摘要:基于項目式學習進行大單元教學設計,可以加強知識間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),促進知識結(jié)構(gòu)化,精簡內(nèi)容,緩解學生學業(yè)壓力和課時緊張的問題。本文以“物聯(lián)門鎖系統(tǒng)”為例,根據(jù)《義務教育信息科技課程教學指南和配套課件使用說明》,詳細闡述了如何圍繞“項目”和“知識”兩條主線,對八年級教學指南進行二次開發(fā),以期推動《義務教育信息科技教學指南》的實踐應用。
關(guān)鍵詞:八年級;物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索;教學指南;二次開發(fā)
中圖分類號:G434" 文獻標識碼:A" 論文編號:1674-2117(2025)06-0042-04
2024年8月,國家中小學智慧教育平臺發(fā)布了《義務教育信息科技教學指南》(以下簡稱“教學指南”)及配套課件,供全國義務教育階段3~8年級師生免費使用。作為信息科技課程實施的基準性參考依據(jù),教學指南按照每周1課時的容量進行設計,每冊教學指南分為30課,內(nèi)容較為豐富。[1]同時,根據(jù)《義務教育信息科技課程標準(2022年版)》(以下簡稱“新課標”)編寫的冀教版義務教育教科書《信息科技(三年級)》和《信息科技(七年級)》已于2024年8月出版發(fā)行,其他年級的教材尚未出版發(fā)行。2023年5月,河北省教育廳印發(fā)了《河北省初中學業(yè)水平信息科技考試方案》,明確了信息科技考試一般安排在八年級下學期進行,滿分分值為10分,計入初中學業(yè)水平考試總分。[2]可見,信息科技課程的課時緊張,學生的學業(yè)壓力也隨之增加。在這樣的背景下,如何創(chuàng)造性地使用教學指南,是河北省信息科技教師不可回避的一個重要問題?!读x務教育信息科技課程教學指南和配套課件使用說明》(以下簡稱“使用說明”)指出,教師可根據(jù)教學指南,結(jié)合本地實際情況對教學整體構(gòu)思,進行二次開發(fā),細化教學設計,設置評價方案,確定具體實施細節(jié),以確保實際教學的科學性和系統(tǒng)性。因此,對八年級教學指南進行二次開發(fā)具有必要性。
義務教育教科書《信息科技(七年級)》(冀教版)主要由驅(qū)動問題、項目實施、閱讀材料和技術(shù)支持等板塊構(gòu)成。在對《義務教育信息科技課程教學指南 物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索 八年級全一冊》(以下簡稱“八年級教學指南”)進行二次開發(fā)的過程中,所編排的教學內(nèi)容和學習活動應與上述體例保持一致。通過采用項目式學習或任務驅(qū)動式教學法,進行大單元教學設計,可以加強知識間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),促進知識結(jié)構(gòu)化,精簡內(nèi)容,緩解學生學業(yè)壓力和課時緊張的問題。下面,筆者圍繞“項目”和“知識”兩條主線,詳細闡述對八年級教學指南進行二次開發(fā)的策略。需要注意的是,強調(diào)“項目”和“知識”兩條主線,并不意味著將它們割裂開來,而是要在教學實踐中實現(xiàn)二者的有機融合。
圍繞“項目線”進行二次開發(fā)
圍繞“項目線”對八年級教學指南進行二次開發(fā),主要依據(jù)各單元的學習活動以及“拓展與提升”欄目進行。但是,教學指南給出的學習活動和內(nèi)容設計主要采用活動框架方式,并沒有提供具體的活動過程。[3]根據(jù)使用說明,教師可以對學習活動進行取舍、替換,或調(diào)整教學順序、實踐及實驗活動的形式。
1.對學習活動進行取舍、替換
為了使學生了解HTTP通信的基本過程,認識傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議在物聯(lián)系統(tǒng)中的局限性,進一步熟悉從互聯(lián)網(wǎng)中獲取數(shù)據(jù)的方法,八年級教學指南中設置的一些教學內(nèi)容和學習活動特別注意了與“互聯(lián)網(wǎng)應用與創(chuàng)新”模塊的銜接。為了使學生認識人臉識別技術(shù),了解機器識別人臉的基本過程,體會人工智能帶來的智能生活,了解物聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,以及提升數(shù)據(jù)采集安全的方法,一些教學內(nèi)容和學習活動涉及了“人工智能與智慧社會”模塊的內(nèi)容要求。此外,一些與“Python語言”相關(guān)的教學內(nèi)容和學習活動加強了與高中學段的銜接。教師可以對上述課程內(nèi)容進行刪減和替換,使課堂時間集中于“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊的教學。同時,利用圖形化編程實現(xiàn)簡易物聯(lián)系統(tǒng)的功能,降低項目難度并縮短項目周期。刪減的內(nèi)容可以設計成項目拓展的形式,供感興趣、學有余力的學生課后完成,實現(xiàn)分層教學。
2.調(diào)整教學順序、實踐及實驗活動的形式
八年級教學指南設計了以“物聯(lián)門鎖系統(tǒng)”和“物聯(lián)花盆系統(tǒng)”等為主題的單元。在第五單元“物聯(lián)網(wǎng)應用探索”中,進一步設計了以“博物館環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)”“身高記錄儀系統(tǒng)”“病患輸液監(jiān)測系統(tǒng)”“奶牛產(chǎn)奶監(jiān)測系統(tǒng)”以及“探究熱水降溫規(guī)律系統(tǒng)”為主題的項目。教師可以根據(jù)實際情況對上述主題進行選擇,并調(diào)整教學順序、實踐及實驗活動的形式,增強項目實施的連貫性,幫助學生建構(gòu)知識體系,培養(yǎng)和提升解決真實問題的能力。
3.案例:物聯(lián)門鎖系統(tǒng)
(1)學習目標
案例“物聯(lián)門鎖系統(tǒng)”突破了八年級教學指南原有單元的框架,對第7、10、12、13、14、18、26、30課進行了二次開發(fā)。因此,學習目標是根據(jù)上述課時,圍繞關(guān)鍵概念“物聯(lián)網(wǎng)的感知——識別”“物聯(lián)網(wǎng)的通信——MQTT”和“物聯(lián)網(wǎng)安全”設定的,涉及信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任等信息科技學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。具體內(nèi)容包括:了解射頻識別技術(shù)的基本原理及其常見應用,體會電子標簽編碼的唯一性;能夠利用射頻技術(shù)開展實踐活動,了解物與物之間近距離通信的過程;了解MQTT的通信機制,認識發(fā)布者、訂閱者和中介之間的關(guān)系;能夠利用物聯(lián)網(wǎng)服務平臺實現(xiàn)發(fā)布和訂閱功能;了解使用物聯(lián)網(wǎng)服務平臺存儲和傳輸數(shù)據(jù)的方法,會在物聯(lián)網(wǎng)服務平臺中下載數(shù)據(jù);了解物聯(lián)網(wǎng)中的虛擬身份,結(jié)合虛擬身份在物聯(lián)門鎖系統(tǒng)中的具體應用,感受虛擬身份在物聯(lián)網(wǎng)傳輸和安全等方面的重要作用;了解身份認證技術(shù),認識物聯(lián)系統(tǒng)安全的重要性。
(2)驅(qū)動問題
利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),如何設計并搭建一個具有刷卡開鎖、遠程通知、遠程控制等功能的物聯(lián)門鎖系統(tǒng),并確保其安全性?
(3)項目實施
項目實施過程包含若干個學習活動,如上頁表1所示。建議選擇一鍵部署的SIoT和mPython集成開發(fā)環(huán)境,以及開源硬件掌控板(含板載按鍵、蜂鳴器、OLED顯示屏)、掌控拓展板,并配備電子標簽、RFID模塊、舵機等周邊模塊。小組最好進行異質(zhì)分組,最佳人數(shù)為4人。
(4)展示活動
各小組推選一名學生代表,向教師及其他小組成員介紹物聯(lián)門鎖系統(tǒng)設計與搭建的過程,主要介紹項目實施過程中遇到的各種問題和困難、相應的解決方案、心得體會,以及分工合作的情況等,并基于原型演示系統(tǒng)運行的效果,同時,填寫如表2所示的評價量規(guī)。在展示活動結(jié)束后,各小組結(jié)合教師及其他小組成員給出的評語和建議,進一步優(yōu)化物聯(lián)門鎖系統(tǒng)。
(5)評價方案
根據(jù)新課標的課程理念,教師應強化素養(yǎng)導向的多元評價,堅持過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合,堅持自評和他評相結(jié)合。[4]教學指南在每個單元中都設計和開發(fā)了支持學生自評和教師評價的量表工具,教師可以依據(jù)學習目標對其進行二次開發(fā),形成調(diào)查問卷,并通過問卷星等平臺收集學生的自評數(shù)據(jù)。此外,還可以結(jié)合學習活動設計,編制學習過程記錄表,收集學生學習過程中的成果性證據(jù)。[5]評價方案如上頁表3所示。
(6)單元總結(jié)
教學指南中的單元內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖把零碎的概念知識聯(lián)結(jié)在一起,以綜合貫通和不斷分化的方式幫助學生實現(xiàn)知識的聯(lián)結(jié)、融合與內(nèi)化。[6]通過對第二、三、四、六單元的內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖進行整合與重組,教師可以以思維導圖的形式呈現(xiàn)物聯(lián)門鎖系統(tǒng)涉及的核心概念與知識體系,并要求學生對照圖中的內(nèi)容進行單元總結(jié)。
圍繞“知識線”進行二次開發(fā)
圍繞“知識線”對八年級教學指南進行二次開發(fā)時,需要與項目配合,并對知識類型進行鑒別,以更合理地設計項目實施過程。對于概念性知識,如“射頻識別技術(shù)的基本原理”等,教師可以在學習活動前后或其他必要的時候進行梳理或講解。對于程序性知識,如“搭建本地MQTT服務器的步驟”“RFID模塊、舵機的基本介紹、引腳定義、接線圖和示例程序”等,應以“技術(shù)支持”的形式呈現(xiàn),并在項目實施過程中適時提供給學生,增強他們的自主學習能力。而對于事實性知識,如“射頻識別技術(shù)的常見應用”等,則應以“閱讀材料”的形式呈現(xiàn),供學生在課余時間閱讀。
使用說明指出:各地區(qū)教師可以結(jié)合當?shù)貙W情,酌情調(diào)整教學內(nèi)容。在突破“MQTT通信機制”這一教學難點時,教師可以結(jié)合慕課或已出版的教材等可利用資源,細化“了解MQTT通信機制”一節(jié)的內(nèi)容,對比HTTP“請求—響應”的工作模式,闡明MQTT是一種基于發(fā)布/訂閱模式的協(xié)議,也是一種基于客戶端/服務器結(jié)構(gòu)的協(xié)議。中介是服務器,發(fā)布者和訂閱者都是客戶端。發(fā)布者可以訂閱消息,同樣,訂閱者也可以發(fā)布消息。明確中介上可以有一個或者多個主題,主題可以被理解為消息的分類。厘清發(fā)布和訂閱的過程等,為“遠程通知功能”和“遠程控制功能”的實現(xiàn)夯實基礎。
結(jié)語
在對八年級教學指南進行二次開發(fā)時,筆者僅圍繞有限的概念,對以“物聯(lián)門鎖系統(tǒng)”為主題的項目進行了重新設計。而“物聯(lián)網(wǎng)基本原理與功能”部分還涉及“物聯(lián)網(wǎng)的感知——傳感”等關(guān)鍵概念,這些概念可以通過“探究熱水降溫規(guī)律系統(tǒng)”等項目來建構(gòu)。特別是“探究熱水降溫規(guī)律系統(tǒng)”項目,能夠體現(xiàn)跨學科的設計理念,且貼近學生的現(xiàn)實生活和學習實踐。另外,“從感知到物聯(lián)”和“物聯(lián)網(wǎng)安全”兩個單元涉及較多對基本原理和基本概念的闡述,可以以小型講座等形式開展教學。
參考文獻:
[1]盧秋紅.《教學指南》搭建信息科技課程教學的橋梁——專訪人民教育出版社信息科技編輯室主任林眾[J].中小學信息技術(shù)教育,2024(11):23-25.
[2]河北省教育廳.關(guān)于印發(fā)河北省初中學業(yè)水平信息科技考試方案的通知[EB/OL].http://www.hee.gov.cn/col/1410097726928/2023/05/25/1685007169320.html.
[3][5][6]李鋒,葉宜濤,李正福.基于標準的《義務教育信息科技教學指南》的內(nèi)容分析與二次開發(fā)[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2024(20):13-15+19.
[4]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準(2022年版)[S].北京:北京師范大學出版社,2022.