新课标背景下“物联网实践与探索”模块教学实践

乌兰

【摘 要】本文探索和实践新课标背景下信息科技课程中“物联网实践与探索”模块教学实践方法，以“身边的物联网应用”一课为例，采用基于项目的深度学习模式，培养学生的创新思维和实践能力；通过结构化教学设计和实际项目实践，提高学生在物联网领域的知识和技能。研究结果可为之后“物联网实践与探索”模块教育实践提供一些建议。

【关键词】新课标；物联网；教学实践；项目式学习

【中图分类号】G434   【文献标志码】A

【论文编号】1671-7384（2024）06-046-03

物联网作为一项新兴技术，已成为信息时代的重要组成部分，信息科技课程“物联网实践与探索”模块（以下简称“物联网模块”）对于培养学生的创新思维、实践能力和综合素养具有重要意义。然而，由于物联网模块内容的复杂性、多样性和全新性，传统的教学方法往往无法满足学生的需求。如何开展物联网模块教学实践研究，让学生在“做中学”“用中学”“创中学”，真正提升学生的信息科技核心素养，成为当前一线教师着力思考的问题之一。

深度学习、项目式学习和大单元设计都注重学生的主动参与、实践和综合能力的培养。它们的共同特点是学生主动性、实践导向和综合性学习。物联网是一个综合性的领域，涉及多学科的知识和技能。因此，在学习这一模块内容时，通过深度学习，学生可以深入理解物联网的原理和技术；通过项目式学习，学生可以进行实际项目的探索和实践，应用物联网技术解决实际问题；通过大单元设计，学生可以将物联网各个方面的知识和技能有机地整合在一个大单元中，形成一个完整的学习体验。这样设计可以促进学生对物联网的全面理解，培养学生的应用能力、综合素养和解决复杂问题的能力。

项目单元设计说明与思路

1.单元教学设计说明

“从互联网到物联网——我的低碳生活方式”单元选自《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》中的物联网模块。本单元围绕“调查共享单车的物联网技术与应用”项目展开学习，从共享单车出发，通过生活实例感受万物互联的场景，以小组合作方式搜索物联网的相关定义，利用思维导图工具梳理小组活动关键内容，分组收集资料并调查物联网的相关概念及特点。学生查阅资料，收集相关案例，了解共享单车使用的物联网技术可以实现的功能，分析物联网的特点，探讨物联网的普及对学习和生活的影响。

本单元是整个物联网模块的起始单元，同时也是学生从互联网模块内容第一次接触物联网的单元。因此，本单元不仅有着广泛的实际应用，而且起着承前启后的作用。

2.单元项目整体教学思路

本单元共分为四个课时：感受万物互联的场景，体验身边的物联网应用，分析共享单车的系统结构和探索低碳生活方式的新趋势。按照项目实践过程可以这样开展教学：确定主题，调查共享单车的物联网技术发展与应用；设计方案，通过实例感受万物互联的场景和收集相关数据，分析信息并以思维导图方式呈现；项目执行，通过数字化学习了解物联网的概念及特点，通过与互联网对比学习，理解物联网与互联网结构的异同，通过亲身感受身边真实应用场景中的物联网应用，认识物联网的普及对学习和生活的影响，通过调查研究了解物联网的典型应用及其特点，根据思维导图，获取相应多媒体素材，完成调查报告初稿；成果交流，结合物联网特征与应用，完善调查报告并交流。

“身边的物联网应用”教学设计及实施

1.教学内容分析

本节课是“从互联网到物联网——我的低碳生活方式”单元第二课时的内容。本课时内容主要包括：了解物联网的应用，认识物联网的普及对学习和生活的影响，体验物联网应用典型实例，理解典型物联网应用的特点。本节内容对学生学科素养发展的价值包括：初步理解万物互联给人类信息社会带来的影响、机遇和挑战；了解物联网（特别是传感器系统）是连接物理世界与数字世界的纽带和媒介；了解物联网与互联网的异同、主要物联网协议；了解典型物联网应用的特点；[1]通过对身边真实应用场景中物联网的体验感受，认识到物联网的普及对学习和生活的影响。

2.学习者分析

本节课的授课对象是初二年级学生。他们的抽象思维能力已经趋于完善，具备了一定的分析能力和探究意识。因此教师教学中要搭建循序渐进的学习脚手架，让学生在短时间内能体验到成就感，提高学习兴趣。他们具有强烈的好奇心和求知欲，对新鲜事物会独立地思考、追求和探索，学习兴趣比较广泛。在实践活动过程中，教师要引导学生理解和把握课程要求的知识和技能，培养其分析问题和解决问题的思想和方法。他们的认知能力及操作能力有一定差异，因此教师在学习任务的设计上要紧扣教学目标，既要注重知识技能的基础性，又要关注学生的个性化发展，适当拓展知识技能，增强每位学生学习的主观能动性。他们有自己的审美主张和作品鉴赏能力，希望得到别人的认可。因此教师应创造条件和机会，让学生发表见解，展示成果。通过访谈及问卷方式得知，学生对小组合作有一定的经验，对图像化编程有基本了解，大多数学生对物联网的概念与基本特征有初步了解。

3.学习目标确定

本节课学习目标为了解物联网的应用（信息意识、数字化学习与创新）；认识物联网的普及对学习和生活的影响（信息责任）；体验物联网应用典型实例（计算思维）；理解典型物联网应用的特点（计算思维、数字化学习与创新）。

4.学习重点难点

学习重点是了解物联网的应用，能够认识物联网的普及对学习和生活的影响；体验物联网应用典型实例的基本实现过程；能够理解典型物联网应用的特点。学习难点是体验物联网应用典型实例的基本实现过程；能够理解典型物联网应用的特点。

5.学习评价设计

学生根据教师提供的项目活动单，进行自我评价；根据小组互评环节，进行组间评价。在课程中间及结束环节，教师反馈意见。

6.学习活动设计

（1）回顾旧知，导入新课。教师从共享单车的应用情境出发，利用连线练习回顾上节课物联网的特征，引出本节课主题内容：身边的物联网应用。通过在线学习平台课前调查结果，教师引出本节课体验项目：智能家居方面一个实际物联网应用——智能门锁，并设问：为什么我们要开发智能门锁这个物联网应用？与传统门锁相比，它有哪些优点？

（2）发现问题，探求新知。教师通过提问激发学生的求知欲：如果你是产品设计师，你会设计智能门锁的哪些功能？教师鼓励学生回顾上节课所学内容，并将物联网技术的特性融入智能门锁的设计概念中。随后，教师明确指出本节课的核心项目实验目标：重点关注智能门锁远程控制功能的实现机制。为了确保学生深入理解并有效实践这一核心功能，教师进一步引导学生对智能门锁的远程控制功能进行细致分解。

（3）分组协作，方法引导。教师首先结合流程图，引导学生详细分析智能门锁的开门工作流程。教师通过生动形象的流程图展示，帮助学生清晰理解从用户输入信息、信息传输至云端、云端数据处理、验证比对到最终决定是否开启门锁这一整套逻辑流程。

教师鼓励学生参与讨论，亲手绘制或修改流程图以加深理解，并在此基础上进行具体实践操作设计。接着，为了让学生能够动手体验实现物联网功能，教师简要介绍一些常用的物联网功能开发工具、平台以及与其配套的编程软件。教师指导学生利用这些工具进行物联网功能的开发与调试，从而培养学生数字化学习及实践能力。在明确了智能门锁的各项功能需求后，教师指导学生根据实际项目需求选择合适的物联网硬件设备。在选择的过程中，教师要强调硬件兼容性、安全性、稳定性和成本等因素，使学生在实践中学会综合考虑问题，培养他们的系统集成能力和工程实践素养。

（4）自主探究，分层实现。教师引导学生解析硬件接线图，指导学生亲手完成发送端和接收端的硬件连接，构建起一个基本的物联系统。教师提供关键代码示例（图1），帮助学生利用图形化编程软件与开源硬件交互，体验物联网的应用功能实现过程。教师组织学生设计并实施智能门锁项目，展示和测试他们所设计的智能门锁系统，从而提升综合实践能力。

图1  接收端代码示例

（5）展示交流，小结拓展。教师首先组织学生分享他们在体验物联网应用过程中的项目思路和关键点，通过互动讨论的方式，鼓励学生反思并表达自己在物联网智能门锁实践环节的设计策略、遇到的问题以及解决方案。接下来，教师提出开放性问题，引导学生不局限于本节课所体验的智能家居领域的物联网应用，更要积极观察身边的其他物联网应用场景。例如，在观看视频内容之前，教师提问：除了今天我们亲手体验的智能家居领域，你们发现生活中还有哪些物联网应用实例呢？请大家在观看视频时思考这些不同场景下物联网应用有何共同特点。然后，教师播放一系列展示物联网应用的视频，通过真实案例让学生更直观地理解物联网技术的实际运用。在针对视频学习与分析后，教师指导学生总结提炼物联网应用的共性特点，并结合本节课所学知识对物联网的应用特性做出深度解读。同时，教师引导学生依据课程评价量规，全面回顾并评估本节课的理论学习成效、实践操作表现和小组合作成果，以确保每位学生都能系统掌握物联网知识，并对自己在本节课程中的进步有清晰的认识。

结  语

在新课标背景下，对于物联网模块的教学实践研究，我们尝试以深度学习、项目式学习和大单元设计为理论基础，旨在培养学生的综合素养和解决问题的能力，通过学生的主动参与、实践和综合能力的培养，促进学生对物联网的全面理解和应用能力的培养。在进行物联网模块教学时，教师通过深度学习、项目式学习和大单元设计的综合运用，引导学生进行实际项目的探索和实践，应用物联网技术解决真实问题，培养他们的团队合作和创新能力。

正如《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》在物联网模块“对教学提示的分析”中所写：物联网建立在互联网基础上，在把握全景（大场景）的前提下，本模块的项目及实验等环节应聚焦于“物联”的核心部分（小应用），即数据采集、计算、传输及使用，避免陷入技术细节[2]。因此，在教学中我们应该设计有针对性的项目和实验，以便学生能够亲身体验数据采集、计算、传输和使用的过程。通过实际操作和实践活动，学生能够更好地理解和应用物联网技术，培养解决实际问题的能力。

同时，我们也意识到教学实践中可能存在一些挑战和改进的空间。物联网模块教学中教师需要进行大量的前期备课工作，从教学资源、教学平台及教学方法等角度，给予学生更多的支持和指导。此外，教学评估方法的设计也需要进一步优化，以更好地促进学生的学习和发展。

基金项目：北京市教育科学“十四五”规划2022年度一般课题“依托课后服务指向问题解决能力培养的初中人工智能教学实践研究”（项目编号：CDDB22266）阶段性成果

参考文献

李锋，李冬梅，魏雄鹰，等. 发展关键能力 提升数字素养与技能：《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的内容设计与实施建议[J]. 教师教育学报， 2022， 9（4）： 8.

林众，诸卫兵，冯士海. 义务教育信息科技课程“网络”教学实施众人谈[J]. 中国信息技术教育， 2023（11）： 4-9.