物联网在小学科学教学中的应用与实践

■天津市和平区职业中等专业学校 刘若淼

物联网在小学科学教学中的应用与实践

■天津市和平区职业中等专业学校 刘若淼

1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中，首次提出“Internet of Things”（物联网）概念，受限于技术发展水平，当时并未引起业界重视。近年，随着科技水平不断提高，物联网技术随之迅猛发展起来。实质上，物联网就是利用互联网或移动网络等通信技术，把传感器、控制器、人和物等按照新的方式联系在一起，实现信息化、智能化和远程管理的网络。它拉近了人与物之间的距离，可以说，物联网技术的兴起是一次新的信息技术革命。如今，物联网已经在智能交通、公共服务、环境监测、家居生活、安全等多个领域得到广泛应用。

一、小学阶段开设相关课程的价值与意义

科学教育是全面推进素质教育的重要途径，旨在培养学生的科学素养和科学品质，注重个性塑造和动手能力的培养。目前我国多数地区的科学教育仍然以滞后于当前科技发展水平的陈旧教科书为主要材料，纸上谈兵有余，实践经验不足，与信息时代的快速发展步伐相脱节。

小学阶段的学习是学生个人成长和发展的基础，这一阶段的科学教育更应注重对学生兴趣的激发和培养。培养其自主学习的能力、主动适应社会变化的能力，鼓励他们将科学知识与生活中遇到的问题联系到一起，进行创造性学习。

我国是传统农业大国，让学生从小对农业、对种植有一定的了解，是他们成长过程中应有的一种体验。和平区地处天津城市中心，土地寸土寸金，校园面积狭小。这种情况下，绝大多数学生在学校和家庭都没有机会参与栽培、耕作活动。为弥补“农业教育”这块短板，和平区劳技中心利用物联网技术，把农田由平面变成立体结构，创新研发了“物联网种植架”，把物联网技术引入和平区中小学校园。

二、物联网的教学应用

1.结合实际，利用物联网开展劳动实践教育。

为了让学生多亲近自然，热爱生活，提升他们的劳动能力，增进他们对新科技知识的了解，和平区劳技中心在万全小学、昆明路小学、岳阳道小学、新星小学开设了“物联网种植”课程，并结合本区实际情况，利用物联网技术自主研发了“物联网种植架”。这套种植架有三层，每层都分为水培和基质培两套种植系统，可以利用太阳能和电能的转化提供运转动力，利用各种传感器测得植物生长数据，通过网络传输给后台控制系统。学生可以通过移动终端或PC机查看和远程观测种植架上的植物实时生长情况，并在后台管理系统中配置植物的养护指令。

2.动手实践，强化学生体验。

把学生进行分组，学生轮流参与种植，全体学生都可以进行物联网体验。划定每个参与种植的学生在“物联网种植架”上的“责任田”，让学生亲自体验种子萌发、育苗、移栽、养护、收获的全过程。

清明前后，种瓜种豆，带学生们一起撒下橡叶生菜的种子，一周后查看出芽情况，一起计算发芽率。学生们定期观察植物生长态势，写种植日记，记录他们在种植过程中的点点滴滴。“在我们的精心呵护下，又过了两周，生菜长出子叶，待长出两片真叶后，幼苗就可以移栽了。”学生这样写道。

初学移栽，教师示范后要求学生独立完成全过程，包括移栽前的准备工作和移栽后植株的养护等，从而培养学生规范操作的习惯，锻炼他们独立完成任务的能力。将同一批植株移栽至种植架上水培和基质培两种不同的生长环境中，对比观察植株在不同环境下的生长状态和生长过程，并记录下来。

学生还可以随时通过网络对植株进行远程观测，或者通过后台管理让物联网智能运行。一株株植物茁壮成长起来后，学生们动手采摘自己的劳动果实。此时，他们会更加懂得呵护生命、热爱生活。

种植活动强调学生动手实践，提倡主动参与，追求活动体验，力求以“物联网种植架”为载体，提高学生的科学素养，让学生健康、快乐地成长。

3.剖析原理，解析各种事例。

教师演示“神奇”的智能家居。手机可以通过摄像头打开和关闭家里的电视机，这让学生们惊叹不已。通过放视频，让学生了解ETC（不停车电子收费系统）专用车道、安全保护装置、智能穿戴等各类物联网应用实例，增长学生的见识，让他们看到物联网已给现代生活带来的便利。那么，这其中的原理是什么呢？

传感器化作一个个小的芯片植入物体中，测得目标数据。比如“物联网种植架”中的土壤湿度传感器，是用来测定土壤中水分含量的，如果土壤水分低于设定值的下限，控制器就判断需要给植物浇水，从而发出浇水的命令。再如，烟敏传感器测到空气中烟雾浓度增加到设定的阈值，则自动打开指示灯提示环境质量，等等。传感器是物联网技术的重要组成部分，也是课堂教学中的一个难点。传感器的概念对于小学生来说是完全陌生的，将传感器与人体感觉器官进行类比，从而变抽象为形象，帮助学生形象地理解传感器的作用，为后面物联网的创意设计作铺垫。

4.内容拔高，鼓励创新式学习。

把Arduino和Ardublock引入课堂。Arduino是一种单片机，也就是前文提到的控制器。Ardublock是一种适合于电路零基础的人群（如学生）学习的编程软件。两者结合使用，所有编程步骤都可以通过搭积木的方式，把高级的计算机语言和专业的语法，简化为一个个模块，堆砌在一起。学生通过一段时间的学习，能够按照自己的意图进行简单的编程，创意设计出个性化和有特色的作品。

要求学生利用Arduino和各种传感器自主创作一个小作品，如一个自动浇花装置。学生按照意图利用Ardublock可视化编程，将程序导入Arduino，搭接湿敏传感器和继电器，从而实现自动浇花功能。

5.及时总结，注重问题反馈。

物联网的原理、结构和应用是课程的难点，学生的种植体验和物联网的应用是课程的重点。教师应随时引导学生对物联网知识和种植经验进行总结，通过总结归纳的方式，把学习中的所得转化为系统的知识结构。

同时，在实践类教学中，教师应该及时对学生提出的问题给予反馈。引导学生通过实验等方法解决自己提出的问题，教给学生探究式学习的方法，培养学生提出问题—创新解决的思维模式。

三、结语

小学科学教育是激发学生兴趣和培养学生动手能力的重要途径，这一阶段的学习对其终身发展起着至关重要的作用，值得重视。如今，物联网革命已经悄然开始，让学生接触并理解物联网及其应用，对于学生的全面发展和我国的科技进步具有战略性意义。

（责任编辑 邓 蕙）