面向計(jì)算思維培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用任務(wù)探究式教學(xué)設(shè)計(jì)

摘要：物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)是信息技術(shù)教育的重要內(nèi)容之一，在實(shí)際教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。因此，本文以物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)為例，以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用探究式教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，討論了教學(xué)設(shè)計(jì)思路，構(gòu)建了教學(xué)框架，并提出了探究式學(xué)習(xí)任務(wù)路徑方法，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究提供一定的參考。關(guān)鍵詞：計(jì)算思維能力；物聯(lián)網(wǎng)；探究任務(wù)；教學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)算思維能力是一種高階思維能力，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用學(xué)習(xí)中有著非常重要的作用。所以，在信息技術(shù)教學(xué)中，應(yīng)重視對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)，遵循分階段動(dòng)態(tài)螺旋發(fā)展的規(guī)律，并以探究任務(wù)為載體，開展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生不斷地探索實(shí)踐，感知、學(xué)習(xí)、理解計(jì)算思維，最終形成計(jì)算思維習(xí)慣，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，助力學(xué)生未來實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的必要性物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是信息技術(shù)課程的重要內(nèi)容之一，該部分內(nèi)容組成復(fù)雜，知識(shí)理念抽象，綜合性強(qiáng)，知識(shí)層次豐富，知識(shí)內(nèi)容跨度較大，且與信息科技課程其他知識(shí)均有不同程度的關(guān)聯(lián)。因此，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用教學(xué)中，有必要培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)理解物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)內(nèi)容，了解物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行過程，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用任務(wù)探究式教學(xué)設(shè)計(jì)思路在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用教學(xué)中，若通過加強(qiáng)探究式任務(wù)教學(xué)設(shè)計(jì)來培養(yǎng)計(jì)算思維能力，應(yīng)明確具體的教學(xué)設(shè)計(jì)思路：首先，在實(shí)際開展教學(xué)時(shí)，以真實(shí)的問題解決為探究任務(wù)，讓學(xué)生通過任務(wù)探究學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行問題解決，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)應(yīng)用實(shí)踐，形成正確的思想價(jià)值觀念，順利實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維能力培養(yǎng)。其次，以數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)知識(shí)內(nèi)容，構(gòu)建相應(yīng)的探究任務(wù)，建立不同物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的關(guān)鍵連接，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行整體思考，使其對(duì)物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)有更加完整的理解與認(rèn)識(shí)，促進(jìn)學(xué)生形成完整的學(xué)科觀念，培養(yǎng)并提升計(jì)算思維能力，形成信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)。最后，在循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)理念的指導(dǎo)下，以探究任務(wù)為重要載體，建立系統(tǒng)化的教學(xué)思路框架，框架內(nèi)容包括場(chǎng)景分析、知識(shí)理解、應(yīng)用實(shí)踐。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用任務(wù)探究式教學(xué)框架構(gòu)建1.利用現(xiàn)有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，初步理解物聯(lián)網(wǎng)如今的學(xué)生，生于并長(zhǎng)于信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，他們本身是“網(wǎng)絡(luò)沖浪主力軍”，所以對(duì)互聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)的信息技術(shù)并不陌生。在進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)學(xué)習(xí)前，學(xué)生已經(jīng)掌握了一些信息技術(shù)知識(shí)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)基本概念也有所了解，再加上前期信息技術(shù)的學(xué)習(xí)，了解了數(shù)據(jù)以及信息編碼的過程，掌握了一些簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)語言應(yīng)用技巧，能夠自主進(jìn)行簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)。在日常學(xué)習(xí)中，很多學(xué)生也會(huì)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)搜索學(xué)習(xí)資料，這說明學(xué)生已經(jīng)具備了扎實(shí)的物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。[1]所以，在實(shí)際開展前期物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，教師可以適當(dāng)?shù)丶涌旖虒W(xué)節(jié)奏，補(bǔ)充一些與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的知識(shí)概念，激活學(xué)生關(guān)于計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，最終幫助學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)有一個(gè)整體的感知與了解，為后續(xù)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)造有利的條件。2.以物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)內(nèi)容為核心，深度學(xué)習(xí)并理解物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)在實(shí)際進(jìn)行教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)以物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)內(nèi)容為核心，并融入計(jì)算思維，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)知識(shí)內(nèi)容的同時(shí)，通過教學(xué)任務(wù)解決實(shí)際問題，最終形成完整的計(jì)算思維能力。在這一過程中，教師應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)核心知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理[2]，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)主題活動(dòng)，讓學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)任務(wù)探究的過程中，完成對(duì)物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)由淺到深的認(rèn)識(shí)，通過進(jìn)行深入推理與分析，經(jīng)歷應(yīng)用計(jì)算思維解決實(shí)際問題的過程，從而進(jìn)行深入的思考，加深對(duì)物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的理解。最后，教師還可以指導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行總結(jié)歸納，逐漸完成對(duì)物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)體系的構(gòu)建，分析提煉解決任務(wù)問題的思維方法，找出一般的規(guī)律，最終在上述過程中實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。3.實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)遷移應(yīng)用，解決實(shí)際問題學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，同樣離不開生活實(shí)踐場(chǎng)景，教師要引導(dǎo)學(xué)生在場(chǎng)景中解決實(shí)際問題，幫助學(xué)生形成計(jì)算思維能力。在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)遷移應(yīng)用的過程中，教師要設(shè)計(jì)針對(duì)性較強(qiáng)的主題任務(wù)，為學(xué)生帶來更好的探索實(shí)踐空間，使學(xué)生在真實(shí)的生活化、主題化、場(chǎng)景化情境中，完成對(duì)物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的實(shí)踐，運(yùn)用自己的互聯(lián)網(wǎng)思維，進(jìn)行問題的解決。最后，通過總結(jié)反思，不斷完善提升學(xué)生的互聯(lián)網(wǎng)思維能力，并對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢驗(yàn)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用任務(wù)探究式教學(xué)設(shè)計(jì)途徑1.從物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)知識(shí)入手，完成課程內(nèi)容階段劃分在物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)內(nèi)容方面，教師要找出重點(diǎn)的知識(shí)內(nèi)容，如物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、采集以及分析，并找出計(jì)算思維能力與物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)之間的連接融合點(diǎn)，基于不同的教學(xué)階段，合理劃分相應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)內(nèi)容。具體來說要做到以下幾點(diǎn)：一是注重情境構(gòu)思與創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生了解現(xiàn)實(shí)生活中的物聯(lián)網(wǎng)。在教學(xué)時(shí)，教師可以選擇可用的開源實(shí)驗(yàn)設(shè)備與軟件平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)探索實(shí)踐。在這一過程中，學(xué)生可以基于不同的傳感器，了解相應(yīng)的數(shù)據(jù)獲取方式，提升學(xué)習(xí)效率。二是帶領(lǐng)學(xué)生從實(shí)踐出發(fā)，搭建簡(jiǎn)易的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在這一過程中，學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)知識(shí)與教師的引導(dǎo)，合理選擇物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，編寫簡(jiǎn)單的程序，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模塊功能，還可以嘗試自主進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)試與修正，迭代優(yōu)化程序，并在上述實(shí)踐任務(wù)活動(dòng)中，完成對(duì)核心知識(shí)的進(jìn)階學(xué)習(xí)。[3]三是運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決任務(wù)問題。在這一過程中，需要立足整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行過程，分析相關(guān)環(huán)節(jié)存在的問題，運(yùn)用mPython技術(shù)知識(shí)解決相應(yīng)的問題，進(jìn)一步優(yōu)化完善物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)搭建流程，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)信息，再進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)學(xué)習(xí)總結(jié)，梳理問題，形成方法模型。四是創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實(shí)生活化場(chǎng)景，運(yùn)用所學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活中遇到的新問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的遷移與運(yùn)用，最終在上述整個(gè)探索實(shí)踐中完成對(duì)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。2.完成任務(wù)群設(shè)計(jì)，喚醒學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)任務(wù)群設(shè)計(jì)的概念，最早來自語文學(xué)科，是一種創(chuàng)新性學(xué)習(xí)方法。在任務(wù)群中，基于不同任務(wù)，會(huì)有對(duì)應(yīng)的情境主題。在設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)探究任務(wù)時(shí)，會(huì)涉及物聯(lián)網(wǎng)的各種概念知識(shí)與方法，相關(guān)方法包括如何進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的采集等，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)的情境下，完成對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)與運(yùn)用。在任務(wù)群設(shè)計(jì)方面，教師要從學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，讓學(xué)生在探索中完成對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的整體感知，認(rèn)識(shí)傳感器采集數(shù)據(jù)的過程，體驗(yàn)數(shù)字平臺(tái)的作用，從而為后續(xù)學(xué)習(xí)創(chuàng)造良好的認(rèn)知條件。物聯(lián)網(wǎng)探究式主題任務(wù)包括以下內(nèi)容。探究任務(wù)1：從現(xiàn)實(shí)生活出發(fā)，找一找物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用痕跡，設(shè)計(jì)任務(wù)主題為“生活中的物聯(lián)網(wǎng)”。教師帶領(lǐng)學(xué)生一起尋找生活中的物聯(lián)網(wǎng)存在與使用的痕跡，從整體上實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的初步感知與認(rèn)識(shí)，了解物聯(lián)網(wǎng)給生活帶來了哪些便利與影響，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)“萬物互聯(lián)”有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。探究任務(wù)2：教師為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)硬件、軟件設(shè)備支持，了解物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的過程，設(shè)計(jì)任務(wù)主題為“物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸”。例如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生使用按鍵傳感器完成音樂播放功能的控制，還可以引導(dǎo)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，嘗試進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)的采集，學(xué)習(xí)其中的數(shù)據(jù)采集程序語句。探究任務(wù)3：在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生自主實(shí)踐聲控?zé)舻脑O(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)任務(wù)主題為“聲控?zé)舻脑O(shè)計(jì)”。在這一過程中，學(xué)生自主探索，了解各種試驗(yàn)設(shè)備、平臺(tái)的功能，對(duì)傳感器環(huán)境變量狀態(tài)檢測(cè)進(jìn)行探究分析，了解反饋值的變化特點(diǎn)，總結(jié)數(shù)據(jù)傳感器采集的思路與程序語句。探究任務(wù)4：從現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生按照攝像頭識(shí)別模塊，探索攝像頭車牌識(shí)別的過程，設(shè)計(jì)任務(wù)主題為“生活中攝像頭車牌識(shí)別設(shè)計(jì)”。教師通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行攝像頭識(shí)別模塊探究分析，體驗(yàn)認(rèn)識(shí)生活中智能傳感設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)景，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系在一起。3.設(shè)計(jì)生活化情境主題任務(wù)，解決現(xiàn)實(shí)生活問題教師可以設(shè)計(jì)如下幾點(diǎn)生活化情境主題任務(wù)。生活主題任務(wù)1：與互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)時(shí)獲取最新的天氣變化信息。在該生活主題任務(wù)探究過程中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)了解互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接方法，并從云服務(wù)平臺(tái)中獲取信息，完成數(shù)據(jù)的讀取，再通過編程，在設(shè)備上顯示反饋的數(shù)據(jù)信息。生活主題任務(wù)2：在線吃藥提醒器設(shè)計(jì)。在完成該探究式主題任務(wù)的過程中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)了解MQTT協(xié)議工作原理，并基于該協(xié)議，建立本地物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)[4]，最后通過該平臺(tái)，完成生活化吃藥情境分析，明確不同的吃藥需求，然后進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，通過服務(wù)平臺(tái)完成消息訂閱，實(shí)現(xiàn)患者吃藥智能化提醒的功能。生活