初中“物联网实践与探索”模块教学指南二次开发

摘要：基于项目式学习进行大单元教学设计，可以加强知识间的内在关联，促进知识结构化，精简内容，缓解学生学业压力和课时紧张的问题。本文以“物联门锁系统”为例，根据《义务教育信息科技课程教学指南和配套课件使用说明》，详细阐述了如何围绕“项目”和“知识”两条主线，对八年级教学指南进行二次开发，以期推动《义务教育信息科技教学指南》的实践应用。

关键词：八年级；物联网实践与探索；教学指南；二次开发

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2025）06-0042-04

2024年8月，国家中小学智慧教育平台发布了《义务教育信息科技教学指南》（以下简称“教学指南”）及配套课件，供全国义务教育阶段3～8年级师生免费使用。作为信息科技课程实施的基准性参考依据，教学指南按照每周1课时的容量进行设计，每册教学指南分为30课，内容较为丰富。[1]同时，根据《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）编写的冀教版义务教育教科书《信息科技（三年级）》和《信息科技（七年级）》已于2024年8月出版发行，其他年级的教材尚未出版发行。2023年5月，河北省教育厅印发了《河北省初中学业水平信息科技考试方案》，明确了信息科技考试一般安排在八年级下学期进行，满分分值为10分，计入初中学业水平考试总分。[2]可见，信息科技课程的课时紧张，学生的学业压力也随之增加。在这样的背景下，如何创造性地使用教学指南，是河北省信息科技教师不可回避的一个重要问题。《义务教育信息科技课程教学指南和配套课件使用说明》（以下简称“使用说明”）指出，教师可根据教学指南，结合本地实际情况对教学整体构思，进行二次开发，细化教学设计，设置评价方案，确定具体实施细节，以确保实际教学的科学性和系统性。因此，对八年级教学指南进行二次开发具有必要性。

义务教育教科书《信息科技（七年级）》（冀教版）主要由驱动问题、项目实施、阅读材料和技术支持等板块构成。在对《义务教育信息科技课程教学指南 物联网实践与探索 八年级全一册》（以下简称“八年级教学指南”）进行二次开发的过程中，所编排的教学内容和学习活动应与上述体例保持一致。通过采用项目式学习或任务驱动式教学法，进行大单元教学设计，可以加强知识间的内在关联，促进知识结构化，精简内容，缓解学生学业压力和课时紧张的问题。下面，笔者围绕“项目”和“知识”两条主线，详细阐述对八年级教学指南进行二次开发的策略。需要注意的是，强调“项目”和“知识”两条主线，并不意味着将它们割裂开来，而是要在教学实践中实现二者的有机融合。

围绕“项目线”进行二次开发

围绕“项目线”对八年级教学指南进行二次开发，主要依据各单元的学习活动以及“拓展与提升”栏目进行。但是，教学指南给出的学习活动和内容设计主要采用活动框架方式，并没有提供具体的活动过程。[3]根据使用说明，教师可以对学习活动进行取舍、替换，或调整教学顺序、实践及实验活动的形式。

1.对学习活动进行取舍、替换

为了使学生了解HTTP通信的基本过程，认识传统互联网协议在物联系统中的局限性，进一步熟悉从互联网中获取数据的方法，八年级教学指南中设置的一些教学内容和学习活动特别注意了与“互联网应用与创新”模块的衔接。为了使学生认识人脸识别技术，了解机器识别人脸的基本过程，体会人工智能带来的智能生活，了解物联系统的发展趋势，以及提升数据采集安全的方法，一些教学内容和学习活动涉及了“人工智能与智慧社会”模块的内容要求。此外，一些与“Python语言”相关的教学内容和学习活动加强了与高中学段的衔接。教师可以对上述课程内容进行删减和替换，使课堂时间集中于“物联网实践与探索”模块的教学。同时，利用图形化编程实现简易物联系统的功能，降低项目难度并缩短项目周期。删减的内容可以设计成项目拓展的形式，供感兴趣、学有余力的学生课后完成，实现分层教学。

2.调整教学顺序、实践及实验活动的形式

八年级教学指南设计了以“物联门锁系统”和“物联花盆系统”等为主题的单元。在第五单元“物联网应用探索”中，进一步设计了以“博物馆环境监测系统”“身高记录仪系统”“病患输液监测系统”“奶牛产奶监测系统”以及“探究热水降温规律系统”为主题的项目。教师可以根据实际情况对上述主题进行选择，并调整教学顺序、实践及实验活动的形式，增强项目实施的连贯性，帮助学生建构知识体系，培养和提升解决真实问题的能力。

3.案例：物联门锁系统

（1）学习目标

案例“物联门锁系统”突破了八年级教学指南原有单元的框架，对第7、10、12、13、14、18、26、30课进行了二次开发。因此，学习目标是根据上述课时，围绕关键概念“物联网的感知——识别”“物联网的通信——MQTT”和“物联网安全”设定的，涉及信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任等信息科技学科核心素养的培养。具体内容包括：了解射频识别技术的基本原理及其常见应用，体会电子标签编码的唯一性；能够利用射频技术开展实践活动，了解物与物之间近距离通信的过程；了解MQTT的通信机制，认识发布者、订阅者和中介之间的关系；能够利用物联网服务平台实现发布和订阅功能；了解使用物联网服务平台存储和传输数据的方法，会在物联网服务平台中下载数据；了解物联网中的虚拟身份，结合虚拟身份在物联门锁系统中的具体应用，感受虚拟身份在物联网传输和安全等方面的重要作用；了解身份认证技术，认识物联系统安全的重要性。

（2）驱动问题

利用物联网技术，如何设计并搭建一个具有刷卡开锁、远程通知、远程控制等功能的物联门锁系统，并确保其安全性？

（3）项目实施

项目实施过程包含若干个学习活动，如上页表1所示。建议选择一键部署的SIoT和mPython集成开发环境，以及开源硬件掌控板（含板载按键、蜂鸣器、OLED显示屏）、掌控拓展板，并配备电子标签、RFID模块、舵机等周边模块。小组最好进行异质分组，最佳人数为4人。

（4）展示活动

各小组推选一名学生代表，向教师及其他小组成员介绍物联门锁系统设计与搭建的过程，主要介绍项目实施过程中遇到的各种问题和困难、相应的解决方案、心得体会，以及分工合作的情况等，并基于原型演示系统运行的效果，同时，填写如表2所示的评价量规。在展示活动结束后，各小组结合教师及其他小组成员给出的评语和建议，进一步优化物联门锁系统。

（5）评价方案

根据新课标的课程理念，教师应强化素养导向的多元评价，坚持过程性评价与终结性评价相结合，坚持自评和他评相结合。[4]教学指南在每个单元中都设计和开发了支持学生自评和教师评价的量表工具，教师可以依据学习目标对其进行二次开发，形成调查问卷，并通过问卷星等平台收集学生的自评数据。此外，还可以结合学习活动设计，编制学习过程记录表，收集学生学习过程中的成果性证据。[5]评价方案如上页表3所示。

（6）单元总结

教学指南中的单元内容结构图把零碎的概念知识联结在一起，以综合贯通和不断分化的方式帮助学生实现知识的联结、融合与内化。[6]通过对第二、三、四、六单元的内容结构图进行整合与重组，教师可以以思维导图的形式呈现物联门锁系统涉及的核心概念与知识体系，并要求学生对照图中的内容进行单元总结。

围绕“知识线”进行二次开发

围绕“知识线”对八年级教学指南进行二次开发时，需要与项目配合，并对知识类型进行鉴别，以更合理地设计项目实施过程。对于概念性知识，如“射频识别技术的基本原理”等，教师可以在学习活动前后或其他必要的时候进行梳理或讲解。对于程序性知识，如“搭建本地MQTT服务器的步骤”“RFID模块、舵机的基本介绍、引脚定义、接线图和示例程序”等，应以“技术支持”的形式呈现，并在项目实施过程中适时提供给学生，增强他们的自主学习能力。而对于事实性知识，如“射频识别技术的常见应用”等，则应以“阅读材料”的形式呈现，供学生在课余时间阅读。

使用说明指出：各地区教师可以结合当地学情，酌情调整教学内容。在突破“MQTT通信机制”这一教学难点时，教师可以结合慕课或已出版的教材等可利用资源，细化“了解MQTT通信机制”一节的内容，对比HTTP“请求—响应”的工作模式，阐明MQTT是一种基于发布/订阅模式的协议，也是一种基于客户端/服务器结构的协议。中介是服务器，发布者和订阅者都是客户端。发布者可以订阅消息，同样，订阅者也可以发布消息。明确中介上可以有一个或者多个主题，主题可以被理解为消息的分类。厘清发布和订阅的过程等，为“远程通知功能”和“远程控制功能”的实现夯实基础。

结语

在对八年级教学指南进行二次开发时，笔者仅围绕有限的概念，对以“物联门锁系统”为主题的项目进行了重新设计。而“物联网基本原理与功能”部分还涉及“物联网的感知——传感”等关键概念，这些概念可以通过“探究热水降温规律系统”等项目来建构。特别是“探究热水降温规律系统”项目，能够体现跨学科的设计理念，且贴近学生的现实生活和学习实践。另外，“从感知到物联”和“物联网安全”两个单元涉及较多对基本原理和基本概念的阐述，可以以小型讲座等形式开展教学。

参考文献：

[1]卢秋红.《教学指南》搭建信息科技课程教学的桥梁——专访人民教育出版社信息科技编辑室主任林众[J].中小学信息技术教育，2024（11）：23-25.

[2]河北省教育厅.关于印发河北省初中学业水平信息科技考试方案的通知[EB/OL].http：//www.hee.gov.cn/col/1410097726928/2023/05/25/1685007169320.html.

[3][5][6]李锋，叶宜涛，李正福.基于标准的《义务教育信息科技教学指南》的内容分析与二次开发[J].中国现代教育装备，2024（20）：13-15+19.

[4]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.