物联网与中学学科知识融合的路径研究

刘志华

摘 要：在中学信息技术教学中，借助物联网技术与学生的学科知识进行有效融合，具有重要的现实意义。立足于“基于物联网应用的创新实践课程”项目，从为何选取物联网应用作为课程媒介、物联网应用与学科知识的融合、物联网作品制作过程的教育意义等三方面，对物联网与中学学科知识融合的路径进行研究与探索。

关键词：物联网；学科知识；融合；“云智能盆‘载”；学习方式；创新人才

中图分类号：G633.67 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2016）29-0070-02

“基于物联网应用的创新实践课程”是徐州市第三中学承担的2015年江苏省前瞻性教学改革建设项目。该项目是以物联网的应用为载体，创新实践活动情境，实现学习方式的转变，培养创新人才机制的前瞻性教改课程。其中，如何促进物联网与学科知识的深度融合，是项目需要解决的核心问题之一。基于课程的视角，结合物联网的特征、物联网涉及的学科知识、物联网应用的教育意义等对“物联网与中学学科知识融合的路径”进行探讨。

一、为何选取物联网应用作为课程媒介

时至今日，“互联网+”已经成为影响当今社会发展的强大因素，“互联网+教育”必将成为推动教育改革发展的关键因素。就像美国著名未来学家阿尔温·托夫勒说的：“谁掌握了信息，控制了网络，谁就拥有整个世界。” 由于多媒体具有集成性、可控性、交互性、信息非线性化和信息空间立体化的特点，必将对传统教学“工业化”模式产生极大冲击，带来学习方式的转变、教学时空的拓展、教学内容的生动化和教学形态的变化，从而导致教学价值观、知识观、师生观、实践观等都随之而重新构建。

在这样的背景下，作为中学教育工作者，如何让“互联网走进中学生的世界”，用互联网再造教育？我们选择了“物联网的应用”这一方向，设想通过运用物联网解决“实际问题”的“创意制作”活动过程，促进物联网知识与学科知识的深度融合，从而转变学生的学习方式。物联网技术是互联网技术的新发展，是基于互联网技术的技术，其核心理念就是将人、物、网相互联结。南京邮电大学校长、博士生导师杨震教授说，世界上的万事万物，小到手表、钥匙，大到汽车、楼房，只要嵌入一个微型感应芯片，把它变得智能化，这个物体就可以“自动开口说话”。再借助无线网络技术，人们就可以和物体进行“对话”，物体和物体之间也能“交流”，这就是物联网。“如果物联网再搭上互联网这个桥梁，在世界任何一个地方，我们都可以即时获取万事万物的信息。可以这么说，物联网加上互联网等于智慧地球。”

为什么选择物联网应用作为本课程的媒介呢？从物联网的定义来看：物联网是一种通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。这也告诉人们，物联网并不是单纯的一项技术，其应用的过程还会涉及到物理、化学、生物、地理、艺术等许多其他学科的知识，并能创新教育情境，从而产生巨大的教育力量。如图1所示。

正因为解决具体的问题既需要物联网知识，又需要其他学科知识，所以，物联网应用就成为营造促进知识融合的新学习情境的媒介。

二、物联网应用与学科知识的融合

“基于物联网应用的创新实践课程”是以问题解决为前提，借助物联网应用营造学习情境，实现物联网知识与学科知识融合的课程。那么，这种课程真的能够促进学科知识与物联网知识的深度融合吗？下面结合实际案例，剖析一个由学生社团制作的物联网项目，探讨如下：2015年7月15日-18日，在第十三届全国中小学信息技术创新与实践活动中，徐州市第三中学选送的作品“云智能盆‘载”夺得了“物联网创新设计”赛团体组全国一等奖第一名的好成绩。三名学生获得NOC的最高奖项——第十三届中小学NOC活动全国决赛恩欧希教育信息化发明创新奖。“云智能盆‘载”作品是由三位学生相互协作共同研制的，在“云智能盆‘载”的创意、制作过程中，三位学生各展所长，既有分工又有合作，采取了典型的合作学习范式；他们常常为解决一个问题而苦思冥想、查阅资料、修改方案，许多时候还需要翻阅教科书、上网搜集信息、向学科教师咨询技术性知识、物联网知识、学科知识，等等。这是典型的自主学习和探究性学习方式的体现。在研制的过程中，他们自觉地将物联网知识和其他学科知识相融合，用在作品创作上，并产生了新的认识。如表1所示。

创意制作物联网作品的过程，不仅需要用到许多学科知识，如果指导教师抓住其中关键的知识，并及时地加以引导，那么还能深化学生对这一部分知识的理解。比如，教师发现学生在制作“云智能盆‘载”时，多次咨询“流速与压差关系及其控制”的问题，就为他们做了一次专门的“压强与流速关系”的讲座，从而加深了学生对这一部分物理知识的理解。

三、物联网作品制作过程的教育意义

物联网作品制作与学科教学的最大区别在于其“实践性”“创意性”“综合性”“时代性”等特点的突出。比如，关于压强的知识，学生在课堂上只是认识其一般属性，最多是会应用这个原理去解释一些自然现象，或者去解答题目。而在制作的过程中，会遇到如何智能化控制水流速度的问题，开始，学生利用机械的原理去制作，后来想到了压强的知识，尝试调节出水口的大小，做出了巧妙利用压强控制流量变化的设计。可以说，这种动手操作的亲身体验是学生在课堂教学中难以获得的，具有不可替代性。

此外，将物联网用之于解决学生生活中的实际问题，具有极大的教育意义，可以真正实现教学方式的转变。比如，对于“学校花房智能化与生物生长观察”这一实际问题，学生借助物联网知识与物理、生物、通用技术、地理、艺术等学科知识进行相互融合，创意制作了以“云智能盆‘载”为核心的物联网作品。从学生制作过程中所用到的学科知识来看，涉及到了许多学科的重要知识，有的还是核心知识。有的知识在学生头脑中根深蒂固；有的知识需要学生采取多种途径查阅获得；有的知识学生已经学过但处于储存状态，想不到应用，当教师提出让学生回想学过的学科知识时，学生才能想到。还有的知识，学生亟须掌握，便去求教于老师、同学或他人。

如果从教育的视角看待学生的物联网制作，会发现许多教育意义。不能将“云智能盆‘载”仅仅看作是一个作品，更应该看到它背后的创作过程以及隐含在过程中的教育价值。从教育功能看，观看这件作品是一种感受，操作这件作品是一种体验；听学生讲解是一种感受，教师亲自讲解又是一种体验；而制作这一作品的感受与体验更为深刻，其间经历的磨难、使用的学科知识，是令所有人都感兴趣的，是引导学生深入研究的动力。作为教育者，如果能及时观察学生的作品，体验作品中所应用的学科知识，并引导学生在某一方面进行深入研究，就能够改变学生在课堂上被动学习知识的习惯。如果学生通过制作物联网作品，对学科知识在生活中的作用产生了进一步的认识，那么他们的学习就会成为自觉的学习行为，其自主学习的习惯培养自然也就水到渠成。

制作物联网作品的过程中，如果是学生合作制作，这就需要学生相互之间取长补短，需要相互之间融洽相处，这样的合作活动自然会使学生形成良好的合作意识与习惯。如果遇到某些难以解决的问题，学生就会千方百计地想办法探究和解决，这种探究能力的培养是教师的说教和督促所不能实现的。制作物联网作品的过程，实际上反映了一个完整的个性化学习的过程。可以说，“查阅、咨询”是学习的开始，“体验、合作、探究、制作”是学习的过程，“自主、合作、探究的养成”则是学习的结果，如果这个结果趋向于稳定，则学生的学习方式就真正得到了发展和创新。

四、结束语

综上所述，物联网是互联网技术的新发展，是人、物、网的相互联结，其作品制作既用到了物联网知识，又会用到许多学科知识，因而作品制作是物联网与学科知识深度融合的重要路径，且这种深度融合具有极大的教育意义，有利于学生“自主、合作、探究学习” 习惯的养成。因此，在信息技术教学中，让学生学习借助物联网技术解决生活中的实际问题，既能够促进物联网与学科的深度融合，让物联网进入中学生的世界，又能够促进学生学习方式的转变、实践创新能力的提升，从而将学生培养成创新型人才。

参考文献：

[1]于艳杰，张喜海.物联网技术的发展与应用研究[J].科技创新与应用，2015（17）.

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[3]别文群，缪兴锋.基于学科融合的《物联网技术与应用》开设探索[J].金卡工程，2015（04）.

[4]卢国强.新时期计算机物联网的应用研究[J].无线互联科技，2016（07）.