耿秋萍

● 學科核心素養(yǎng)

信息意識：主動關注信息技術工具發(fā)展中的新動向和新趨勢，有意識地使用新技術處理信息。

計算思維：針對給定的任務進行需求分析，明確需要解決的關鍵問題。

數(shù)字化學習與創(chuàng)新：根據(jù)學習任務的復雜程度和個體學習需求的特點，合理運用數(shù)字化環(huán)境，主動參與協(xié)作學習與協(xié)同創(chuàng)作。

信息社會責任：認識信息技術發(fā)展對社會進步和人們生活帶來的影響。

● 課程標準要求與學業(yè)要求

課程標準要求：通過分析物聯(lián)網(wǎng)應用實例，知道信息系統(tǒng)與外部世界的連接方式，了解常見的傳感與控制機制。

學業(yè)要求：了解信息技術對社會發(fā)展、科技進步以及個人生活與學習的影響;了解常見的傳感與控制機制，以及接入方式、寬帶等因素對信息系統(tǒng)的影響;能構建簡單的信息系統(tǒng)，積極利用各種信息系統(tǒng)促進學習與發(fā)展;認識信息系統(tǒng)在社會應用中的優(yōu)勢及局限。

● 教學內(nèi)容分析

本課來自高中信息技術必修2《信息系統(tǒng)與社會》（教育科學出版社）的第2單元第3節(jié)，教學內(nèi)容通過圍繞物聯(lián)網(wǎng)對促進碳中和的實際意義，借助“數(shù)字植物園”系統(tǒng)的體驗與改造，引導學生探尋物聯(lián)網(wǎng)的基本原理，理解傳感器在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的作用。

● 學情分析

高一學生有一定的信息系統(tǒng)知識基礎，且對生活中的常見傳感器都有所見聞，物聯(lián)網(wǎng)技術更是滲透到了學生生活的方方面面，所以學生對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的知識接納和吸收并不困難，但是學生對“碳中和”一詞不甚了解，它與物聯(lián)網(wǎng)之間能產(chǎn)生什么樣的化學反應是最容易激發(fā)學生求知欲的關鍵點。

● 教學目標

①體驗帶有傳感器的信息系統(tǒng)，了解常見的傳感器與控制機制;

②理解物聯(lián)網(wǎng)的體系結構，感知物聯(lián)網(wǎng)從信息感知到信息傳輸、智能處理的基本過程;

③能夠借助物聯(lián)網(wǎng)技術解決簡單問題，分析任務需求，選擇合適的信息感知和傳輸技術，設計并制作簡易的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng);

④感受物聯(lián)網(wǎng)在信息社會中的重要作用。

● 教學重難點

重點：了解傳感器，理解物聯(lián)網(wǎng)的體系結構。

難點：利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)嘗試解決生活中的實際問題。

● 教學過程

1.“碳中和”話題導入，建構主題情境

教師首先播放視頻，引導學生了解什么是碳中和以及促進碳中和的兩種主要途徑。

學生回答什么是碳中和、促進碳中和的兩種主要方式是什么。

師：中國敢于立下2倍速的flag（在2060年達到碳中和）的底氣之一是什么？

生：植樹造林方面的專業(yè)和能力。（視頻中有相應提示）

教師介紹我國在植樹造林方面的技術優(yōu)勢，如螞蟻森林是一種碳補償機制，計算碳消耗，換取相應的樹種。

設計意圖：碳中和、螞蟻森林話題的引入，為本節(jié)課的學習建構了一個主題情境，讓學生感受國人植樹造林的能力和專業(yè)，并且建立信息技術與碳中和之間的聯(lián)系，引發(fā)學生的思考，激發(fā)他們繼續(xù)探索的興趣，助力其后續(xù)學習。

2.體驗數(shù)字植物園，引出物聯(lián)網(wǎng)結構體系

（1）環(huán)節(jié)一

教師連線數(shù)字植物園馬老師，由她對數(shù)字植物園的情況進行簡單介紹，同時引導學生查看“感知生長”網(wǎng)站的實時數(shù)據(jù)，并讓學生嘗試遠程控制澆灌、風機和生長燈的開關。學生也可以通過視頻連線，向馬老師提問，形成校內(nèi)校外雙師課堂的形式。

學生討論并回答數(shù)字植物園與普通植物園的區(qū)別。

教師再根據(jù)學生回答，整理關鍵詞——傳感器、網(wǎng)絡和應用控制，由此引出物聯(lián)網(wǎng)的概念及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的感知層、網(wǎng)絡層和應用層。

（2）環(huán)節(jié)二

教師展示數(shù)字植物園模型，邀請學生體驗其功能，辨識數(shù)字植物園各個部分的功能并完成右表。

師：控制條件這一項填寫的結果不統(tǒng)一，原因是什么？

生：對控制條件的填寫都是依據(jù)自己的經(jīng)驗，原因是該系統(tǒng)的控制是手動的，所以控制條件都是人為的估算，不準確，也不及時，從而發(fā)現(xiàn)這個系統(tǒng)存在的瑕疵。

師：如果我們能讓該系統(tǒng)變成自動的，在溫度達到一定值的時候，便自動開啟風扇通風降溫，這樣，控制條件統(tǒng)一后，系統(tǒng)反應也會變得及時。那么，如何把手動變?yōu)樽詣幽?？（以生長燈為例做示范，引導學生嘗試修改灌溉和風機的自動控制，如圖1所示，邀請完成得比較好的學生分享操作過程和自己的思考過程）

師：在數(shù)字植物園采用了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)后，相比于同等情況下的人力資源管理植物園其碳排放量每天可減少1.1kg，每年可減少400kg左右的碳排放。這么簡單又實用的系統(tǒng)可以幫助碳中和的植樹造林管理，那能否應用到節(jié)能減排中去呢？

3.延伸物聯(lián)網(wǎng)應用，建立教室節(jié)能系統(tǒng)

師：這個系統(tǒng)可以控制生長燈和風扇，那么它是不是也可以拿來控制我們教室的燈和風扇呢？這個系統(tǒng)能不能直接用來控制教室的設備呢？如果不行，需要修改哪些地方呢？

學生修改數(shù)字植物園的系統(tǒng)流程圖，使之成為教室節(jié)能減排的控制系統(tǒng)。教師邀請2～3位學生陳述想法，并在教師的指導下演示修改程序。

師：我們教室的設備還有很多，如希沃、電子班牌、空調(diào)等，接下來，大家可以嘗試把教室節(jié)能減排控制系統(tǒng)修改得更完善一些，讓它成為一個更接近真實教室環(huán)境的系統(tǒng)。

學生修改系統(tǒng)流程圖，并呈現(xiàn)2～3個典型的學生案例和個人解說。

設計意圖：用設備的關聯(lián)建立系統(tǒng)之間的關聯(lián)性，讓學生把物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)從數(shù)字植物園的思維空間里移到教室的節(jié)能減排的思考中去。引導學生對比教室和植物園對系統(tǒng)需求的異同，展開對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)遷移和改造的思考。這既是對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)知識的鞏固，也是強化學生對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應用能力，更是希望學生能形成一定的“學以致用”的學習態(tài)度和學習習慣。

4.總結

師：大家對傳感器、網(wǎng)絡和控制條件的修改使得這個系統(tǒng)更加完善，也更符合我們的實際需求。這個系統(tǒng)除了應用于植物園和教室，還有其他的用途嗎？

學生圍繞問題暢所欲言，并根據(jù)教師的引導，從系統(tǒng)適用的空間廣度和行業(yè)跨度去發(fā)揮想象。

教師回顧本節(jié)課的活動流程和知識重點（如圖2），并提出進一步的學習要求。

設計意圖：用數(shù)據(jù)肯定學生所學知識的社會價值，讓學生看到本節(jié)課的努力在實際應用中對減少碳排放是可觀的?；仡櫛竟?jié)課的流程，再次強化重要知識點，實現(xiàn)教學目標，并推動學生的思維往更高更廣的方向延展，也為下節(jié)課遠程控制系統(tǒng)的組建埋下伏筆。

● 教學反思

本節(jié)課產(chǎn)生的社會原因是當前我國對碳中和勢在必行的嚴肅態(tài)度，由于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對促進碳中和有著不可小覷的作用，所以教學的每一個環(huán)節(jié)都緊扣物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對植樹造林和節(jié)能減排的實際效用展開。瀏覽數(shù)字植物園系統(tǒng)平臺和遠程連線雙師對話，讓學生了解數(shù)字植物園的主要組成部分，進而了解物聯(lián)網(wǎng)的體系結構。通過對已有的數(shù)字植物園系統(tǒng)的修改和創(chuàng)新，使學生掌握物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本體系和關鍵技術，并能適當?shù)剡w移應用，控制教室的節(jié)能減排。同時，引導學生運用所學知識，搭建兩者的融合橋梁，關注節(jié)能，關注碳排放，建立環(huán)保的學習生活理念，以及躬身力行、致力環(huán)保的意識。