促进高阶思维培养的 高中信息技术课堂教学

董芳芳

摘要：本文以《探究智能家居——物联网中的传感与控制机制》一课为例，以培养高阶思维为目标，在教学过程中针对重难点，将任务科学分解，将信息资源、工具与教学目标巧妙融合，通过创设真实的问题情境、设计有效的课堂交互活动

，以创客实验活动为载体，以小型智能开关系统的分析和搭建为依托，在开展协作、探究的学习过程中促进了学生高阶思维的发展，真正实现了有效教学。

关键词：有效教学;创客;高阶思维

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2021）15-0051-03

所谓高阶思维，是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力。它在教学目标分类中表现为分析、综合、评价和创造。高阶思维是高阶能力的核心，主要指创新能力、问题求解能力、决策力和批判性思维能力。下面，笔者以《探究智能家居——物联网中的传感与控制机制》一课为例，介绍在高中信息技术课堂，如何通过学生自主的、探索性的、研究性的学习促进高阶思维的形成。

● 情境创设，激发学生探究欲望

（1）展示生活场景。观看智能家居应用中的灯光控制系统视频，并引导学生提出问题与疑问。真正的有效教学是学生提出问题，并尝试寻找方法去解决，这样才能从根本上提高学生的学习内驱力。学生可能会提出以下问题：“为什么手机会控制灯光明暗？”“手机APP是如何设计出来的？”教师要肯定并赞赏学生发现问题、大胆质疑的行为，鼓励学生主动发现问题并尝试寻找方法去解决问题，激发学生的求知欲与学习内驱力。

（2）展示实验场景。教师要求学生观看利用创客资源制作的“智能控制开关灯系统”，引导学生思考如下问题，并在问题情境中自然过渡到第二个环节：①该智能系统中涉及了哪些技术？②实验中的手机是如何控制灯开关的？③为何灯会随着外界环境改变而改变亮度？

设计意图：第一个视频能够让学生初步了解智能家居的硬件组成，初步感知智能家居中的控制机制。第二个实验场景的设计是为了让学生更直观地了解智能家居的技术及设备，通过思考问题对物联网技术体系产生初步认知，为后续的学习做铺垫。

● 实验分析，初步感知物联网中的结构

学生根据教师提供的创客及微课资源，结合教材和物联网的结构（如下页图1），小组共同探究分析智能开关灯系统的运行流程，观察系统运行过程，了解智能开关灯原理，并完善流程图（如下页图2）。教师引导学生总结物联网系统中的技术架构（如下页表），初步认识物联网中的传感与控制机制，落实本节的教学重点。

设计意图：在教师的引导下，学生在观察、分析实验的过程中，思考并推理相对应的网络架构及功能，并能用语言描述出来。这一系列的思维活动，能促使学生完成知识的建构，强化计算思维，培养分析问题、解决问题的能力。

● 智慧搭建，体验分析物联网传感与控制机制

在本课极域电子教室网络环境下，教师提供创客学习平台、学习资源网、微课、在线文档、软硬件等资源与工具，学生通过小组分工合作完成实验。教师以四人小组为单位分发硬件设备——Arduino主板、蓝牙模块、LED灯、光敏传感器，同时提供硬件安装指引资源，讲解各硬件设备的作用，以及连接方法和注意要点。

①搭建硬件，了解物联网中的设备。小组分工合作根据微课资源指导完成硬件连接，了解光敏传感器的作用，结合教材了解传感技术及嵌入式系统技术在物联网中的作用。

②设计软件，探究运行原理。如何根据外部环境控制灯的开关呢？教师和学生共同分析，经过思考、探究、交流得出，智能开关灯系统的实现主要包括两个步骤：第一步是设计手机APP，通过Arduino主板上的蓝牙设备与主板连接并控制灯的开关;第二步是通过Mixly编程获取光敏传感器的数据来控制灯的开关。学生利用微课进行自主学习，使用App Inventor编写手机APP并下载到手机，使用Mixly软件根据流程图编写Arduino主板程序，控制主板上的设备与元器件。通过本环节的学习，学生理解了程序是物联网控制机制中的关键，实现了设备的功能，控制了设备的运行。

根据运行结果，教师引导学生将程序与硬件结合分析整个系统的运行原理，学生经过讨论发现，Arduino主板通过蓝牙模块接收手机APP发送信号“1”或“2”来控制灯的开关，灯的明暗则是由光敏传感器实时收集现场环境光线数据并通过编程来实现。通过对系统的综合分析探究，学生能直观感受到物联网中的传感与控制机制，如图3所示。

设计意图：在本环节中，通过体验一个完整的物联网系统，让学生在观察、搭建、编程、运行、分析、总结的过程中，既动手又动脑，通过观察思考总结规律，真正实现深度学习。教师在对实验的答疑解惑过程中观察学生的思维活动过程，及时引导学生进行再思考、再实践，突破思维瓶颈，在这一过程中，学生得以完善对知识和技能的理解并提升思维水平。而针对不同学习基础的学生设计不同的教学目标与练习，使处于不同层次的学生都能“摘到桃子”，获得成功的喜悦，从而提高师生合作、交流的效率。通过合作探究的学习方式，利用资源网和微课等资源，学生在观察、分析实验的过程中，能够思考并推理相对应的网络架构及功能，并能用语言描述出实验中设备的原理。

● 提升思维，激发创新

高效课堂的构建和学生高阶思维的培养是有效教学的目标，在学生理解物联网传感与控制机制这一知识的基础上，教师呈现以下两个问题：①“智能开关灯系统”存在何种不足？还能如何改进？②参考资源“各种传感器的功能”，畅想未来的智能家居，并思考如何设计智能家居，用思维导图画出并向大家介绍。

通过启发学生的思维，培养学生运用所学知识解决问题的能力。语言是实现思维、巩固和传达思维成果的工具，学生可以通过极域电子教室广播展示，也可通过电子白板展示。在学生的展示环节中，可以看到学生能够清晰地阐述自己的设计想法，有的学生基于本课的内容，设计了智能开关窗系统，将所学知识创造性地应用创新，学生的信息意识和计算思维得到了有效发展。有的学生设计的智能家居，除了各种物联网支持下的智能家居外，还将多维空间论和统一场论融入到智能家居中的传送系统，这既体现了学科融合，也体现了创新思维。

设计意图：第一个问题是培养学生用审辩式思维去看待问题，而开放性的问题设计，则给予学生足够的空间去发挥自己的想象力和创造力，将所学知识与技能有效整合，在设计新型智能家居系统这一过程中，培养學生的智慧和创新思维能力，实现思维的进阶。

● 教学反思

本课通过创设真实的问题情境，从学生身边熟悉的智能家居引入，有效激发了学生的探究兴趣。学生在完成“设计智能家居系统”的实验过程中，体验物联网的技术体系，更加直观形象化地理解了物联网传感与控制机制，有效地破解了本节的教学瓶颈。畅想并设计智能家居这一问题的提出，更是激励学生将所学知识转化为智慧，从而高效地实现了本课的教学目标，即了解物联网中的传感与控制机制。

参考文献：

崔允漷.有效教学：理念与策略（上）[J].人民教育，2001（06）：46-47.