秦春娟 寧夏銀川市金鳳區(qū)良田中學(xué)

趙永濤 寧夏教育廳教學(xué)研究室

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）的頒布標(biāo)志著信息科技課程正式成為國家課程。新課標(biāo)基于核心素養(yǎng)發(fā)展要求，依據(jù)學(xué)科概念的邏輯關(guān)系梳理出數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能六條邏輯主線[1]，并按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和信息科技的學(xué)科特點，統(tǒng)籌安排各學(xué)段的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

●信息科技課程中的六條邏輯主線

新課標(biāo)圍繞六條課程邏輯主線，分階段制訂了義務(wù)教育學(xué)段的目標(biāo)與內(nèi)容，加強(qiáng)課程內(nèi)容的螺旋式遞進(jìn)，形成比較穩(wěn)定的信息科技課程體系，為學(xué)校有步驟地開展數(shù)字素養(yǎng)與技能教育提供了依據(jù)。

數(shù)據(jù)（包括大數(shù)據(jù)）主線關(guān)注學(xué)生獲取數(shù)據(jù)、甄別數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)并應(yīng)用數(shù)據(jù)的能力，引導(dǎo)學(xué)生體會數(shù)據(jù)對數(shù)字社會發(fā)展的作用與價值；算法作為計算思維的核心要素之一，旨在提高學(xué)生在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計等思維活動；網(wǎng)絡(luò)這條邏輯主線，旨在從狹義的信息互聯(lián)發(fā)展到實現(xiàn)萬物互聯(lián)的即時海量信息交互，理解萬物互聯(lián)的途徑、原理和意義；信息處理的對象由文字、圖片、音頻、視頻等多媒體資源延伸到互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)生成的數(shù)據(jù)，遵循從“數(shù)據(jù)點”擴(kuò)散到“網(wǎng)絡(luò)面”的邏輯信息組織[2]；信息安全從文明禮儀、行為規(guī)范、依法依規(guī)、個人隱私保護(hù)等方面入手，引導(dǎo)學(xué)生樹立信息安全觀，最終實現(xiàn)學(xué)生所學(xué)課程內(nèi)容向所承擔(dān)社會責(zé)任的傳導(dǎo)與遷移；人工智能主線幫助學(xué)生理解人工智能的特點，引導(dǎo)學(xué)生運用人工智能，與人工智能和諧共處。

●“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊中的邏輯主線呈現(xiàn)

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)突破了以“人”為中心的連接模式，推動了物理世界和數(shù)字世界更深入的融合。新課標(biāo)設(shè)置了“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊，聚焦物聯(lián)網(wǎng)“感知—采集—傳輸—反饋—控制”的基本功能[3]，延伸和拓展了“過程與控制”“互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新”模塊，為“人工智能與智慧社會”模塊奠定了基礎(chǔ)。通過本模塊的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生形成萬物互聯(lián)對人類社會帶來影響、機(jī)遇和挑戰(zhàn)的認(rèn)知，有助于學(xué)生從物理層面理解物聯(lián)網(wǎng)作為紐帶和媒介如何連接物理世界和數(shù)字世界，有助于學(xué)生將物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)認(rèn)知轉(zhuǎn)化為實現(xiàn)簡單物聯(lián)功能的數(shù)字系統(tǒng)。對“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊中的六條邏輯主線的梳理如下表所示。

這六條邏輯主線不是各自獨立的，其內(nèi)部存在邏輯關(guān)聯(lián)和遞進(jìn)關(guān)聯(lián)。在物聯(lián)網(wǎng)中，通過傳感器獲得的數(shù)據(jù)是進(jìn)行算法設(shè)計的基礎(chǔ)，是連接物理世界與數(shù)字世界的紐帶和媒介，而數(shù)據(jù)和算法又是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。綜合運用“數(shù)據(jù)”“算法”“網(wǎng)絡(luò)”三大要素是信息處理的內(nèi)核，而大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展也迭代更新了信息處理方式和流程，隨之而來的信息安全與倫理問題也成為解決問題中的另一個焦點。

●“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊中落實六條邏輯主線的教學(xué)建議

1.數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索的核心

在物聯(lián)網(wǎng)中，各種傳感器設(shè)備通過不同的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議連接在一起，產(chǎn)生龐大而多樣的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)對八年級的學(xué)生來說并不陌生，學(xué)生在模塊六中學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)收集、整理和分析的方法，在模塊七中學(xué)習(xí)了互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ髟?。在物?lián)網(wǎng)的教學(xué)活動中，教師可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的特點，選擇合適的開源硬件和軟件平臺，以數(shù)據(jù)為核心組織學(xué)習(xí)內(nèi)容，設(shè)計以解決真實的問題為主線的項目活動，從學(xué)生身邊的物聯(lián)網(wǎng)案例入手，讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何通過傳感器采集來源可靠的數(shù)據(jù)，以幫助其更好地理解物聯(lián)網(wǎng)的工作原理，促進(jìn)學(xué)生理解學(xué)科本質(zhì)，提升計算思維素養(yǎng)。例如，在智能家居的案例中，通過傳感器采集當(dāng)前環(huán)境中的光線值、溫度值等來控制燈光、空調(diào)等設(shè)備；智能手環(huán)中的傳感器采集當(dāng)前佩戴人員的溫度、心跳、血壓等數(shù)據(jù)，檢測佩戴人的健康狀況等。以生活中的實際問題為切入點，關(guān)注數(shù)據(jù)的各種表現(xiàn)形式，由表及里探索物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)流程，將數(shù)據(jù)和算法解決問題的策略與方法浸潤在課堂教學(xué)中，讓學(xué)生通過思考、體驗、實踐等過程將維護(hù)個人隱私與社會數(shù)字安全的信息意識內(nèi)化于心。

2.算法為物聯(lián)網(wǎng)問題解決提供有效路徑

算法是為解決一類問題而采取的確定而有限的步驟，可用自然語言、流程圖、偽代碼等多種方式進(jìn)行描述。對于同一個問題，解決方案不同、算法不同，其結(jié)果和效率也不同。

物聯(lián)網(wǎng)中的算法主要體現(xiàn)在解決真實情境中的復(fù)雜問題中。在教學(xué)活動中，教師引導(dǎo)學(xué)生以真實問題為切入點，進(jìn)行深度思考，分析推理，將復(fù)雜問題進(jìn)行模塊化分解后再處理，從而找到解決問題的方法。

物聯(lián)網(wǎng)中的算法還體現(xiàn)在實現(xiàn)“感知—采集—傳輸—反饋—控制”的過程中。在教學(xué)活動中，通過搭建簡易的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，采集傳感器設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生建立數(shù)據(jù)模型。使用編碼建立數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學(xué)生理解程序邏輯結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行具體的程序編寫。[4]面向教育的開源硬件提供了相應(yīng)的圖形化環(huán)境的編程模塊，這些編程模塊中的代碼簡單易懂。例如，在模擬智能家居中人臉識別技術(shù)的應(yīng)用時，首先要采集人臉數(shù)據(jù)，通過對人臉的數(shù)據(jù)分析，建立人臉模型，這樣AI攝像頭就記住了人臉；其次是人臉的識別過程，將待識別的人臉信息輸入建立的人臉模型中，人臉模型就會根據(jù)輸入的人臉信息進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配，并返回匹配的相似度結(jié)果。

3.網(wǎng)絡(luò)是搭建物聯(lián)網(wǎng)理論、技術(shù)與設(shè)備的支架

①以物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系作為切入點展開探索。教學(xué)中可以設(shè)置聯(lián)網(wǎng)實驗，將學(xué)生身邊的設(shè)備接入到局域網(wǎng)中，通過設(shè)備間傳輸文件、傳輸數(shù)據(jù)等，從體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、服務(wù)本質(zhì)等方面對物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行比較，梳理出物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的異同。

②以物聯(lián)網(wǎng)獨特的組成結(jié)構(gòu)為突破口建立理論、技術(shù)與設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系，從認(rèn)識身邊的物聯(lián)網(wǎng)開始，了解物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景及應(yīng)用模式。為了幫助學(xué)生理解人、物、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系，教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析簡易的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型，以及對應(yīng)的每個層使用了哪些技術(shù)和設(shè)備。

③借助網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)成果分享。項目成果展示交流是教學(xué)的重要組成部分。教師要站在“網(wǎng)絡(luò)搜索與輔助協(xié)作學(xué)習(xí)”的角度設(shè)計成果分享與交流。搭建簡單易操作的網(wǎng)絡(luò)交流平臺，形成借助網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互助分享的思維習(xí)慣，使學(xué)習(xí)成果分享能真正助力學(xué)生的成長。

4.信息處理基于物聯(lián)網(wǎng)生成、處理數(shù)據(jù)的流程和特點

信息處理不只包括對文本、聲音、圖像等資源的簡單加工處理，還包括利用算法、編程、數(shù)據(jù)分析等進(jìn)行復(fù)雜加工。

物聯(lián)網(wǎng)具有數(shù)據(jù)體量龐大的特點，因此，數(shù)據(jù)分析成為物聯(lián)網(wǎng)中最核心的信息處理環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)分析是指運用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計分析方法對收集到的大量的數(shù)據(jù)加以匯總、處理、分析。數(shù)據(jù)分析的目的是把隱藏在一大批雜亂無章的數(shù)據(jù)中的信息提煉出來，找出研究對象的內(nèi)在規(guī)律，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高標(biāo)準(zhǔn)輸出。以搭建“班級智能養(yǎng)花系統(tǒng)”為例，可以從物聯(lián)網(wǎng)平臺收集許多盆栽的實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)能夠?qū)ε柙缘纳L環(huán)境做出判斷，通過已有數(shù)據(jù)，對盆栽可能發(fā)生的情況做出預(yù)測。

在物聯(lián)網(wǎng)中建立數(shù)據(jù)與編碼的內(nèi)在聯(lián)系也是信息處理的內(nèi)容。在教學(xué)過程中，可以列舉物聯(lián)網(wǎng)中標(biāo)識與定位技術(shù)，理解數(shù)據(jù)與編碼的內(nèi)在聯(lián)系。例如，條形碼識別技術(shù)解決了數(shù)據(jù)錄入的問題，在醫(yī)療中通過條形碼手環(huán)識別患者身份信息，通過條形碼進(jìn)行醫(yī)療廢物追蹤管理防止病毒感染擴(kuò)散；射頻識別電子車牌克服了現(xiàn)有交通信息收集技術(shù)的瓶頸，可以用來對車輛交通信息進(jìn)行分類和準(zhǔn)確收集。

5.信息安全融入到教學(xué)各環(huán)節(jié)

隨著物聯(lián)網(wǎng)主要研究領(lǐng)域和技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，能夠有效互聯(lián)的設(shè)備數(shù)據(jù)正在急劇增加，面臨的風(fēng)險也在不斷加大。物聯(lián)網(wǎng)安全不僅包括物理安全、信息安全、數(shù)據(jù)安全，還包括安全意識、隱私和數(shù)據(jù)保護(hù)等。

教師可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)基本框架中的三個層次結(jié)構(gòu)引導(dǎo)學(xué)生探討存在的安全問題及預(yù)防措施。例如，物聯(lián)網(wǎng)的感知層設(shè)備易產(chǎn)生高危系統(tǒng)漏洞而感染病毒，感知層采集的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)層傳輸時存在被截獲、竊取、破譯機(jī)密信息的風(fēng)險，應(yīng)用層的主要安全問題為虛假終端帶來的威脅。

教師可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注并保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)中用戶數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)中用戶的數(shù)字身份應(yīng)用于各個領(lǐng)域，用戶的個人基本信息、位置信息、設(shè)備使用的數(shù)據(jù)信息（如購物記錄）等都有可能被竊取。教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析物聯(lián)網(wǎng)中用戶可能遇到的隱私安全隱患，并討論隱私信息保護(hù)的策略。

教師可以從技術(shù)可控性的角度強(qiáng)調(diào)信息安全問題，引導(dǎo)學(xué)生交流討論“我國在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域里實現(xiàn)了哪些關(guān)鍵技術(shù)的自主可控”以及“我國物聯(lián)發(fā)展的優(yōu)勢”。信息安全在信息科技課程中占有重要地位，然而信息安全的主線并不是完全獨立的存在，它往往與其他幾條邏輯主線交織在一起，相互滲透。因此，在教學(xué)中教師可以將信息安全及自主可控滲透到每個應(yīng)用場景及項目活動中，在適當(dāng)?shù)捻椖繉嵤┕?jié)點強(qiáng)調(diào)潛在的安全風(fēng)險、防護(hù)措施和技術(shù)手段等，引導(dǎo)學(xué)生提升安全意識，完善安全策略，樹立安全觀。

6.人工智能與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的新發(fā)展

人工智能是研究和開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)學(xué)科，始于數(shù)據(jù)，依賴云計算提供的計算能力，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)做出判斷。[5]

人工智能與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)密切相關(guān)。通過物聯(lián)網(wǎng)可以從現(xiàn)實場景中采集大量的數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)上傳至云端，這些數(shù)據(jù)既可用于訓(xùn)練人工智能模型，使其更加智能，也可通過人工智能分析后，反饋給機(jī)器，輔助機(jī)器做出正確的判斷。在教學(xué)的過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生分析具體的案例，體會三者之間的密切聯(lián)系。例如，物聯(lián)網(wǎng)通過工廠的傳感器、工人佩戴的設(shè)備、運輸工具等收集數(shù)據(jù)，并利用人工智能對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（分辨出潛在的風(fēng)險），以及時提醒管理人員維護(hù)設(shè)備，杜絕隱患，防止事故發(fā)生。

人工智能技術(shù)的發(fā)展拓展了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范疇，改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)與設(shè)備運行模式。例如，借助傳感器和云端系統(tǒng)，實時對車輛周圍的交通運行、停車情況等信息進(jìn)行識別與分析，幫助人們及時了解交通狀況，有效解決交通方面的問題。

●結(jié)束語

新課標(biāo)四個核心素養(yǎng)和六條課程邏輯主線為義務(wù)教育學(xué)段開展信息科技課程教學(xué)指明了目標(biāo)和方向。六條邏輯主線交織在一起為“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊提供了內(nèi)容結(jié)構(gòu)支架，其以互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)為切入點，以探究物聯(lián)網(wǎng)“感知—采集—傳輸—反饋—控制”基本功能為著力點，聚焦物聯(lián)網(wǎng)的基本思想、原理、方法與過程，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識體系，發(fā)展計算思維，提高數(shù)字化合作與探究能力。