新课标理念下的物联网模块教学实践与探索

摘要：本文聚焦《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中的课程理念和教学建议，结合“物联网实践与探索”模块的相关要求，归纳出指向核心素养的初中信息科技物联网模块五大常用教学策略，并以“IoT室内环境监测仪”项目为例进行详细阐释。

关键词：新课标；物联网；计算思维

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）16-0063-03

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中的“物联网实践与探索”模块的内容面向7～9年级学生，旨在培养学生的科学精神和科技伦理，提升学生的数字素养与技能。为帮助学生了解“万物互联”给信息社会带来的巨大影响，理解简易物联网系统的典型特点，笔者与学科团队一起，以行空板设备为实验器材，开发了“智能物联”系列物联网课程（如图1）。下面，以“IoT室内环境监测仪”项目为例，谈谈具体的实践和思考。

着眼课标，确定核心素养目标

物联网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组成部分，新课标对该模块的整体要求是“了解物联网与互联网的异同和主要物联网协议，能够有效利用物联网设备与平台设计并实现简单物联网系统，体会物联网是连接物理世界和数字世界的纽带”。因此，教师应以信息科技课程核心素养为根本目标，坚持立德树人根本任务，基于对学生认知基础、学习心理、思维特点等学情的分析，联系前后学段知识点对教材内容进行挖掘，提炼、剖析学习主题承载的核心素养，探索项目学习主题映射的高阶思维和核心价值观，挖掘项目隐含的信息，渗透思维品质培养。

依据新课标中的“物联网实践与探索”模块在数字素养与技能各个方面的素养要求，笔者制订了“IoT室内环境监测仪”项目的核心素养目标：①通过体验由传感器获取环境信息并通过网络传输给SIoT平台的过程，感受物联网给人们的生活带来的改变，从而增强主动学习物联网知识的意识；通过搭建物联系统原型，了解万物互联对信息社会发展的作用，并具有自主解决问题的意识。（信息意识）②了解MQTT协议及SIoT平台的功能及应用，知道设备获取数据的方法，能够根据需求选择开源软硬件，设计和搭建简单的物联系统原型，结合项目活动采集、分析和呈现数据，解决实际问题，发展计算思维。（计算思维）③能根据学习需要，通过实验方法，学会选择恰当的数字设备和资源平台，搭建系统原型，探究信息科技支持数字化学习的新方法、新模式，主动利用数字设备开展实践创新活动。（数字化学习与创新）④在系统设计和应用过程中，了解网络空间公共MQTT中介服务潜在的安全风险，知道数据安全防护的意义，懂得保护个人隐私，尊重他人隐私，了解自主可控技术对国家安全和物联网未来发展的意义。（信息社会责任）

对接生活，创设真实学习情境

新课标倡导“真实性学习”，要求“在真实生活或者贴近学生认知能力的模拟情境中，引导学生发现并解决问题”。[1]可见，真实、有价值的问题情境是学生核心素养形成和发展的重要载体。在信息科技教学中，主题的确定需    结合教学内容、学生已有的知识经验，创设真实的情境，以提高学生的学习参与度和沉浸度。

例如，在“IoT室内环境监测仪”项目中，教师指出，随着生活水平提高，人们对室内生活环境要求越来越高，并出示不适宜的室内环境可能会影响人们的身体、情绪和思维，接着提出问题：如何获取室内的温湿度信息？在学生提出可借助温度计、湿度计等设备后，教师又提出问题：能不能用行空板来测量并显示室内温度、湿度，以及环境噪音、光线强度、二氧化碳含量等数据？通过真实问题情境激发学生好奇心并引发学生思考，为接下来的学习做好铺垫。

立足实践，体现科技并重理念

新课标要求“从信息科技实践应用出发，注重帮助学生理解基本概念和基本原理，引导学生认识信息科技对人类社会的贡献与挑战，提升学生知识迁移能力和学科思维水平，体现‘科’与‘技’并重”。[1]“物联网实践与探索”模块给出了实践与原理并重的内容要求，但未细化“科”与“技”的具体内容。这就需要教师以新课标为基本依据，对教学内容进行理解和细化。[2]教师需要引导学生关注其中蕴含的科学原理、问题解决的思维方法和处理过程，注重培养学生的科学精神和技术伦理。

以“IoT室内环境监测仪”项目为例，教师首先请学生用自然语言描述室内环境监测的工作过程，对项目进行初步分析。接着，以两个问题驱动学生思考：“该系统中传感器有哪些？”“传感器采集到的数据有什么意义？”师生一起用图示的方法梳理环境监测的控制过程（如图2），并根据图示交流可能用到的硬件设备，使学生对该系统中的感应器、控制器、执行器有了深入理解。在此基础上，教师出示半成品流程图，如下页图3所示。学生将思路理清后进行小组合作，在微视频指导下完成硬件搭建。在学习过程中，让学生明确各传感器、模块与控制器的连接方式，既为硬件搭建、连接提供理论支撑，也为抽象建模做铺垫，内化了学科解决问题的思维方式和实现路径。

环环相扣，建立逻辑关联架构

新课标的课程内容组织要求体现循序渐进和螺旋上升式发展，这不仅体现在全学段课程内容的组织及每个模块的内容组织上，更体现在一节课的内容安排上，而对于物联网的算法主要体现在解决真实情境中的复杂问题中。教师在课堂教学中可以按照学生对知识的理解和实操的难易程度将系统进行拆分，即通过创设具有连贯性的学习情境，将复杂问题进行模块化分解，将各知识点巧妙地串联起来，从而推动教学目标的完成。学生在一个个问题的解决过程中主动、愉快地探求知识，实现学习能力的提升与核心素养的发展，达成思维的进阶。

在“IoT室内环境监测仪”项目中，笔者引导学生根据流程图对项目目标进行分阶段实现，并通过实践操作解决问题，具体分为三个环节：采集环境数据（光线、温湿度、声音、CO2浓度）并呈现—分析数据并控制执行器—物联网平台数据传输。环节1：教师设置问题情境—“在居家生活中，你比较关注哪些室内环境情况？我们如何采集信息并直观呈现？”在此环节中，教师根据学生认知基础，从板载麦克风和光线传感器到连接外部传感器，由已知迁移探索未知，由浅入深，由易到难，实现了光线、声音、温度、湿度、CO2浓度等数据的采集并通过行空板进行显示。环节2：教师设置问题情境—“当温度、CO2浓度偏高，超出适宜的数据范围时，应该怎么办？”学生通过自主合作探究，使用条件判断和传感器数字引脚的读取值完成风扇的开关功能，随着风扇的工作加强空气对流，实现温度和CO2浓度调节，最终实现了智能控制。环节3：教师进行引导—“如果能将传感器采集的数据传输到物联网平台，则便于实时监控，那么，怎样实现设备联网？数据如何传输？”这部分内容是本节课的重点也是难点，学生借助教师提供的微课资源进行学习，开启行空板SIoT服务，通过Wi-Fi将行空板加入互联网，通过使用MQTT协议将数据传输到物联网平台，通过mind+软件制作可视化面板，并以折线图的形式进行实时分析和处理。在这个过程中，学生体验了收集、整理、分析、呈现等数据处理的一般过程，认识到了算法是物联网问题解决的有效路径。

拓展应用，促进科学思维内化

“物联网实践与探索”模块要求聚焦物联网基本功能，让学生了解物联网与互联网的异同、物联网安全等问题。笔者认为上述内容的渗透可以在课中或课末进行，在适当的项目实施节点进行强调，激发学生思考，将思考延伸到课外，达成对学科思维的深层次培养和内化。

结束语

“物联网实践与探索”模块作为信息科技课程中的九大内容模块之一，对开拓初中生的科技视野，使其体会物联网“感知—采集—传输—反馈—控制”的基本功能，培养他们对新兴科学技术领域的学习兴趣和探索精神具有重要意义。教师要深研新课标，基于学生生活经验创设真实情境，遵循学生认知规律设计环环相扣的教学内容，引导学生在项目推进的过程中建构知识体系，发展计算思维，提高数字化合作与探究能力。

参考文献：

[1]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.

[2]胡秋萍，仇森，姚俊.胜任力视角下提升信息科技教师教学能力的实践探究[J].中小学信息技术教育，2024（04）：14-16.