项目式学习在初中信息科技课程中的实践策略初探

摘要：本文探讨了项目式学习在初中信息科技课程中的应用与实践，以搭建“基于物联网的智能停车系统”为例，旨在通过实践让学生理解物联网相关知识，并培养其解决实际问题的能力和团队合作的能力。

关键词：信息科技；物联系统；项目式学习

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）16-0000-04

引言

随着《义务教育信息科技课程标准（2022版）》（以下简称“新课标”）的发布与实施，项目式学习逐渐受到教育界的关注，通过实际项目的设计与实施，学生在解决问题的过程中主动探究、合作学习，从而培养其问题解决能力、实践能力和创新思维。[1]

新课标指出：“物联网是继互联网之后的新型信息基础设施，是推动大数据和人工智能等信息科技发展与普及不可或缺的重要部分。”[2]物联系统作为信息技术领域的一个重要分支，涉及的知识点和技能点广泛，具有很强的实践性和应用性。[3]《中小学实验教学基本目录》中“初中信息科技实验教学基本目录”也涵盖了“简易物联系统设计与搭建”的内容。因此，以设计和搭建简易物联系统为例，探讨项目式学习在初中信息科技课程中的应用与实践，对于提升教学质量和培养学生综合能力具有重要意义。

初中信息科技课程现状

当前，虽然信息科技教育在初中的地位日益凸显，但仍面临一些挑战和问题。首先，教学内容与时代发展存在差距。许多内容相对滞后，未能及时跟上信息技术的发展步伐，导致学生在学校学习的知识与社会实际需求脱节，难以适应未来社会的发展需求。其次，教学方法单一，缺乏实践性。传统的信息科技课程往往注重知识传授，忽视学生实践能力和创新思维的培养，而且缺乏趣味性和互动性，导致学生学习兴趣不高，难以积极参与课堂活动。

项目式学习的设计原则

①真实性问题情境。项目应围绕真实性问题展开，使学生能够在解决问题的过程中体验知识的实际应用。②以学生为中心。教学设计应充分考虑学生的需求和兴趣，确保学生在项目中发挥主体作用。③教师协助与指导。教师应提供适时的支持和指导，帮助学生克服项目过程中的困难，同时鼓励学生自主解决问题。④跨学科知识整合。鼓励学生在项目中整合多学科知识，培养跨学科思维。⑤合作学习。通过小组合作，培养学生的团队协作能力和沟通技巧。⑥反思与评价。项目完成后，引导学生进行反思和评价，促进知识的内化和能力的提升。

项目式学习设计与实践

新课标八年级“物联网实践与探索”部分要求理解物联网的概念、原理和应用，并通过实际案例进行模拟和操作。以解决问题为导向的项目式学习可以很好地与此内容融合，因此，笔者设计并搭建了一个简易的智能停车场物联系统，并通过项目式学习开展物联网教学。

1.启发思考和提出问题

项目式学习中，任务的导向是鼓励学生发现问题并解决问题。所以，教师可以通过如图片、视频等形式介绍传统停车服务，并通过模拟交互体验等方法让学生感受服务流程、设备工作状况、用户体验等。引导学生对传统停车服务进行观察和分析，以发现和提出问题。例如，传统停车场是否会存在车位管理不合理的问题？有些车位可能因为位置不好或其他原因而空置，另一些车位则会被过度使用，导致车位资源的浪费和不合理分配；传统停车场管理通常采用收费员、巡检员等人工管理，管理效率低且容易出错。

2.确定目标

针对问题引导学生利用所学的物联网知识，通过模拟制作“智能停车场系统”项目来解决提出的问题。

3.阐述目标和明确要求

此阶段，学生需要了解项目的目标和要求。想要设计一个基于物联网的智能停车系统，首先，需要了解停车服务的哪些环节可以采用物联网技术，如可以利用传感器和摄像头实时监测停车位的情况。其次，将这些信息通过云端系统进行管理和分配，从而向用户提供实时的停车位使用情况以及停车费用等信息，使车主更加方便地选择停车位置和支付停车费用。

整理信息后，明确目标和要求：利用传感器实时检测停车位的情况，用户不仅可以随时了解停车场内是否还存在空余车位，还可以知道自己停车的时间以及停车的费用，当用户驾车离开停车场时，系统会自动收取停车费用，无需人工检验。

4.构思方案

教师可以采用逆向设计思维来优化教学流程。首先，明确项目的最终目标是让学生掌握物联网技术并解决实际问题。其次，从这一目标出发，逆向设计教学活动，包括选择合适的物联网设备、搭建实验环境、编写程序代码等。这样，每个教学活动都紧扣学习目标，确保学生在实践过程中能够逐步达到预定目标。最后，学生构思方案，提出可行性建议并制订项目计划，以保证整个项目按时完成。这个阶段强调团队合作，学生需要共同研究，并就不同的观点达成共识。

教师可根据学生的自身优势分配任务，制订合理的项目计划，也可将学生分为多个学习小组，按组分配任务，可参考下表所示的任务分配样例。

项目实施方案执行之前需要选择合适的设备，主要分为硬件和软件的选择，硬件方面可以采用积木来构建场景。在主控硬件方面，需要满足支持物联网通信协议、可外接多种传感设备、包含显示屏显示信息等。综合考虑，可选择自带WI-FI模块以及OLED显示屏的格物板作为主控制器。格物板可以结合机械积木进行拼搭，还提供了4个外接接口，用来外接传感器和舵机等设备。

硬件选择确认后，软件编程平台的选择也很重要。在本项目中，采用与格物板配套的Gewucode编程软件编写，这是一个同时支持图形化编程和Python编程的软件平台。图形化编程可以降低学习门槛，方便学生理解程序逻辑，也支持数据分析，还可实现数据可视化，满足物联网项目对数据分析和管理的需求。

5.具体实施

学生可以按照任务分配进行团队协作和分工合作，举例如下。

A/A学习小组通过积木完成停车场的场景构建。①需要设计一个停车入口，即车辆进入停车场的第一个区域，通常会设有升降杆和车辆信息识别设备。②需要设计停车出口，即车辆离开停车场的区域，同样设有升降杆，还可以自动收费和结算，确保每辆车都能够按照实际停车时间支付相应的停车费用。③需要设计车位监控区，主要是利用传感器等设备来实时监测车位使用情况，并将数据上传到系统来进行管理和分配。④需要设计围墙，将停车场围起来，确保车辆只能从入口进且从出口出。⑤需要设计一辆小车模拟车辆进出的情况，同时，小车上可以显示停车场的车位使用情况，以及停车后的费用，方便车主核对收费信息。

B/B学习小组完成用户终端呈现效果的设计。例如，通过两台格物板主控设备来共享信息，一台设备作为停车场的主控（以下称为设备1），外接传感器来检测车位上是否停车，还可统计车位上的停车时长。另一台设备可以作为小车的主控（以下称为设备2）。设备1利用传感器检测到的信息可以通过MQTT协议发送给设备2，将车位使用情况（包括是否存在闲置车位、停车时长等）以及停车费用显示在OLED显示屏上，用户通过按键来模拟确认支付。

C/C学习小组完成平台配置以及程序编写。首先，需要将设备1和设备2连接网络和格物云平台，需要确保设备ID和密码与格物云平台后端一致。图形化编程的操作方式非常简单，连接的程序样例如图1所示。连接成功后，设备既可通过通道向云平台上报消息，也可接收来自云平台的消息。

需要分别给两部设备进行编程，设备1利用红外传感器对车位进行监测，设备2接收来自设备1的消息，如图2给出了一套编程思路。首先，设备1检测到有车停在车位上时，就向云平台上报消息Y，并设置停车的计时收费单价，将收费的消息上报给云平台，云平台会立即将这些信息下发给设备2，只需要将对应的信息显示在设备2的OLED显示屏上即可，图形化程序样例如图3所示。

6.测试和评估

项目完成后，教师组织学生以小组为单位从任务目标、实现方式、遇到的困难和解决方案等角度进行分享与交流，让他们从多个角度对项目进行总结和反思。这一过程不仅让学生对自己的项目有了更深入的理解，还让他们学会如何客观地评价自己和他人的工作。

案例分析与教学启示

1.案例分析

本案例中的项目式学习设计，遵循了项目式学习的核心原则，即以问题为导向，引导学生通过解决问题来学习知识、提升能力。

教师通过引导学生观察和分析传统停车服务，让学生发现问题并提出问题，这一过程不仅激发了学生的好奇心和求知欲，还培养了他们的问题意识和批判性思维。在此基础上，进一步引导学生确定项目目标和要求，明确项目的方向和内容，为后续的项目实施奠定了基础。在项目构思和方案制订阶段，通过逆向思维理论和方法的应用，规划和指导学生学习，帮助学生更好地理解和掌握知识，并在学生自主创造和自由发挥中学以致用。在设计和实施阶段，选择合适的硬件和软件平台，降低项目开发中的风险，同时通过图形化编程平台降低编程难度，让更多学生能够参与到物联网项目中来。此外，注重团队合作和分工协作，让学生在团队中相互学习、共同进步。

2.教学启示

①在教学中应始终以问题为导向，引导学生发现问题、解决问题，激发学生的学习兴趣和动力，培养问题意识和批判性思维。

②在项目实施过程中应注重团队合作和分工协作，让学生在团队中相互学习、共同进步。

③选择合适的教学工具和平台，降低学生的学习难度和风险，同时注重工具和平台的更新和升级，以适应不断变化的教学需求和技术发展。

④充分发挥学生主体性和创造性，鼓励自由发挥、大胆创新，提高学生的学习效果和满意度，培养创新思维和创造能力。

⑤在项目完成后，让学生从多个角度对项目进行评价和反思，帮助学生更好地认识和理解项目本身，学会如何客观评价自己和他人的工作。

结论与展望

本文以“智能停车场系统”为例介绍了“物联网实践与探索”模块中项目式学习的一般过程。通过在初中信息科技课程中实施智能停车场物联网系统的搭建项目，不仅激发了学生的学习兴趣和积极性，还提升了学生的实践能力和创新思维。学生在实践中不仅学习了物联网技术的相关知识，还体验到了物联网技术在智能停车场管理中的应用价值。

随着物联网技术的不断发展和普及，类似的智能停车场项目将为学生提供更多实践机会，帮助他们更好地理解和掌握物联网技术的应用。同时，这种教学模式也将促进教师不断更新教学理念和方法，以适应信息化时代的教育发展需求。

参考文献：

[1]熊璋，赵健，陆海丰，等.义务教育阶段信息科技课程的时代性与科学性——《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》解读[J].教师教育学报，2022（04）：63-69.

[2]魏雄鹰，朱莎，钟战华.义教信息科技课程学业质量标准研究[J].中国电化教育，2023（07）：85-90.

本文系中国教育学会2021年度教育科研重点规划课题“以计算思维培养为核心的中小学人工智能教育研究”（课题编号：202103002301A）研究成果。