面向计算思维培养的物联网应用任务探究式教学设计

摘要：物联网教学是信息技术教育的重要内容之一，在实际教学中，强调培养学生的计算思维能力。因此，本文以物联网教学为例，以计算思维能力培养为基础，对物联网应用探究式教学设计进行了分析，讨论了教学设计思路，构建了教学框架，并提出了探究式学习任务路径方法，以期能够为相关研究提供一定的参考。关键词：计算思维能力；物联网；探究任务；教学设计计算思维能力是一种高阶思维能力，在物联网应用学习中有着非常重要的作用。所以，在信息技术教学中，应重视对计算思维的培养，遵循分阶段动态螺旋发展的规律，并以探究任务为载体，开展物联网应用教学，引导学生不断地探索实践，感知、学习、理解计算思维，最终形成计算思维习惯，提升学生的信息素养，助力学生未来实现更好的发展。物联网应用教学中培养学生计算思维能力的必要性物联网应用是信息技术课程的重要内容之一，该部分内容组成复杂，知识理念抽象，综合性强，知识层次丰富，知识内容跨度较大，且与信息科技课程其他知识均有不同程度的关联。因此，在物联网应用教学中，有必要培养学生计算思维能力，帮助学生更好地学习理解物联网知识内容，了解物联网的运行过程，提升学生学习效率。物联网应用任务探究式教学设计思路在物联网应用教学中，若通过加强探究式任务教学设计来培养计算思维能力，应明确具体的教学设计思路：首先，在实际开展教学时，以真实的问题解决为探究任务，让学生通过任务探究学习的方式进行问题解决，促进学生进行知识应用实践，形成正确的思想价值观念，顺利实现计算思维能力培养。其次，以数据信息为基础，对学习内容进行结构化处理，针对不同的结构知识内容，构建相应的探究任务，建立不同物联网知识的关键连接，引导学生进行整体思考，使其对物联网知识有更加完整的理解与认识，促进学生形成完整的学科观念，培养并提升计算思维能力，形成信息技术学科核心素养。最后，在循序渐进学习理念的指导下，以探究任务为重要载体，建立系统化的教学思路框架，框架内容包括场景分析、知识理解、应用实践。物联网应用任务探究式教学框架构建1.利用现有知识经验，初步理解物联网如今的学生，生于并长于信息技术飞速发展的时代，他们本身是“网络冲浪主力军”，所以对互联网及其相关的信息技术并不陌生。在进行物联网知识学习前，学生已经掌握了一些信息技术知识，对物联网基本概念也有所了解，再加上前期信息技术的学习，了解了数据以及信息编码的过程，掌握了一些简单的计算机语言应用技巧，能够自主进行简单的程序设计。在日常学习中，很多学生也会应用互联网信息技术搜索学习资料，这说明学生已经具备了扎实的物联网知识学习基础。[1]所以，在实际开展前期物联网教学设计时，教师可以适当地加快教学节奏，补充一些与物联网相关的知识概念，激活学生关于计算机、互联网的知识经验，最终帮助学生对物联网有一个整体的感知与了解，为后续进行物联网知识深度学习创造有利的条件。2.以物联网重点内容为核心，深度学习并理解物联网知识在实际进行教学时，教师应以物联网重点内容为核心，并融入计算思维，引导学生在学习物联网重点知识内容的同时，通过教学任务解决实际问题，最终形成完整的计算思维能力。在这一过程中，教师应结合实际需求，对物联网核心知识内容进行结构化处理[2]，并在此基础上，设计相应的学习任务主题活动，让学生在进行学习任务探究的过程中，完成对物联网知识由浅到深的认识，通过进行深入推理与分析，经历应用计算思维解决实际问题的过程，从而进行深入的思考，加深对物联网知识的理解。最后，教师还可以指导学生对所学的知识进行总结归纳，逐渐完成对物联网知识体系的构建，分析提炼解决任务问题的思维方法，找出一般的规律，最终在上述过程中实现计算思维能力的培养。3.实现物联网知识迁移应用，解决实际问题学生计算思维能力的培养，同样离不开生活实践场景，教师要引导学生在场景中解决实际问题，帮助学生形成计算思维能力。在引导学生进行物联网知识迁移应用的过程中，教师要设计针对性较强的主题任务，为学生带来更好的探索实践空间，使学生在真实的生活化、主题化、场景化情境中，完成对物联网知识的实践，运用自己的互联网思维，进行问题的解决。最后，通过总结反思，不断完善提升学生的互联网思维能力，并对学生的学习效果进行检验。物联网应用任务探究式教学设计途径1.从物联网重点知识入手，完成课程内容阶段划分在物联网教学内容方面，教师要找出重点的知识内容，如物联网的数据传输、采集以及分析，并找出计算思维能力与物联网知识之间的连接融合点，基于不同的教学阶段，合理划分相应的物联网教学内容。具体来说要做到以下几点：一是注重情境构思与创设，引导学生了解现实生活中的物联网。在教学时，教师可以选择可用的开源实验设备与软件平台，引导学生进行物联网知识探索实践。在这一过程中，学生可以基于不同的传感器，了解相应的数据获取方式，提升学习效率。二是带领学生从实践出发，搭建简易的物联网系统。在这一过程中，学生可以根据所学知识与教师的引导，合理选择物联网协议，编写简单的程序，实现物联网系统模块功能，还可以尝试自主进行物联网系统的调试与修正，迭代优化程序，并在上述实践任务活动中，完成对核心知识的进阶学习。[3]三是运用所学知识解决任务问题。在这一过程中，需要立足整个物联网运行过程，分析相关环节存在的问题，运用mPython技术知识解决相应的问题，进一步优化完善物联网系统搭建流程，运用物联网系统获取数据信息，再进行物联网知识学习总结，梳理问题，形成方法模型。四是创设现实生活化场景，运用所学的物联网知识解决现实生活中遇到的新问题，实现对物联网知识的迁移与运用，最终在上述整个探索实践中完成对计算思维能力的培养。2.完成任务群设计，唤醒学生的知识经验任务群设计的概念，最早来自语文学科，是一种创新性学习方法。在任务群中，基于不同任务，会有对应的情境主题。在设计物联网教学探究任务时，会涉及物联网的各种概念知识与方法，相关方法包括如何进行物联网数据信息的采集等，引导学生在真实的情境下，完成对知识的学习与运用。在任务群设计方面，教师要从学生已有的知识经验出发，让学生在探索中完成对物联网的整体感知，认识传感器采集数据的过程，体验数字平台的作用，从而为后续学习创造良好的认知条件。物联网探究式主题任务包括以下内容。探究任务1：从现实生活出发，找一找物联网应用痕迹，设计任务主题为“生活中的物联网”。教师带领学生一起寻找生活中的物联网存在与使用的痕迹，从整体上实现对物联网的初步感知与认识，了解物联网给生活带来了哪些便利与影响，对物联网“万物互联”有一个基本的认识。探究任务2：教师为学生提供实验硬件、软件设备支持，了解物联网数据采集的过程，设计任务主题为“物联网的数据采集与传输”。例如，教师可以引导学生使用按键传感器完成音乐播放功能的控制，还可以引导学生利用实验平台，尝试进行传感器数据的采集，学习其中的数据采集程序语句。探究任务3：在教师的引导下，学生自主实践声控灯的设计，设计任务主题为“声控灯的设计”。在这一过程中，学生自主探索，了解各种试验设备、平台的功能，对传感器环境变量状态检测进行探究分析，了解反馈值的变化特点，总结数据传感器采集的思路与程序语句。探究任务4：从现实场景出发，引导学生按照摄像头识别模块，探索摄像头车牌识别的过程，设计任务主题为“生活中摄像头车牌识别设计”。教师通过引导学生进行摄像头识别模块探究分析，体验认识生活中智能传感设备应用场景，将物联网应用与现实生活联系在一起。3.设计生活化情境主题任务，解决现实生活问题教师可以设计如下几点生活化情境主题任务。生活主题任务1：与互联网连接，实时获取最新的天气变化信息。在该生活主题任务探究过程中，学生需要学习了解互联网络连接方法，并从云服务平台中获取信息，完成数据的读取，再通过编程，在设备上显示反馈的数据信息。生活主题任务2：在线吃药提醒器设计。在完成该探究式主题任务的过程中，学生需要学习了解MQTT协议工作原理，并基于该协议，建立本地物联网平台[4]，最后通过该平台，完成生活化吃药情境分析，明确不同的吃药需求，然后进行编程设计，通过服务平台完成消息订阅，实现患者吃药智能化提醒的功能。生活