫如表2所示的評價量規(guī)。在展示活動結(jié)束后，各小組結(jié)合教師及其他小組成員給出的評語和建議，進一步優(yōu)化物聯(lián)門鎖系統(tǒng)。

（5）評價方案

根據(jù)新課標的課程理念，教師應(yīng)強化素養(yǎng)導(dǎo)向的多元評價，堅持過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合，堅持自評和他評相結(jié)合。[4]教學(xué)指南在每個單元中都設(shè)計和開發(fā)了支持學(xué)生自評和教師評價的量表工具，教師可以依據(jù)學(xué)習(xí)目標對其進行二次開發(fā)，形成調(diào)查問卷，并通過問卷星等平臺收集學(xué)生的自評數(shù)據(jù)。此外，還可以結(jié)合學(xué)習(xí)活動設(shè)計，編制學(xué)習(xí)過程記錄表，收集學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的成果性證據(jù)。[5]評價方案如上頁表3所示。

（6）單元總結(jié)

教學(xué)指南中的單元內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖把零碎的概念知識聯(lián)結(jié)在一起，以綜合貫通和不斷分化的方式幫助學(xué)生實現(xiàn)知識的聯(lián)結(jié)、融合與內(nèi)化。[6]通過對第二、三、四、六單元的內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖進行整合與重組，教師可以以思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)物聯(lián)門鎖系統(tǒng)涉及的核心概念與知識體系，并要求學(xué)生對照圖中的內(nèi)容進行單元總結(jié)。

圍繞“知識線”進行二次開發(fā)

圍繞“知識線”對八年級教學(xué)指南進行二次開發(fā)時，需要與項目配合，并對知識類型進行鑒別，以更合理地設(shè)計項目實施過程。對于概念性知識，如“射頻識別技術(shù)的基本原理”等，教師可以在學(xué)習(xí)活動前后或其他必要的時候進行梳理或講解。對于程序性知識，如“搭建本地MQTT服務(wù)器的步驟”“RFID模塊、舵機的基本介紹、引腳定義、接線圖和示例程序”等，應(yīng)以“技術(shù)支持”的形式呈現(xiàn)，并在項目實施過程中適時提供給學(xué)生，增強他們的自主學(xué)習(xí)能力。而對于事實性知識，如“射頻識別技術(shù)的常見應(yīng)用”等，則應(yīng)以“閱讀材料”的形式呈現(xiàn)，供學(xué)生在課余時間閱讀。

使用說明指出：各地區(qū)教師可以結(jié)合當(dāng)?shù)貙W(xué)情，酌情調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。在突破“MQTT通信機制”這一教學(xué)難點時，教師可以結(jié)合慕課或已出版的教材等可利用資源，細化“了解MQTT通信機制”一節(jié)的內(nèi)容，對比HTTP“請求—響應(yīng)”的工作模式，闡明MQTT是一種基于發(fā)布/訂閱模式的協(xié)議，也是一種基于客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的協(xié)議。中介是服務(wù)器，發(fā)布者和訂閱者都是客戶端。發(fā)布者可以訂閱消息，同樣，訂閱者也可以發(fā)布消息。明確中介上可以有一個或者多個主題，主題可以被理解為消息的分類。厘清發(fā)布和訂閱的過程等，為“遠程通知功能”和“遠程控制功能”的實現(xiàn)夯實基礎(chǔ)。

結(jié)語

在對八年級教學(xué)指南進行二次開發(fā)時，筆者僅圍繞有限的概念，對以“物聯(lián)門鎖系統(tǒng)”為主題的項目進行了重新設(shè)計。而“物聯(lián)網(wǎng)基本原理與功能”部分還涉及“物聯(lián)網(wǎng)的感知——傳感”等關(guān)鍵概念，這些概念可以通過“探究熱水降溫規(guī)律系統(tǒng)”等項目來建構(gòu)。特別是“探究熱水降溫規(guī)律系統(tǒng)”項目，能夠體現(xiàn)跨學(xué)科的設(shè)計理念，且貼近學(xué)生的現(xiàn)實生活和學(xué)習(xí)實踐。另外，“從感知到物聯(lián)”和“物聯(lián)網(wǎng)安全”兩個單元涉及較多對基本原理和基本概念的闡述，可以以小型講座等形式開展教學(xué)。

參考文獻：

[1]盧秋紅.《教學(xué)指南》搭建信息科技課程教學(xué)的橋梁——專訪人民教育出版社信息科技編輯室主任林眾[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2024（11）：23-25.

[2]河北省教育廳.關(guān)于印發(fā)河北省初中學(xué)業(yè)水平信息科技考試方案的通知[EB/OL].http：//www.hee.gov.cn/col/1410097726928/2023/05/25/1685007169320.html.

[3][5][6]李鋒，葉宜濤，李正福.基于標準的《義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南》的內(nèi)容分析與二次開發(fā)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2024（20）：13-15+19.

[4]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.