基于物联网项目的深度学习探索

摘要：本文借助“搭建智能浇花小型物联系统”项目，从项目背景及目标、项目设计流程、项目设计与实施、项目成果展示、项目评价六个方面对《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中第四学段7～9年级“物联网实践与探索”模块进行了深入研究，让学生在体验项目的过程中感受万物互联的场景，知道物联网与互联网的异同，认识到物联网的普及对学习和生活的影响。

关键词：物联网；项目学习；核心素养；物联系统

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）13-0022-04

项目背景及目标

为了响应《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，更好地通过深度学习提升学生核心素养，针对“物联网实践与探索”模块，笔者所在学校共同开发了“搭建智能浇花小型物联系统”项目。该项目围绕“如何实现智能浇花”问题，利用物联网设备、终端与IOT物联云平台，设计并实现了智能浇花小型物联系统，目的是让学生探究物联系统搭建的一般过程及实现原理，并能对物联网形成整体认知，初步理解万物互联给人类带来的影响、机遇和挑战。

项目设计流程（如图1）

项目计划及实施

1.项目计划

学生组成学习小组（每组4～6名学生），每个小组推荐一名组长，组长负责组员的协调、管理等，并根据项目计划表（如下页表1），层层推进本组项目的实施。

设计意图：项目计划表意在帮助学生整体感知整个项目的学习过程，明确学科思维解决问题的路径。同时，让学生明确，完整的学习过程要经过若干个学习阶段才能完成预定的学习任务，实现预期的学习目标。

2.项目实施

（1）问题设计与探究方法

各小组针对智能浇花、实时监测、远程操控等功能，从问题分析入手进行学习探究，即通过问题设计（如下页图2）与探究来充分体现深度学习的效能。

设计意图：将任务分解成一个个问题，引导学生思考、发现问题（已知、新知），并提出解决办法，让学生亲历问题解决的深度学习过程。

（2）探究新知，搭建环境及硬件

①探究新知，明确硬件、软件的组成及功能，如表2所示。

②搭建环境及硬件。小组合作，选择一盆鲜花；结合影响鲜花生长的环境因素，选择合适的传感器；将物联网的控制器、传感器与网络模块连接到一起，使系统能正常进行内部数据传递，并能通过网络进行无线远程数据传输。在这个过程中，学生应明确各传感器、模块与集成控制器的连接方式（如表3）。

设计意图：结合学生学情对新知进行分析，通过探究新知，帮助学生理清各个部分的功能、接口位置，为硬件搭建、连接做理论支撑，也为抽象建模做铺垫。

（3）抽象建模，设计算法

①抽象建模。智能浇花小型物联系统由控制器、网络模块、传感器、执行器等硬件组成，依靠无线网络、IOT物联云平台、手机APP等基础设施实现智能控制。由于系统由若干个功能模块、传感器等协同运作，需要提前搭建智能浇花系统的抽象模型（如图3），模拟系统数据传递过程（如图4）。

设计意图：抽象建模的能力对解决问题至关重要，让学生在解决问题时尝试进行抽象思考，抓住问题的重点部分，将复杂问题进行简化，并利用抽象出的内容构建问题解决的模型，可提升学生的抽象建模能力。

②设计算法—绘制流程图，如图5所示。

设计意图：使用流程图对算法进行描述，意在使学生不断经历用计算思维解决问题的过程，从而内化学科解决问题的思维方式、路径。

（4）编写程序，调试运行

教师提醒：当气温很高时，植物的吸水和蒸腾作用十分强烈，此时浇水会影响植物生长，所以应使用嵌套判断与循环控制浇花条件。在系统完成初步搭建后，运行程序，通过改变植物生长环境，测试系统功能是否符合预设。

设计意图：基于算法流程图的设计，在编写程序、调试、功能测试的过程中，提升学生编程解决实际问题的能力，发展计算思维。

项目成果展示

每个小组根据项目要求及实现的功能，进行成果展示，并尝试从花草的光照、时间、湿度（喜湿性、普通型、耐旱型）等方面对项目进行优化。

设计意图：①为项目评价做铺垫；②在思维碰撞中借鉴优点，明确改进方向；③交流在学习过程中遇到的关键问题及解决办法。

项目评价

针对物联系统功能实现、作品外观、小组合作进行评价，并进行反思总结，具体的项目评价量规如下页表4所示。

设计意图：①在评价中学习、反思不足，并对整个项目学习的过程进行重构梳理；②总结本项目的学习对以后学习生活的意义。

参考文献：

[1]张丹.大概念视域下初中信息科技单元项目学习设计策略—以初中信息科技“物联网”单元项目学习设计为例[J].中小学信息技术教育，2023（01）：59-62.

[2]张勇，周韬.抽象、建模，促进学生计算思维培养[J].小学教学参考，2021（21）：85-87.

[3]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.

苍山点题

在课程教学中，任何学习策略要实现学习者有深度地掌握知识与技能，进而形成素养，必然要注重发现、追问、尝试、反思、总结、提高等学习活动的开展，即不断反复又层层递进地构建学习者的知识、技能与素养体系，以求实现可持续的收获、成长与发展，这也正是深度学习更加集中表现出来的价值。如同人工智能领域的深度学习要在大量的数据训练模型的基础上才能得出问题的深层答案一样，人如果缺乏知识的支撑，缺乏对问题的追问，缺乏对规律的总结，何谈技能的形成？又何谈素养的塑造呢？本期解码，我们欣喜地看到了一线教师基于知识、技能与素养等多个角度，通过问题探究与项目方案实现深度学习的尝试。

第一篇文章，基于深度学习视角探索高中信息技术学科项目化学习，追求让学生的学习真正地发生于课堂实践，得到技术文化、学科文化与人文素养的深度浸润。基于深度学习的项目学习，以真实情境和挑战性任务激发学生自主探究、深度合作，促进知识的理解和迁移应用，构建自身应对复杂情境的科学决策系统，提高问题解决能力，以此形成极具深度学习价值的层次与阶梯。在学习过程中，对“探秘二分法”这种分治策略学习项目的特点、目标、内容、过程、评价等逐一进行剖析，展现出数学教育、哲学思想与现代科技学习的深度融合，实践了跨学科的深度学习，生成了富有魅力的项目学习新生态。

第二篇文章，基于《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中“物联网实践与探索”的模块要求，以“搭建智能浇花小型物联系统”项目为例，结合学生项目学习实践进行深入研究，让学生在体验项目的过程中通过感受万物互联的场景、知道物联网与互联网的异同、认识到物联网的普及对学习和生活的影响等深度学习信息科技课程。本课展现出了硬件与软件、学习内容、探索环节、项目资源与物联网平台等丰富细致而又有深度的学习设计，并且结合计算思维的抽象、建模、算法等进行了深度学习的实施，具有很好的示范作用。

知识是数据的更稳定的人类文明的积淀，在大数据时代与人工智能时代，这种特征更加显著。目前，由于受信息泛滥的影响，学生“无知无畏”式盲目地信息自信，在面对学科学习时浅尝辄止，这对培养数字素养与创新技能来说是一种学习瓶颈，需要我们共同探索破解之道。