新課標(biāo)“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

詹宋強(qiáng)

【摘 要】本文探討了新課標(biāo)“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊在義務(wù)教育中的地位和重要性，簡(jiǎn)要介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念和常見協(xié)議、物聯(lián)網(wǎng)在新課標(biāo)中的地位與整體要求，并以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的視角，從物聯(lián)網(wǎng)課程體系規(guī)劃、評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)和課程實(shí)施層面給出實(shí)踐建議。

【關(guān)鍵詞】新課標(biāo)；物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)據(jù)；教學(xué)設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2023）08-051-03

物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)的重要組成部分，正在迅速發(fā)展并被應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，對(duì)社會(huì)的影響日益增大。在《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中，物聯(lián)網(wǎng)被納入八年級(jí)學(xué)習(xí)內(nèi)容中。在初中階段設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)模塊對(duì)于開拓初中生的科技視野，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新技術(shù)的興趣和探索精神，以及提升全民數(shù)字素養(yǎng)具有重要意義。

物聯(lián)網(wǎng)的概念及常見協(xié)議

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，簡(jiǎn)稱IoT）是指通過互聯(lián)網(wǎng)將各種物理設(shè)備和對(duì)象連接在一起，實(shí)現(xiàn)互相通信和數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)的核心思想是讓各種物體具備感知、交互和通信的能力，實(shí)現(xiàn)物與物之間的智能互聯(lián)。常見的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議包括：MQTT、CoAP、HTTP、LoRaWAN、Zigbee、Bluetooth等。在八年級(jí)的課程教學(xué)中，學(xué)生需要了解常見協(xié)議的功能和特點(diǎn)，初步理解各類協(xié)議的工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景，并通過搭建簡(jiǎn)單的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，使用相應(yīng)的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交互，從而更深入地理解協(xié)議的使用和應(yīng)用。

新課標(biāo)中物聯(lián)網(wǎng)模塊的地位與整體要求

在義務(wù)教育新課標(biāo)九個(gè)年級(jí)的內(nèi)容安排中，物聯(lián)網(wǎng)模塊具有舉足輕重的地位。首先，該模塊是“數(shù)據(jù)與編碼”“身邊的算法”“過程與控制”等模塊的深化，是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新的重要補(bǔ)充，與九年級(jí)的人工智能同等重要。其次，物聯(lián)網(wǎng)涉及信息科技課程的六條邏輯主線中的數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)等方面，開展物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)可以為學(xué)生提供了解和掌握這一前沿技術(shù)的機(jī)會(huì)。最后，學(xué)生可以在設(shè)計(jì)、搭建和實(shí)現(xiàn)物聯(lián)系統(tǒng)的過程中，運(yùn)用信息技術(shù)工具和平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取、傳輸、處理和分析應(yīng)用，了解數(shù)據(jù)的價(jià)值和應(yīng)用，提高數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的能力?？梢哉f，物聯(lián)網(wǎng)是未來十年科技創(chuàng)新領(lǐng)域最大的機(jī)遇。

“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊要求學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)的含義、原理和應(yīng)用，初步體會(huì)物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)、人工智能之間的關(guān)系，并利用相關(guān)知識(shí)解決一些跨學(xué)科的實(shí)際問題，認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)中自主可控技術(shù)的重要作用，培養(yǎng)學(xué)生的信息社會(huì)責(zé)任意識(shí)和安全意識(shí)。這一模塊的設(shè)置和教學(xué)目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)與工程素養(yǎng)，讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)和理解物聯(lián)網(wǎng)的核心概念和基本原理，發(fā)展學(xué)生的探索能力和實(shí)踐能力。教師只有充分理解學(xué)業(yè)要求，才能明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)計(jì)有效的教學(xué)活動(dòng)和評(píng)估方式。

物聯(lián)網(wǎng)課程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

1.指向核心素養(yǎng)的課程體系

在八年級(jí)的課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生從互聯(lián)網(wǎng)過渡到物聯(lián)網(wǎng)，這既是對(duì)七年級(jí)互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的回顧，也是互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的延伸，尤其是互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的傳輸過程與物聯(lián)網(wǎng)有許多異曲同工之處。在內(nèi)容安排上，既要體現(xiàn)課程的基礎(chǔ)性、生活性，也要強(qiáng)調(diào)學(xué)生知識(shí)遷移應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

在八年級(jí)上學(xué)期，教師從物聯(lián)網(wǎng)的概念、特征入手，引導(dǎo)學(xué)生分析身邊物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用案例，在形成初步感知的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)的基本原理與功能，深入探索數(shù)據(jù)“感知—采集—傳輸—匯總—處理—反饋”的全過程，做到知其然、知其所以然，從而實(shí)現(xiàn)“科”與“技”并重的目的。教師可以將知識(shí)點(diǎn)以微項(xiàng)目的形式推開，具體課程內(nèi)容設(shè)計(jì)如表1所示。

在八年級(jí)下學(xué)期，教師采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的模式，引導(dǎo)學(xué)生觀察生活，創(chuàng)設(shè)指向核心素養(yǎng)的主題，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決真實(shí)問題，逐步走向深度學(xué)習(xí)，從而推動(dòng)學(xué)習(xí)真正發(fā)生。教師以落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，圍繞信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)維度創(chuàng)設(shè)一個(gè)基于學(xué)生真實(shí)生活的項(xiàng)目，具體課程內(nèi)容設(shè)計(jì)如表2所示。

2.指向素養(yǎng)目標(biāo)的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

課程內(nèi)容是促進(jìn)學(xué)生形成核心素養(yǎng)的載體，主要是解決學(xué)什么的問題；教學(xué)評(píng)價(jià)是依據(jù)課程和教學(xué)的要求判斷教學(xué)效果達(dá)成度的過程，主要是解決學(xué)習(xí)效果的問題。新課標(biāo)堅(jiān)持基本知識(shí)考核與實(shí)踐應(yīng)用考核相結(jié)合，綜合運(yùn)用紙筆測(cè)試、上機(jī)實(shí)踐、作品創(chuàng)作等方法，全面考查學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。教師要堅(jiān)持自評(píng)和他評(píng)相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力[1]。

（1）課程評(píng)價(jià)的目標(biāo)與原則

課程評(píng)價(jià)的主要目標(biāo)有兩個(gè)，一是引導(dǎo)教學(xué)落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，落實(shí)好培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人的根本任務(wù)；二是引導(dǎo)教學(xué)從培養(yǎng)知識(shí)技能向培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的方向轉(zhuǎn)變。而課程評(píng)價(jià)的原則要以課程目標(biāo)、促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和改進(jìn)教師的教學(xué)為主要方向。依據(jù)“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊中關(guān)于學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)從物聯(lián)網(wǎng)的概念、物聯(lián)網(wǎng)的基本原理與功能、物聯(lián)網(wǎng)安全等對(duì)學(xué)生進(jìn)行四個(gè)維度的評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)維度與指標(biāo)如下。

信息意識(shí)維度的評(píng)價(jià)指標(biāo)是了解萬物互聯(lián)和智能感知對(duì)信息社會(huì)發(fā)展的作用，感受物聯(lián)網(wǎng)給人們學(xué)習(xí)、生活和工作等方面帶來的改變；增強(qiáng)掌握核心技術(shù)意識(shí)，加強(qiáng)虛擬身份識(shí)別和數(shù)據(jù)安全意識(shí)，做好安全防護(hù)。

計(jì)算思維維度的評(píng)價(jià)指標(biāo)是理解傳感器獲取數(shù)據(jù)的方法，網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)編碼、傳輸和呈現(xiàn)的原理，能根據(jù)真實(shí)需求設(shè)計(jì)和搭建簡(jiǎn)單的物聯(lián)系統(tǒng)原型。

數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新維度的評(píng)價(jià)指標(biāo)是能選擇合適的數(shù)字設(shè)備和數(shù)字平臺(tái)，搭建系統(tǒng)原型，能夠主動(dòng)利用數(shù)字設(shè)備開展實(shí)踐和創(chuàng)新活動(dòng)，并在創(chuàng)新活動(dòng)中認(rèn)識(shí)到原始創(chuàng)新對(duì)可持續(xù)發(fā)展的重要性。

信息社會(huì)責(zé)任維度的評(píng)價(jià)指標(biāo)是了解網(wǎng)絡(luò)空間中物品標(biāo)識(shí)和虛擬身份的意義，具備基本安全防護(hù)能力。

（2）基于“學(xué)習(xí)積分”的評(píng)價(jià)過程

基于以上評(píng)價(jià)目標(biāo)與原則，在實(shí)際的評(píng)價(jià)當(dāng)中，教師應(yīng)全方位收集學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)作為考核的主要依據(jù)。筆者主要借助UMU平臺(tái)，通過創(chuàng)建學(xué)習(xí)項(xiàng)目，以“學(xué)習(xí)積分”為主要載體，推動(dòng)過程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)的實(shí)施。

“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊的課程實(shí)踐性很強(qiáng)，課程評(píng)價(jià)主要從學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、學(xué)習(xí)參與度、課程積分榜、課程達(dá)成榜、卓越學(xué)習(xí)榜、積極學(xué)習(xí)榜、學(xué)習(xí)證書等方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)本學(xué)科的特點(diǎn)，將評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)全部電子化，形成學(xué)生學(xué)習(xí)檔案袋。

在評(píng)價(jià)手段上，教師綜合運(yùn)用課堂觀察、調(diào)查問卷、作業(yè)、習(xí)題測(cè)試、項(xiàng)目創(chuàng)作等形式，全面評(píng)價(jià)學(xué)生的信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任，把握核心素養(yǎng)的整體發(fā)展情況。在評(píng)價(jià)主體上，教師采用多元的評(píng)價(jià)方式，從自我評(píng)價(jià)、同伴互評(píng)到教師評(píng)價(jià)，最終形成學(xué)生的“學(xué)習(xí)積分”。

“學(xué)習(xí)積分”作為評(píng)價(jià)的結(jié)果，通過UMU平臺(tái)及時(shí)展示和反饋給學(xué)生。學(xué)生將會(huì)得到適時(shí)的提示、引導(dǎo)和激勵(lì)，并形成排行榜，激發(fā)學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)的積極性，提高課程的參與度和完成度。及時(shí)的評(píng)價(jià)反饋能不斷促進(jìn)學(xué)生自省，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的優(yōu)化和個(gè)人的發(fā)展。

3.指向深度學(xué)習(xí)的實(shí)施過程

課程的實(shí)施要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)方式，以真實(shí)問題或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運(yùn)用過程、計(jì)算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，建構(gòu)知識(shí)，提升問題解決能力[2]?；诖?，教師可以采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，實(shí)施過程為如下幾個(gè)階段。

（1）選擇合適的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境

教師根據(jù)學(xué)情和校情選擇適合學(xué)生使用的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，如OneNET、MixIO、阿里云等，確保平臺(tái)和環(huán)境能夠支持學(xué)生實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的開發(fā)和實(shí)施。

（2）設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目

在課程標(biāo)準(zhǔn)、教材和學(xué)情的基礎(chǔ)上，教師設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目，要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和技能解決實(shí)際的物聯(lián)網(wǎng)問題。

（3）學(xué)生觀察和問題發(fā)現(xiàn)

教師引導(dǎo)學(xué)生觀察生活中的真實(shí)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的問題或需求，鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的問題并選擇一個(gè)問題作為項(xiàng)目的起點(diǎn)。

（4）小組合作與自主學(xué)習(xí)

教師鼓勵(lì)學(xué)生組成小組，在項(xiàng)目中進(jìn)行合作。每個(gè)小組可以負(fù)責(zé)一個(gè)具體的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，學(xué)生在小組內(nèi)發(fā)揮主動(dòng)性和創(chuàng)造性，自主選擇解決問題的方法和策略。

（5）實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的設(shè)計(jì)

教師將項(xiàng)目設(shè)計(jì)成與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景相關(guān)的情境，讓學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識(shí)和技能應(yīng)用到實(shí)際問題中。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)智慧種植控制系統(tǒng)，讓學(xué)生用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)植物的生長(zhǎng)過程，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

（6）提供指導(dǎo)和資源支持

教師在項(xiàng)目進(jìn)行過程中提供必要的指導(dǎo)和資源支持，幫助學(xué)生解決遇到的問題，確保項(xiàng)目能夠順利進(jìn)行。同時(shí)，教師要給予學(xué)生一定的自由度和靈活性，鼓勵(lì)他們獨(dú)立思考和探索解決方案。

（7）反饋與評(píng)估

在項(xiàng)目進(jìn)行過程中，教師要及時(shí)給予學(xué)生反饋和評(píng)估，幫助他們了解自己的進(jìn)展和改進(jìn)的方向。如可以通過中期評(píng)估和項(xiàng)目展示等形式對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提供針對(duì)性的指導(dǎo)和建議。

（8）項(xiàng)目成果展示與分享

教師要為學(xué)生提供展示和分享項(xiàng)目成果的機(jī)會(huì)，如組織項(xiàng)目演示或校內(nèi)報(bào)告。這樣可以增強(qiáng)學(xué)生的自信心和表達(dá)能力，同時(shí)也可以激發(fā)其他學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（9）反思和總結(jié)

在項(xiàng)目完成后，教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思和總結(jié)，讓他們回顧整個(gè)項(xiàng)目過程，思考所取得的成果、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和改進(jìn)的方向，從中提取有益的教訓(xùn)和啟示。

結(jié)? 語

在信息科技高速發(fā)展的環(huán)境下，學(xué)生在掌握物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)后，如何結(jié)合人工智能開展項(xiàng)目創(chuàng)作將是未來十年科技創(chuàng)新領(lǐng)域的機(jī)遇。物聯(lián)網(wǎng)和人工智能是兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)且相輔相成的領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)提供了數(shù)據(jù)的采集和傳輸，而人工智能則可以利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和智能決策。學(xué)生在掌握物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)后，結(jié)合人工智能技術(shù)，可以設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)智能控制、預(yù)測(cè)分析、自動(dòng)化決策等功能。這種實(shí)踐與創(chuàng)新的過程不僅能夠鞏固和拓展學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)的知識(shí)，還培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造力、解決問題的能力，從而為未來的科技創(chuàng)新做好準(zhǔn)備。

注：本文系廣東省中小學(xué)“百千萬人才培養(yǎng)工程”專項(xiàng)科研項(xiàng)目“欠發(fā)達(dá)地區(qū)基于PBL的初中人工智能教學(xué)實(shí)踐研究”（課題號(hào)：BQW2021JCL001）研究成果

參考文獻(xiàn)

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

李鋒. 新版課程標(biāo)準(zhǔn)解析與教學(xué)指導(dǎo). 初中信息科技[M]. 北京： 北京師范大學(xué)出版社，2022.

編? ?輯：馮艷艷