初中“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊教學(xué)指南二次開發(fā)

摘要：基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)進(jìn)行大單元教學(xué)設(shè)計(jì)，可以加強(qiáng)知識(shí)間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，促進(jìn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化，精簡內(nèi)容，緩解學(xué)生學(xué)業(yè)壓力和課時(shí)緊張的問題。本文以“物聯(lián)門鎖系統(tǒng)”為例，根據(jù)《義務(wù)教育信息科技課程教學(xué)指南和配套課件使用說明》，詳細(xì)闡述了如何圍繞“項(xiàng)目”和“知識(shí)”兩條主線，對(duì)八年級(jí)教學(xué)指南進(jìn)行二次開發(fā)，以期推動(dòng)《義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南》的實(shí)踐應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：八年級(jí)；物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索；教學(xué)指南；二次開發(fā)

中圖分類號(hào)：G434" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" 論文編號(hào)：1674-2117（2025）06-0042-04

2024年8月，國家中小學(xué)智慧教育平臺(tái)發(fā)布了《義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南》（以下簡稱“教學(xué)指南”）及配套課件，供全國義務(wù)教育階段3～8年級(jí)師生免費(fèi)使用。作為信息科技課程實(shí)施的基準(zhǔn)性參考依據(jù)，教學(xué)指南按照每周1課時(shí)的容量進(jìn)行設(shè)計(jì)，每冊(cè)教學(xué)指南分為30課，內(nèi)容較為豐富。[1]同時(shí)，根據(jù)《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）編寫的冀教版義務(wù)教育教科書《信息科技（三年級(jí)）》和《信息科技（七年級(jí)）》已于2024年8月出版發(fā)行，其他年級(jí)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(xué)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(jí)下學(xué)期進(jìn)行，滿分分值為10分，計(jì)入初中學(xué)業(yè)水平考試總分。[2]可見，信息科技課程的課時(shí)緊張，學(xué)生的學(xué)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(xué)指南，是河北省信息科技教師不可回避的一個(gè)重要問題?！读x務(wù)教育信息科技課程教學(xué)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(xué)指南，結(jié)合本地實(shí)際情況對(duì)教學(xué)整體構(gòu)思，進(jìn)行二次開發(fā)，細(xì)化教學(xué)設(shè)計(jì)，設(shè)置評(píng)價(jià)方案，確定具體實(shí)施細(xì)節(jié)，以確保實(shí)際教學(xué)的科學(xué)性和系統(tǒng)性。因此，對(duì)八年級(jí)教學(xué)指南進(jìn)行二次開發(fā)具有必要性。

義務(wù)教育教科書《信息科技（七年級(jí)）》（冀教版）主要由驅(qū)動(dòng)問題、項(xiàng)目實(shí)施、閱讀材料和技術(shù)支持等板塊構(gòu)成。在對(duì)《義務(wù)教育信息科技課程教學(xué)指南 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索 八年級(jí)全一冊(cè)》（以下簡稱“八年級(jí)教學(xué)指南”）進(jìn)行二次開發(fā)的過程中，所編排的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動(dòng)應(yīng)與上述體例保持一致。通過采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)或任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法，進(jìn)行大單元教學(xué)設(shè)計(jì)，可以加強(qiáng)知識(shí)間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，促進(jìn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化，精簡內(nèi)容，緩解學(xué)生學(xué)業(yè)壓力和課時(shí)緊張的問題。下面，筆者圍繞“項(xiàng)目”和“知識(shí)”兩條主線，詳細(xì)闡述對(duì)八年級(jí)教學(xué)指南進(jìn)行二次開發(fā)的策略。需要注意的是，強(qiáng)調(diào)“項(xiàng)目”和“知識(shí)”兩條主線，并不意味著將它們割裂開來，而是要在教學(xué)實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)二者的有機(jī)融合。

圍繞“項(xiàng)目線”進(jìn)行二次開發(fā)

圍繞“項(xiàng)目線”對(duì)八年級(jí)教學(xué)指南進(jìn)行二次開發(fā)，主要依據(jù)各單元的學(xué)習(xí)活動(dòng)以及“拓展與提升”欄目進(jìn)行。但是，教學(xué)指南給出的學(xué)習(xí)活動(dòng)和內(nèi)容設(shè)計(jì)主要采用活動(dòng)框架方式，并沒有提供具體的活動(dòng)過程。[3]根據(jù)使用說明，教師可以對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行取舍、替換，或調(diào)整教學(xué)順序、實(shí)踐及實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的形式。

1.對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行取舍、替換

為了使學(xué)生了解HTTP通信的基本過程，認(rèn)識(shí)傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議在物聯(lián)系統(tǒng)中的局限性，進(jìn)一步熟悉從互聯(lián)網(wǎng)中獲取數(shù)據(jù)的方法，八年級(jí)教學(xué)指南中設(shè)置的一些教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動(dòng)特別注意了與“互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新”模塊的銜接。為了使學(xué)生認(rèn)識(shí)人臉識(shí)別技術(shù)，了解機(jī)器識(shí)別人臉的基本過程，體會(huì)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(shì)，以及提升數(shù)據(jù)采集安全的方法，一些教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動(dòng)涉及了“人工智能與智慧社會(huì)”模塊的內(nèi)容要求。此外，一些與“Python語言”相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動(dòng)加強(qiáng)了與高中學(xué)段的銜接。教師可以對(duì)上述課程內(nèi)容進(jìn)行刪減和替換，使課堂時(shí)間集中于“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊的教學(xué)。同時(shí)，利用圖形化編程實(shí)現(xiàn)簡易物聯(lián)系統(tǒng)的功能，降低項(xiàng)目難度并縮短項(xiàng)目周期。刪減的內(nèi)容可以設(shè)計(jì)成項(xiàng)目拓展的形式，供感興趣、學(xué)有余力的學(xué)生課后完成，實(shí)現(xiàn)分層教學(xué)。

2.調(diào)整教學(xué)順序、實(shí)踐及實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的形式

八年級(jí)教學(xué)指南設(shè)計(jì)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(yīng)用探索”中，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了以“博物館環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”“身高記錄儀系統(tǒng)”“病患輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”“奶牛產(chǎn)奶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”以及“探究熱水降溫規(guī)律系統(tǒng)”為主題的項(xiàng)目。教師可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)上述主題進(jìn)行選擇，并調(diào)整教學(xué)順序、實(shí)踐及實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的形式，增強(qiáng)項(xiàng)目實(shí)施的連貫性，幫助學(xué)生建構(gòu)知識(shí)體系，培養(yǎng)和提升解決真實(shí)問題的能力。

3.案例：物聯(lián)門鎖系統(tǒng)

（1）學(xué)習(xí)目標(biāo)

案例“物聯(lián)門鎖系統(tǒng)”突破了八年級(jí)教學(xué)指南原有單元的框架，對(duì)第7、10、12、13、14、18、26、30課進(jìn)行了二次開發(fā)。因此，學(xué)習(xí)目標(biāo)是根據(jù)上述課時(shí)，圍繞關(guān)鍵概念“物聯(lián)網(wǎng)的感知——識(shí)別”“物聯(lián)網(wǎng)的通信——MQTT”和“物聯(lián)網(wǎng)安全”設(shè)定的，涉及信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任等信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。具體內(nèi)容包括：了解射頻識(shí)別技術(shù)的基本原理及其常見應(yīng)用，體會(huì)電子標(biāo)簽編碼的唯一性；能夠利用射頻技術(shù)開展實(shí)踐活動(dòng)，了解物與物之間近距離通信的過程；了解MQTT的通信機(jī)制，認(rèn)識(shí)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(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)發(fā)布和訂閱功能；了解使用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)的方法，會(huì)在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)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(yīng)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(rèn)證技術(shù)，認(rèn)識(shí)物聯(lián)系統(tǒng)安全的重要性。

（2）驅(qū)動(dòng)問題

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如何設(shè)計(jì)并搭建一個(gè)具有刷卡開鎖、遠(yuǎn)程通知、遠(yuǎn)程控制等功能的物聯(lián)門鎖系統(tǒng)，并確保其安全性？

（3）項(xiàng)目實(shí)施

項(xiàng)目實(shí)施過程包含若干個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)，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(biāo)簽、RFID模塊、舵機(jī)等周邊模塊。小組最好進(jìn)行異質(zhì)分組，最佳人數(shù)為4人。

（4）展示活動(dòng)

各小組推選一名學(xué)生代表，向教師及其他小組成員介紹物聯(lián)門鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)與搭建的過程，主要介紹項(xiàng)目實(shí)施過程中遇到的各種問題和困難、相應(yīng)的解決方案、心得體會(huì)，以及分工合作的情況等，并基于原型演示系統(tǒng)運(yùn)行的效果，同時(shí)，填寫如表2所示的評(píng)價(jià)量規(guī)。在展示活動(dòng)結(jié)束后，各小組結(jié)合教師及其他小組成員給出的評(píng)語和建議，進(jìn)一步優(yōu)化物聯(lián)門鎖系統(tǒng)。

（5）評(píng)價(jià)方案

根據(jù)新課標(biāo)的課程理念，教師應(yīng)強(qiáng)化素養(yǎng)導(dǎo)向的多元評(píng)價(jià)，堅(jiān)持過程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，堅(jiān)持自評(píng)和他評(píng)相結(jié)合。[4]教學(xué)指南在每個(gè)單元中都設(shè)計(jì)和開發(fā)了支持學(xué)生自評(píng)和教師評(píng)價(jià)的量表工具，教師可以依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)，形成調(diào)查問卷，并通過問卷星等平臺(tái)收集學(xué)生的自評(píng)數(shù)據(jù)。此外，還可以結(jié)合學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)，編制學(xué)習(xí)過程記錄表，收集學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的成果性證據(jù)。[5]評(píng)價(jià)方案如上頁表3所示。

（6）單元總結(jié)

教學(xué)指南中的單元內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖把零碎的概念知識(shí)聯(lián)結(jié)在一起，以綜合貫通和不斷分化的方式幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)的聯(lián)結(jié)、融合與內(nèi)化。[6]通過對(duì)第二、三、四、六單元的內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行整合與重組，教師可以以思維導(dǎo)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(shí)體系，并要求學(xué)生對(duì)照?qǐng)D中的內(nèi)容進(jìn)行單元總結(jié)。

圍繞“知識(shí)線”進(jìn)行二次開發(fā)

圍繞“知識(shí)線”對(duì)八年級(jí)教學(xué)指南進(jìn)行二次開發(fā)時(shí)，需要與項(xiàng)目配合，并對(duì)知識(shí)類型進(jìn)行鑒別，以更合理地設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施過程。對(duì)于概念性知識(shí)，如“射頻識(shí)別技術(shù)的基本原理”等，教師可以在學(xué)習(xí)活動(dòng)前后或其他必要的時(shí)候進(jìn)行梳理或講解。對(duì)于程序性知識(shí)，如“搭建本地MQTT服務(wù)器的步驟”“RFID模塊、舵機(jī)的基本介紹、引腳定義、接線圖和示例程序”等，應(yīng)以“技術(shù)支持”的形式呈現(xiàn)，并在項(xiàng)目實(shí)施過程中適時(shí)提供給學(xué)生，增強(qiáng)他們的自主學(xué)習(xí)能力。而對(duì)于事實(shí)性知識(shí)，如“射頻識(shí)別技術(shù)的常見應(yīng)用”等，則應(yīng)以“閱讀材料”的形式呈現(xiàn)，供學(xué)生在課余時(shí)間閱讀。

使用說明指出：各地區(qū)教師可以結(jié)合當(dāng)?shù)貙W(xué)情，酌情調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。在突破“MQTT通信機(jī)制”這一教學(xué)難點(diǎn)時(shí)，教師可以結(jié)合慕課或已出版的教材等可利用資源，細(xì)化“了解MQTT通信機(jī)制”一節(jié)的內(nèi)容，對(duì)比HTTP“請(qǐng)求—響應(yīng)”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(wù)器結(jié)構(gòu)的協(xié)議。中介是服務(wù)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(gè)或者多個(gè)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(yuǎn)程通知功能”和“遠(yuǎn)程控制功能”的實(shí)現(xiàn)夯實(shí)基礎(chǔ)。

結(jié)語

在對(duì)八年級(jí)教學(xué)指南進(jìn)行二次開發(fā)時(shí)，筆者僅圍繞有限的概念，對(duì)以“物聯(lián)門鎖系統(tǒng)”為主題的項(xiàng)目進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。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(xiàng)目來建構(gòu)。特別是“探究熱水降溫規(guī)律系統(tǒng)”項(xiàng)目，能夠體現(xiàn)跨學(xué)科的設(shè)計(jì)理念，且貼近學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活和學(xué)習(xí)實(shí)踐。另外，“從感知到物聯(lián)”和“物聯(lián)網(wǎng)安全”兩個(gè)單元涉及較多對(duì)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(xué)。

參考文獻(xiàn)：

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