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物联网校本课程设计与实施

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发布日期:2019-01-12 12:48

物联网技术的应用影响人们生活的方方面面,不仅带来了生活方式的变革,也对教育教学产生了很大的影响。在开发校本课程过程中,笔者依托比特实验室,以创客教育理念引导学生,借助信息技术手段不断拓展教学内容,将设计的物联网作品同实际生活、实际问题相联系,构建了具有一定特质的物联网校本课体系,并采用SEDS教学模式开展物联网课堂教学,以拓宽学生视野,发展学生创新素养。

一、物联网课程体系设计

创客教育是一种利用技术手段,通过特定课程或活动,以让学生从内心领悟创新和分享是人生最大快乐为目标的教育。我校开设的物联网校本课程依托比特实验室,通过课程训练拓展学生眼界,激发学生的创造欲望,培养学生的创新精神,强化学生的手脑并用,发展学生的实践能力,改善学生的学习方式,促进学生全面发展。经过近3年的课程教学实践,我校建设了以“创客教育—比特实验室”为基础的智慧型教室,教师们开发了以物联网传感电子技术为基础的物联网传感电子交互体验式训练课程体系。在课堂上,笔者让学生组合不同功能的模块,不仅使原来枯燥复杂的电子控制系统变得生动有趣,简明易懂,而且激发了学生的创造灵感,自由地发挥自主设计和创造的能力方便地搭建自己独特的电子系统。该物联网校本课程具有制作数字化、教学积木化、作业个性化、过程游戏化、展示整合化等五大应用特征。教师通过培养学生的创新思维和动手能力,增强学生的学习自觉性和热情,培养创新型人才。

二、物联网课程SEDS教学模式

教学模式是指依据一定的教学思想与理论,建立起来的稳定的教学活动结构框架和活动程序。创客教育是一种秉承“开放创新、探究体验”的理念,融合应用信息技术,以“创中学”为主要学习方式,以培养各类创新型人才为目的的新型教育模式。作为一所九年一贯制农村学校,我校开发了适应自身实际情况的SEDS教学模式。SEDS是故事(Story)、实验(Experiment)、设计(Design)和展示(Show)4个词的英文首字母拼写。故事指通过构思故事情节引导教学活动的展开;实验指在理论阐述过程中,以实验的方式进行验证和讲解,更有说服力;设计是要求学生在理论的基础上发挥想象力与创造力,设计出自己的作品;展示是在作品完成后,进行交流展示。SEDS教学模式的特色是在课堂上鼓励学生动脑动手,通过实验操作,增强学生信心,培养学生主动学习的意识,使学生的综合能力得到提高,更好地适应社会发展。

三、物联网课程教学实施

课程教学从一个个生动的故事开始。教师让学生聆听故事,启发学生动手做实验。作品通常是以团队协作的方式完成,这样可以锻炼学生领导和合作能力,而且在提高动手能力和想象力的同时,学生通过作品的展示与表达来提高语言表达能力和审美能力。下面,以“超声波航海船”为例,阐述在SEDS教学模式下开展物联网课程教学的操作方法和步骤。

(一)故事情境引入课题

故事情境教学在实际应用中能有效吸引学生注意力,调动学生的兴趣,帮助学生快速进入学习状态,并在故事情境的引导下主动地进行思考与想象,这对于激发学生创意思维起着不容小觑的作用。在“超声波测距仪”这一课的课堂教学引入环节,教师安排学生观看一段预先准备好的《非凡动物》第一季第六集《超声波海豚》视频,引导学生讨论海豚交流方式(声音交流),通过情境引入课题内容超声波,进而讲解超声波的基本概念并与学生一起探讨超声波的应用和发展史,为本节课的后续教学活动作铺垫。学生在感兴趣的故事情境中会主动参与教学活动,这为教学活动的后续开展奠定了良好基础。

(二)实验探究合理建构

在学生学习了超声波的基本知识后,教师接下来要引导学生构建知识,鼓励学生动手操作,依据超声波原理初步完成超声波测距仪的制作。

1.原理分析

物联网课程最大的特色是鼓励学生积极动脑发挥创意和想象力来完成作品。在“超声波测距仪”这一课的教学中,教师首先要与学生一起对声波测距仪的设计原理进行分析,启发学生利用物联网知识和比特实验室装备实现超声波测距智能化的创意思维。超声波测距仪工作原理是利用超声波收发模块发射一定频率的超声波,在空气中传播,到达被测物体或障碍物后反射回来,由超声波收发器模块接收脉冲,其所经历的时间是往返时间,这个时间与超声波传播的路程有关。因此,利用公式s=vt,通过测试传输时间就可以测得距离。但由于超声波是听不见、看不到的,在装置上安装激光灯,就能很好地分辨被测物体。

2.连接装备

“不闻不若闻之,闻之不若见之,见之不若知之,知之不若行之,学至于行而止也。”(《荀子•儒效》)物联网课程是一门强调动手能力、注重实践操作的课程。在了解超声波测距仪的基本原理后,教师可以安排学生分小组进行实验。学生首先根据实验器材说明表在比特实验室储物箱中找到相应的传感器模块和其他装备,然后按照实验电路连接图拼接完成,并准备检测功能是否正常。学生通过拼装组合设计,在实验中对电子系统的整体功能及模块结构会有更深入的了解。

3.实践检验

实践是检验真理的唯一标准。在完成超声波测距仪组装后,学生必须通过实践操作来检验超声波测距仪能否正常工作。学生接通电源,将电池按照正负极准确装入电池盒并打开电源开关。电源提示灯亮,同时激光灯点亮,说明仪器目前处于可工作的待机状态。接着,学生开始测距,确定测量物体后单击按钮。如果所测物体在量程范围内,则语音播报物体距离仪器的距离;如果物体距离仪器太近(<40cm)或太远(>5m),则发出警报声,表明不适合测量。这个量程是在前期研发阶段程序设置的,可以根据实际需求重新编程设置。

(三)设计造型合作组装

有了结合生活实际的创意情境,就有了项目设计的脚本。笔者认为:物联网课堂是以学生为中心,以实验项目为依托,通过小组合作的形式开展真实的体验,完成作品的创作,强调对创新精神、问题解决等综合能力培养的创客教育平台。在设计造型环节,小组成员根据实验项目进行协作,深入分析确定造型,依靠团队的智慧提出各种解决方案,通过搭建亚克力交互积木、测试筛选验证其可行性,最终设计出新颖创意的三维造型模块。学生将创意转化为具体项目设计尤为重要,它是学生完成作品的前提。设计的过程就是学生锻炼艺术设计、审美想象、语言表达以及动手制作能力的创新过程。

(四)展示交流多元评价

教师应倡导“立足过程,促进发展”的学生学习评价,运用多样化的评价方法,促进学生全面而富有个性化地发展。展示评价是教学的最后一个环节,教师让学生针对5W(When、What、Where、Who、Why)设计并讲解自己作品是什么、怎么想的、做什么用。5W设计链条是为锻炼学生的语言沟通能力特意设计的,是为了让学生深刻理解创新思维的过程,养成做事情有条理、有规律的良好习惯。在“超声波测距仪”这课中,学生采用创意演讲形式进行展示评价。在演讲展示前,学生要准备好作品、PPT等,展示时着重表述作品从操作设计到建构作品的过程。物联网校本课程评价体系的构建旨在培养学生的思维扩展能力,培养学生运用物联网知识和方法解决实际问题的能力,激发学生学习物联网技术的欲望,从而培养出全方位发展的创新型人才。

参考文献:

[1]傅骞,刘鹏飞.创客教育理念下的折纸课程开发与实践[J].北京广播电视大学学报,2017,22(3):50.

[2]杨现民,李冀红.创客教育的价值潜能[J].现代远程教育研究,2015(2):94.

[3]熊善军.基于创客思维的信息技术课堂教学模式探索与实践[J].教学与管理,2016(3):106.

[4]郑玺.交互式电子积木设计研究——以“比特实验室”产品构建为例[D].江南大学,2010.

作者:沈萍强 单位:浙江省桐乡市高桥新区中心学校

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