基于微实验教学的初中物联网课程设计与实践

摘要：《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》倡导遴选科学原理与实践应用并重的课程内容，鼓励“做中学”“用中学”“创中学”。本文结合苏科版中的物联网教学案例，探讨微实验教学在初中信息科技物联网课程中的实施路径，旨在提高学生信息科技学科核心素养。

关键词：微实验教学；物联网；图形码识别；初中信息科技

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2025）02-0041-04

实验教学是国家课程方案和课程标准规定的重要教学内容，是培养创新人才的重要途径。《中小学实验教学基本目录（2023年版）》提出基于真实情境实验和跨学科实验等方式进行教学，鼓励教师创新实验技术、实验方法、实验形式和实验环境，努力提升学生解决真实情境中的复杂问题、完成真实任务的能力。微实验教学是在实验教学的基础上演化而来的一种以实验为核心的教学指导模式。与实验教学相比，微实验具有时长短、内容精、针对性强、灵活度高等特征，能够在有限的时间内专注于特定的知识点进行实验操作，且一般所需的实验资源较少，学生能够及时对实验结果进行反馈与总结。

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）强调“科”与“技”并重的课程理念。然而在实践教学中，笔者发现八年级物联网教学面临原理知识抽象复杂，学生难以理解；资源、设备限制，学生难以具象描述、联想感知等现实困境。鉴于此，笔者基于新课标，尝试运用观察、实验、推理、验证、解释等科学方法，寻找微实验活动在初中物联网教学中的实践路径，旨在引导学生用微实验，“以小见大”探寻科学原理背后的本质与规律，全面提高学生信息科技学科核心素养，充分发挥课程的育人功能。

微实验教学的流程

微实验在初中物联网课程中应用的关键在于将抽象的物联网概念和原理转化为具体的实验现象和结果，帮助学生更好地理解物联网的工作机制和应用场景。微实验的设计要梳理清楚实验活动之间的逻辑关系，将抽象的问题形象化、复杂的问题简单化，立足真实情境，引导学生提出猜想假设，通过实验探究，分析推理得出结论，探究现象背后的工作原理，最终通过实验创新解决问题，实现应用迁移，具体流程如下页图1所示。

基于微实验教学的初中物联网课程实践

下面，笔者以“物联网的图形码识别技术”教学为例，对微实验教学在初中物联网课程中的教学实践进行具体阐述。《探索2：物联网的识别技术》一课选自江苏凤凰科学技术出版社出版的《信息科技》八年级上册第二单元。本课以班级图书角存在的真实问题导入，围绕“为什么应用、采集什么数据、如何采集数据、如何应用”的问题链展开教学，通过“实验对比—实验猜想—实验验证—实验创新”的过程，将条形码和二维码的特征、生成与识别原理、应用场景等结构知识融入其中，如图2所示。通过创新实验作品，模拟班级图书扫码借阅、归还的过程，实现利用二维码识别技术进行数据采集，以期学生能够感悟图形码技术的应用价值，并有效运用图形码识别技术解决生活中的实际问题。具体实验过程如下。

1.创设情境，提出问题

创设情境：同学们，班级图书角资源越来越丰富了，但手工记录借阅图书的方式不仅效率低，而且经常会出现记录丢失或者信息错误的情况。

提出问题：如果你是班级的图书管理员，你有没有什么好办法能够提高数据录入的效率？教师展示解决方法，引发学生思考：这种方式相比于手工记录，优势体现在哪里？

在这一环节，创设真实的问题情境、设问引发学生思考、两种图书管理方式的对比让学生直观感受到图形码识别技术的优势，引发学生探究的欲望。

2.实验对比，探析条形码和二维码的特征

实验一：条形码和二维码识别对比实验。

采用简易扫码工具扫描条形码与二维码，填写实验记录单（如表1）。

实验结论：扫描条形码可以采集数字或字母信息；扫描二维码可以间接表达文本、图像、音视频等信息。二维码可承载的信息存储容量大于条形码。

此环节采用探究性实验，通过真实的扫码体验引导学生直观感受二维码和条形码可以承载的内容及信息存储量，在对比分析中感受条形码与二维码的特征，提高学生问题探究与解决能力，同时顺势提出问题：二维码是如何生成的？

3.实验验证，理解图形码识别技术工作原理

实验二：生成图书二维码标签。

提出问题：班级图书角的书是同学们各自从家里带来的，如何为自己带来的图书定制专属二维码标签？

实验过程：

①师生讨论，共同约定命名规则；

②打开浏览器，在草料二维码平台输入这本书的信息，如自己的名字、书名、作者、书籍简介等内容；

③生成二维码，下载并保存二维码，课后打印并张贴在书籍上。

实验猜想：生成的二维码识别结果与输入的内容是否一致？

在这一环节，教师根据实验一图形码识别结果进行逆向推理——二维码是如何生成的，体验二维码的制作过程，进一步理解二维码编码的过程，同时提出实验猜想，激发学生的探究和验证的欲望。

实验三：验证二维码识别结果。

实验目的：模拟扫码借阅图书的过程，验证生成的二维码识别结果与输入的内容是否一致。

实验过程：

①连接硬件：首先，将摄像头接入行空板USB接口。然后，将行空板通过USB线连接到电脑上，等待行空板屏幕亮起，并显示行空板LOGO，表示连接成功。

②打开程序“按下A键识别”，连接远程终端10.1.2.3，运行程序。注意：按下A键，摄像头打开，拿起摄像头对准生成的二维码进行识别。

③观察识别结果，验证实验猜想。实验现象：生成的二维码识别结果与输入的内容一致。

实验结论：二维码可以用来标识书籍并存储数据，扫描设备可识别二维码的信息，生成与识别二维码的过程就是编码与解码的过程。

此环节采用验证性实验，学生在连接行空板和摄像头的过程中进行硬件的组装、调试和配置，锻炼了实践操作能力和问题解决能力。编写程序虽然不是本节课的重点，但通过编程实验来验证算法设计的合理性与可行性，进而实现二维码识别结果与输入内容的验证，对学生理解二维码识别工作原理，进一步提高辩证思维能力大有裨益。

4.实验创新，应用图形码识别技术

实验四：制作图书借阅、归还扫码识别反馈装置。

实验目的：编写图书借阅、归还扫码识别反馈程序，学会利用二维码识别技术进行数据采集，解决生活中的实际问题。

实验过程：

设想方案1：添加并修改程序，实现扫码借阅、归还图书的功能，具体算法分析与编程实现如图3所示。

按下A键：如果检测到二维码，终端显示“×××（识别结果）+已借阅”；如果没有检测到二维码，则继续识别。

按下B键：如果检测到二维码，终端显示“×××（识别结果）+已归还”；如果没有检测到二维码，则继续识别。

设想方案2：在现有功能基础上，根据参考资料（如下页表2），设计“检测到二维码”的个性化反馈提示。

实验结果：围绕实验作品的创新点、功能演示与结果展示、实验过程中发现的问题与解决方法、收获与反思等方面展开分享与交流。

在这一环节，通过观察实验三程序设计，引导学生用自然语言和流程图的方式描述算法，了解分支结构的应用。学生在读懂代码的基础上，尝试通过修改并增加代码，实现图书借阅、归还的个性化反馈机制，在创新应用型实验中培养独立思考、创新性解决问题的能力。在此环节，学生展示自己的实验成果和心得体会，通过交流与分享，学生可以互相学习、互相启发，拓宽自己的视野和思维方式。

5.应用迁移，拓展提升

教师展示完整图书管理物联系统的工作过程，引导学生感悟图形码识别技术在物联网架构中的重要作用。思考并讨论：在生活中图形码识别技术还有哪些应用场景？解决了哪些问题？结合实际案例，教师引导学生关注二维码安全问题，提高自身的信息安全意识。

最后，师生梳理班级图书管理物联系统的工作流程，强调图形码识别技术在物联网体系中的重要作用，并引导学生继续思考图形码在智慧交通、物流、购物等方面的应用，体会图形码识别技术在其他领域的应用价值。同时，通过实际案例引发学生思考：是不是万码皆可扫？学生通过讨论小结二维码的安全隐患及应对措施，提高自身的信息安全意识，同时借用扫描地铁乘车码强调加密技术的重要作用。

思考与总结

本文采用探究性实验、验证性实验、创新应用性实验等不同的微实验类型，引导学生从班级图书角存在的真实问题出发，在对比、观察、归纳、猜想、验证中提炼条形码和二维码的特征及二维码生成和识别的工作原理，为实现利用二维码识别技术进行数据采集，进一步拓展创新奠定理论基础。从微实验教学效果来看，学生能够了解图形码识别技术的特征及工作原理，利用二维码识别技术进行图书的数据采集，教学目标得以达成。在实验作品创作过程中，学生能用自然语言描述算法，通过修改程序实现二维码识别成功的个性提示，同时发现问题，反馈优化，形成一定的科技创新精神，核心素养得以落实。

另外，在实践教学中，为更好地发挥微实验教学在初中物联网课程中的应用效果，笔者提出如下建议：①立足真实情境，科学定位实验目标。②巧用实验手册，明晰实验步骤。③明确小组分工，提升实验效率。④注重实验评价，促进素养发展。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.2023年版中小学实验教学基本目录正式发布[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202311/t20231123_1091833.html， 2024-10-21.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022．

[3]魏雄鹰.加强信息科技实验教学 发挥信息科技育人价值[J].教育与装备研究，2024，40（02）：12-15.