教学做合一教学论指导下的物联网课堂教学实践——“智慧种植——人工智能物联网”项目式课堂实践

刘晓玉

创新是现代社会发展的主旋律，陶行知先生曾说过，教育的目的就是要培养创造性的人才，使最大多数人的创造力发挥到最高峰，因此就需要使用创造性的方法来开展教学活动。他提出的“教学做合一”教学论，对当前的学校教学依然具有重要的指导意义。教学做三合一教学论有三大精髓，即实践为主导，学生为主体，创新为主旨，其中推动学生创新是该教学论的主旨。教学做合一，实际上教会了学生一种自我学习的方法，使其能够在面对陌生的知识时，运用科学的方法来进行学习，丰富自身的技能。

《义务教育信息科技课程标准（2022 年版）》（下文简称“2022 版新课标”）的颁布为信息科技学科未来的发展指明了方向，尤其是几个总目标的提出，更是明确了学生的培养方向，为适应信息时代的学习、工作和生活打下必要的基础。重视学生的实践动手能力、数字化学习与创新能力的培养，这与陶行知先生提出的真正的教育是引导学生学会自我学习不谋而合。因此在信息科技教学中，教学做三者缺一不可，教师将教学做合一教学论的精髓应用到信息科技教学中，能够更好地优化课堂教学，发挥学生的主体作用，培养学生数字化学习与创新能力，实现创新的主旨。

一、基于教学做合一教学论指导的教学设计框架

2022 版新课标中关于提高数字化合作与探究能力，发扬创新精神的总目标提出，围绕学习任务，利用数字设备与团队成员合作解决学习问题，协同完成学习任务，逐步形成应用信息科技进行合作的意识，适应数字化学习环境，针对问题设计探究路径，通过网络检索、数据分析、模拟验证、可视化呈现等方式开展探究活动，得出探究结果；利用信息科技平台，开展协同创新，在数字化学习环境中发挥自主学习能力；主动探索新知识与新技能，采用新颖的视角思考和分析问题，设计和创作具有个性化的作品。

这就要求信息科技教学要带领学生体验利用工具解决实际生活问题的过程，在模仿教师操作的基础上进行创新，探究工具在其他生活问题中的应用，实现工具的创新应用和问题的创新解决。本研究在教学过程中注重培养学生的动手能力，注重学生的自主探究能力和思维提升，有助于学生实践操作能力和自主创新能力的培养，还有助于学生学习方法的改进和学习能力的提升。

基于陶行知的“教学做合一”教学论，以及校本的信息技术智慧树系列课程体系，融合STEM 的创新理念，扎根中小学信息科技课堂，教师坚持做中教，学生坚持做中学，课堂坚持教学做合一，开展四大编程课堂教学实践，重构信息科技编程课堂，探索Micro：bit 编程、掌控板物联网编程、App inventor编程、机器人编程等几大编程教育课程在提升学生数字化学习与创新能力方面的教学策略，在深度思考陶行知“教学做合一”理论的基础上尝试项目化教学，构建基于开源硬件和在线平台的数字化学习与创新能力培养的教学设计框架，在做的基础上创新教与学，寻找提升学生数字化学习与创新能力的最佳途径。

二、掌控板物联网编程项目式课堂教学实践

在“教学做合一”教学设计框架支撑下，笔者以掌控板物联网编程课堂为实践阵地，基于主题式教学、项目化引领、探究式学习、合作式创新四大原则，以“智慧种植——人工智能物联网”为主题开展课堂教学实践。

【项目背景】

当前人们越来越追求高质量的生活，很多人会在家里种植一些花草以净化空气，陶冶情操。但是很多养花的人由于外出旅游或者一些其他事情，不能及时照料它们，短时间可能会影响其正常生长，长时间其甚至会死亡。基于上述情况，我们尝试利用掌控板结合各类传感器制作一个智慧种植装置：基于SioT 物联网平台，通过收集光照、土壤湿度、空气温湿度等数据，监测植物生长的过程，24 小时全方位照料花草茁壮成长！如何实时监控植物的土壤湿度、光照强度、空气温湿度等各项数据？光合作用帮助植物健康生长，如何在室内环境也让植物拥有足够的光照呢？对于名贵的花卉，温度和空气湿度也会影响其生长，如何检测空气温湿度，并帮助植物营造合适的生长环境呢？植物的生长离不开水分，如何确保植物有充足的水分呢？综合分析得出要实现智慧种植，需要获取实时数据，开启光照监控、空气温湿度监控、水分监控。

【项目实践目标】

初二学生在前面的编程和人工智能主题学习中，对人工智能物联网有了初步的认识和了解，知道物联网与互联网的不同之处，知道物联网实现万物互联的基本原理，知道物联网对我们生活和学习的影响很大。学生有很强的探索欲望，想要探索物联网中数据采集处理、反馈控制等基本功能，并想探究体验物联网、大数据及人工智能的关系。

基于此设置本项目的实践目标为：

1.探究实时获取光线值、土壤湿度值、空气温湿度值的方法，根据持续获取的数据，观察分析得出适合植物生长的最佳数据范围，提升获取信息、处理信息的意识和能力。

2.以小组合作讨论的方式，分析项目和要解决的问题，形成项目设计书，并根据项目书完成外观硬件搭建。

3.以小组合作探究的学习方式，实践设置警报装置，当光照不足时开启补光装置，当土壤湿度不足时开启补水装置，当空气温湿度不足时开启风扇装置，实现自动补光、自动浇水、自动通风。

【项目实践过程】

为了推动项目开展，在实践过程中，笔者坚守主题式教学、项目化引领、探究式学习、合作式创新四大原则，安排了三个课时课堂活动：活动1———项目分析、设计，实时数据监测；活动2——项目分工实践，实现自动补光、自动浇水、自动通风；活动3——项目合并、升级。

表1 活动一（项目分析、设计）

表2 活动二、三（项目分工实践，项目合并、升级）

【项目实践思考】

2022 版新课标倡导真实性学习的课程理念，注重创设真实情境，引入多元化数字资源，提高学生的学习参与度。我们支持学生在数字化学习环境下进行自我规划、自我管理和自我评价，鼓励学生“做中学”“用中学”“创中学”，凸显学生的主体性。学生的创新学习离不开教师的创新教学，教师只有敢于迈出创新改革的步伐，才能更利于创新，利于培养学生，所以我们不能固步自封，只能砥砺前行。