面向計算思維培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應用任務探究式教學設計

摘要：物聯(lián)網(wǎng)教學是信息技術教育的重要內(nèi)容之一，在實際教學中，強調(diào)培養(yǎng)學生的計算思維能力。因此，本文以物聯(lián)網(wǎng)教學為例，以計算思維能力培養(yǎng)為基礎，對物聯(lián)網(wǎng)應用探究式教學設計進行了分析，討論了教學設計思路，構建了教學框架，并提出了探究式學習任務路徑方法，以期能夠為相關研究提供一定的參考。關鍵詞：計算思維能力；物聯(lián)網(wǎng)；探究任務；教學設計計算思維能力是一種高階思維能力，在物聯(lián)網(wǎng)應用學習中有著非常重要的作用。所以，在信息技術教學中，應重視對計算思維的培養(yǎng)，遵循分階段動態(tài)螺旋發(fā)展的規(guī)律，并以探究任務為載體，開展物聯(lián)網(wǎng)應用教學，引導學生不斷地探索實踐，感知、學習、理解計算思維，最終形成計算思維習慣，提升學生的信息素養(yǎng)，助力學生未來實現(xiàn)更好的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)應用教學中培養(yǎng)學生計算思維能力的必要性物聯(lián)網(wǎng)應用是信息技術課程的重要內(nèi)容之一，該部分內(nèi)容組成復雜，知識理念抽象，綜合性強，知識層次豐富，知識內(nèi)容跨度較大，且與信息科技課程其他知識均有不同程度的關聯(lián)。因此，在物聯(lián)網(wǎng)應用教學中，有必要培養(yǎng)學生計算思維能力，幫助學生更好地學習理解物聯(lián)網(wǎng)知識內(nèi)容，了解物聯(lián)網(wǎng)的運行過程，提升學生學習效率。物聯(lián)網(wǎng)應用任務探究式教學設計思路在物聯(lián)網(wǎng)應用教學中，若通過加強探究式任務教學設計來培養(yǎng)計算思維能力，應明確具體的教學設計思路：首先，在實際開展教學時，以真實的問題解決為探究任務，讓學生通過任務探究學習的方式進行問題解決，促進學生進行知識應用實踐，形成正確的思想價值觀念，順利實現(xiàn)計算思維能力培養(yǎng)。其次，以數(shù)據(jù)信息為基礎，對學習內(nèi)容進行結構化處理，針對不同的結構知識內(nèi)容，構建相應的探究任務，建立不同物聯(lián)網(wǎng)知識的關鍵連接，引導學生進行整體思考，使其對物聯(lián)網(wǎng)知識有更加完整的理解與認識，促進學生形成完整的學科觀念，培養(yǎng)并提升計算思維能力，形成信息技術學科核心素養(yǎng)。最后，在循序漸進學習理念的指導下，以探究任務為重要載體，建立系統(tǒng)化的教學思路框架，框架內(nèi)容包括場景分析、知識理解、應用實踐。物聯(lián)網(wǎng)應用任務探究式教學框架構建1.利用現(xiàn)有知識經(jīng)驗，初步理解物聯(lián)網(wǎng)如今的學生，生于并長于信息技術飛速發(fā)展的時代，他們本身是“網(wǎng)絡沖浪主力軍”，所以對互聯(lián)網(wǎng)及其相關的信息技術并不陌生。在進行物聯(lián)網(wǎng)知識學習前，學生已經(jīng)掌握了一些信息技術知識，對物聯(lián)網(wǎng)基本概念也有所了解，再加上前期信息技術的學習，了解了數(shù)據(jù)以及信息編碼的過程，掌握了一些簡單的計算機語言應用技巧，能夠自主進行簡單的程序設計。在日常學習中，很多學生也會應用互聯(lián)網(wǎng)信息技術搜索學習資料，這說明學生已經(jīng)具備了扎實的物聯(lián)網(wǎng)知識學習基礎。[1]所以，在實際開展前期物聯(lián)網(wǎng)教學設計時，教師可以適當?shù)丶涌旖虒W節(jié)奏，補充一些與物聯(lián)網(wǎng)相關的知識概念，激活學生關于計算機、互聯(lián)網(wǎng)的知識經(jīng)驗，最終幫助學生對物聯(lián)網(wǎng)有一個整體的感知與了解，為后續(xù)進行物聯(lián)網(wǎng)知識深度學習創(chuàng)造有利的條件。2.以物聯(lián)網(wǎng)重點內(nèi)容為核心，深度學習并理解物聯(lián)網(wǎng)知識在實際進行教學時，教師應以物聯(lián)網(wǎng)重點內(nèi)容為核心，并融入計算思維，引導學生在學習物聯(lián)網(wǎng)重點知識內(nèi)容的同時，通過教學任務解決實際問題，最終形成完整的計算思維能力。在這一過程中，教師應結合實際需求，對物聯(lián)網(wǎng)核心知識內(nèi)容進行結構化處理[2]，并在此基礎上，設計相應的學習任務主題活動，讓學生在進行學習任務探究的過程中，完成對物聯(lián)網(wǎng)知識由淺到深的認識，通過進行深入推理與分析，經(jīng)歷應用計算思維解決實際問題的過程，從而進行深入的思考，加深對物聯(lián)網(wǎng)知識的理解。最后，教師還可以指導學生對所學的知識進行總結歸納，逐漸完成對物聯(lián)網(wǎng)知識體系的構建，分析提煉解決任務問題的思維方法，找出一般的規(guī)律，最終在上述過程中實現(xiàn)計算思維能力的培養(yǎng)。3.實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)知識遷移應用，解決實際問題學生計算思維能力的培養(yǎng)，同樣離不開生活實踐場景，教師要引導學生在場景中解決實際問題，幫助學生形成計算思維能力。在引導學生進行物聯(lián)網(wǎng)知識遷移應用的過程中，教師要設計針對性較強的主題任務，為學生帶來更好的探索實踐空間，使學生在真實的生活化、主題化、場景化情境中，完成對物聯(lián)網(wǎng)知識的實踐，運用自己的互聯(lián)網(wǎng)思維，進行問題的解決。最后，通過總結反思，不斷完善提升學生的互聯(lián)網(wǎng)思維能力，并對學生的學習效果進行檢驗。物聯(lián)網(wǎng)應用任務探究式教學設計途徑1.從物聯(lián)網(wǎng)重點知識入手，完成課程內(nèi)容階段劃分在物聯(lián)網(wǎng)教學內(nèi)容方面，教師要找出重點的知識內(nèi)容，如物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、采集以及分析，并找出計算思維能力與物聯(lián)網(wǎng)知識之間的連接融合點，基于不同的教學階段，合理劃分相應的物聯(lián)網(wǎng)教學內(nèi)容。具體來說要做到以下幾點：一是注重情境構思與創(chuàng)設，引導學生了解現(xiàn)實生活中的物聯(lián)網(wǎng)。在教學時，教師可以選擇可用的開源實驗設備與軟件平臺，引導學生進行物聯(lián)網(wǎng)知識探索實踐。在這一過程中，學生可以基于不同的傳感器，了解相應的數(shù)據(jù)獲取方式，提升學習效率。二是帶領學生從實踐出發(fā)，搭建簡易的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在這一過程中，學生可以根據(jù)所學知識與教師的引導，合理選擇物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，編寫簡單的程序，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模塊功能，還可以嘗試自主進行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)試與修正，迭代優(yōu)化程序，并在上述實踐任務活動中，完成對核心知識的進階學習。[3]三是運用所學知識解決任務問題。在這一過程中，需要立足整個物聯(lián)網(wǎng)運行過程，分析相關環(huán)節(jié)存在的問題，運用mPython技術知識解決相應的問題，進一步優(yōu)化完善物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)搭建流程，運用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)信息，再進行物聯(lián)網(wǎng)知識學習總結，梳理問題，形成方法模型。四是創(chuàng)設現(xiàn)實生活化場景，運用所學的物聯(lián)網(wǎng)知識解決現(xiàn)實生活中遇到的新問題，實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)知識的遷移與運用，最終在上述整個探索實踐中完成對計算思維能力的培養(yǎng)。2.完成任務群設計，喚醒學生的知識經(jīng)驗任務群設計的概念，最早來自語文學科，是一種創(chuàng)新性學習方法。在任務群中，基于不同任務，會有對應的情境主題。在設計物聯(lián)網(wǎng)教學探究任務時，會涉及物聯(lián)網(wǎng)的各種概念知識與方法，相關方法包括如何進行物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的采集等，引導學生在真實的情境下，完成對知識的學習與運用。在任務群設計方面，教師要從學生已有的知識經(jīng)驗出發(fā)，讓學生在探索中完成對物聯(lián)網(wǎng)的整體感知，認識傳感器采集數(shù)據(jù)的過程，體驗數(shù)字平臺的作用，從而為后續(xù)學習創(chuàng)造良好的認知條件。物聯(lián)網(wǎng)探究式主題任務包括以下內(nèi)容。探究任務1：從現(xiàn)實生活出發(fā)，找一找物聯(lián)網(wǎng)應用痕跡，設計任務主題為“生活中的物聯(lián)網(wǎng)”。教師帶領學生一起尋找生活中的物聯(lián)網(wǎng)存在與使用的痕跡，從整體上實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)的初步感知與認識，了解物聯(lián)網(wǎng)給生活帶來了哪些便利與影響，對物聯(lián)網(wǎng)“萬物互聯(lián)”有一個基本的認識。探究任務2：教師為學生提供實驗硬件、軟件設備支持，了解物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的過程，設計任務主題為“物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸”。例如，教師可以引導學生使用按鍵傳感器完成音樂播放功能的控制，還可以引導學生利用實驗平臺，嘗試進行傳感器數(shù)據(jù)的采集，學習其中的數(shù)據(jù)采集程序語句。探究任務3：在教師的引導下，學生自主實踐聲控燈的設計，設計任務主題為“聲控燈的設計”。在這一過程中，學生自主探索，了解各種試驗設備、平臺的功能，對傳感器環(huán)境變量狀態(tài)檢測進行探究分析，了解反饋值的變化特點，總結數(shù)據(jù)傳感器采集的思路與程序語句。探究任務4：從現(xiàn)實場景出發(fā)，引導學生按照攝像頭識別模塊，探索攝像頭車牌識別的過程，設計任務主題為“生活中攝像頭車牌識別設計”。教師通過引導學生進行攝像頭識別模塊探究分析，體驗認識生活中智能傳感設備應用場景，將物聯(lián)網(wǎng)應用與現(xiàn)實生活聯(lián)系在一起。3.設計生活化情境主題任務，解決現(xiàn)實生活問題教師可以設計如下幾點生活化情境主題任務。生活主題任務1：與互聯(lián)網(wǎng)連接，實時獲取最新的天氣變化信息。在該生活主題任務探究過程中，學生需要學習了解互聯(lián)網(wǎng)絡連接方法，并從云服務平臺中獲取信息，完成數(shù)據(jù)的讀取，再通過編程，在設備上顯示反饋的數(shù)據(jù)信息。生活主題任務2：在線吃藥提醒器設計。在完成該探究式主題任務的過程中，學生需要學習了解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[4]，最后通過該平臺，完成生活化吃藥情境分析，明確不同的吃藥需求，然后進行編程設計，通過服務平臺完成消息訂閱，實現(xiàn)患者吃藥智能化提醒的功能。生活