基—于以物“搭联建网智项能浇目花的小深型物度联学系习统”探为索例

修建 山东省昌乐二中

张晨晨 山东省东阿县南湖行知学校

●项目背景及目标

为了响应《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，更好地通过深度学习提升学生核心素养，针对“物联网实践与探索”模块，笔者所在学校共同开发了“搭建智能浇花小型物联系统”项目。该项目围绕“如何实现智能浇花”问题，利用物联网设备、终端与IOT物联云平台，设计并实现了智能浇花小型物联系统，目的是让学生探究物联系统搭建的一般过程及实现原理，并能对物联网形成整体认知，初步理解万物互联给人类带来的影响、机遇和挑战。

●项目设计流程（如图1）

图1

●项目计划及实施

1.项目计划

学生组成学习小组（每组4～6名学生），每个小组推荐一名组长，组长负责组员的协调、管理等，并根据项目计划表（如下页表1），层层推进本组项目的实施。

表1

设计意图：项目计划表意在帮助学生整体感知整个项目的学习过程，明确学科思维解决问题的路径。同时，让学生明确，完整的学习过程要经过若干个学习阶段才能完成预定的学习任务，实现预期的学习目标。

2.项目实施

（1）问题设计与探究方法

各小组针对智能浇花、实时监测、远程操控等功能，从问题分析入手进行学习探究，即通过问题设计（如下页图2）与探究来充分体现深度学习的效能。

图2

设计意图：将任务分解成一个个问题，引导学生思考、发现问题（已知、新知），并提出解决办法，让学生亲历问题解决的深度学习过程。

（2）探究新知，搭建环境及硬件

①探究新知，明确硬件、软件的组成及功能，如表2所示。

表2

②搭建环境及硬件。小组合作，选择一盆鲜花；结合影响鲜花生长的环境因素，选择合适的传感器；将物联网的控制器、传感器与网络模块连接到一起，使系统能正常进行内部数据传递，并能通过网络进行无线远程数据传输。在这个过程中，学生应明确各传感器、模块与集成控制器的连接方式（如表3）。

表3

设计意图：结合学生学情对新知进行分析，通过探究新知，帮助学生理清各个部分的功能、接口位置，为硬件搭建、连接做理论支撑，也为抽象建模做铺垫。

（3）抽象建模，设计算法

①抽象建模。智能浇花小型物联系统由控制器、网络模块、传感器、执行器等硬件组成，依靠无线网络、IOT物联云平台、手机APP等基础设施实现智能控制。由于系统由若干个功能模块、传感器等协同运作，需要提前搭建智能浇花系统的抽象模型（如图3），模拟系统数据传递过程（如图4）。

图3

图4

设计意图：抽象建模的能力对解决问题至关重要，让学生在解决问题时尝试进行抽象思考，抓住问题的重点部分，将复杂问题进行简化，并利用抽象出的内容构建问题解决的模型，可提升学生的抽象建模能力。

②设计算法—绘制流程图，如图5所示。

图5

设计意图：使用流程图对算法进行描述，意在使学生不断经历用计算思维解决问题的过程，从而内化学科解决问题的思维方式、路径。

（4）编写程序，调试运行

教师提醒：当气温很高时，植物的吸水和蒸腾作用十分强烈，此时浇水会影响植物生长，所以应使用嵌套判断与循环控制浇花条件。在系统完成初步搭建后，运行程序，通过改变植物生长环境，测试系统功能是否符合预设。

设计意图：基于算法流程图的设计，在编写程序、调试、功能测试的过程中，提升学生编程解决实际问题的能力，发展计算思维。

●项目成果展示

每个小组根据项目要求及实现的功能，进行成果展示，并尝试从花草的光照、时间、湿度（喜湿性、普通型、耐旱型）等方面对项目进行优化。

设计意图：①为项目评价做铺垫；②在思维碰撞中借鉴优点，明确改进方向；③交流在学习过程中遇到的关键问题及解决办法。

●项目评价

针对物联系统功能实现、作品外观、小组合作进行评价，并进行反思总结，具体的项目评价量规如下页表4所示。

表4

设计意图：①在评价中学习、反思不足，并对整个项目学习的过程进行重构梳理；②总结本项目的学习对以后学习生活的意义。