面向计算思维培养的物联网应用任务探究式教学设计

沈晓峰

摘要：物联网教学是信息技术教育的重要内容之一，在实际教学中，强调培养学生的计算思维能力。因此，本文以物联网教学为例，以计算思维能力培养为基础，对物联网应用探究式教学设计进行了分析，讨论了教学设计思路，构建了教学框架，并提出了探究式学习任务路径方法，以期能够为相关研究提供一定的参考。

关键词：计算思维能力；物联网；探究任务；教学设计

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）11-0080-03

计算思维能力是一种高阶思维能力，在物联网应用学习中有着非常重要的作用。所以，在信息技术教学中，应重视对计算思维的培养，遵循分阶段动态螺旋发展的规律，并以探究任务为载体，开展物联网应用教学，引导学生不断地探索实践，感知、学习、理解计算思维，最终形成计算思维习惯，提升学生的信息素养，助力学生未来实现更好的发展。

物联网应用教学中培养学生计算思维能力的必要性

物联网应用是信息技术课程的重要内容之一，该部分内容组成复杂，知识理念抽象，综合性强，知识层次丰富，知识内容跨度较大，且与信息科技课程其他知识均有不同程度的关联。因此，在物联网应用教学中，有必要培养学生计算思维能力，帮助学生更好地学习理解物联网知识内容，了解物联网的运行过程，提升学生学习效率。

物联网应用任务探究式教学设计思路

在物联网应用教学中，若通过加强探究式任务教学设计来培养计算思维能力，应明确具体的教学设计思路：首先，在实际开展教学时，以真实的问题解决为探究任务，让学生通过任务探究学习的方式进行问题解决，促进学生进行知识应用实践，形成正确的思想价值观念，顺利实现计算思维能力培养。其次，以数据信息为基础，对学习内容进行结构化处理，针对不同的结构知识内容，构建相应的探究任务，建立不同物联网知识的关键连接，引导学生进行整体思考，使其对物联网知识有更加完整的理解与认识，促进学生形成完整的学科观念，培养并提升计算思维能力，形成信息技术学科核心素养。最后，在循序渐进学习理念的指导下，以探究任务为重要载体，建立系统化的教学思路框架，框架内容包括场景分析、知识理解、应用实践。

物联网应用任务探究式教学框架构建

1.利用现有知识经验，初步理解物联网

如今的学生，生于并长于信息技术飞速发展的时代，他们本身是“网络冲浪主力军”，所以对互联网及其相关的信息技术并不陌生。在进行物联网知识学习前，学生已经掌握了一些信息技术知识，对物联网基本概念也有所了解，再加上前期信息技术的学习，了解了数据以及信息编码的过程，掌握了一些简单的计算机语言应用技巧，能够自主进行简单的程序设计。在日常学习中，很多学生也会应用互联网信息技术搜索学习资料，这说明学生已经具备了扎实的物联网知识学习基础。[1]所以，在实际开展前期物联网教学设计时，教师可以适当地加快教学节奏，补充一些与物联网相关的知识概念，激活学生关于计算机、互联网的知识经验，最终帮助学生对物联网有一个整体的感知与了解，为后续进行物联网知识深度学习创造有利的条件。

2.以物联网重点内容为核心，深度学习并理解物联网知识

在实际进行教学时，教师应以物联网重点内容为核心，并融入计算思维，引导学生在学习物联网重点知识内容的同时，通过教学任务解决实际问题，最终形成完整的计算思维能力。在这一过程中，教师应结合实际需求，对物联网核心知识内容进行结构化处理[2]，并在此基础上，设计相应的学习任务主题活动，让学生在进行学习任务探究的过程中，完成对物联网知识由浅到深的认识，通过进行深入推理与分析，经历应用计算思维解决实际问题的过程，从而进行深入的思考，加深对物联网知识的理解。最后，教师还可以指导学生对所学的知识进行总结归纳，逐渐完成对物联网知识体系的构建，分析提炼解决任务问题的思维方法，找出一般的规律，最终在上述过程中实现计算思维能力的培养。

3.实现物联网知识迁移应用，解决实际问题

学生计算思维能力的培养，同样离不开生活实践场景，教师要引导学生在场景中解决实际问题，帮助学生形成计算思维能力。在引导学生进行物联网知识迁移应用的过程中，教师要设计针对性较强的主题任务，为学生带来更好的探索实践空间，使学生在真实的生活化、主题化、场景化情境中，完成对物联网知识的实践，运用自己的互联网思维，进行问题的解决。最后，通过总结反思，不断完善提升学生的互联网思维能力，并对学生的学习效果进行检验。

物联网应用任务探究式教学设计途径

1.从物联网重点知识入手，完成课程内容阶段划分

在物联网教学内容方面，教师要找出重点的知识内容，如物联网的数据传输、采集以及分析，并找出计算思维能力与物联网知识之间的连接融合点，基于不同的教学阶段，合理划分相应的物联网教学内容。具体来说要做到以下几点：

一是注重情境构思与创设，引导学生了解现实生活中的物联网。在教学时，教师可以选择可用的开源实验设备与软件平台，引导学生进行物联网知识探索实践。在这一过程中，学生可以基于不同的传感器，了解相应的数据获取方式，提升学习效率。

二是带领学生从实践出发，搭建简易的物联网系统。在这一过程中，学生可以根据所学知识与教师的引导，合理选择物联网协议，编写简单的程序，实现物联网系统模块功能，还可以尝试自主进行物联网系统的调试与修正，迭代优化程序，并在上述实践任务活动中，完成对核心知识的进阶学习。[3]

三是运用所学知识解决任务问题。在这一过程中，需要立足整个物联网运行过程，分析相关环节存在的问题，运用mPython技术知识解决相应的问题，进一步优化完善物联网系统搭建流程，运用物联网系统获取数据信息，再进行物联网知识学习总结，梳理问题，形成方法模型。

四是创设现实生活化场景，运用所学的物联网知识解决现实生活中遇到的新问题，实现对物联网知识的迁移与运用，最终在上述整个探索实践中完成对计算思维能力的培养。

2.完成任务群设计，唤醒学生的知识经验

任务群设计的概念，最早来自语文学科，是一种创新性学习方法。在任务群中，基于不同任务，会有对应的情境主题。在设计物联网教学探究任务时，会涉及物联网的各种概念知识与方法，相关方法包括如何进行物联网数据信息的采集等，引导学生在真实的情境下，完成对知识的学习与运用。

在任务群设计方面，教师要从学生已有的知识经验出发，让学生在探索中完成对物联网的整体感知，认识传感器采集数据的过程，体验数字平台的作用，从而为后续学习创造良好的认知条件。物联网探究式主题任务包括以下内容。

探究任务1：从现实生活出发，找一找物联网应用痕迹，设计任务主题为“生活中的物联网”。教师带领学生一起寻找生活中的物联网存在与使用的痕迹，从整体上实现对物联网的初步感知与认识，了解物联网给生活带来了哪些便利与影响，对物联网“万物互联”有一个基本的认识。

探究任务2：教师为学生提供实验硬件、软件设备支持，了解物联网数据采集的过程，设计任务主题为“物联网的数据采集与传输”。例如，教师可以引导学生使用按键传感器完成音乐播放功能的控制，还可以引导学生利用实验平台，尝试进行传感器数据的采集，学习其中的数据采集程序语句。

探究任务3：在教师的引导下，学生自主实践声控灯的设计，设计任务主题为“声控灯的设计”。在这一过程中，学生自主探索，了解各种试验设备、平台的功能，对传感器环境变量状态检测进行探究分析，了解反馈值的变化特点，总结数据传感器采集的思路与程序语句。

探究任务4：从现实场景出发，引导学生按照摄像头识别模块，探索摄像头车牌识别的过程，设计任务主题为“生活中摄像头车牌识别设计”。教师通过引导学生进行摄像头识别模块探究分析，体验认识生活中智能传感设备应用场景，将物联网应用与现实生活联系在一起。

3.设计生活化情境主题任务，解决现实生活问题

教师可以设计如下几点生活化情境主题任务。

生活主题任务1：与互联网连接，实时获取最新的天气变化信息。在该生活主题任务探究过程中，学生需要学习了解互联网络连接方法，并从云服务平台中获取信息，完成数据的读取，再通过编程，在设备上显示反馈的数据信息。

生活主题任务2：在线吃药提醒器设计。在完成该探究式主题任务的过程中，学生需要学习了解MQTT协议工作原理，并基于该协议，建立本地物联网平台[4]，最后通过该平台，完成生活化吃药情境分析，明确不同的吃药需求，然后进行编程设计，通过服务平台完成消息订阅，实现患者吃药智能化提醒的功能。

生活主题任务3：计步器功能设计与实现。在完成该项生活化主题任务的过程中，学生需要结合不同生活场景，分享计步需求，做好功能设计，然后选择合适的传感器，探究计步器的原理，完成计步器系统设计。

结语

教师需要加强对计算思维能力的认识，了解计算思维在物联网学习中的重要性，从而确定探究式任务设计思路与方法，在提升物联网教学质量水平的同时，实现对学生计算思维能力的培养。

参考文献：

[1]朱丽敏，侯红科，郭凌.以工程项目为牵引的“3×N”大实训课程体系构建与实践——以厦门南洋职业学院物联网应用技术专业群为例[J].互联网周刊，2024（03）：67-69.

[2]钱晓春.物联网专业课程“岗课赛证”融合教学模式实践[J].中国新通信，2023，25（23）：173-175.

[3]杨春红，王焕杰.基于产教融合的中职物联网技术应用专业人才培养[J].学园，2023，16（25）：72-75.

[4]谭天丽.关于物联网大单元课程的开发与实践策略研究[J].天天爱科学：教育前沿，2023（07）：49-51.