義教信息科技教學(xué)實(shí)施 | “物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊-物聯(lián)網(wǎng)安全

“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊

物聯(lián)網(wǎng)安全

本期內(nèi)容

1

課標(biāo)理解

●充分利用身邊可用資源，體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獨(dú)特魅力

——“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”+人工智能應(yīng)用的教學(xué)

2

教學(xué)課例+同步教學(xué)資源

●“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”的教學(xué)實(shí)踐

——以“校園菜地智能監(jiān)測(cè)澆水系統(tǒng)”為例

●核心素養(yǎng)引領(lǐng)下生成式人工智能項(xiàng)目的跨學(xué)科實(shí)踐

——以“語(yǔ)文古詩(shī)文網(wǎng)頁(yè)益智游戲設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”為例

1

課標(biāo)理解

充分利用身邊可用資源，

體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獨(dú)特魅力

——“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”

+人工智能應(yīng)用的教學(xué)

本文聚焦“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”的綜合應(yīng)用教學(xué)，探討如何充分利用學(xué)生身邊可用的資源，特別是人工智能資源，通過(guò)綜合教學(xué)策略，讓學(xué)生親身體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的獨(dú)特魅力。作者還從實(shí)例引領(lǐng)、實(shí)踐操作、挑戰(zhàn)應(yīng)對(duì)及綜合教學(xué)等多個(gè)維度對(duì)本模塊的教學(xué)策略進(jìn)行闡述，旨在為提升學(xué)生的信息素養(yǎng)與創(chuàng)新能力、培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)社會(huì)需求的數(shù)字公民奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的教學(xué)探索一條實(shí)踐可行的基本路徑。

物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的延伸與拓展，正逐步滲透至人們生活的方方面面。與互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議、設(shè)備和終端結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，功能單一卻直觀易懂，且支持物聯(lián)協(xié)議的設(shè)備種類繁多，易于獲取。這一特性為基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用場(chǎng)景搭建提供了極大便利，也為中小學(xué)信息科技教學(xué)帶來(lái)了新的機(jī)遇。本文旨在探討在《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）指導(dǎo)下，如何通過(guò)綜合教學(xué)策略，充分利用學(xué)生身邊可用的設(shè)備，開(kāi)展“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”教學(xué)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的獨(dú)特魅力。

本模塊教學(xué)的基本策略

在義務(wù)教育信息科技教學(xué)中，開(kāi)展“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”綜合應(yīng)用教學(xué)，需立足課程標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特性與學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，構(gòu)建“場(chǎng)景感知—實(shí)踐操作—價(jià)值引領(lǐng)”的教學(xué)體系，從技術(shù)理解、能力培養(yǎng)、責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)确矫嬉龑?dǎo)學(xué)生全面發(fā)展。

1.立足技術(shù)特性，構(gòu)建具象化認(rèn)知基礎(chǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以其設(shè)備多樣性、協(xié)議簡(jiǎn)易性和場(chǎng)景直觀性等特點(diǎn)成為培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)載體。在教學(xué)中，需首先幫助學(xué)生建立物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的清晰認(rèn)知邊界：相較于互聯(lián)網(wǎng)以“人”為核心的信息交互模式，物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)傳感器、嵌入式設(shè)備等終端實(shí)現(xiàn)“物物相連”，其協(xié)議（如LoRa、NB-IoT）更側(cè)重低功耗、廣覆蓋，終端功能雖單一卻能通過(guò)數(shù)據(jù)協(xié)同實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)用。教師可通過(guò)“智能家居燈光控制”“校園溫濕度監(jiān)測(cè)”等貼近生活的案例，引導(dǎo)學(xué)生觀察設(shè)備如何通過(guò)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，直觀理解“感知—傳輸—應(yīng)用”的物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)。

2.聚焦實(shí)踐操作，培養(yǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用能力

實(shí)踐是物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)的核心環(huán)節(jié)，需通過(guò)“拆解—組裝—?jiǎng)?chuàng)新”的遞進(jìn)式活動(dòng)，讓學(xué)生掌握數(shù)據(jù)的全生命周期管理。首先，分析典型應(yīng)用案例，如智能手環(huán)如何通過(guò)加速度傳感器采集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，經(jīng)藍(lán)牙傳輸至手機(jī)APP生成健康報(bào)告，引導(dǎo)學(xué)生梳理“數(shù)據(jù)來(lái)源—傳輸路徑—應(yīng)用場(chǎng)景”的邏輯鏈條；其次，開(kāi)展設(shè)備操作體驗(yàn)，利用Arduino開(kāi)發(fā)板、溫濕度傳感器等低成本教具，指導(dǎo)學(xué)生編寫簡(jiǎn)單程序讀取傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至終端，理解數(shù)據(jù)格式（如JSON、CSV）與協(xié)議規(guī)范（如MQTT）；最后，搭建簡(jiǎn)易系統(tǒng)，如小組合作完成“智能花盆”項(xiàng)目——用土壤濕度傳感器檢測(cè)水分，當(dāng)數(shù)據(jù)低于閾值時(shí)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警并通過(guò)LED燈顯示狀態(tài)，讓學(xué)生在真實(shí)場(chǎng)景中體驗(yàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策的過(guò)程。通過(guò)這些實(shí)踐，學(xué)生不僅能掌握數(shù)據(jù)讀取、發(fā)送、接收的基本技能，更能理解技術(shù)背后“用數(shù)據(jù)說(shuō)話”的核心思想。

3.直面技術(shù)挑戰(zhàn)，樹(shù)立數(shù)字公民意識(shí)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及帶來(lái)了新的倫理與社會(huì)問(wèn)題，教學(xué)中需融入價(jià)值引領(lǐng)，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)與創(chuàng)新思維。一方面，探討現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，如無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行的協(xié)同算法涉及多設(shè)備通信延遲與路徑規(guī)劃問(wèn)題，無(wú)人駕駛車的會(huì)車規(guī)則需平衡效率與安全，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)技術(shù)應(yīng)用的復(fù)雜性；另一方面，聚焦個(gè)人隱私保護(hù)，通過(guò)“智能攝像頭人臉識(shí)別”“智能音箱語(yǔ)音記錄”等場(chǎng)景模擬，讓學(xué)生思考設(shè)備如何通過(guò)數(shù)據(jù)塑造用戶畫(huà)像，討論“哪些數(shù)據(jù)屬于個(gè)人隱私”“如何設(shè)置設(shè)備權(quán)限”，養(yǎng)成定期檢查設(shè)備數(shù)據(jù)采集范圍的習(xí)慣。此外，鼓勵(lì)創(chuàng)新探索，組織“未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)”頭腦風(fēng)暴，引導(dǎo)學(xué)生將技術(shù)與社會(huì)需求結(jié)合，提出兼具可行性與創(chuàng)新性的方案。

4.整合多學(xué)科知識(shí)，促進(jìn)綜合素養(yǎng)提升

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的交叉性為跨學(xué)科教學(xué)提供了天然紐帶。在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，可通過(guò)分析傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)，繪制折線圖并計(jì)算平均值、方差，理解數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)意義；在科學(xué)領(lǐng)域，結(jié)合物理中的“力與運(yùn)動(dòng)”解釋加速度傳感器原理，結(jié)合生物中的“人體生理指標(biāo)”設(shè)計(jì)健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用；在藝術(shù)領(lǐng)域，利用LED燈帶與傳感器制作互動(dòng)裝置，如“聲控色彩變化燈”，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與美學(xué)的融合。教師還可組織跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生在解決真實(shí)問(wèn)題中培養(yǎng)系統(tǒng)思維與協(xié)作能力。

5.創(chuàng)新教學(xué)評(píng)價(jià)，關(guān)注過(guò)程與發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)突破傳統(tǒng)紙筆測(cè)試模式，采用“過(guò)程性評(píng)價(jià)+成果展示”相結(jié)合的方式。過(guò)程性評(píng)價(jià)關(guān)注學(xué)生在設(shè)備調(diào)試、數(shù)據(jù)處理、小組合作中的表現(xiàn)；成果展示可通過(guò)“項(xiàng)目答辯會(huì)”形式，讓學(xué)生匯報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念、技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程、遇到的問(wèn)題及改進(jìn)方案，由教師、同學(xué)共同評(píng)估其創(chuàng)新性、實(shí)用性與技術(shù)規(guī)范性。此外，鼓勵(lì)學(xué)生撰寫“技術(shù)日志”，記錄從“不懂設(shè)備接線”到“獨(dú)立完成系統(tǒng)搭建”的成長(zhǎng)軌跡，反思技術(shù)應(yīng)用中的倫理思考，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力與價(jià)值觀的同步發(fā)展。

本模塊教學(xué)的實(shí)踐路徑

1.基于生活場(chǎng)景的實(shí)例探究：從“感知”到“理解”

（1）校園場(chǎng)景：智能班牌與環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

以“智能班牌”為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察其顯示班級(jí)信息、課程表、通知推送等功能，分析背后的技術(shù)架構(gòu)：班牌內(nèi)置的Wi-Fi模塊連接校園網(wǎng)絡(luò)，接收服務(wù)器端發(fā)送的數(shù)據(jù)（如課程信息），通過(guò)LCD屏幕輸出；部分班牌集成溫濕度傳感器，實(shí)時(shí)采集教室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)并上傳至云端，供后勤部門調(diào)控空調(diào)與通風(fēng)設(shè)備。學(xué)生分組拆解功能模塊，繪制“數(shù)據(jù)流程圖”，明確“數(shù)據(jù)來(lái)源（服務(wù)器/傳感器）—傳輸方式（Wi-Fi）—終端應(yīng)用（顯示/調(diào)控）”的邏輯關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，對(duì)比傳統(tǒng)紙質(zhì)班牌與智能班牌的差異，理解物聯(lián)網(wǎng)“數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互”“遠(yuǎn)程控制”的核心優(yōu)勢(shì)。

（2）家庭場(chǎng)景：智能家居設(shè)備聯(lián)動(dòng)體驗(yàn)

選取學(xué)生熟悉的智能家居設(shè)備，開(kāi)展“模擬家庭場(chǎng)景”實(shí)踐。首先，讓學(xué)生使用手機(jī)APP控制智能燈泡開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)亮度，觀察操作指令發(fā)出到設(shè)備響應(yīng)的延遲，討論“指令如何從手機(jī)傳遞到燈泡”；其次，搭建“溫濕度聯(lián)動(dòng)窗簾”簡(jiǎn)易系統(tǒng)——將DHT11溫濕度傳感器與ESP8266開(kāi)發(fā)板連接，編寫程序設(shè)定閾值，通過(guò)MQTT協(xié)議將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至窗簾電機(jī)控制器，觸發(fā)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。學(xué)生在調(diào)試過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際問(wèn)題——傳感器數(shù)據(jù)波動(dòng)導(dǎo)致窗簾頻繁開(kāi)關(guān)，需引入“數(shù)據(jù)濾波”算法（如連續(xù)3次檢測(cè)超過(guò)閾值才執(zhí)行動(dòng)作），從而理解“協(xié)議穩(wěn)定性”“數(shù)據(jù)可靠性”對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要性。

（3）社會(huì)場(chǎng)景：公共設(shè)施中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

組織學(xué)生調(diào)研社區(qū)或校園內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，如智能快遞柜、共享單車、環(huán)境監(jiān)測(cè)站等，形成“物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用調(diào)研報(bào)告”。以智能快遞柜為例，學(xué)生需分析其“掃碼開(kāi)箱”流程：在用戶掃碼后，快遞柜通過(guò)4G模塊向服務(wù)器發(fā)送用戶ID，服務(wù)器驗(yàn)證身份后返回“開(kāi)箱指令”，控制對(duì)應(yīng)柜門的電磁鎖打開(kāi)。在調(diào)研中，學(xué)生可能發(fā)現(xiàn)“柜門未關(guān)緊導(dǎo)致物品丟失”“網(wǎng)絡(luò)延遲導(dǎo)致掃碼失敗”等問(wèn)題，進(jìn)而思考“如何通過(guò)傳感器（如紅外檢測(cè)）判斷柜門狀態(tài)”“如何優(yōu)化協(xié)議（如NB-IoT低功耗廣覆蓋）減少延遲”。通過(guò)真實(shí)場(chǎng)景調(diào)研，學(xué)生不僅能將課堂知識(shí)與社會(huì)應(yīng)用結(jié)合，更能認(rèn)識(shí)到技術(shù)落地需兼顧功能性與可靠性。

2.分層次實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)：從“操作”到“創(chuàng)造”

（1）基礎(chǔ)層：設(shè)備認(rèn)知與數(shù)據(jù)讀取

針對(duì)八年級(jí)學(xué)生，可開(kāi)展“傳感器探秘”活動(dòng)。提供Arduino開(kāi)發(fā)板、光敏電阻、舵機(jī)、LED燈等基礎(chǔ)元件，讓學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦認(rèn)識(shí)設(shè)備。通過(guò)說(shuō)明書(shū)了解光敏電阻的“阻值隨光照強(qiáng)度變化”特性，用萬(wàn)用表測(cè)量不同光照下的電阻值，繪制“光照-電阻”關(guān)系曲線。數(shù)據(jù)讀取：編寫簡(jiǎn)單代碼（如使用AnalogRead函數(shù)）讀取光敏電阻的模擬信號(hào)，在串口監(jiān)視器中觀察數(shù)據(jù)變化，理解“模擬信號(hào)數(shù)字化”的過(guò)程。簡(jiǎn)單交互：將數(shù)據(jù)與執(zhí)行器聯(lián)動(dòng)，如“光照強(qiáng)度低于500時(shí)LED燈亮起”，通過(guò)條件判斷語(yǔ)句（if-else）實(shí)現(xiàn)邏輯控制。

此階段重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，讓其掌握“設(shè)備接線—代碼編寫—數(shù)據(jù)觀察”的基本流程，建立“輸入（傳感器）—處理（控制器）—輸出（執(zhí)行器）”的系統(tǒng)概念。

（2）進(jìn)階層：協(xié)議應(yīng)用與系統(tǒng)搭建

在此基礎(chǔ)上，引入物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)傳輸，開(kāi)展“數(shù)據(jù)上云”實(shí)踐。以“校園氣象站”項(xiàng)目為例，先準(zhǔn)備NodeMCU開(kāi)發(fā)板（集成Wi-Fi）、BME280溫濕度氣壓傳感器、蜂鳴器、OLED顯示屏等硬件，之后編寫程序讀取傳感器數(shù)據(jù)，在OLED屏幕實(shí)時(shí)顯示溫度、濕度、氣壓值，并使用MQTT協(xié)議連接阿里云IoT平臺(tái)，定義Topic（如“school/weather”），將數(shù)據(jù)按JSON格式（如{"temp":25.6,"hum":60,"press":1013}）發(fā)送至云端，最后在阿里云平臺(tái)配置規(guī)則引擎，當(dāng)溫度高于35℃時(shí)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，并通過(guò)手機(jī)APP接收通知。

學(xué)生在實(shí)踐中需解決“Wi-Fi連接穩(wěn)定性”“JSON格式錯(cuò)誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)上傳失敗”“平臺(tái)規(guī)則配置邏輯”等問(wèn)題，通過(guò)查閱協(xié)議文檔、調(diào)試代碼、小組協(xié)作，逐步掌握MQTT協(xié)議的“發(fā)布-訂閱”模式、數(shù)據(jù)格式規(guī)范及云平臺(tái)應(yīng)用方法。

（3）創(chuàng)新層：項(xiàng)目設(shè)計(jì)與問(wèn)題解決

鼓勵(lì)學(xué)生基于真實(shí)需求設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，如“校園垃圾分類智能督導(dǎo)系統(tǒng)”。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成后，學(xué)生主要通過(guò)以下過(guò)程進(jìn)行問(wèn)題解決：①需求分析。針對(duì)校園垃圾桶混投問(wèn)題，設(shè)計(jì)具備“自動(dòng)分類提醒”“滿溢預(yù)警”功能的系統(tǒng)。②方案設(shè)計(jì)。使用攝像頭（圖像識(shí)別模塊）識(shí)別垃圾種類，紅外傳感器檢測(cè)垃圾桶滿溢狀態(tài)，通過(guò)LoRa模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至校園監(jiān)控中心，同時(shí)在垃圾桶旁安裝LED屏顯示分類指引。③技術(shù)實(shí)現(xiàn)。分小組負(fù)責(zé)硬件組裝（傳感器與控制器連接）、軟件編程（圖像識(shí)別算法、數(shù)據(jù)傳輸邏輯）、外觀設(shè)計(jì)（3D打印外殼）。④測(cè)試優(yōu)化。在校園試點(diǎn)安裝，收集實(shí)際使用中的問(wèn)題（如光線不足導(dǎo)致識(shí)別錯(cuò)誤），通過(guò)調(diào)整算法參數(shù)、增加補(bǔ)光燈等方式迭代優(yōu)化。

此類項(xiàng)目讓學(xué)生經(jīng)歷“需求—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—優(yōu)化”的完整流程，培養(yǎng)問(wèn)題解決能力與創(chuàng)新思維，同時(shí)體會(huì)技術(shù)服務(wù)社會(huì)的價(jià)值。

3.跨學(xué)科融合教學(xué)案例：從“單一”到“綜合”

（1）信息科技+數(shù)學(xué)：數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

在“智能環(huán)境監(jiān)測(cè)”項(xiàng)目中，引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)方法處理傳感器數(shù)據(jù)。例如，連續(xù)一周采集教室溫度數(shù)據(jù)（每小時(shí)1次），用Excel繪制折線圖，計(jì)算日平均溫度、最高/最低溫度、溫度波動(dòng)方差，分析“不同時(shí)間段溫度變化規(guī)律”“空調(diào)使用對(duì)溫度的影響”。通過(guò)數(shù)據(jù)可視化與統(tǒng)計(jì)分析，學(xué)生不僅鞏固了數(shù)學(xué)知識(shí)，更理解了“數(shù)據(jù)是決策的依據(jù)”，如根據(jù)溫度波動(dòng)規(guī)律調(diào)整空調(diào)運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

（2）信息科技+科學(xué)：傳感器原理與物理現(xiàn)象

結(jié)合科學(xué)課“力與運(yùn)動(dòng)”單元，開(kāi)展“加速度傳感器與運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)”實(shí)驗(yàn)。學(xué)生佩戴智能手環(huán)進(jìn)行跑步、走路、靜坐等活動(dòng)，導(dǎo)出加速度數(shù)據(jù)（x/y/z軸分量），分析不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的波形特征：跑步時(shí)加速度變化劇烈（波形幅度大），靜坐時(shí)趨于平穩(wěn)（波形幅度小）。進(jìn)一步探究原理：加速度傳感器通過(guò)壓電效應(yīng)將物理運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而理解“物理現(xiàn)象—傳感器檢測(cè)—數(shù)據(jù)輸出”的轉(zhuǎn)化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與科學(xué)原理的結(jié)合。

（3）信息科技+語(yǔ)文+藝術(shù)：項(xiàng)目報(bào)告與創(chuàng)意展示

在完成“智能花盆”項(xiàng)目后，要求學(xué)生撰寫《項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告》，其中包含需求背景、技術(shù)方案、實(shí)現(xiàn)過(guò)程、遇到的問(wèn)題及解決方法，鍛煉邏輯表達(dá)與書(shū)面寫作能力。同時(shí)，用圖形化編程制作“項(xiàng)目演示動(dòng)畫(huà)”，模擬土壤濕度變化、傳感器工作、報(bào)警裝置響應(yīng)的過(guò)程，在動(dòng)畫(huà)中加入音效與角色對(duì)話，將技術(shù)原理用生動(dòng)的藝術(shù)形式呈現(xiàn)。跨學(xué)科融合不僅豐富了教學(xué)形式，更讓學(xué)生在綜合應(yīng)用中體會(huì)知識(shí)的關(guān)聯(lián)性。

4.技術(shù)挑戰(zhàn)與隱私保護(hù)：從“技術(shù)”到“責(zé)任”

（1）技術(shù)挑戰(zhàn)模擬：無(wú)人機(jī)編隊(duì)與路徑規(guī)劃

通過(guò)編程模擬軟件（如V-REP）搭建“無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行”場(chǎng)景，這是極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在此過(guò)程中，學(xué)生需解決通信延遲及路徑?jīng)_突等問(wèn)題。通信延遲：當(dāng)多架無(wú)人機(jī)通過(guò)Wi-Fi通信時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸存在延遲，導(dǎo)致動(dòng)作不同步。引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)“時(shí)間戳同步法”，讓每架無(wú)人機(jī)根據(jù)統(tǒng)一時(shí)間戳執(zhí)行動(dòng)作。路徑?jīng)_突：兩架無(wú)人機(jī)可能因路徑交叉發(fā)生碰撞，需編寫避障算法。通過(guò)模擬，學(xué)生認(rèn)識(shí)到“技術(shù)應(yīng)用需考慮多因素協(xié)同”，培養(yǎng)系統(tǒng)思維。

（2）隱私保護(hù)實(shí)踐：設(shè)備數(shù)據(jù)權(quán)限管理

開(kāi)展“智能設(shè)備隱私檢查”活動(dòng)：學(xué)生分組檢查家中智能設(shè)備的隱私政策，記錄“數(shù)據(jù)采集類型（位置、語(yǔ)音、圖像）”“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地點(diǎn)”“第三方共享情況”，并討論“兒童手表的定位數(shù)據(jù)是否應(yīng)實(shí)時(shí)上傳？家長(zhǎng)如何設(shè)置權(quán)限？”“智能音箱的語(yǔ)音記錄是否會(huì)被用于廣告推薦？如何關(guān)閉錄音功能？”。最后，制訂《家庭物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備隱私保護(hù)指南》，其中包含“定期刪除設(shè)備緩存”“關(guān)閉非必要數(shù)據(jù)采集”等具體措施，讓隱私保護(hù)意識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際行動(dòng)。

（3）未來(lái)創(chuàng)新展望：技術(shù)與社會(huì)需求的結(jié)合

組織“物聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新研討會(huì)，學(xué)生結(jié)合社會(huì)問(wèn)題提出技術(shù)解決方案。例如，助老場(chǎng)景：設(shè)計(jì)“智能拐杖”，集成GPS定位、摔倒檢測(cè)傳感器，當(dāng)檢測(cè)到老人摔倒時(shí)自動(dòng)向子女發(fā)送位置信息并觸發(fā)報(bào)警；環(huán)保場(chǎng)景：利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)工廠廢水排放，實(shí)時(shí)上傳pH值數(shù)據(jù)，超標(biāo)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉閥門并通知環(huán)保部門；教育場(chǎng)景：開(kāi)發(fā)“智能課桌”，通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)學(xué)生坐姿，通過(guò)距離傳感器監(jiān)測(cè)用眼距離，異常時(shí)通過(guò)震動(dòng)提醒，保護(hù)學(xué)生健康。如此等等，通過(guò)這些場(chǎng)景，學(xué)生將技術(shù)創(chuàng)新與社會(huì)責(zé)任結(jié)合，樹(shù)立“用技術(shù)解決問(wèn)題”的價(jià)值觀。

5.教學(xué)資源與工具支持：從“抽象”到“具象”

（1）低成本教具開(kāi)發(fā)

針對(duì)農(nóng)村或資源有限地區(qū)，利用廢舊材料制作簡(jiǎn)易物聯(lián)網(wǎng)教具。低成本教具降低了實(shí)踐門檻，讓每個(gè)學(xué)生都能參與動(dòng)手操作。

（2）虛擬仿真平臺(tái)應(yīng)用

推薦使用Wokwi、Tinkercad等在線仿真平臺(tái)，學(xué)生可在虛擬環(huán)境中搭建電路、編寫代碼、調(diào)試系統(tǒng)，無(wú)需購(gòu)買實(shí)體設(shè)備即可體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)。虛擬仿真平臺(tái)突破了時(shí)空限制，支持反復(fù)試錯(cuò)，提高了教學(xué)效率。

（3）校企合作資源引入

聯(lián)系本地科技企業(yè)或高校實(shí)驗(yàn)室，組織學(xué)生參觀物聯(lián)網(wǎng)展廳、體驗(yàn)最新設(shè)備，邀請(qǐng)工程師進(jìn)校園開(kāi)展“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)講座”，介紹行業(yè)應(yīng)用案例與職業(yè)發(fā)展路徑。校企合作能讓學(xué)生接觸前沿技術(shù)，拓寬視野，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

總之，在“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”+人工智能應(yīng)用教學(xué)中，通過(guò)生活場(chǎng)景感知、分層次實(shí)踐操作、跨學(xué)科知識(shí)融合、倫理挑戰(zhàn)探討，讓學(xué)生在“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”中理解技術(shù)原理、掌握實(shí)踐技能、樹(shù)立責(zé)任意識(shí)。教師需充分挖掘身邊資源，創(chuàng)新教學(xué)方式，將抽象的技術(shù)知識(shí)轉(zhuǎn)化為具象的實(shí)踐活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷從“認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)”到“人工智能應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)”再到“創(chuàng)新物聯(lián)網(wǎng)”的過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)信息素養(yǎng)與綜合能力的全面提升，為數(shù)字社會(huì)培養(yǎng)既懂技術(shù)又有擔(dān)當(dāng)?shù)膭?chuàng)新型人才。

本文作者：

李維明

四川省教育科學(xué)研究院

文章刊登于《中國(guó)信息技術(shù)教育》

2025年第24期

引用請(qǐng)注明參考文獻(xiàn)：

李維明.充分利用身邊可用資源，體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獨(dú)特魅力——“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”+人工智能應(yīng)用的教學(xué)[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2025（24）：16-19，20.

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教學(xué)課例+同步教學(xué)資源

“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”

的教學(xué)實(shí)踐

——以“校園菜地智能監(jiān)測(cè)

澆水系統(tǒng)”為例

作者：朱成茜 四川省成都市石室聯(lián)合弘文學(xué)校

資源：

（1）教學(xué)論文： “物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”的教學(xué)實(shí)踐——以“校園菜地智能監(jiān)測(cè)澆水系統(tǒng)”為例點(diǎn)擊閱讀

（2）教學(xué)設(shè)計(jì)及課件：智能監(jiān)測(cè)澆水系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)及課件點(diǎn)擊下載

課例介紹 ： 以校園“創(chuàng)生園”中植物照料的真實(shí)問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷從需求分析、硬件搭建、編程控制到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)部署的完整項(xiàng)目過(guò)程。

提示：在線兌換完雜志后自動(dòng)解鎖本期目錄、原貌預(yù)覽、教學(xué)資源（可下載使用）。

核心素養(yǎng)引領(lǐng)下

生成式人工智能項(xiàng)目

的跨學(xué)科實(shí)踐

——以“語(yǔ)文古詩(shī)文網(wǎng)頁(yè)益智游戲

設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”為例

作者：舒華 楊玉婷 四川省成都市第七中學(xué)

資源：

（1）教學(xué)論文：核心素養(yǎng)引領(lǐng)下生成式人工智能項(xiàng)目的跨學(xué)科實(shí)踐——以“語(yǔ)文古詩(shī)文網(wǎng)頁(yè)益智游戲設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”為例點(diǎn)擊閱讀

（2）教學(xué)設(shè)計(jì)及課件：核心素養(yǎng)引領(lǐng)下生成式AI項(xiàng)目的跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)及課件點(diǎn)擊下載

課例介紹： 以學(xué)生古詩(shī)文背誦中的實(shí)際困難為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用生成式AI工具“豆包”，通過(guò)設(shè)計(jì)提示詞、生成互動(dòng)游戲、評(píng)價(jià)優(yōu)化作品等一系列環(huán)節(jié)，完成一個(gè)可交互的古詩(shī)文網(wǎng)頁(yè)游戲設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

提示：在線兌換完雜志后自動(dòng)解鎖本期目錄、原貌預(yù)覽、教學(xué)資源（可下載使用）。

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