物聯(lián)網(wǎng)編程和問(wèn)題鏈教學(xué)法在“智能澆花系統(tǒng)”教學(xué)中的應(yīng)用

〔摘" "要〕" 本文探討了在小學(xué)信息科技課程中應(yīng)用問(wèn)題鏈教學(xué)法和物聯(lián)網(wǎng)編程教育的實(shí)踐與思考。通過(guò)“智能澆花系統(tǒng)”設(shè)計(jì)案例，分析了物聯(lián)網(wǎng)編程在教育中的應(yīng)用，以及問(wèn)題鏈教學(xué)法在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力中的作用。文章還討論了跨學(xué)科整合在學(xué)科育人中的重要性，并對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行了評(píng)估與反思。

〔關(guān)鍵詞〕" 信息科技；“智能澆花系統(tǒng)”；物聯(lián)網(wǎng)編程教育；問(wèn)題鏈教學(xué)法；跨學(xué)科整合

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " "〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）" 05" " 037-039

在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，信息科技教育對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力至關(guān)重要。物聯(lián)網(wǎng)（Internet"of"Things，"IoT）技術(shù)作為連接物理世界與數(shù)字世界的重要橋梁，為教育領(lǐng)域帶來(lái)了新的機(jī)遇。

本文旨在探討如何通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)編程和問(wèn)題鏈教學(xué)法，提升小學(xué)信息科技課程的教學(xué)效果。通過(guò)“智能澆花系統(tǒng)”設(shè)計(jì)案例，本文將展示如何將理論與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

一、理論基礎(chǔ)與教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）過(guò)程與控制中物聯(lián)網(wǎng)編程教育的理論基礎(chǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以其獨(dú)特的方式將物理世界與數(shù)字世界緊密相連。通過(guò)整合傳感器、設(shè)備和軟件，物聯(lián)網(wǎng)不僅改變了我們的生活方式，也為教育領(lǐng)域帶來(lái)了新的機(jī)遇。在小學(xué)信息科技課程中，物聯(lián)網(wǎng)編程教育正逐漸成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的重要途徑。

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中不可或缺的一部分，負(fù)責(zé)收集和傳輸各種環(huán)境數(shù)據(jù)。通過(guò)學(xué)習(xí)傳感器的工作原理及其在不同場(chǎng)景中的應(yīng)用，學(xué)生能夠深入理解數(shù)據(jù)采集和處理的重要性。嵌入式系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的核心，通常由微控制器、存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備組成。學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)不僅能讓學(xué)生掌握硬件與軟件的結(jié)合，還能幫助他們理解設(shè)備的控制邏輯。

（二）問(wèn)題鏈教學(xué)法在信息科技教學(xué)中的應(yīng)用

問(wèn)題鏈教學(xué)法是一種創(chuàng)新的教學(xué)策略，它以問(wèn)題為核心，通過(guò)一系列有序且邏輯性強(qiáng)的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入的思考和探索。這種方法特別注重將問(wèn)題與學(xué)生的日常生活緊密聯(lián)系起來(lái)，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。

在問(wèn)題鏈教學(xué)法中，教師首先會(huì)提出一個(gè)引人入勝的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題通常是與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)或興趣相關(guān)的。然后，教師會(huì)逐步引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)一系列相關(guān)問(wèn)題，深入探討問(wèn)題的各個(gè)方面。這種邏輯性和連貫性的問(wèn)題設(shè)置，能夠幫助學(xué)生逐步深入思考，從而培養(yǎng)他們的批判性思維。

在信息科技教學(xué)中，問(wèn)題鏈教學(xué)法可以通過(guò)課程導(dǎo)入、知識(shí)探究、實(shí)踐操作和反思總結(jié)等階段，逐步引導(dǎo)學(xué)生深入理解信息科技的概念和技能。例如，在設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)時(shí)，教師可以提出與學(xué)生日常生活相關(guān)的問(wèn)題，如“如何設(shè)計(jì)一個(gè)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的智能家居系統(tǒng)”，然后通過(guò)一系列相關(guān)問(wèn)題，如“傳感器是如何檢測(cè)溫度變化的”“控制邏輯如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)”等，引導(dǎo)學(xué)生深入探究傳感器和控制邏輯的工作原理，并在實(shí)踐操作中發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，如“如何確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性？”“如何優(yōu)化用戶界面”等，最終通過(guò)反思總結(jié)，學(xué)生不僅能夠鞏固所學(xué)知識(shí)，還能培養(yǎng)批判性思維和解決問(wèn)題的能力。

（三）教學(xué)設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)小學(xué)信息科技課程時(shí)，"教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定必須具體而明確，為教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供清晰的指導(dǎo)。目標(biāo)應(yīng)明確指出學(xué)生在課程結(jié)束時(shí)應(yīng)達(dá)到的知識(shí)水平和技能掌握程度，例如從基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)操作到更高級(jí)的編程和數(shù)據(jù)分析技能。

教學(xué)內(nèi)容的選擇應(yīng)與教學(xué)目標(biāo)緊密相連，既要深入探討關(guān)鍵概念，也要廣泛覆蓋相關(guān)領(lǐng)域。教學(xué)內(nèi)容不僅應(yīng)包括計(jì)算機(jī)硬件和軟件的基礎(chǔ)知識(shí)，還應(yīng)涉及網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)字素養(yǎng)和信息倫理等現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域。

在教學(xué)方法上，教師應(yīng)采用多樣化的策略，結(jié)合講授、討論、實(shí)驗(yàn)、游戲等多種方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與度。例如，通過(guò)編程項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的實(shí)踐能力，或者通過(guò)模擬網(wǎng)絡(luò)安全事件來(lái)提高學(xué)生的防范意識(shí)。

教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)科學(xué)公正，能夠全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。評(píng)價(jià)方法應(yīng)多樣化，應(yīng)包括形成性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)。具體形式可以是項(xiàng)目作品展示、在線測(cè)試以及同伴之間的互評(píng)等。教學(xué)評(píng)價(jià)能夠幫助教師及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，促進(jìn)學(xué)生不斷進(jìn)步和提高。

二、“智能澆花系統(tǒng)”設(shè)計(jì)案例

（一）實(shí)驗(yàn)背景與需求分析

“智能澆花系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)案例提供了一個(gè)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，讓學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)編程和控制系統(tǒng)的原理。暑假期間學(xué)生離校，教室內(nèi)的植物需要定時(shí)澆水以保持生長(zhǎng)。傳統(tǒng)的澆水方式不僅效率低下，還可能因管理不善導(dǎo)致水資源浪費(fèi)。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)化的“智能澆花系統(tǒng)”就顯得尤為重要。

“智能澆花系統(tǒng)”應(yīng)能夠自動(dòng)檢測(cè)土壤濕度，并根據(jù)植物的生長(zhǎng)需求適時(shí)澆水。這不僅能夠保證植物的健康生長(zhǎng)，還能避免因人為疏忽造成的植物缺水或過(guò)水。

在設(shè)計(jì)“智能澆花系統(tǒng)”時(shí)，節(jié)能和節(jié)水是兩個(gè)重要的考慮因素。系統(tǒng)應(yīng)通過(guò)智能算法優(yōu)化水資源的使用，避免浪費(fèi)。例如，系統(tǒng)可以根據(jù)天氣預(yù)報(bào)和植物的生長(zhǎng)周期調(diào)整澆水的頻率和量。

考慮到主要用戶群體是學(xué)生，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)簡(jiǎn)潔明了，易于理解和操作。同時(shí)，系統(tǒng)的維護(hù)也應(yīng)盡量簡(jiǎn)化，讓學(xué)生能夠輕松地進(jìn)行日常維護(hù)和故障排查。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具有一定的擴(kuò)展性，能夠根據(jù)不同植物的生長(zhǎng)特性和環(huán)境條件進(jìn)行定制。例如，系統(tǒng)可以根據(jù)不同植物對(duì)水分和光照的需求，調(diào)整澆水和光照策略。

（二）問(wèn)題鏈的構(gòu)建與實(shí)施

問(wèn)題鏈教學(xué)法在本案例中的應(yīng)用，是通過(guò)一系列問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考和探索“智能澆花系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。問(wèn)題鏈的構(gòu)建如下。

問(wèn)題一：為什么需要設(shè)計(jì)“智能澆花系統(tǒng)”？

引導(dǎo)學(xué)生思考“智能澆花系統(tǒng)”的必要性，討論其在日常生活中的應(yīng)用，如假期期間無(wú)人照料的植物，或是干旱地區(qū)的植物養(yǎng)護(hù)。讓學(xué)生理解智能系統(tǒng)在節(jié)約水資源、提高植物生長(zhǎng)效率等方面的作用。

問(wèn)題二：“智能澆花系統(tǒng)”需要哪些組件？

討論系統(tǒng)的基本組成部分，包括傳感器、控制器、執(zhí)行器（如水泵）、電源和通信模塊。讓學(xué)生通過(guò)研究和討論，了解各組件的功能和它們?cè)谙到y(tǒng)中的作用。

問(wèn)題三：如何使用傳感器檢測(cè)土壤濕度？

深入探討土壤濕度傳感器的工作原理，如電容式或電阻式傳感器。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何選擇合適的傳感器，并討論傳感器的安裝和校準(zhǔn)方法。

問(wèn)題四：如何將傳感器數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)？

討論傳感器數(shù)據(jù)的采集和傳輸方式，如無(wú)線通信（WiFi、藍(lán)牙）或有線連接。引導(dǎo)學(xué)生理解數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕驹砗涂赡苡龅降募夹g(shù)挑戰(zhàn)。

問(wèn)題五：控制系統(tǒng)如何根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)做出決策？

討論控制系統(tǒng)的決策邏輯，如基于閾值的控制或更復(fù)雜的算法。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何編寫控制算法，并討論不同算法的優(yōu)缺點(diǎn)。

問(wèn)題六：如何編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水功能？

引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境，編寫控制邏輯和用戶界面。討論編程過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題，如錯(cuò)誤處理和調(diào)試技巧。

問(wèn)題七：如何測(cè)試和優(yōu)化“智能澆花系統(tǒng)”？

討論系統(tǒng)測(cè)試的重要性，包括功能測(cè)試、性能測(cè)試和穩(wěn)定性測(cè)試。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)測(cè)試用例、收集測(cè)試數(shù)據(jù)，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果優(yōu)化系統(tǒng)。

通過(guò)這些問(wèn)題，學(xué)生將逐步了解“智能澆花系統(tǒng)”的工作原理，學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)編程，并培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力。

（三）跨學(xué)科整合下的學(xué)科育人內(nèi)容

“智能澆花系統(tǒng)”設(shè)計(jì)案例是一個(gè)典型的跨學(xué)科項(xiàng)目，涉及科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。通過(guò)這一案例，教師有機(jī)會(huì)引導(dǎo)學(xué)生深入理解植物生長(zhǎng)所需的水分和土壤濕度，同時(shí)掌握傳感器和控制系統(tǒng)的基本原理。在設(shè)計(jì)和優(yōu)化“智能澆花系統(tǒng)”的過(guò)程中，學(xué)生不僅可以學(xué)習(xí)理論知識(shí)，還能通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)優(yōu)化。

通過(guò)“智能澆花系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)，學(xué)生能夠接觸到植物學(xué)、環(huán)境科學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)，培養(yǎng)科學(xué)探究和實(shí)證分析的能力。物聯(lián)網(wǎng)編程和硬件操作的學(xué)習(xí)，不僅提升了學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力，也激發(fā)了他們的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維。

（四）教學(xué)過(guò)程的實(shí)施

本案例中使用的實(shí)驗(yàn)器材包括Arduino主板及擴(kuò)展板、土壤濕度傳感器、水泵等，選擇的編程平臺(tái)是Mind+，支持圖形化編程，提供豐富的庫(kù)并且易于集成，適合小學(xué)生學(xué)習(xí)和使用。

在教學(xué)實(shí)施的過(guò)程中，筆者采用了循序漸進(jìn)的方法。首先通過(guò)討論植物養(yǎng)護(hù)的基本需求，筆者引入“智能澆花系統(tǒng)”的概念，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲。接著，學(xué)生分組進(jìn)行問(wèn)題鏈討論，共同探索解決方案。在硬件組裝環(huán)節(jié)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下動(dòng)手操作，直觀理解硬件工作原理。隨后，學(xué)生利用Mind+平臺(tái)進(jìn)行編程實(shí)踐，通過(guò)圖形化編程掌握程序邏輯和流程。在功能測(cè)試與優(yōu)化環(huán)節(jié)中，學(xué)生測(cè)試系統(tǒng)功能并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。

三、教學(xué)效果分析與反思

（一）學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)估

在“智能澆花系統(tǒng)”設(shè)計(jì)案例的教學(xué)過(guò)程中，筆者通過(guò)多種方式對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了評(píng)估。

通過(guò)測(cè)試和作業(yè)，筆者評(píng)估了學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)編程和控制系統(tǒng)原理的理解。評(píng)估結(jié)果顯示，大多數(shù)學(xué)生能夠準(zhǔn)確理解并應(yīng)用這些原理，但也有部分學(xué)生在理論知識(shí)與實(shí)際操作之間存在一定的脫節(jié)，需要進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)。

通過(guò)觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的操作，筆者評(píng)估了他們應(yīng)用編程和硬件技能的能力。學(xué)生在組裝硬件和編寫程序的過(guò)程中，展現(xiàn)出了較高的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維。

（二）教學(xué)反思與改進(jìn)建議

通過(guò)觀察學(xué)生在課堂上的反應(yīng)和作業(yè)完成情況，筆者發(fā)現(xiàn)一些內(nèi)容可能過(guò)于復(fù)雜或抽象，導(dǎo)致部分學(xué)生難以理解和掌握。在后續(xù)教學(xué)中，可以適當(dāng)調(diào)整難度或深度，確保教學(xué)內(nèi)容既具有挑戰(zhàn)性，又不至于讓學(xué)生感到沮喪。

通過(guò)分析學(xué)生在問(wèn)題鏈討論和跨學(xué)科項(xiàng)目中的表現(xiàn)，筆者發(fā)現(xiàn)這些教學(xué)方法能夠有效激發(fā)學(xué)生的探究興趣和創(chuàng)新思維，然而也存在一些不足之處，如互動(dòng)環(huán)節(jié)不夠充分、實(shí)踐機(jī)會(huì)有限。在后續(xù)教學(xué)中，可以引入更多的互動(dòng)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，如增加小組討論、角色扮演、現(xiàn)場(chǎng)演示等，提高學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)效果。

通過(guò)“智能澆花系統(tǒng)”設(shè)計(jì)案例的教學(xué)實(shí)踐，筆者發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)編程教育和問(wèn)題鏈教學(xué)法能夠有效提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力?？鐚W(xué)科整合的教學(xué)方法不僅豐富了學(xué)生的知識(shí)體系，也促進(jìn)了他們綜合素質(zhì)的提升。然而，教學(xué)過(guò)程中也存在一些挑戰(zhàn)，如理論與實(shí)踐的脫節(jié)、學(xué)生參與不均衡等。未來(lái)，筆者將繼續(xù)優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的探究興趣和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)他們成為適應(yīng)未來(lái)社會(huì)的高素質(zhì)人才。

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