基—于以物“搭聯(lián)建網(wǎng)智項能澆目花的小深型物度聯(lián)學(xué)系習(xí)統(tǒng)”探為索例

修建 山東省昌樂二中

張晨晨 山東省東阿縣南湖行知學(xué)校

●項目背景及目標(biāo)

為了響應(yīng)《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，更好地通過深度學(xué)習(xí)提升學(xué)生核心素養(yǎng)，針對“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊，筆者所在學(xué)校共同開發(fā)了“搭建智能澆花小型物聯(lián)系統(tǒng)”項目。該項目圍繞“如何實現(xiàn)智能澆花”問題，利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、終端與IOT物聯(lián)云平臺，設(shè)計并實現(xiàn)了智能澆花小型物聯(lián)系統(tǒng)，目的是讓學(xué)生探究物聯(lián)系統(tǒng)搭建的一般過程及實現(xiàn)原理，并能對物聯(lián)網(wǎng)形成整體認(rèn)知，初步理解萬物互聯(lián)給人類帶來的影響、機遇和挑戰(zhàn)。

●項目設(shè)計流程（如圖1）

圖1

●項目計劃及實施

1.項目計劃

學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組（每組4～6名學(xué)生），每個小組推薦一名組長，組長負(fù)責(zé)組員的協(xié)調(diào)、管理等，并根據(jù)項目計劃表（如下頁表1），層層推進(jìn)本組項目的實施。

表1

設(shè)計意圖：項目計劃表意在幫助學(xué)生整體感知整個項目的學(xué)習(xí)過程，明確學(xué)科思維解決問題的路徑。同時，讓學(xué)生明確，完整的學(xué)習(xí)過程要經(jīng)過若干個學(xué)習(xí)階段才能完成預(yù)定的學(xué)習(xí)任務(wù)，實現(xiàn)預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.項目實施

（1）問題設(shè)計與探究方法

各小組針對智能澆花、實時監(jiān)測、遠(yuǎn)程操控等功能，從問題分析入手進(jìn)行學(xué)習(xí)探究，即通過問題設(shè)計（如下頁圖2）與探究來充分體現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的效能。

圖2

設(shè)計意圖：將任務(wù)分解成一個個問題，引導(dǎo)學(xué)生思考、發(fā)現(xiàn)問題（已知、新知），并提出解決辦法，讓學(xué)生親歷問題解決的深度學(xué)習(xí)過程。

（2）探究新知，搭建環(huán)境及硬件

①探究新知，明確硬件、軟件的組成及功能，如表2所示。

表2

②搭建環(huán)境及硬件。小組合作，選擇一盆鮮花；結(jié)合影響鮮花生長的環(huán)境因素，選擇合適的傳感器；將物聯(lián)網(wǎng)的控制器、傳感器與網(wǎng)絡(luò)模塊連接到一起，使系統(tǒng)能正常進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞，并能通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。在這個過程中，學(xué)生應(yīng)明確各傳感器、模塊與集成控制器的連接方式（如表3）。

表3

設(shè)計意圖：結(jié)合學(xué)生學(xué)情對新知進(jìn)行分析，通過探究新知，幫助學(xué)生理清各個部分的功能、接口位置，為硬件搭建、連接做理論支撐，也為抽象建模做鋪墊。

（3）抽象建模，設(shè)計算法

①抽象建模。智能澆花小型物聯(lián)系統(tǒng)由控制器、網(wǎng)絡(luò)模塊、傳感器、執(zhí)行器等硬件組成，依靠無線網(wǎng)絡(luò)、IOT物聯(lián)云平臺、手機APP等基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)智能控制。由于系統(tǒng)由若干個功能模塊、傳感器等協(xié)同運作，需要提前搭建智能澆花系統(tǒng)的抽象模型（如圖3），模擬系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞過程（如圖4）。

圖3

圖4

設(shè)計意圖：抽象建模的能力對解決問題至關(guān)重要，讓學(xué)生在解決問題時嘗試進(jìn)行抽象思考，抓住問題的重點部分，將復(fù)雜問題進(jìn)行簡化，并利用抽象出的內(nèi)容構(gòu)建問題解決的模型，可提升學(xué)生的抽象建模能力。

②設(shè)計算法—繪制流程圖，如圖5所示。

圖5

設(shè)計意圖：使用流程圖對算法進(jìn)行描述，意在使學(xué)生不斷經(jīng)歷用計算思維解決問題的過程，從而內(nèi)化學(xué)科解決問題的思維方式、路徑。

（4）編寫程序，調(diào)試運行

教師提醒：當(dāng)氣溫很高時，植物的吸水和蒸騰作用十分強烈，此時澆水會影響植物生長，所以應(yīng)使用嵌套判斷與循環(huán)控制澆花條件。在系統(tǒng)完成初步搭建后，運行程序，通過改變植物生長環(huán)境，測試系統(tǒng)功能是否符合預(yù)設(shè)。

設(shè)計意圖：基于算法流程圖的設(shè)計，在編寫程序、調(diào)試、功能測試的過程中，提升學(xué)生編程解決實際問題的能力，發(fā)展計算思維。

●項目成果展示

每個小組根據(jù)項目要求及實現(xiàn)的功能，進(jìn)行成果展示，并嘗試從花草的光照、時間、濕度（喜濕性、普通型、耐旱型）等方面對項目進(jìn)行優(yōu)化。

設(shè)計意圖：①為項目評價做鋪墊；②在思維碰撞中借鑒優(yōu)點，明確改進(jìn)方向；③交流在學(xué)習(xí)過程中遇到的關(guān)鍵問題及解決辦法。

●項目評價

針對物聯(lián)系統(tǒng)功能實現(xiàn)、作品外觀、小組合作進(jìn)行評價，并進(jìn)行反思總結(jié)，具體的項目評價量規(guī)如下頁表4所示。

表4

設(shè)計意圖：①在評價中學(xué)習(xí)、反思不足，并對整個項目學(xué)習(xí)的過程進(jìn)行重構(gòu)梳理；②總結(jié)本項目的學(xué)習(xí)對以后學(xué)習(xí)生活的意義。