摘要：八年級“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”教學(xué)指南主要包括從感知到物聯(lián)、萬物互聯(lián)有協(xié)議、簡單物聯(lián)功能實踐、簡易物聯(lián)系統(tǒng)實踐、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用探索和物聯(lián)網(wǎng)安全六個單元，圍繞數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全和人工智能六條邏輯主線，構(gòu)建了螺旋上升的學(xué)習(xí)路徑。其主要特點包括基于項目式學(xué)習(xí)、注重實踐探索、強化安全意識和體現(xiàn)真實情境。為了有效實施教學(xué)，建議教師根據(jù)學(xué)生實際情況對課程內(nèi)容進行二次開發(fā)，合理利用配套的數(shù)字資源，并選擇合適的教學(xué)平臺和硬件。

關(guān)鍵詞：信息科技；教學(xué)指南；物聯(lián)網(wǎng)；設(shè)計思路；數(shù)字化

《義務(wù)教育信息科技課程教學(xué)指南 物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索 八年級全一冊》（以下簡稱“八年級教學(xué)指南”）圍繞物聯(lián)網(wǎng)的基本思想、原理、方法與過程，概述物聯(lián)網(wǎng)的“感知—采集—傳輸—反饋—控制”流程，并以簡易物聯(lián)系統(tǒng)為抓手，從微觀層面呈現(xiàn)大部分技術(shù)性內(nèi)容，力求通過分析真實、復(fù)雜的應(yīng)用場景以及動手實踐，引導(dǎo)學(xué)生在積極探索和理性思考中發(fā)展數(shù)字素養(yǎng)與技能。

一、總體結(jié)構(gòu)和各單元主要內(nèi)容

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“課標(biāo)”）中的“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊包括“從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)”“物聯(lián)網(wǎng)基本原理與功能”“物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用”“物聯(lián)網(wǎng)安全”四部分內(nèi)容[1]。基于課標(biāo)內(nèi)容要求，八年級教學(xué)指南設(shè)計了從感知到物聯(lián)、萬物互聯(lián)有協(xié)議、簡單物聯(lián)功能實踐、簡易物聯(lián)系統(tǒng)實踐、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用探索和物聯(lián)網(wǎng)安全六個單元，每個單元包含五課內(nèi)容，如表1所示。

第一單元主要引導(dǎo)學(xué)生從互聯(lián)網(wǎng)過渡到物聯(lián)網(wǎng)，了解物聯(lián)網(wǎng)的基本知識和重要作用，認識傳感器這一感知層重要的設(shè)備，了解傳感器采集數(shù)據(jù)的方法。第二單元以物聯(lián)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸為線索，逐步過渡到對網(wǎng)絡(luò)層的認識，主要引導(dǎo)學(xué)生了解常見的近距離通信協(xié)議，了解從互聯(lián)網(wǎng)中獲取數(shù)據(jù)的方法，體驗應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺實現(xiàn)發(fā)布與訂閱。第三單元體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)“大場景”“小應(yīng)用”的特點，引導(dǎo)學(xué)生逐步過渡到應(yīng)用功能實現(xiàn)上。該單元還以“功能分析—硬件搭建—編程實現(xiàn)—測試驗證”的功能實現(xiàn)流程，逐步引導(dǎo)學(xué)生形成運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決問題的路徑。第四單元以解決真實問題為導(dǎo)向，通過綜合性的主題項目實踐，引導(dǎo)學(xué)生在了解物聯(lián)系統(tǒng)的工作環(huán)節(jié)和功能需求分析的基礎(chǔ)上，選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方式，借助設(shè)計算法實現(xiàn)反饋與控制，最后完成簡易物聯(lián)系統(tǒng)的搭建。第五單元旨在引導(dǎo)學(xué)生綜合利用前四個單元所學(xué)的知識與方法，按照“發(fā)現(xiàn)真實問題—剖析問題成因—提出解決方案—開展實踐驗證”的流程開展項目實踐，在此過程中進一步探索物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)采集、處理、反饋控制等基本功能，學(xué)會選擇合適的數(shù)字設(shè)備開展實踐創(chuàng)新探究。第六單元從大安全觀的視角闡述，從探討物聯(lián)網(wǎng)虛擬身份出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)安全現(xiàn)狀、安全防范策略及外部依賴風(fēng)險，進一步增強個人信息保護意識，深刻認識自主可控對國家安全的重要意義。

二、六條邏輯主線的體現(xiàn)及遞進設(shè)計

數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全和人工智能六條邏輯主線在八年級教學(xué)指南中都有充分的體現(xiàn)。八年級教學(xué)指南還構(gòu)建了螺旋上升的學(xué)習(xí)路徑，引導(dǎo)學(xué)生在不同單元和課時內(nèi)容中逐步深化理解，并將其應(yīng)用于實踐。

（一）關(guān)于數(shù)據(jù)

物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)最大的不同在于，物聯(lián)網(wǎng)增加了自動獲取數(shù)據(jù)的能力?？梢哉f，數(shù)據(jù)是物聯(lián)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對現(xiàn)代社會具有重要意義。因此，數(shù)據(jù)的教學(xué)貫穿八年級教學(xué)指南的始終。第一單元講述了數(shù)據(jù)是怎么來的，即如何通過傳感器采集數(shù)據(jù)；第二單元講述了數(shù)據(jù)是怎么傳輸?shù)?，即如何通過常見的物聯(lián)協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；第三單元講述了數(shù)據(jù)怎么用，即如何利用數(shù)據(jù)實現(xiàn)應(yīng)用的功能；第四單元講述了如何從數(shù)據(jù)的角度對物聯(lián)系統(tǒng)進行功能模塊劃分，以及如何分析處理數(shù)據(jù)和實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，即如何更好地發(fā)揮數(shù)據(jù)的價值；第五單元講述了數(shù)據(jù)在不同領(lǐng)域中的作用，即如何用數(shù)據(jù)解決問題；第六單元探討了與數(shù)據(jù)相關(guān)的安全事件和安全風(fēng)險，即如何提升數(shù)據(jù)的安全性。

（二）關(guān)于算法

在物聯(lián)系統(tǒng)中，反饋與控制是基于算法實現(xiàn)的。考慮到學(xué)生的認知特點，八年級教學(xué)指南主要圍繞順序、分支和循環(huán)三種基本控制結(jié)構(gòu)設(shè)計算法，旨在讓學(xué)生掌握解決問題的策略或方法。例如，在第一單元使用循環(huán)與順序相結(jié)合的簡單代碼獲取環(huán)境聲音數(shù)據(jù)，主要闡述利用物聯(lián)實驗設(shè)備獲取聲音數(shù)據(jù)的方法；第二單元進一步提高了算法的復(fù)雜度，學(xué)生需要使用循環(huán)與分支嵌套的方式，以實現(xiàn)藍牙翻頁筆功能；第四單元第20課“反饋控制有算法”中涉及更為復(fù)雜的循環(huán)與分支嵌套的算法。隨著學(xué)生學(xué)習(xí)的不斷深入，算法逐漸變得復(fù)雜，所使用的傳感器和執(zhí)行器也從板載逐步過渡到外接。以這樣的方式引入算法，能夠逐步發(fā)展學(xué)生的計算思維。

（三）關(guān)于網(wǎng)絡(luò)

物聯(lián)網(wǎng)本身就是一種“網(wǎng)絡(luò)”，萬物互聯(lián)有多種途徑，既有近距離通信，也有遠距離通信。八年級教學(xué)指南從身邊聯(lián)網(wǎng)的物品出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生分析物聯(lián)網(wǎng)中多樣的數(shù)據(jù)傳輸方式（協(xié)議），并通過實踐進一步理解這些協(xié)議的通信機制。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生會理解萬物互聯(lián)的原理和意義，并根據(jù)實際需求選擇合適的通信方式。

（四）關(guān)于信息處理

八年級教學(xué)指南著重探討基于物聯(lián)網(wǎng)生成、處理數(shù)據(jù)的流程和特點。它一方面循序漸進地體現(xiàn)了讀取、發(fā)送、接收、匯集和使用數(shù)據(jù)的過程和方法；另一方面，結(jié)合項目活動，利用算法實現(xiàn)反饋與控制，體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的價值。

（五）關(guān)于信息安全

大安全觀的培育貫穿八年級教學(xué)指南。例如，第1課以問題“如果你家的洗衣機和冰箱的數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)上人人可見，可能會帶來哪些安全隱患”，滲透身邊的信息安全；第4課則講述了數(shù)據(jù)安全的風(fēng)險；第6課提及了我國自主創(chuàng)新的近場通信安全技術(shù)；第六單元則從整體上系統(tǒng)闡述了安全防范措施，并強化自主可控意識的培養(yǎng)。

（六）關(guān)于人工智能

人工智能在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用越來越廣泛，它為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供了智能決策和自動控制的能力。八年級教學(xué)指南選取部分內(nèi)容簡單介紹了人工智能在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。例如，第一單元介紹了人工智能與物聯(lián)網(wǎng)加速融合，第三單元設(shè)置了人臉識別的實踐活動，第六單元滲透了人臉識別存在的安全挑戰(zhàn)和應(yīng)對措施。

三、八年級教學(xué)指南的主要特點

（一）基于項目式學(xué)習(xí)，搭建學(xué)習(xí)支架

八年級教學(xué)指南以課標(biāo)要求的“設(shè)計和搭建具有數(shù)據(jù)采集、實時傳輸和簡單控制功能的簡易物聯(lián)系統(tǒng)”為目標(biāo)設(shè)計項目式學(xué)習(xí)任務(wù)，項目由簡單功能逐步到綜合應(yīng)用。第一單元設(shè)置了傳感器應(yīng)用實踐的微項目體驗，主要包括“給出檢測環(huán)境中聲音的具體問題—了解實現(xiàn)算法—開展測試驗證—遷移應(yīng)用檢測光照強度”等實施環(huán)節(jié)，旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。第二單元引導(dǎo)學(xué)生分析給定的共享單車物聯(lián)系統(tǒng)的情境，幫助他們確定并分解問題——物聯(lián)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸使用多種協(xié)議，進而再通過幾個微項目解決問題。第三單元以物聯(lián)門鎖為主題開展一個較為完整的項目，引導(dǎo)學(xué)生把項目分解為四個微項目。第四單元綜合前三個單元的教學(xué)內(nèi)容，以物聯(lián)花盆系統(tǒng)為例，介紹了簡易物聯(lián)系統(tǒng)的搭建和實踐。第五單元則引導(dǎo)學(xué)生以項目式學(xué)習(xí)的方式開展物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用。這種分層次、逐步深入的項目式學(xué)習(xí)編排，有助于學(xué)生逐步構(gòu)建起利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決問題的過程和方法，同時激發(fā)他們的興趣。

（二）注重實踐探索，強調(diào)綜合應(yīng)用

實踐性是信息科技課程屬性之一。實踐探索是本課標(biāo)中“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊的主要特點，也是“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”的具體體現(xiàn)。八年級教學(xué)指南的六個單元中有三個單元名稱都顯性包含實踐或探索，并把實踐探索作為線索之一在每個單元中呈現(xiàn)。在實踐探索方面，第一單元主要是利用傳感器（特別是板載傳感器）和傳感器產(chǎn)品開展實踐，第二單元主要是使用常見的物聯(lián)協(xié)議開展實踐，第三單元在利用傳感器、物聯(lián)協(xié)議的基礎(chǔ)上使用了執(zhí)行器，第四至第六單元則綜合使用傳感器、物聯(lián)協(xié)議和執(zhí)行器開展實踐?？梢钥闯?，實踐探索的難度是由簡單到復(fù)雜的，使用的實驗硬件也是由單個到綜合的，八年級教學(xué)指南試圖通過這樣的設(shè)計逐步強化學(xué)生解決問題的能力。

（三）強化安全意識，突出自主可控

物聯(lián)網(wǎng)安全是課標(biāo)“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊的四部分內(nèi)容之一。八年級教學(xué)指南從總體國家安全觀的視角，按照滲透與集中體現(xiàn)的方式講述安全內(nèi)容。從第一單元至第五單元，在案例中滲透體現(xiàn)數(shù)據(jù)安全、密碼安全、國家安全等方面內(nèi)容；第六單元講述了物聯(lián)網(wǎng)安全，包括虛擬身份及其應(yīng)用中的安全、常見的物聯(lián)網(wǎng)安全事件、物聯(lián)網(wǎng)安全風(fēng)險、三層安全策略，并設(shè)置了多個與安全相關(guān)的實踐活動。自主可控作為物聯(lián)網(wǎng)安全的基礎(chǔ)，八年級教學(xué)指南除了在第一、二單元中滲透體現(xiàn)自主可控外，第29課還專門分析了外部依賴的風(fēng)險，詳細介紹了自主可控包含自主技術(shù)、安全可控和國產(chǎn)化供應(yīng)鏈等內(nèi)涵，最后從國家、行業(yè)和個人層面，對提升自主可控能力進行了闡述。這樣的設(shè)計目的在于讓學(xué)生從大安全觀角度了解物聯(lián)網(wǎng)安全，初步樹立總體國家安全觀。

（四）體現(xiàn)真實情境，融入跨學(xué)科主題

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》要求加強課程內(nèi)容與學(xué)生經(jīng)驗、社會生活的聯(lián)系，強化學(xué)科內(nèi)知識整合，統(tǒng)籌設(shè)計綜合課程和跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)[2]。八年級教學(xué)指南主要以解決真實問題和利用信息科技手段解決其他學(xué)科問題體現(xiàn)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)。在解決真實問題方面，物聯(lián)網(wǎng)的案例都是面向真實問題的，這在八年級教學(xué)指南的諸多案例中均有體現(xiàn)。例如，第一單元介紹了傳感器協(xié)同測量河道水質(zhì)和氣象數(shù)據(jù)相關(guān)案例，涉及科學(xué)學(xué)科；第四單元的物聯(lián)花盆系統(tǒng)和第五單元的奶牛產(chǎn)奶監(jiān)測系統(tǒng)涉及生物學(xué)學(xué)科。課標(biāo)對“能在信息科技與其他學(xué)科的學(xué)習(xí)中，有效利用基本物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與平臺”提出了要求，第25課“學(xué)習(xí)探究新工具”對此有所體現(xiàn)，安排了一個利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展探究熱水降溫規(guī)律的實驗活動。

四、教學(xué)實施建議

（一）結(jié)合學(xué)情做好二次開發(fā)

八年級教學(xué)指南雖然按課編排，但教師可以圍繞數(shù)字素養(yǎng)與技能培養(yǎng)的要求及單元學(xué)習(xí)目標(biāo)，對相關(guān)內(nèi)容進行符合學(xué)情的整合、重組，以期取得更好的教學(xué)效果。例如，第12課是第7課的進階，都用了RFID相關(guān)知識；第13課是第10課的進階，都用了MQTT相關(guān)知識；第15課、第26課和第30課都有刷臉開鎖的相關(guān)內(nèi)容；等等。此外，主題案例也可以因地制宜更換，教師可選擇更適合本地學(xué)情的案例。例如，第4課的案例以氣象數(shù)據(jù)為背景，也可以圍繞光照強度展開；第8課的案例藍牙翻頁筆，也可以替換為藍牙控制的其他內(nèi)容；第四單元的搭建物聯(lián)花盆系統(tǒng)，也可以換成其他主題。

（二）合理使用教學(xué)指南配套數(shù)字資源

與八年級教學(xué)指南配套的數(shù)字資源主要包括程序代碼和虛擬仿真工具兩方面。程序代碼包含八年級教學(xué)指南所有案例的完整程序及注釋，并有代碼說明，以幫助教師進一步理解教學(xué)指南的內(nèi)容。虛擬仿真工具則呈現(xiàn)了八年級教學(xué)指南的大部分實踐探索內(nèi)容，旨在為不具備硬件實驗條件的學(xué)校提供演示參考。此外，八年級教學(xué)指南中的編程語言僅供教師參考，教師可根據(jù)本地實際情況選擇圖形化編程語言。編程語言的采用，服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)采集、處理、反饋控制等基本功能的實現(xiàn)與驗證。因此，教師講解時應(yīng)避免將重點放在編程語言上。

（三）選擇恰當(dāng)平臺、硬件開展數(shù)字化教學(xué)

在課標(biāo)“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊的教學(xué)提示中，明確提出“根據(jù)需要，指導(dǎo)學(xué)生充分利用身邊可用的實驗設(shè)備設(shè)計搭建簡易應(yīng)用或原型系統(tǒng)，實現(xiàn)感知、交互及控制等有物聯(lián)特色的功能”。要實現(xiàn)上述功能，教師需要在教學(xué)中選擇恰當(dāng)?shù)能浖脚_和實驗硬件，并有一定的延續(xù)性。在軟件平臺方面，教師需要選擇恰當(dāng)?shù)木幊舔炞C平臺和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺，如物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺應(yīng)從在線或者本地的MQTT服務(wù)器中提前做好選擇，實踐中不宜頻繁更換。在實驗硬件方面，教師需要選擇合適的主控板，并圍繞幾種傳感器和執(zhí)行器開展實踐。

五、展望

數(shù)字素養(yǎng)，就是指在數(shù)字環(huán)境下利用一定的信息科技手段和方法，能夠快速有效地發(fā)現(xiàn)并獲取信息、評價信息、整合信息、交流信息的綜合科學(xué)技能與文化素養(yǎng)[3]。從整體上看，開展物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索的教學(xué)，師生需要綜合使用數(shù)字資源、軟件平臺和實驗硬件。教學(xué)中，教師可有意識地選擇有數(shù)據(jù)記錄、課堂交互、虛實結(jié)合功能的數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺，記錄和分析學(xué)生的原理運用過程、計算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，為過程性評價提供有力支持。

參考文獻

[1] 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.

[2] 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育課程方案：2022年版[S]. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[3] 蒲菊華，陳輝，熊璋.信息科技課程的時代性、科學(xué)性和育人價值[J].課程·教材·教法，2022（11）：134-139.

（作者仇森系人民教育出版社課程教材研究所信息科技課程教材研究開發(fā)中心副主任、副編審；胡秋萍系北京市朝陽區(qū)教師發(fā)展學(xué)院基礎(chǔ)素質(zhì)中心主任、高級教師；李琦系浙江省諸暨市海亮實驗中學(xué)高級教師）

責(zé)任編輯：牟艷娜