基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的小學(xué)物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)教學(xué)研究

摘 要：當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)在社會(huì)各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，對(duì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。結(jié)合具體課例，分析基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的小學(xué)物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的教學(xué)過(guò)程，針對(duì)項(xiàng)目式教學(xué)法各流程的具體實(shí)施過(guò)程及產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)；教學(xué)研究

作者簡(jiǎn)介：沈茹（1983—），女，江蘇省常州市荊川小學(xué)。

一、前言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種新興技術(shù)，這種技術(shù)將各種設(shè)備、物品通過(guò)傳感設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換與通信，從而實(shí)現(xiàn)智能化的識(shí)別。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、交通、醫(yī)療、家居等眾多領(lǐng)域，極大地改變了人們的生活和工作方式，提高了生活與工作的效率和便利性，助推各個(gè)領(lǐng)域的智能化發(fā)展，是繼互聯(lián)網(wǎng)之后的又一次技術(shù)革新。為了更好地順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，在教育教學(xué)中融入與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的內(nèi)容，成為當(dāng)下教育領(lǐng)域的重要課題。因此，小學(xué)信息科技教師需要找到一種合適的方式，讓小學(xué)生也能緊跟時(shí)代步伐，理解物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的訊息，提升信息素養(yǎng)。

二、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)概述

（一）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的概念與特征

1.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的概念

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning）是以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)的新型學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，關(guān)注學(xué)科的核心概念和原理，重視問(wèn)題的解決，讓學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)并通過(guò)制作作品完成知識(shí)意義的建構(gòu)。

2.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的特征

（1）實(shí)用性。教師在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中設(shè)計(jì)的問(wèn)題與任務(wù)目標(biāo)都要基于現(xiàn)實(shí)，讓學(xué)生真切地感受到完成這個(gè)項(xiàng)目的實(shí)用性。

（2）明確性。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生非常清晰地知曉學(xué)習(xí)任務(wù)的具體目標(biāo)，從而有針對(duì)性地投入學(xué)習(xí)。

（3）協(xié)同性。小學(xué)階段的學(xué)生還缺乏足夠的專注能力，但他們對(duì)有興趣的事物會(huì)迸發(fā)出強(qiáng)大的探究欲。教師在設(shè)計(jì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中的任務(wù)時(shí)，要兼顧學(xué)生的特點(diǎn)。

（二）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的基本流程

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，更注重小組協(xié)作，要求學(xué)生在真實(shí)情境中學(xué)習(xí)和探究。在小學(xué)信息科技課物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)教學(xué)中開(kāi)展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的基本流程是：確定項(xiàng)目主題、規(guī)劃項(xiàng)目流程、開(kāi)展項(xiàng)目探究、執(zhí)行項(xiàng)目任務(wù)、作品交流評(píng)價(jià)、課后反思提升等。這樣的流程可以幫助學(xué)生在實(shí)踐中深入發(fā)掘自身多方面的能力，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生信息素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

三、基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)的研究過(guò)程

（一）物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的概況

1.物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的介紹

物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種傳感設(shè)備，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、電子傳感器、衛(wèi)星定位等高科技，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程的各種信息，并與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中至關(guān)重要的組成部分，它有著精度高、實(shí)效性強(qiáng)和多樣化的特征。

2.小學(xué)信息科技課程中融入物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)內(nèi)容的時(shí)代需求

在小學(xué)信息科技課程中融入物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)內(nèi)容，讓學(xué)生熟悉、認(rèn)知以及應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前小學(xué)信息科技教學(xué)的主要內(nèi)容之一［1］。這能讓學(xué)生在課堂上體驗(yàn)人與機(jī)器、人與社會(huì)之間的交互，了解更多前沿的信息技術(shù)知識(shí)，豐富學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的探究和創(chuàng)新實(shí)踐能力，提升學(xué)生對(duì)信息科技重要性的認(rèn)知［2］，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)信息科技這門學(xué)科的積極性，促進(jìn)信息科技學(xué)科教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（二）基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的小學(xué)物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)教學(xué)實(shí)踐

依據(jù)項(xiàng)目化教學(xué)的理念，以“搖桿傳感器的使用——小貓抓魚(yú)”一課為例。本課是面向五年級(jí)學(xué)生設(shè)計(jì)的圖形化編程課程，結(jié)合小學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)游戲的過(guò)程中，掌握搖桿傳感器的使用。前期學(xué)生已經(jīng)掌握了圖形化編程語(yǔ)言中動(dòng)作、事件、外觀、控制等模塊中的命令功能，為本課的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

筆者在本課程中通過(guò)“創(chuàng)設(shè)情境→規(guī)劃流程→項(xiàng)目探究→項(xiàng)目執(zhí)行→匯報(bào)交流→反思提升”六個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施，使用圖形化編程平臺(tái)與Arduino開(kāi)源硬件相結(jié)合的形式進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)。

1.創(chuàng)設(shè)生活情境，確定項(xiàng)目主題

創(chuàng)設(shè)生活化的情境，能使原本抽象的內(nèi)容變得真實(shí)，更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，為整個(gè)項(xiàng)目的順利進(jìn)行打下良好的基礎(chǔ)。

筆者先以“小貓抓魚(yú)”為項(xiàng)目情境，讓小貓去抓水里游來(lái)游去的小魚(yú)，然后拿出搖桿，讓學(xué)生觀察體驗(yàn)，動(dòng)手搖一搖、晃一晃?！八幸粋€(gè)大大的‘腦袋’，我們可以操縱它來(lái)實(shí)現(xiàn)一些目標(biāo)，上下左右，你想讓它去哪兒，它就去哪兒?！边@個(gè)項(xiàng)目情境，非常符合小學(xué)生天真愛(ài)玩的個(gè)性。

2.結(jié)合畫(huà)流程圖，規(guī)劃項(xiàng)目流程

在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，筆者先讓學(xué)生體驗(yàn)“小貓抓魚(yú)”游戲，再讓學(xué)生用自然語(yǔ)言描述小貓抓魚(yú)的流程：小魚(yú)在水里自由自在地游（位置隨機(jī)），小貓會(huì)隨著搖桿移動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)，如果觸碰到小魚(yú)則小魚(yú)消失（被吃掉），否則小貓繼續(xù)隨著搖桿移動(dòng)。由于五年級(jí)的學(xué)生還不能熟練繪制流程圖，教師先給出大致流程，再結(jié)合學(xué)生的語(yǔ)言表述，帶領(lǐng)學(xué)生一起完善流程圖，如圖1所示。

這個(gè)環(huán)節(jié)既鍛煉了學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力，又幫助學(xué)生理清了項(xiàng)目的具體流程，讓學(xué)生對(duì)接下來(lái)項(xiàng)目如何執(zhí)行有了全局的了解，在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力。

3.小組合作學(xué)習(xí)，開(kāi)展項(xiàng)目探究

筆者根據(jù)學(xué)生個(gè)性特征和學(xué)習(xí)能力的差異，提前進(jìn)行科學(xué)均衡的分組。學(xué)生在課堂上以小組為單位展開(kāi)項(xiàng)目探究，充分發(fā)揮個(gè)人的特長(zhǎng)。

在這一環(huán)節(jié)，筆者引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)小組研討的方式展開(kāi)研習(xí)，結(jié)合上一環(huán)節(jié)完善的流程圖，請(qǐng)小組分析“小貓抓魚(yú)”的基本需求，提出該游戲項(xiàng)目需要解決的問(wèn)題，如開(kāi)源硬件的認(rèn)識(shí)、數(shù)據(jù)線的連接、硬件的測(cè)試、角色的創(chuàng)建、程序的編寫(xiě)（具體到需要用哪些模塊控件）與調(diào)試等。通過(guò)教師的整理與總結(jié)，本項(xiàng)目需要解決的主要問(wèn)題有：①搖桿如何與電腦連接；②如何通過(guò)搖桿控制小貓的方向；③設(shè)置小貓“抓”魚(yú)的觸發(fā)條件；④小魚(yú)被吃后消失，如何隨機(jī)出現(xiàn)在另一個(gè)位置等。通過(guò)整理總結(jié)，學(xué)生明確接下來(lái)項(xiàng)目執(zhí)行時(shí)需要重點(diǎn)研究和探索的地方。

4.同伴互助協(xié)同，執(zhí)行項(xiàng)目任務(wù)

（1）硬件連接、探究方向

小組成員先根據(jù)教師提供的安裝教程微視頻，嘗試將開(kāi)源硬件與計(jì)算機(jī)連接，并選擇正確的端口。再通過(guò)新建變量X、Y，進(jìn)行程序調(diào)試，確定兩個(gè)模擬輸入口和分別對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)軸，以此來(lái)確定角色的坐標(biāo)定位。

（2）編寫(xiě)腳本，調(diào)試腳本

小組成員先組內(nèi)討論，根據(jù)先前測(cè)試中獲取的數(shù)據(jù)，結(jié)合“如果……那么……”的關(guān)聯(lián)詞語(yǔ)，運(yùn)用自然語(yǔ)言分別表達(dá)出搖桿控制小貓上下左右運(yùn)動(dòng)的方式。再將自然語(yǔ)言轉(zhuǎn)化成程序語(yǔ)言，并編寫(xiě)腳本。在這一環(huán)節(jié)，學(xué)生用數(shù)量關(guān)系引導(dǎo)出條件判斷語(yǔ)句，將自然語(yǔ)言轉(zhuǎn)化成程序語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)了思維的躍遷。

程序編寫(xiě)出來(lái)后，學(xué)生針對(duì)搖桿控制角色的不穩(wěn)定性進(jìn)行討論思考，再次觀察分析搖桿模擬值的特點(diǎn)，糾錯(cuò)并調(diào)試程序；針對(duì)游戲中的部分缺陷，全班討論，集思廣益解決問(wèn)題。這個(gè)過(guò)程讓學(xué)生在嘗試中發(fā)現(xiàn)不足，分析原因，思考問(wèn)題解決的方法，在反復(fù)調(diào)試中鍛煉編程能力。教師全程引導(dǎo)和點(diǎn)撥。

（3）拓展創(chuàng)新

在實(shí)現(xiàn)了“小貓抓魚(yú)”后，怎樣將游戲變得更有可玩性、更有個(gè)性？小組成員充分討論，判斷可行性，并編程實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)思維發(fā)展以及創(chuàng)新能力發(fā)展。

最后，教師介紹搖桿傳感器的工作原理，讓學(xué)生結(jié)合自己的所見(jiàn)所聞，說(shuō)一說(shuō)搖桿傳感器在生活中還有哪些應(yīng)用，教師進(jìn)行判斷并補(bǔ)充說(shuō)明。這樣可聯(lián)系實(shí)際，拓寬學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

5.分享心路歷程，作品交流評(píng)價(jià)

學(xué)生完成作品后，教師要檢驗(yàn)他們的成果，評(píng)價(jià)是否實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)目標(biāo)——小貓能跟著搖桿正確移動(dòng)，順利吃到魚(yú)。如果達(dá)不到預(yù)期效果，大家可以一起尋找失敗的原因，也為其他同學(xué)提供經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。所以，在這一環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生大膽展示自己的作品，分享自己創(chuàng)作的心得，表達(dá)自己的想法，培養(yǎng)學(xué)生溝通交流能力的同時(shí)，也讓學(xué)生學(xué)會(huì)傾聽(tīng)、學(xué)習(xí)他人的經(jīng)驗(yàn)。

最后，進(jìn)行項(xiàng)目評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為A、B、C三個(gè)層級(jí)，最終評(píng)價(jià)由小組的項(xiàng)目成果性評(píng)價(jià)和個(gè)人項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程性評(píng)價(jià)組成，體現(xiàn)了項(xiàng)目的合作性和對(duì)學(xué)生個(gè)人學(xué)習(xí)能力的評(píng)價(jià)［3］，具體實(shí)施如表1所示，這能為下一環(huán)節(jié)教師的項(xiàng)目實(shí)施情況及課后反思提供理論依據(jù)。

6.項(xiàng)目實(shí)施評(píng)價(jià)，不斷反思提升

項(xiàng)目實(shí)施的積極意義：

bLHmVFQavgLhH24kfuTPng==（1）課堂中構(gòu)建了真實(shí)的情境項(xiàng)目，使學(xué)生快速融入課堂，讓學(xué)生在真實(shí)的情境中思考、交流、探索和實(shí)踐，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力。整個(gè)探索過(guò)程是有目的性地完成一個(gè)項(xiàng)目作品，而非單純地進(jìn)行軟件實(shí)操學(xué)習(xí)。

（2）在學(xué)生進(jìn)行開(kāi)源硬件連接和程序創(chuàng)作之前，教師沒(méi)有直接告訴學(xué)生應(yīng)該做什么，而是有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生思考。先通過(guò)自然語(yǔ)言描述項(xiàng)目流程，繪制項(xiàng)目流程圖，確定整個(gè)項(xiàng)目的執(zhí)行過(guò)程，再通過(guò)交流探討總結(jié)出需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題，圍繞這些核心問(wèn)題再展開(kāi)實(shí)踐。整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程能培養(yǎng)學(xué)生利用程序思想解決問(wèn)題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

（3）學(xué)生圍繞“小貓抓魚(yú)”這一項(xiàng)目主題開(kāi)展探究與實(shí)踐，經(jīng)歷了深入思考、分析流程、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程，獨(dú)立完成是有困難的。整個(gè)過(guò)程需要小組一起參與，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，不斷地交流、試錯(cuò)，直至實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)，從而鍛煉學(xué)生的表達(dá)、交流、協(xié)作能力，有利于學(xué)生形成團(tuán)隊(duì)意識(shí)，增強(qiáng)集體榮譽(yù)感。

（4）學(xué)生通過(guò)本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，親身體驗(yàn)設(shè)計(jì)、搭建和編程的過(guò)程，能充分感受搖桿傳感器對(duì)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的重要作用，再結(jié)合教師對(duì)生活中搖桿傳感器應(yīng)用的介紹，進(jìn)一步感知搖桿傳感器的價(jià)值。這有助于學(xué)生適應(yīng)科技的快速發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新興技術(shù)的敏感度和興趣。

項(xiàng)目還可以提升改進(jìn)的地方：

（1）本課的重點(diǎn)是讓學(xué)生了解搖桿的工作原理，并學(xué)會(huì)使用搖桿。對(duì)于搖桿在游戲中到底有什么作用，教師不能限制學(xué)生的思維。教師可以準(zhǔn)備多款程序供學(xué)生自主選擇，區(qū)分不同控制方法的優(yōu)劣。學(xué)生在學(xué)會(huì)用搖桿控制角色運(yùn)動(dòng)的方法之后，可以有選擇性地運(yùn)用在自己的程序中，改進(jìn)程序，自主創(chuàng)新。

（2）現(xiàn)在是單人控制搖桿的游戲，如何將其變成雙人游戲？學(xué)生可以通過(guò)搖桿和鍵盤(pán)控制不同的角色，兩個(gè)人一起操作小貓和小魚(yú)的行動(dòng)路線，看看小貓和小魚(yú)誰(shuí)更厲害。鍵盤(pán)操作是之前學(xué)過(guò)的知識(shí)，學(xué)生可以通過(guò)思考和嘗試，實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)用已學(xué)知識(shí)。

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