新课标“物联网实践与探索”模块教学设计与实施

2023-09-14 21:36阅读：

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新课标“物联网实践与探索”模块教学设计与实施
詹宋强
中小学信息技术教育
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物联网作为新一代信息技术的重要组成部分，正在迅速发展并被应用于各个行业和领域，对社会的影响日益增大。在《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中，物联网被纳入八年级学习内容中。在初中阶段设置物联网知识模块对于开拓初中生的科技视野，培养学生对新技术的兴趣和探索精神，以及提升全民数字素养具有重要意义。
物联网的概念及常见协议
物联网（Internet of Things，简称IoT）是指通过互联网将各种物理设备和对象连接在一起，实现互相通信和数据交换的网络系统。物联网的核心思想是让各种物体具备感知、交互和通信的能力，实现物与物之间的智能互联。常见的物联网协议包括：MQTT、CoAP、HTTP、LoRaWAN、Zigbee、Bluetooth等。在八年级的课程教学中，学生需要了解常见协议的功能和特点，初步理解各类协议的工作原理和应用场景，并通过搭建简单的物联网系统，使用相应的通信协议进行数据传输和交互，从而更深入地理解协议的使用和应用。
新课标中物联网模块的地位与

整体要求
在义务教育新课标九个年级的内容安排中，物联网模块具有举足轻重的地位。首先，该模块是“数据与编码”“身边的算法”“过程与控制”等模块的深化，是互联网应用与创新的重要补充，与九年级的人工智能同等重要。其次，物联网涉及信息科技课程的六条逻辑主线中的数据、算法、网络等方面，开展物联网教学可以为学生提供了解和掌握这一前沿技术的机会。最后，学生可以在设计、搭建和实现物联系统的过程中，运用信息技术工具和平台进行数据的读取、传输、处理和分析应用，了解数据的价值和应用，提高数字化学习和创新的能力。可以说，物联网是未来十年科技创新领域最大的机遇。
“物联网实践与探索”模块要求学生了解物联网的含义、原理和应用，初步体会物联网与大数据、人工智能之间的关系，并利用相关知识解决一些跨学科的实际问题，认识物联网中自主可控技术的重要作用，培养学生的信息社会责任意识和安全意识。这一模块的设置和教学目标旨在培养学生的科学与工程素养，让学生在实践中体验和理解物联网的核心概念和基本原理，发展学生的探索能力和实践能力。教师只有充分理解学业要求，才能明确学习目标，设计有效的教学活动和评估方式。
物联网课程的设计与实践
1.指向核心素养的课程体系
在八年级的课程学习中，学生从互联网过渡到物联网，这既是对七年级互联网知识的回顾，也是互联网知识的延伸，尤其是互联网中数据的传输过程与物联网有许多异曲同工之处。在内容安排上，既要体现课程的基础性、生活性，也要强调学生知识迁移应用能力的培养。
在八年级上学期，教师从物联网的概念、特征入手，引导学生分析身边物联网的应用案例，在形成初步感知的基础上，进一步学习物联网的基本原理与功能，深入探索数据“感知—采集—传输—汇总—处理—反馈”的全过程，做到知其然、知其所以然，从而实现“科”与“技”并重的目的。教师可以将知识点以微项目的形式推开，具体课程内容设计如表1所示。
表1 八年级（上）物联网课程内容设计

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在八年级下学期，教师采用项目式学习的模式，引导学生观察生活，创设指向核心素养的主题，让学生运用所学知识解决真实问题，逐步走向深度学习，从而推动学习真正发生。教师以落实学科核心素养为导向，围绕信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个维度创设一个基于学生真实生活的项目，具体课程内容设计如表2所示。
表2 八年级（下）物联网课程内容设计

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2.指向素养目标的评价设计
课程内容是促进学生形成核心素养的载体，主要是解决学什么的问题；教学评价是依据课程和教学的要求判断教学效果达成度的过程，主要是解决学习效果的问题。新课标坚持基本知识考核与实践应用考核相结合，综合运用纸笔测试、上机实践、作品创作等方法，全面考查学生的学习状况。教师要坚持自评和他评相结合，增强学生自主学习能力。
（1）课程评价的目标与原则
课程评价的主要目标有两个，一是引导教学落实立德树人根本任务，落实好培养什么人、怎样培养人、为谁培养人的根本任务；二是引导教学从培养知识技能向培养学生核心素养的方向转变。而课程评价的原则要以课程目标、促进学生的学习和改进教师的教学为主要方向。依据“物联网实践与探索”模块中关于学生核心素养的要求，评价的设计从物联网的概念、物联网的基本原理与功能、物联网安全等对学生进行四个维度的评价，具体评价维度与指标如下。
信息意识维度的评价指标是了解万物互联和智能感知对信息社会发展的作用，感受物联网给人们学习、生活和工作等方面带来的改变；增强掌握核心技术意识，加强虚拟身份识别和数据安全意识，做好安全防护。
计算思维维度的评价指标是理解传感器获取数据的方法，网络中数据编码、传输和呈现的原理，能根据真实需求设计和搭建简单的物联系统原型。
数字化学习与创新维度的评价指标是能选择合适的数字设备和数字平台，搭建系统原型，能够主动利用数字设备开展实践和创新活动，并在创新活动中认识到原始创新对可持续发展的重要性。
信息社会责任维度的评价指标是了解网络空间中物品标识和虚拟身份的意义，具备基本安全防护能力。
（2）基于“学习积分”的评价过程
基于以上评价目标与原则，在实际的评价当中，教师应全方位收集学生的学习数据，以数据作为考核的主要依据。笔者主要借助UMU平台，通过创建学习项目，以“学习积分”为主要载体，推动过程性评价和终结性评价的实施。
“物联网实践与探索”模块的课程实践性很强，课程评价主要从学生的学习时长、学习参与度、课程积分榜、课程达成榜、卓越学习榜、积极学习榜、学习证书等方面对学生进行评价，并根据本学科的特点，将评价数据全部电子化，形成学生学习档案袋。
在评价手段上，教师综合运用课堂观察、调查问卷、作业、习题测试、项目创作等形式，全面评价学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任，把握核心素养的整体发展情况。在评价主体上，教师采用多元的评价方式，从自我评价、同伴互评到教师评价，最终形成学生的“学习积分”。
“学习积分”作为评价的结果，通过UMU平台及时展示和反馈给学生。学生将会得到适时的提示、引导和激励，并形成排行榜，激发学生持续学习的积极性，提高课程的参与度和完成度。及时的评价反馈能不断促进学生自省，从而实现学习的优化和个人的发展。
3.指向深度学习的实施过程
课程的实施要创新教学方式，以真实问题或项目驱动引导学生经历原理运用过程、计算思维过程和数字化工具应用过程，建构知识，提升问题解决能力。基于此，教师可以采用项目式学习的教学模式，实施过程为如下几个阶段。
（1）选择合适的物联网平台和开发环境
教师根据学情和校情选择适合学生使用的物联网平台和开发环境，如OneNET、MixIO、阿里云等，确保平台和环境能够支持学生实现物联网项目的开发和实施。
（2）设计具有挑战性的项目
在课程标准、教材和学情的基础上，教师设计具有挑战性的项目，要求学生运用所学的知识和技能解决实际的物联网问题。
（3）学生观察和问题发现
教师引导学生观察生活中的真实现象，发现与物联网相关的问题或需求，鼓励学生提出自己的问题并选择一个问题作为项目的起点。
（4）小组合作与自主学习
教师鼓励学生组成小组，在项目中进行合作。每个小组可以负责一个具体的物联网项目，学生在小组内发挥主动性和创造性，自主选择解决问题的方法和策略。
（5）实际应用场景的设计
教师将项目设计成与实际应用场景相关的情境，让学生能够将所学的知识和技能应用到实际问题中。例如，设计一个智慧种植控制系统，让学生用物联网技术监测植物的生长过程，并设计相应的物联网解决方案。
（6）提供指导和资源支持
教师在项目进行过程中提供必要的指导和资源支持，帮助学生解决遇到的问题，确保项目能够顺利进行。同时，教师要给予学生一定的自由度和灵活性，鼓励他们独立思考和探索解决方案。
（7）反馈与评估
在项目进行过程中，教师要及时给予学生反馈和评估，帮助他们了解自己的进展和改进的方向。如可以通过中期评估和项目展示等形式对项目进行评价，并提供针对性的指导和建议。
（8）项目成果展示与分享
教师要为学生提供展示和分享项目成果的机会，如组织项目演示或校内报告。这样可以增强学生的自信心和表达能力，同时也可以激发其他学生的学习兴趣。
（9）反思和总结
在项目完成后，教师要引导学生进行反思和总结，让他们回顾整个项目过程，思考所取得的成果、经验教训和改进的方向，从中提取有益的教训和启示。
结语
在信息科技高速发展的环境下，学生在掌握物联网知识后，如何结合人工智能开展项目创作将是未来十年科技创新领域的机遇。物联网和人工智能是两个相互关联且相辅相成的领域。物联网提供了数据的采集和传输，而人工智能则可以利用这些数据进行分析和智能决策。学生在掌握物联网知识后，结合人工智能技术，可以设计并实现智能控制、预测分析、自动化决策等功能。这种实践与创新的过程不仅能够巩固和拓展学生物联网的知识，还培养了学生的创造力、解决问题的能力，从而为未来的科技创新做好准备。
作者单位 | 广东湛江市第十七中学
内容来源 |《中小学信息技术教育》2023年第8期

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