基于项目式学习的小学物联网传感技术教学研究

摘要：当前，物联网传感技术在社会各领域应用广泛，对社会发展产生了深远的影响。结合具体课例，分析基于项目式学习的小学物联网传感技术的教学过程，针对项目式教学法各流程的具体实施过程及产生的问题进行分析，并提出解决对策。关键词：项目式学习；物联网传感技术；教学研究一、前言物联网技术是一种新兴技术，这种技术将各种设备、物品通过传感设备与网络连接，进行数据的交换与通信，从而实现智能化的识别。物联网技术已经广泛应用在工业、交通、医疗、家居等众多领域，极大地改变了人们的生活和工作方式，提高了生活与工作的效率和便利性，助推各个领域的智能化发展，是继互联网之后的又一次技术革新。为了更好地顺应时代的发展，在教育教学中融入与物联网技术相关的内容，成为当下教育领域的重要课题。因此，小学信息科技教师需要找到一种合适的方式，让小学生也能紧跟时代步伐，理解物联网时代的讯息，提升信息素养。二、项目式学习概述（一）项目式学习的概念与特征1.项目式学习的概念项目式学习（Project-BasedLearning）是以建构主义理论为指导的新型学习方式，强调以学生为中心，关注学科的核心概念和原理，重视问题的解决，让学习者自主学习并通过制作作品完成知识意义的建构。2.项目式学习的特征（1）实用性。教师在项目式学习中设计的问题与任务目标都要基于现实，让学生真切地感受到完成这个项目的实用性。（2）明确性。项目式学习可以让学生非常清晰地知晓学习任务的具体目标，从而有针对性地投入学习。（3）协同性。小学阶段的学生还缺乏足够的专注能力，但他们对有兴趣的事物会迸发出强大的探究欲。教师在设计项目式学习中的任务时，要兼顾学生的特点。（二）项目式学习的基本流程项目式学习强调学生的主体地位，更注重小组协作，要求学生在真实情境中学习和探究。在小学信息科技课物联网传感技术教学中开展项目式学习的基本流程是：确定项目主题、规划项目流程、开展项目探究、执行项目任务、作品交流评价、课后反思提升等。这样的流程可以帮助学生在实践中深入发掘自身多方面的能力，从而实现学生信息素养的培养目标。三、基于项目式学习的物联网传感技术教学设计的研究过程（一）物联网传感技术的概况1.物联网传感技术的介绍物联网是指通过各种传感设备，运用互联网、电子传感器、卫星定位等高科技，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程的各种信息，并与互联网结合形成的一个巨大网络。物联网传感技术是物联网中至关重要的组成部分，它有着精度高、实效性强和多样化的特征。2.小学信息科技课程中融入物联网相关内容的时代需求在小学信息科技课程中融入物联网相关内容，让学生熟悉、认知以及应用物联网是当前小学信息科技教学的主要内容之一［1］。这能让学生在课堂上体验人与机器、人与社会之间的交互，了解更多前沿的信息技术知识，丰富学生的知识结构，提高学生的探究和创新实践能力，提升学生对信息科技重要性的认知［2］，从而调动学生学习信息科技这门学科的积极性，促进信息科技学科教学目标的实现。（二）基于项目式学习的小学物联网传感技术教学实践依据项目化教学的理念，以“摇杆传感器的使用——小猫抓鱼”一课为例。本课是面向五年级学生设计的图形化编程课程，结合小学生的个性特点，让学生在设计游戏的过程中，掌握摇杆传感器的使用。前期学生已经掌握了图形化编程语言中动作、事件、外观、控制等模块中的命令功能，为本课的学习奠定了基础。笔者在本课程中通过“创设情境→规划流程→项目探究→项目执行→汇报交流→反思提升”六个教学环节的实施，使用图形化编程平台与Arduino开源硬件相结合的形式进行项目式教学。1.创设生活情境，确定项目主题创设生活化的情境，能使原本抽象的内容变得真实，更容易激发学生的学习热情，调动学生的主观能动性，为整个项目的顺利进行打下良好的基础。笔者先以“小猫抓鱼”为项目情境，让小猫去抓水里游来游去的小鱼，然后拿出摇杆，让学生观察体验，动手摇一摇、晃一晃。“它有一个大大的‘脑袋’，我们可以操纵它来实现一些目标，上下左右，你想让它去哪儿，它就去哪儿。”这个项目情境，非常符合小学生天真爱玩的个性。2.结合画流程图，规划项目流程在导入环节，笔者先让学生体验“小猫抓鱼”游戏，再让学生用自然语言描述小猫抓鱼的流程：小鱼在水里自由自在地游（位置随机），小猫会随着摇杆移动的方向运动，如果触碰到小鱼则小鱼消失（被吃掉），否则小猫继续随着摇杆移动。由于五年级的学生还不能熟练绘制流程图，教师先给出大致流程，再结合学生的语言表述，带领学生一起完善流程图，如图1所示。这个环节既锻炼了学生的语言表达能力，又帮助学生理清了项目的具体流程，让学生对接下来项目如何执行有了全局的了解，在一定程度上培养了学生的思维能力。3.小组合作学习，开展项目探究笔者根据学生个性特征和学习能力的差异，提前进行科学均衡的分组。学生在课堂上以小组为单位展开项目探究，充分发挥个人的特长。在这一环节，笔者引导学生通过小组研讨的方式展开研习，结合上一环节完善的流程图，请小组分析“小猫抓鱼”的基本需求，提出该游戏项目需要解决的问题，如开源硬件的认识、数据线的连接、硬件的测试、角色的创建、程序的编写（具体到需要用哪些模块控件）与调试等。通过教师的整理与总结，本项目需要解决的主要问题有：①摇杆如何与电脑连接；②如何通过摇杆控制小猫的方向；③设置小猫“抓”鱼的触发条件；④小鱼被吃后消失，如何随机出现在另一个位置等。通过整理总结，学生明确接下来项目执行时需要重点研究和探索的地方。4.同伴互助协同，执行项目任务（1）硬件连接、探究方向小组成员先根据教师提供的安装教程微视频，尝试将开源硬件与计算机连接，并选择正确的端口。再通过新建变量X、Y，进行程序调试，确定两个模拟输入口和分别对应的坐标轴，以此来确定角色的坐标定位。（2）编写脚本，调试脚本小组成员先组内讨论，根据先前测试中获取的数据，结合“如果……那么……”的关联词语，运用自然语言分别表达出摇杆控制小猫上下左右运动的方式。再将自然语言转化成程序语言，并编写脚本。在这一环节，学生用数量关系引导出条件判断语句，将自然语言转化成程序语言，实现了思维的跃迁。程序编写出来后，学生针对摇杆控制角色的不稳定性进行讨论思考，再次观察分析摇杆模拟值的特点，纠错并调试程序；针对游戏中的部分缺陷，全班讨论，集思广益解决问题。这个过程让学生在尝试中发现不足，分析原因，思考问题解决的方法，在反复调试中锻炼编程能力。教师全程引导和点拨。（3）拓展创新在实现了“小猫抓鱼”后，怎样将游戏变得更有可玩性、更有个性？小组成员充分讨论，判断可行性，并编程实现，促进思维发展以及创新能力发展。最后，教师介绍摇杆传感器的工作原理，让学生结合自己的所见所闻，说一说摇杆传感器在生活中还有哪些应用，教师进行判断并补充说明。这样可联系实际，拓宽学生的视野，培养学生解决实际问题的能力。5.分享心路历程，作品交流评价学生完成作品后，教师要检验他们的成果，评价是否实现了预设目标——小猫能跟着摇杆正确移动，顺利吃到鱼。如果达不到预期效果，大家可以一起寻找失败的原因，也为其他同学提供经验教训。所以，在这一环节中，教师应鼓励学生大胆展示自己的作品，分享自己创作的心得，表达自己的想法，培养学生沟通交流能力的同时，也让学生学会倾听、学习他人的经验。最后，进行项目评价。评价标准分为A、B、C三个层级，最终评价由小组的项目成果性评价和个人项目学习过程性评价组成，体现了项目的合作性和对学生个人学习能力的评价［3］，具体实施如表1所示，这能为下一环节教师的项目实施情况及课后反思提供理论依据。6.项目实施评价，不断反思提升项目实施的积极意义：bLHmVFQavgLhH24kfuTPng==（1）课堂中构建了真实的情境项目，使学生快速融入课堂，让学生在真实的情境中思考、交流、探索和实践，充分调动了学生的内驱力。整个探索过程是有目的性地完成一个项目作品，而非单纯地进行软件实操学习。（2）在学生进行开源硬件连接和程序创作之前，教师没有直接告诉学生应该做什么，而是有意识地引导学生思考。先通过自然语言描述项目流程，绘制项目流程图，确定整个项目的执行过程，再通过交流探讨总结出需要重点解决的问题，围绕这些核心问题再展开实践。整个项目的实施过程能培养学生利用程序思想解决问题的能力，有利于培养学生的计算思维。（3）学生围绕“小猫抓鱼”这一项目主题开展探究与实践，经历了深入思考、分析流程、发现问题、解决问题的过程，独立完成是有困难的。整个过程需要小组一起参与，进行头脑风暴，不断地交流、试错，直至实现项目目标，从而锻炼学生的表达、交流、协作能力，有利于学生形成团队意识，增强集体荣誉感。（4）学生通过本项目的学习，亲身体验设计、搭建和编程的过程，能充分感受摇杆传感器对项目实现的重要作用，再结合教师对生活中摇杆传感器应用的介绍，进一步感知摇杆传感器的价值。这有助于学生适应科技的快速发展，培养学生对新兴技术的敏感度和兴趣。项目还可以提升改进的地方：（1）本课的重点是让学生了解摇杆的工作原理，并学会使用摇杆。对于摇杆在游戏中到底有什么作用，教师不能