促進高階思維培養(yǎng)的 高中信息技術(shù)課堂教學(xué)

董芳芳

摘要：本文以《探究智能家居——物聯(lián)網(wǎng)中的傳感與控制機制》一課為例，以培養(yǎng)高階思維為目標(biāo)，在教學(xué)過程中針對重難點，將任務(wù)科學(xué)分解，將信息資源、工具與教學(xué)目標(biāo)巧妙融合，通過創(chuàng)設(shè)真實的問題情境、設(shè)計有效的課堂交互活動

，以創(chuàng)客實驗活動為載體，以小型智能開關(guān)系統(tǒng)的分析和搭建為依托，在開展協(xié)作、探究的學(xué)習(xí)過程中促進了學(xué)生高階思維的發(fā)展，真正實現(xiàn)了有效教學(xué)。

關(guān)鍵詞：有效教學(xué);創(chuàng)客;高階思維

中圖分類號：G434? 文獻標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）15-0051-03

所謂高階思維，是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動或認(rèn)知能力。它在教學(xué)目標(biāo)分類中表現(xiàn)為分析、綜合、評價和創(chuàng)造。高階思維是高階能力的核心，主要指創(chuàng)新能力、問題求解能力、決策力和批判性思維能力。下面，筆者以《探究智能家居——物聯(lián)網(wǎng)中的傳感與控制機制》一課為例，介紹在高中信息技術(shù)課堂，如何通過學(xué)生自主的、探索性的、研究性的學(xué)習(xí)促進高階思維的形成。

● 情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生探究欲望

（1）展示生活場景。觀看智能家居應(yīng)用中的燈光控制系統(tǒng)視頻，并引導(dǎo)學(xué)生提出問題與疑問。真正的有效教學(xué)是學(xué)生提出問題，并嘗試尋找方法去解決，這樣才能從根本上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。學(xué)生可能會提出以下問題：“為什么手機會控制燈光明暗？”“手機APP是如何設(shè)計出來的？”教師要肯定并贊賞學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、大膽質(zhì)疑的行為，鼓勵學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題并嘗試尋找方法去解決問題，激發(fā)學(xué)生的求知欲與學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。

（2）展示實驗場景。教師要求學(xué)生觀看利用創(chuàng)客資源制作的“智能控制開關(guān)燈系統(tǒng)”，引導(dǎo)學(xué)生思考如下問題，并在問題情境中自然過渡到第二個環(huán)節(jié)：①該智能系統(tǒng)中涉及了哪些技術(shù)？②實驗中的手機是如何控制燈開關(guān)的？③為何燈會隨著外界環(huán)境改變而改變亮度？

設(shè)計意圖：第一個視頻能夠讓學(xué)生初步了解智能家居的硬件組成，初步感知智能家居中的控制機制。第二個實驗場景的設(shè)計是為了讓學(xué)生更直觀地了解智能家居的技術(shù)及設(shè)備，通過思考問題對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系產(chǎn)生初步認(rèn)知，為后續(xù)的學(xué)習(xí)做鋪墊。

● 實驗分析，初步感知物聯(lián)網(wǎng)中的結(jié)構(gòu)

學(xué)生根據(jù)教師提供的創(chuàng)客及微課資源，結(jié)合教材和物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)（如下頁圖1），小組共同探究分析智能開關(guān)燈系統(tǒng)的運行流程，觀察系統(tǒng)運行過程，了解智能開關(guān)燈原理，并完善流程圖（如下頁圖2）。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的技術(shù)架構(gòu)（如下頁表），初步認(rèn)識物聯(lián)網(wǎng)中的傳感與控制機制，落實本節(jié)的教學(xué)重點。

設(shè)計意圖：在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生在觀察、分析實驗的過程中，思考并推理相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及功能，并能用語言描述出來。這一系列的思維活動，能促使學(xué)生完成知識的建構(gòu)，強化計算思維，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力。

● 智慧搭建，體驗分析物聯(lián)網(wǎng)傳感與控制機制

在本課極域電子教室網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，教師提供創(chuàng)客學(xué)習(xí)平臺、學(xué)習(xí)資源網(wǎng)、微課、在線文檔、軟硬件等資源與工具，學(xué)生通過小組分工合作完成實驗。教師以四人小組為單位分發(fā)硬件設(shè)備——Arduino主板、藍牙模塊、LED燈、光敏傳感器，同時提供硬件安裝指引資源，講解各硬件設(shè)備的作用，以及連接方法和注意要點。

①搭建硬件，了解物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備。小組分工合作根據(jù)微課資源指導(dǎo)完成硬件連接，了解光敏傳感器的作用，結(jié)合教材了解傳感技術(shù)及嵌入式系統(tǒng)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用。

②設(shè)計軟件，探究運行原理。如何根據(jù)外部環(huán)境控制燈的開關(guān)呢？教師和學(xué)生共同分析，經(jīng)過思考、探究、交流得出，智能開關(guān)燈系統(tǒng)的實現(xiàn)主要包括兩個步驟：第一步是設(shè)計手機APP，通過Arduino主板上的藍牙設(shè)備與主板連接并控制燈的開關(guān);第二步是通過Mixly編程獲取光敏傳感器的數(shù)據(jù)來控制燈的開關(guān)。學(xué)生利用微課進行自主學(xué)習(xí)，使用App Inventor編寫手機APP并下載到手機，使用Mixly軟件根據(jù)流程圖編寫Arduino主板程序，控制主板上的設(shè)備與元器件。通過本環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生理解了程序是物聯(lián)網(wǎng)控制機制中的關(guān)鍵，實現(xiàn)了設(shè)備的功能，控制了設(shè)備的運行。

根據(jù)運行結(jié)果，教師引導(dǎo)學(xué)生將程序與硬件結(jié)合分析整個系統(tǒng)的運行原理，學(xué)生經(jīng)過討論發(fā)現(xiàn)，Arduino主板通過藍牙模塊接收手機APP發(fā)送信號“1”或“2”來控制燈的開關(guān)，燈的明暗則是由光敏傳感器實時收集現(xiàn)場環(huán)境光線數(shù)據(jù)并通過編程來實現(xiàn)。通過對系統(tǒng)的綜合分析探究，學(xué)生能直觀感受到物聯(lián)網(wǎng)中的傳感與控制機制，如圖3所示。

設(shè)計意圖：在本環(huán)節(jié)中，通過體驗一個完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，讓學(xué)生在觀察、搭建、編程、運行、分析、總結(jié)的過程中，既動手又動腦，通過觀察思考總結(jié)規(guī)律，真正實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。教師在對實驗的答疑解惑過程中觀察學(xué)生的思維活動過程，及時引導(dǎo)學(xué)生進行再思考、再實踐，突破思維瓶頸，在這一過程中，學(xué)生得以完善對知識和技能的理解并提升思維水平。而針對不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的學(xué)生設(shè)計不同的教學(xué)目標(biāo)與練習(xí)，使處于不同層次的學(xué)生都能“摘到桃子”，獲得成功的喜悅，從而提高師生合作、交流的效率。通過合作探究的學(xué)習(xí)方式，利用資源網(wǎng)和微課等資源，學(xué)生在觀察、分析實驗的過程中，能夠思考并推理相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及功能，并能用語言描述出實驗中設(shè)備的原理。

● 提升思維，激發(fā)創(chuàng)新

高效課堂的構(gòu)建和學(xué)生高階思維的培養(yǎng)是有效教學(xué)的目標(biāo)，在學(xué)生理解物聯(lián)網(wǎng)傳感與控制機制這一知識的基礎(chǔ)上，教師呈現(xiàn)以下兩個問題：①“智能開關(guān)燈系統(tǒng)”存在何種不足？還能如何改進？②參考資源“各種傳感器的功能”，暢想未來的智能家居，并思考如何設(shè)計智能家居，用思維導(dǎo)圖畫出并向大家介紹。

通過啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識解決問題的能力。語言是實現(xiàn)思維、鞏固和傳達思維成果的工具，學(xué)生可以通過極域電子教室廣播展示，也可通過電子白板展示。在學(xué)生的展示環(huán)節(jié)中，可以看到學(xué)生能夠清晰地闡述自己的設(shè)計想法，有的學(xué)生基于本課的內(nèi)容，設(shè)計了智能開關(guān)窗系統(tǒng)，將所學(xué)知識創(chuàng)造性地應(yīng)用創(chuàng)新，學(xué)生的信息意識和計算思維得到了有效發(fā)展。有的學(xué)生設(shè)計的智能家居，除了各種物聯(lián)網(wǎng)支持下的智能家居外，還將多維空間論和統(tǒng)一場論融入到智能家居中的傳送系統(tǒng)，這既體現(xiàn)了學(xué)科融合，也體現(xiàn)了創(chuàng)新思維。

設(shè)計意圖：第一個問題是培養(yǎng)學(xué)生用審辯式思維去看待問題，而開放性的問題設(shè)計，則給予學(xué)生足夠的空間去發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，將所學(xué)知識與技能有效整合，在設(shè)計新型智能家居系統(tǒng)這一過程中，培養(yǎng)學(xué)生的智慧和創(chuàng)新思維能力，實現(xiàn)思維的進階。

● 教學(xué)反思

本課通過創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，從學(xué)生身邊熟悉的智能家居引入，有效激發(fā)了學(xué)生的探究興趣。學(xué)生在完成“設(shè)計智能家居系統(tǒng)”的實驗過程中，體驗物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系，更加直觀形象化地理解了物聯(lián)網(wǎng)傳感與控制機制，有效地破解了本節(jié)的教學(xué)瓶頸。暢想并設(shè)計智能家居這一問題的提出，更是激勵學(xué)生將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為智慧，從而高效地實現(xiàn)了本課的教學(xué)目標(biāo)，即了解物聯(lián)網(wǎng)中的傳感與控制機制。

參考文獻：

崔允漷.有效教學(xué)：理念與策略（上）[J].人民教育，2001（06）：46-47.