董芳芳

摘要：本文以《探究智能家居——物聯(lián)網(wǎng)中的傳感與控制機(jī)制》一課為例，以培養(yǎng)高階思維為目標(biāo)，在教學(xué)過(guò)程中針對(duì)重難點(diǎn)，將任務(wù)科學(xué)分解，將信息資源、工具與教學(xué)目標(biāo)巧妙融合，通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境、設(shè)計(jì)有效的課堂交互活動(dòng)

，以創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)活動(dòng)為載體，以小型智能開關(guān)系統(tǒng)的分析和搭建為依托，在開展協(xié)作、探究的學(xué)習(xí)過(guò)程中促進(jìn)了學(xué)生高階思維的發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)了有效教學(xué)。

關(guān)鍵詞：有效教學(xué);創(chuàng)客;高階思維

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2021）15-0051-03

所謂高階思維，是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或認(rèn)知能力。它在教學(xué)目標(biāo)分類中表現(xiàn)為分析、綜合、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造。高階思維是高階能力的核心，主要指創(chuàng)新能力、問(wèn)題求解能力、決策力和批判性思維能力。下面，筆者以《探究智能家居——物聯(lián)網(wǎng)中的傳感與控制機(jī)制》一課為例，介紹在高中信息技術(shù)課堂，如何通過(guò)學(xué)生自主的、探索性的、研究性的學(xué)習(xí)促進(jìn)高階思維的形成。

● 情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生探究欲望

（1）展示生活場(chǎng)景。觀看智能家居應(yīng)用中的燈光控制系統(tǒng)視頻，并引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題與疑問(wèn)。真正的有效教學(xué)是學(xué)生提出問(wèn)題，并嘗試尋找方法去解決，這樣才能從根本上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。學(xué)生可能會(huì)提出以下問(wèn)題：“為什么手機(jī)會(huì)控制燈光明暗？”“手機(jī)APP是如何設(shè)計(jì)出來(lái)的？”教師要肯定并贊賞學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、大膽質(zhì)疑的行為，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并嘗試尋找方法去解決問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的求知欲與學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。

（2）展示實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。教師要求學(xué)生觀看利用創(chuàng)客資源制作的“智能控制開關(guān)燈系統(tǒng)”，引導(dǎo)學(xué)生思考如下問(wèn)題，并在問(wèn)題情境中自然過(guò)渡到第二個(gè)環(huán)節(jié)：①該智能系統(tǒng)中涉及了哪些技術(shù)？②實(shí)驗(yàn)中的手機(jī)是如何控制燈開關(guān)的？③為何燈會(huì)隨著外界環(huán)境改變而改變亮度？

設(shè)計(jì)意圖：第一個(gè)視頻能夠讓學(xué)生初步了解智能家居的硬件組成，初步感知智能家居中的控制機(jī)制。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的設(shè)計(jì)是為了讓學(xué)生更直觀地了解智能家居的技術(shù)及設(shè)備，通過(guò)思考問(wèn)題對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系產(chǎn)生初步認(rèn)知，為后續(xù)的學(xué)習(xí)做鋪墊。

● 實(shí)驗(yàn)分析，初步感知物聯(lián)網(wǎng)中的結(jié)構(gòu)

學(xué)生根據(jù)教師提供的創(chuàng)客及微課資源，結(jié)合教材和物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)（如下頁(yè)圖1），小組共同探究分析智能開關(guān)燈系統(tǒng)的運(yùn)行流程，觀察系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程，了解智能開關(guān)燈原理，并完善流程圖（如下頁(yè)圖2）。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的技術(shù)架構(gòu)（如下頁(yè)表），初步認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)中的傳感與控制機(jī)制，落實(shí)本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生在觀察、分析實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，思考并推理相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及功能，并能用語(yǔ)言描述出來(lái)。這一系列的思維活動(dòng)，能促使學(xué)生完成知識(shí)的建構(gòu)，強(qiáng)化計(jì)算思維，培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

● 智慧搭建，體驗(yàn)分析物聯(lián)網(wǎng)傳感與控制機(jī)制

在本課極域電子教室網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，教師提供創(chuàng)客學(xué)習(xí)平臺(tái)、學(xué)習(xí)資源網(wǎng)、微課、在線文檔、軟硬件等資源與工具，學(xué)生通過(guò)小組分工合作完成實(shí)驗(yàn)。教師以四人小組為單位分發(fā)硬件設(shè)備——Arduino主板、藍(lán)牙模塊、LED燈、光敏傳感器，同時(shí)提供硬件安裝指引資源，講解各硬件設(shè)備的作用，以及連接方法和注意要點(diǎn)。

①搭建硬件，了解物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備。小組分工合作根據(jù)微課資源指導(dǎo)完成硬件連接，了解光敏傳感器的作用，結(jié)合教材了解傳感技術(shù)及嵌入式系統(tǒng)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用。

②設(shè)計(jì)軟件，探究運(yùn)行原理。如何根據(jù)外部環(huán)境控制燈的開關(guān)呢？教師和學(xué)生共同分析，經(jīng)過(guò)思考、探究、交流得出，智能開關(guān)燈系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要包括兩個(gè)步驟：第一步是設(shè)計(jì)手機(jī)APP，通過(guò)Arduino主板上的藍(lán)牙設(shè)備與主板連接并控制燈的開關(guān);第二步是通過(guò)Mixly編程獲取光敏傳感器的數(shù)據(jù)來(lái)控制燈的開關(guān)。學(xué)生利用微課進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，使用App Inventor編寫手機(jī)APP并下載到手機(jī)，使用Mixly軟件根據(jù)流程圖編寫Arduino主板程序，控制主板上的設(shè)備與元器件。通過(guò)本環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生理解了程序是物聯(lián)網(wǎng)控制機(jī)制中的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的功能，控制了設(shè)備的運(yùn)行。

根據(jù)運(yùn)行結(jié)果，教師引導(dǎo)學(xué)生將程序與硬件結(jié)合分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行原理，學(xué)生經(jīng)過(guò)討論發(fā)現(xiàn)，Arduino主板通過(guò)藍(lán)牙模塊接收手機(jī)APP發(fā)送信號(hào)“1”或“2”來(lái)控制燈的開關(guān)，燈的明暗則是由光敏傳感器實(shí)時(shí)收集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境光線數(shù)據(jù)并通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的綜合分析探究，學(xué)生能直觀感受到物聯(lián)網(wǎng)中的傳感與控制機(jī)制，如圖3所示。

設(shè)計(jì)意圖：在本環(huán)節(jié)中，通過(guò)體驗(yàn)一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，讓學(xué)生在觀察、搭建、編程、運(yùn)行、分析、總結(jié)的過(guò)程中，既動(dòng)手又動(dòng)腦，通過(guò)觀察思考總結(jié)規(guī)律，真正實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。教師在對(duì)實(shí)驗(yàn)的答疑解惑過(guò)程中觀察學(xué)生的思維活動(dòng)過(guò)程，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行再思考、再實(shí)踐，突破思維瓶頸，在這一過(guò)程中，學(xué)生得以完善對(duì)知識(shí)和技能的理解并提升思維水平。而針對(duì)不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的學(xué)生設(shè)計(jì)不同的教學(xué)目標(biāo)與練習(xí)，使處于不同層次的學(xué)生都能“摘到桃子”，獲得成功的喜悅，從而提高師生合作、交流的效率。通過(guò)合作探究的學(xué)習(xí)方式，利用資源網(wǎng)和微課等資源，學(xué)生在觀察、分析實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，能夠思考并推理相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及功能，并能用語(yǔ)言描述出實(shí)驗(yàn)中設(shè)備的原理。

● 提升思維，激發(fā)創(chuàng)新

高效課堂的構(gòu)建和學(xué)生高階思維的培養(yǎng)是有效教學(xué)的目標(biāo)，在學(xué)生理解物聯(lián)網(wǎng)傳感與控制機(jī)制這一知識(shí)的基礎(chǔ)上，教師呈現(xiàn)以下兩個(gè)問(wèn)題：①“智能開關(guān)燈系統(tǒng)”存在何種不足？還能如何改進(jìn)？②參考資源“各種傳感器的功能”，暢想未來(lái)的智能家居，并思考如何設(shè)計(jì)智能家居，用思維導(dǎo)圖畫出并向大家介紹。

通過(guò)啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。語(yǔ)言是實(shí)現(xiàn)思維、鞏固和傳達(dá)思維成果的工具，學(xué)生可以通過(guò)極域電子教室廣播展示，也可通過(guò)電子白板展示。在學(xué)生的展示環(huán)節(jié)中，可以看到學(xué)生能夠清晰地闡述自己的設(shè)計(jì)想法，有的學(xué)生基于本課的內(nèi)容，設(shè)計(jì)了智能開關(guān)窗系統(tǒng)，將所學(xué)知識(shí)創(chuàng)造性地應(yīng)用創(chuàng)新，學(xué)生的信息意識(shí)和計(jì)算思維得到了有效發(fā)展。有的學(xué)生設(shè)計(jì)的智能家居，除了各種物聯(lián)網(wǎng)支持下的智能家居外，還將多維空間論和統(tǒng)一場(chǎng)論融入到智能家居中的傳送系統(tǒng)，這既體現(xiàn)了學(xué)科融合，也體現(xiàn)了創(chuàng)新思維。

設(shè)計(jì)意圖：第一個(gè)問(wèn)題是培養(yǎng)學(xué)生用審辯式思維去看待問(wèn)題，而開放性的問(wèn)題設(shè)計(jì)，則給予學(xué)生足夠的空間去發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，將所學(xué)知識(shí)與技能有效整合，在設(shè)計(jì)新型智能家居系統(tǒng)這一過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的智慧和創(chuàng)新思維能力，實(shí)現(xiàn)思維的進(jìn)階。

● 教學(xué)反思

本課通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，從學(xué)生身邊熟悉的智能家居引入，有效激發(fā)了學(xué)生的探究興趣。學(xué)生在完成“設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系，更加直觀形象化地理解了物聯(lián)網(wǎng)傳感與控制機(jī)制，有效地破解了本節(jié)的教學(xué)瓶頸。暢想并設(shè)計(jì)智能家居這一問(wèn)題的提出，更是激勵(lì)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為智慧，從而高效地實(shí)現(xiàn)了本課的教學(xué)目標(biāo)，即了解物聯(lián)網(wǎng)中的傳感與控制機(jī)制。

參考文獻(xiàn)：

崔允漷.有效教學(xué)：理念與策略（上）[J].人民教育，2001（06）：46-47.