摘要：本文探討了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在初中信息科技課程中的應(yīng)用與實(shí)踐，以搭建“基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)”為例，旨在通過實(shí)踐讓學(xué)生理解物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)知識，并培養(yǎng)其解決實(shí)際問題的能力和團(tuán)隊(duì)合作的能力。

關(guān)鍵詞：信息科技；物聯(lián)系統(tǒng)；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）16-0000-04

引言

隨著《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）的發(fā)布與實(shí)施，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)逐漸受到教育界的關(guān)注，通過實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計與實(shí)施，學(xué)生在解決問題的過程中主動探究、合作學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)其問題解決能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。[1]

新課標(biāo)指出：“物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)之后的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，是推動大數(shù)據(jù)和人工智能等信息科技發(fā)展與普及不可或缺的重要部分?！盵2]物聯(lián)系統(tǒng)作為信息技術(shù)領(lǐng)域的一個重要分支，涉及的知識點(diǎn)和技能點(diǎn)廣泛，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性。[3]《中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本目錄》中“初中信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本目錄”也涵蓋了“簡易物聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計與搭建”的內(nèi)容。因此，以設(shè)計和搭建簡易物聯(lián)系統(tǒng)為例，探討項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在初中信息科技課程中的應(yīng)用與實(shí)踐，對于提升教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)生綜合能力具有重要意義。

初中信息科技課程現(xiàn)狀

當(dāng)前，雖然信息科技教育在初中的地位日益凸顯，但仍面臨一些挑戰(zhàn)和問題。首先，教學(xué)內(nèi)容與時代發(fā)展存在差距。許多內(nèi)容相對滯后，未能及時跟上信息技術(shù)的發(fā)展步伐，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)的知識與社會實(shí)際需求脫節(jié)，難以適應(yīng)未來社會的發(fā)展需求。其次，教學(xué)方法單一，缺乏實(shí)踐性。傳統(tǒng)的信息科技課程往往注重知識傳授，忽視學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，而且缺乏趣味性和互動性，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，難以積極參與課堂活動。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計原則

①真實(shí)性問題情境。項(xiàng)目應(yīng)圍繞真實(shí)性問題展開，使學(xué)生能夠在解決問題的過程中體驗(yàn)知識的實(shí)際應(yīng)用。②以學(xué)生為中心。教學(xué)設(shè)計應(yīng)充分考慮學(xué)生的需求和興趣，確保學(xué)生在項(xiàng)目中發(fā)揮主體作用。③教師協(xié)助與指導(dǎo)。教師應(yīng)提供適時的支持和指導(dǎo)，幫助學(xué)生克服項(xiàng)目過程中的困難，同時鼓勵學(xué)生自主解決問題。④跨學(xué)科知識整合。鼓勵學(xué)生在項(xiàng)目中整合多學(xué)科知識，培養(yǎng)跨學(xué)科思維。⑤合作學(xué)習(xí)。通過小組合作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和溝通技巧。⑥反思與評價。項(xiàng)目完成后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思和評價，促進(jìn)知識的內(nèi)化和能力的提升。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計與實(shí)踐

新課標(biāo)八年級“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”部分要求理解物聯(lián)網(wǎng)的概念、原理和應(yīng)用，并通過實(shí)際案例進(jìn)行模擬和操作。以解決問題為導(dǎo)向的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)可以很好地與此內(nèi)容融合，因此，筆者設(shè)計并搭建了一個簡易的智能停車場物聯(lián)系統(tǒng)，并通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)開展物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)。

1.啟發(fā)思考和提出問題

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，任務(wù)的導(dǎo)向是鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。所以，教師可以通過如圖片、視頻等形式介紹傳統(tǒng)停車服務(wù)，并通過模擬交互體驗(yàn)等方法讓學(xué)生感受服務(wù)流程、設(shè)備工作狀況、用戶體驗(yàn)等。引導(dǎo)學(xué)生對傳統(tǒng)停車服務(wù)進(jìn)行觀察和分析，以發(fā)現(xiàn)和提出問題。例如，傳統(tǒng)停車場是否會存在車位管理不合理的問題？有些車位可能因?yàn)槲恢貌缓没蚱渌蚨罩茫硪恍┸囄粍t會被過度使用，導(dǎo)致車位資源的浪費(fèi)和不合理分配；傳統(tǒng)停車場管理通常采用收費(fèi)員、巡檢員等人工管理，管理效率低且容易出錯。

2.確定目標(biāo)

針對問題引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)知識，通過模擬制作“智能停車場系統(tǒng)”項(xiàng)目來解決提出的問題。

3.闡述目標(biāo)和明確要求

此階段，學(xué)生需要了解項(xiàng)目的目標(biāo)和要求。想要設(shè)計一個基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)，首先，需要了解停車服務(wù)的哪些環(huán)節(jié)可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如可以利用傳感器和攝像頭實(shí)時監(jiān)測停車位的情況。其次，將這些信息通過云端系統(tǒng)進(jìn)行管理和分配，從而向用戶提供實(shí)時的停車位使用情況以及停車費(fèi)用等信息，使車主更加方便地選擇停車位置和支付停車費(fèi)用。

整理信息后，明確目標(biāo)和要求：利用傳感器實(shí)時檢測停車位的情況，用戶不僅可以隨時了解停車場內(nèi)是否還存在空余車位，還可以知道自己停車的時間以及停車的費(fèi)用，當(dāng)用戶駕車離開停車場時，系統(tǒng)會自動收取停車費(fèi)用，無需人工檢驗(yàn)。

4.構(gòu)思方案

教師可以采用逆向設(shè)計思維來優(yōu)化教學(xué)流程。首先，明確項(xiàng)目的最終目標(biāo)是讓學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并解決實(shí)際問題。其次，從這一目標(biāo)出發(fā)，逆向設(shè)計教學(xué)活動，包括選擇合適的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境、編寫程序代碼等。這樣，每個教學(xué)活動都緊扣學(xué)習(xí)目標(biāo)，確保學(xué)生在實(shí)踐過程中能夠逐步達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。最后，學(xué)生構(gòu)思方案，提出可行性建議并制訂項(xiàng)目計劃，以保證整個項(xiàng)目按時完成。這個階段強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作，學(xué)生需要共同研究，并就不同的觀點(diǎn)達(dá)成共識。

教師可根據(jù)學(xué)生的自身優(yōu)勢分配任務(wù)，制訂合理的項(xiàng)目計劃，也可將學(xué)生分為多個學(xué)習(xí)小組，按組分配任務(wù)，可參考下表所示的任務(wù)分配樣例。

項(xiàng)目實(shí)施方案執(zhí)行之前需要選擇合適的設(shè)備，主要分為硬件和軟件的選擇，硬件方面可以采用積木來構(gòu)建場景。在主控硬件方面，需要滿足支持物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議、可外接多種傳感設(shè)備、包含顯示屏顯示信息等。綜合考慮，可選擇自帶WI-FI模塊以及OLED顯示屏的格物板作為主控制器。格物板可以結(jié)合機(jī)械積木進(jìn)行拼搭，還提供了4個外接接口，用來外接傳感器和舵機(jī)等設(shè)備。

硬件選擇確認(rèn)后，軟件編程平臺的選擇也很重要。在本項(xiàng)目中，采用與格物板配套的Gewucode編程軟件編寫，這是一個同時支持圖形化編程和Python編程的軟件平臺。圖形化編程可以降低學(xué)習(xí)門檻，方便學(xué)生理解程序邏輯，也支持?jǐn)?shù)據(jù)分析，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，滿足物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目對數(shù)據(jù)分析和管理的需求。

5.具體實(shí)施

學(xué)生可以按照任務(wù)分配進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作和分工合作，舉例如下。

A/A學(xué)習(xí)小組通過積木完成停車場的場景構(gòu)建。①需要設(shè)計一個停車入口，即車輛進(jìn)入停車場的第一個區(qū)域，通常會設(shè)有升降桿和車輛信息識別設(shè)備。②需要設(shè)計停車出口，即車輛離開停車場的區(qū)域，同樣設(shè)有升降桿，還可以自動收費(fèi)和結(jié)算，確保每輛車都能夠按照實(shí)際停車時間支付相應(yīng)的停車費(fèi)用。③需要設(shè)計車位監(jiān)控區(qū)，主要是利用傳感器等設(shè)備來實(shí)時監(jiān)測車位使用情況，并將數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)來進(jìn)行管理和分配。④需要設(shè)計圍墻，將停車場圍起來，確保車輛只能從入口進(jìn)且從出口出。⑤需要設(shè)計一輛小車模擬車輛進(jìn)出的情況，同時，小車上可以顯示停車場的車位使用情況，以及停車后的費(fèi)用，方便車主核對收費(fèi)信息。

B/B學(xué)習(xí)小組完成用戶終端呈現(xiàn)效果的設(shè)計。例如，通過兩臺格物板主控設(shè)備來共享信息，一臺設(shè)備作為停車場的主控（以下稱為設(shè)備1），外接傳感器來檢測車位上是否停車，還可統(tǒng)計車位上的停車時長。另一臺設(shè)備可以作為小車的主控（以下稱為設(shè)備2）。設(shè)備1利用傳感器檢測到的信息可以通過MQTT協(xié)議發(fā)送給設(shè)備2，將車位使用情況（包括是否存在閑置車位、停車時長等）以及停車費(fèi)用顯示在OLED顯示屏上，用戶通過按鍵來模擬確認(rèn)支付。

C/C學(xué)習(xí)小組完成平臺配置以及程序編寫。首先，需要將設(shè)備1和設(shè)備2連接網(wǎng)絡(luò)和格物云平臺，需要確保設(shè)備ID和密碼與格物云平臺后端一致。圖形化編程的操作方式非常簡單，連接的程序樣例如圖1所示。連接成功后，設(shè)備既可通過通道向云平臺上報消息，也可接收來自云平臺的消息。

需要分別給兩部設(shè)備進(jìn)行編程，設(shè)備1利用紅外傳感器對車位進(jìn)行監(jiān)測，設(shè)備2接收來自設(shè)備1的消息，如圖2給出了一套編程思路。首先，設(shè)備1檢測到有車停在車位上時，就向云平臺上報消息Y，并設(shè)置停車的計時收費(fèi)單價，將收費(fèi)的消息上報給云平臺，云平臺會立即將這些信息下發(fā)給設(shè)備2，只需要將對應(yīng)的信息顯示在設(shè)備2的OLED顯示屏上即可，圖形化程序樣例如圖3所示。

6.測試和評估

項(xiàng)目完成后，教師組織學(xué)生以小組為單位從任務(wù)目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)方式、遇到的困難和解決方案等角度進(jìn)行分享與交流，讓他們從多個角度對項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)和反思。這一過程不僅讓學(xué)生對自己的項(xiàng)目有了更深入的理解，還讓他們學(xué)會如何客觀地評價自己和他人的工作。

案例分析與教學(xué)啟示

1.案例分析

本案例中的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計，遵循了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的核心原則，即以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生通過解決問題來學(xué)習(xí)知識、提升能力。

教師通過引導(dǎo)學(xué)生觀察和分析傳統(tǒng)停車服務(wù)，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并提出問題，這一過程不僅激發(fā)了學(xué)生的好奇心和求知欲，還培養(yǎng)了他們的問題意識和批判性思維。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生確定項(xiàng)目目標(biāo)和要求，明確項(xiàng)目的方向和內(nèi)容，為后續(xù)的項(xiàng)目實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。在項(xiàng)目構(gòu)思和方案制訂階段，通過逆向思維理論和方法的應(yīng)用，規(guī)劃和指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識，并在學(xué)生自主創(chuàng)造和自由發(fā)揮中學(xué)以致用。在設(shè)計和實(shí)施階段，選擇合適的硬件和軟件平臺，降低項(xiàng)目開發(fā)中的風(fēng)險，同時通過圖形化編程平臺降低編程難度，讓更多學(xué)生能夠參與到物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中來。此外，注重團(tuán)隊(duì)合作和分工協(xié)作，讓學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中相互學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步。

2.教學(xué)啟示

①在教學(xué)中應(yīng)始終以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力，培養(yǎng)問題意識和批判性思維。

②在項(xiàng)目實(shí)施過程中應(yīng)注重團(tuán)隊(duì)合作和分工協(xié)作，讓學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中相互學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步。

③選擇合適的教學(xué)工具和平臺，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度和風(fēng)險，同時注重工具和平臺的更新和升級，以適應(yīng)不斷變化的教學(xué)需求和技術(shù)發(fā)展。

④充分發(fā)揮學(xué)生主體性和創(chuàng)造性，鼓勵自由發(fā)揮、大膽創(chuàng)新，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和滿意度，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。

⑤在項(xiàng)目完成后，讓學(xué)生從多個角度對項(xiàng)目進(jìn)行評價和反思，幫助學(xué)生更好地認(rèn)識和理解項(xiàng)目本身，學(xué)會如何客觀評價自己和他人的工作。

結(jié)論與展望

本文以“智能停車場系統(tǒng)”為例介紹了“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊中項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的一般過程。通過在初中信息科技課程中實(shí)施智能停車場物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的搭建項(xiàng)目，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，還提升了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。學(xué)生在實(shí)踐中不僅學(xué)習(xí)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)知識，還體驗(yàn)到了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能停車場管理中的應(yīng)用價值。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，類似的智能停車場項(xiàng)目將為學(xué)生提供更多實(shí)踐機(jī)會，幫助他們更好地理解和掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。同時，這種教學(xué)模式也將促進(jìn)教師不斷更新教學(xué)理念和方法，以適應(yīng)信息化時代的教育發(fā)展需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊璋，趙健，陸海豐，等.義務(wù)教育階段信息科技課程的時代性與科學(xué)性——《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》解讀[J].教師教育學(xué)報，2022（04）：63-69.

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本文系中國教育學(xué)會2021年度教育科研重點(diǎn)規(guī)劃課題“以計算思維培養(yǎng)為核心的中小學(xué)人工智能教育研究”（課題編號：202103002301A）研究成果。