摘要：本文聚焦《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中的課程理念和教學(xué)建議，結(jié)合“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊的相關(guān)要求，歸納出指向核心素養(yǎng)的初中信息科技物聯(lián)網(wǎng)模塊五大常用教學(xué)策略，并以“IoT室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀”項(xiàng)目為例進(jìn)行詳細(xì)闡釋。

關(guān)鍵詞：新課標(biāo)；物聯(lián)網(wǎng)；計(jì)算思維

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）16-0063-03

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）中的“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊的內(nèi)容面向7～9年級(jí)學(xué)生，旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和科技倫理，提升學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)與技能。為幫助學(xué)生了解“萬物互聯(lián)”給信息社會(huì)帶來的巨大影響，理解簡(jiǎn)易物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的典型特點(diǎn)，筆者與學(xué)科團(tuán)隊(duì)一起，以行空板設(shè)備為實(shí)驗(yàn)器材，開發(fā)了“智能物聯(lián)”系列物聯(lián)網(wǎng)課程（如圖1）。下面，以“IoT室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀”項(xiàng)目為例，談?wù)劸唧w的實(shí)踐和思考。

著眼課標(biāo)，確定核心素養(yǎng)目標(biāo)

物聯(lián)網(wǎng)是推動(dòng)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組成部分，新課標(biāo)對(duì)該模塊的整體要求是“了解物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的異同和主要物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，能夠有效利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與平臺(tái)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，體會(huì)物聯(lián)網(wǎng)是連接物理世界和數(shù)字世界的紐帶”。因此，教師應(yīng)以信息科技課程核心素養(yǎng)為根本目標(biāo)，堅(jiān)持立德樹人根本任務(wù)，基于對(duì)學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)心理、思維特點(diǎn)等學(xué)情的分析，聯(lián)系前后學(xué)段知識(shí)點(diǎn)對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行挖掘，提煉、剖析學(xué)習(xí)主題承載的核心素養(yǎng)，探索項(xiàng)目學(xué)習(xí)主題映射的高階思維和核心價(jià)值觀，挖掘項(xiàng)目隱含的信息，滲透思維品質(zhì)培養(yǎng)。

依據(jù)新課標(biāo)中的“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊在數(shù)字素養(yǎng)與技能各個(gè)方面的素養(yǎng)要求，筆者制訂了“IoT室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀”項(xiàng)目的核心素養(yǎng)目標(biāo)：①通過體驗(yàn)由傳感器獲取環(huán)境信息并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給SIoT平臺(tái)的過程，感受物聯(lián)網(wǎng)給人們的生活帶來的改變，從而增強(qiáng)主動(dòng)學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的意識(shí)；通過搭建物聯(lián)系統(tǒng)原型，了解萬物互聯(lián)對(duì)信息社會(huì)發(fā)展的作用，并具有自主解決問題的意識(shí)。（信息意識(shí)）②了解MQTT協(xié)議及SIoT平臺(tái)的功能及應(yīng)用，知道設(shè)備獲取數(shù)據(jù)的方法，能夠根據(jù)需求選擇開源軟硬件，設(shè)計(jì)和搭建簡(jiǎn)單的物聯(lián)系統(tǒng)原型，結(jié)合項(xiàng)目活動(dòng)采集、分析和呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，解決實(shí)際問題，發(fā)展計(jì)算思維。（計(jì)算思維）③能根據(jù)學(xué)習(xí)需要，通過實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)會(huì)選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)字設(shè)備和資源平臺(tái)，搭建系統(tǒng)原型，探究信息科技支持?jǐn)?shù)字化學(xué)習(xí)的新方法、新模式，主動(dòng)利用數(shù)字設(shè)備開展實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)。（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）④在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程中，了解網(wǎng)絡(luò)空間公共MQTT中介服務(wù)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，知道數(shù)據(jù)安全防護(hù)的意義，懂得保護(hù)個(gè)人隱私，尊重他人隱私，了解自主可控技術(shù)對(duì)國(guó)家安全和物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的意義。（信息社會(huì)責(zé)任）

對(duì)接生活，創(chuàng)設(shè)真實(shí)學(xué)習(xí)情境

新課標(biāo)倡導(dǎo)“真實(shí)性學(xué)習(xí)”，要求“在真實(shí)生活或者貼近學(xué)生認(rèn)知能力的模擬情境中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決問題”。[1]可見，真實(shí)、有價(jià)值的問題情境是學(xué)生核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要載體。在信息科技教學(xué)中，主題的確定需 結(jié)合教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度和沉浸度。

例如，在“IoT室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀”項(xiàng)目中，教師指出，隨著生活水平提高，人們對(duì)室內(nèi)生活環(huán)境要求越來越高，并出示不適宜的室內(nèi)環(huán)境可能會(huì)影響人們的身體、情緒和思維，接著提出問題：如何獲取室內(nèi)的溫濕度信息？在學(xué)生提出可借助溫度計(jì)、濕度計(jì)等設(shè)備后，教師又提出問題：能不能用行空板來測(cè)量并顯示室內(nèi)溫度、濕度，以及環(huán)境噪音、光線強(qiáng)度、二氧化碳含量等數(shù)據(jù)？通過真實(shí)問題情境激發(fā)學(xué)生好奇心并引發(fā)學(xué)生思考，為接下來的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

立足實(shí)踐，體現(xiàn)科技并重理念

新課標(biāo)要求“從信息科技實(shí)踐應(yīng)用出發(fā)，注重幫助學(xué)生理解基本概念和基本原理，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)信息科技對(duì)人類社會(huì)的貢獻(xiàn)與挑戰(zhàn)，提升學(xué)生知識(shí)遷移能力和學(xué)科思維水平，體現(xiàn)‘科’與‘技’并重”。[1]“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊給出了實(shí)踐與原理并重的內(nèi)容要求，但未細(xì)化“科”與“技”的具體內(nèi)容。這就需要教師以新課標(biāo)為基本依據(jù)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行理解和細(xì)化。[2]教師需要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注其中蘊(yùn)含的科學(xué)原理、問題解決的思維方法和處理過程，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和技術(shù)倫理。

以“IoT室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀”項(xiàng)目為例，教師首先請(qǐng)學(xué)生用自然語(yǔ)言描述室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)的工作過程，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行初步分析。接著，以兩個(gè)問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生思考：“該系統(tǒng)中傳感器有哪些？”“傳感器采集到的數(shù)據(jù)有什么意義？”師生一起用圖示的方法梳理環(huán)境監(jiān)測(cè)的控制過程（如圖2），并根據(jù)圖示交流可能用到的硬件設(shè)備，使學(xué)生對(duì)該系統(tǒng)中的感應(yīng)器、控制器、執(zhí)行器有了深入理解。在此基礎(chǔ)上，教師出示半成品流程圖，如下頁(yè)圖3所示。學(xué)生將思路理清后進(jìn)行小組合作，在微視頻指導(dǎo)下完成硬件搭建。在學(xué)習(xí)過程中，讓學(xué)生明確各傳感器、模塊與控制器的連接方式，既為硬件搭建、連接提供理論支撐，也為抽象建模做鋪墊，內(nèi)化了學(xué)科解決問題的思維方式和實(shí)現(xiàn)路徑。

環(huán)環(huán)相扣，建立邏輯關(guān)聯(lián)架構(gòu)

新課標(biāo)的課程內(nèi)容組織要求體現(xiàn)循序漸進(jìn)和螺旋上升式發(fā)展，這不僅體現(xiàn)在全學(xué)段課程內(nèi)容的組織及每個(gè)模塊的內(nèi)容組織上，更體現(xiàn)在一節(jié)課的內(nèi)容安排上，而對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的算法主要體現(xiàn)在解決真實(shí)情境中的復(fù)雜問題中。教師在課堂教學(xué)中可以按照學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和實(shí)操的難易程度將系統(tǒng)進(jìn)行拆分，即通過創(chuàng)設(shè)具有連貫性的學(xué)習(xí)情境，將復(fù)雜問題進(jìn)行模塊化分解，將各知識(shí)點(diǎn)巧妙地串聯(lián)起來，從而推動(dòng)教學(xué)目標(biāo)的完成。學(xué)生在一個(gè)個(gè)問題的解決過程中主動(dòng)、愉快地探求知識(shí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)能力的提升與核心素養(yǎng)的發(fā)展，達(dá)成思維的進(jìn)階。

在“IoT室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀”項(xiàng)目中，筆者引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)流程圖對(duì)項(xiàng)目目標(biāo)進(jìn)行分階段實(shí)現(xiàn)，并通過實(shí)踐操作解決問題，具體分為三個(gè)環(huán)節(jié)：采集環(huán)境數(shù)據(jù)（光線、溫濕度、聲音、CO2濃度）并呈現(xiàn)—分析數(shù)據(jù)并控制執(zhí)行器—物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸。環(huán)節(jié)1：教師設(shè)置問題情境—“在居家生活中，你比較關(guān)注哪些室內(nèi)環(huán)境情況？我們?nèi)绾尾杉畔⒉⒅庇^呈現(xiàn)？”在此環(huán)節(jié)中，教師根據(jù)學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)，從板載麥克風(fēng)和光線傳感器到連接外部傳感器，由已知遷移探索未知，由淺入深，由易到難，實(shí)現(xiàn)了光線、聲音、溫度、濕度、CO2濃度等數(shù)據(jù)的采集并通過行空板進(jìn)行顯示。環(huán)節(jié)2：教師設(shè)置問題情境—“當(dāng)溫度、CO2濃度偏高，超出適宜的數(shù)據(jù)范圍時(shí)，應(yīng)該怎么辦？”學(xué)生通過自主合作探究，使用條件判斷和傳感器數(shù)字引腳的讀取值完成風(fēng)扇的開關(guān)功能，隨著風(fēng)扇的工作加強(qiáng)空氣對(duì)流，實(shí)現(xiàn)溫度和CO2濃度調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)了智能控制。環(huán)節(jié)3：教師進(jìn)行引導(dǎo)—“如果能將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)平臺(tái)，則便于實(shí)時(shí)監(jiān)控，那么，怎樣實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)？數(shù)據(jù)如何傳輸？”這部分內(nèi)容是本節(jié)課的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，學(xué)生借助教師提供的微課資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，開啟行空板SIoT服務(wù)，通過Wi-Fi將行空板加入互聯(lián)網(wǎng)，通過使用MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過mind+軟件制作可視化面板，并以折線圖的形式進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。在這個(gè)過程中，學(xué)生體驗(yàn)了收集、整理、分析、呈現(xiàn)等數(shù)據(jù)處理的一般過程，認(rèn)識(shí)到了算法是物聯(lián)網(wǎng)問題解決的有效路徑。

拓展應(yīng)用，促進(jìn)科學(xué)思維內(nèi)化

“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊要求聚焦物聯(lián)網(wǎng)基本功能，讓學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的異同、物聯(lián)網(wǎng)安全等問題。筆者認(rèn)為上述內(nèi)容的滲透可以在課中或課末進(jìn)行，在適當(dāng)?shù)捻?xiàng)目實(shí)施節(jié)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，激發(fā)學(xué)生思考，將思考延伸到課外，達(dá)成對(duì)學(xué)科思維的深層次培養(yǎng)和內(nèi)化。

結(jié)束語(yǔ)

“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊作為信息科技課程中的九大內(nèi)容模塊之一，對(duì)開拓初中生的科技視野，使其體會(huì)物聯(lián)網(wǎng)“感知—采集—傳輸—反饋—控制”的基本功能，培養(yǎng)他們對(duì)新興科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣和探索精神具有重要意義。教師要深研新課標(biāo)，基于學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣的教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在項(xiàng)目推進(jìn)的過程中建構(gòu)知識(shí)體系，發(fā)展計(jì)算思維，提高數(shù)字化合作與探究能力。

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