探索以数据为核心的物联网教学案例设计策略

郭君红 杨琳玲

【摘 要】本文基于义务教育信息科技课程标准中的“物联网实践与探索”的要求，选取了适合初中生学习的主题，结合教学的实际情况和硬件环境，探索了以数据为核心的物联网教学的设计方法和实施策略。

【关键词】数据；物联网；教学案例；实施策略

【中图分类号】G434   【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2023）07-066-02

随着人工智能、大数据等技术的普及，物联网实现了将人们的生活、工作和学习设备的数据连接到网络中，推动了物理世界与数字世界的融合，使世界变得更智能、便捷和高效。《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》引入了“物联网实践与探索”模块，重点关注物联网系统的功能，为学生后续课程的学习奠定基础。教师需要深入理解新课标要求，积极创新教学研究，为学生提供实践机会，培养创新和问题解决能力，以适应数字化和智能化的未来社会。

对新课标物联网模块的理解

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中将模块八“物联网实践与探索”作为“过程与控制” “互联网应用与创新”的延续和扩展，同时也是“人工智能与智慧社会”模块的部分内容渗透，主要聚焦物聯网系统“感知—采集—传输—反馈—控制”的功能。在教学内容方面明确要求：本模块包括“从互联网到物联网”“物联网基本原理与功能”“物联网创新应用”“物联网安全”四部分内容。

通过本模块学习，学生能理解万物互联的含义，知道物联网协同互联网使实时定位、远程监控、分享众筹等新型服务和应用成为可能。学生能够根据学习任务的需要和可用的实验设备，设计并搭建具有数据采集、实时传输和简单控制功能的简易物联系统。同时，在教师的指导下，学生能通过智能终端或编写程序，读取并处理含有物联功能设备中的数据，并进行适当反馈或控制。在任务实现过程中，学生还能够初步体会物联网与大数据、人工智能之间的关系，并利用相关知识解决一些跨学科的实际问题，认识物联网中自主可控技术的重要作用。

物联网教学选题的思路

物联网教学有着“大场景”“小应用”的特点。为帮助学生更好地理解物联网的工作原理和应用场景，在选题时教师可以结合时事、学生的兴趣和未来职业发展方向，选择合适的场景进行教学设计，例如家居、物流、农业、医疗等。

1.家庭领域

家庭是最常用的物联网教学案例场景，适合大多数学校。在这个选题中，学生可以学习如何将各种设备连接到网络中，并使用各种技术和协议来收集、传输和处理数据。学生也可以使用传感器来监测温度、湿度、光照等参数，并使用控制器来控制灯光、窗帘、空调等设备。

2.物流领域

物流领域也是物联网非常重要的领域，在课堂中也比较好模拟。学生可以使用传感器来模拟监测货物和运输车辆的位置和状态，以及使用数据分析来更好地了解运输成本、路线和效率。另外，还可以使用远程监控技术来管理运输过程，确保货物的安全和准时交付。

3.农业领域

在农业领域，学生可以学习如何使用传感器来监测土壤温度、湿度、养分等参数，以及如何使用控制器来控制灌溉、施肥等设备。对于基础较好的学校，还可以使用数据分析来更好地了解作物生长的趋势和最佳时间等。

4.医疗领域

在医疗的物联网应用项目设计中，可以让学生尝试使用传感器来监测人的生命体征，如心率、血压、血氧饱和度等。同时，可以通过对传感器中获取的数据进行分析程序的设计，设计健康状况监测或远程监控技术来管理慢性疾病等创新应用。

物联网教学实践环境的搭建建议

在物联网教学中，需要考虑多个方面的实际问题，包括但不限于硬件、网络环境、软件以及教学过程中的环境。

1.硬件环境搭建的要点

教学环境搭建需要考虑设备的安全性、可靠性、可扩展性、成本和可视化等方面，教师需要选择合适的设备和方案，合理分配资源。安全性方面可考虑使用单独的AP或路由器为教学设备提供网络，可靠性层面需选用稳定性高的设备，可扩展性则需考虑设备的可扩展性和升级维护的便捷性。

2.软件产品选择的原则

对于软件的选择，需要结合教学需求、硬件设备、学生水平和学校财务状况等多个因素进行综合考虑，选择易于上手、功能丰富、性能稳定且具备完善的安全机制的适合自己学校的软件产品。

以数据为核心的教学设计

在物联网中，各种设备、传感器通过使用不同的技术和协议进行连接和通信，以收集、传输和处理数据。因此，数据在物联网中具有至关重要的作用。以数据为核心进行教学设计，学生可以更好地理解物联网的工作原理和应用场景。

1.明确教学目标

结合新课标要求，明确教学目标，将学习目标细化到每课时，引导学生通过学习物联网的相关知识和技能，了解物联网的基本概念、体系结构、工作原理和应用场景。

2.选择合适的教学内容

根据教学目标，明确细化每课时教学内容，如讲解常见的物联网硬件设备、通信协议和软件开发工具等，结合实际案例，让学生更好地掌握物联网的相关知识和技能。

3.设计组织实践教学过程

在组织实施教学中，需设计让学生进行物联网硬件设备的组装、物联网应用系统的开发和实践操作等环节，为实际应用做准备。

4.引导学生课上课下自主或合作学习

物联网技术发展迅速，教师需要引导学生课上课下自主或合作学习，让学生通过查阅资料、参加讲座、参加线上线下活动等方式，获取最新的物联网技术和应用场景的知识和技能，以适应未来的发展需要。

5.设计多元的教学评价

在教学中设计多元的评价方式很重要，教师可以通过作品展示、过程参与、作品实现效果等方式对学生的学习进行评价，同时在教学过程中及时收集学生的反馈意见和问题，及时进行解答和解决。

另外，在教学设计中，还需要通过设计活动引导学生通过数据分析来提取信息和发现问题，并使用合适的工具和技术进行分析和预测。通过数据安全策略来保护设备和数据的隐私和安全，并使用合适的工具和技术来防范数据泄露和攻击。

教学实施的策略建议

初中阶段信息科技物联网教学实施需要考虑学生的实际情况和需求，选择合适的教学方法和资源，并且不断优化和改进。

实施项目教学：通过完成实际项目来进行学习，如设计智能家居、智能农业等。学生可以通过分组合作的方式完成，锻炼团队协作和项目管理能力。

强化实践操作：通过实践操作，如连接传感器和设备、数据采集和分析、远程控制等，可以通过实验室或实践活动等方式进行。

提供多元学习资源：如微视频、实践案例、学习资料、项目引导书等，便于学生选择适合自己的学习方式和学习进度。

引入国内成功案例：好的案例可以激发学生的学习兴趣，既可以进行自主可控教育，又可以提升学生对国家科技创新发展的自豪感。

另外，对学校和教研部门而言，需要加强对师资队伍的建设和培训，提高教师的教学水平和专业素养，从而更好地推进物联网教育真正落地实施。