王世法 山東省濟(jì)南市長(zhǎng)清區(qū)樂天中學(xué)

隨著《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“義教信息科技課標(biāo)”）的頒布，對(duì)課程核心內(nèi)容與教學(xué)策略的探索逐漸深入。因此，筆者根據(jù)之前的研究與教學(xué)反思，基于信息科技課程的核心內(nèi)容——傳感器展開了課程價(jià)值分析與教學(xué)策略討論。

●傳感器在課程中的地位

在義教信息科技課標(biāo)中，傳感器明確出現(xiàn)在“過程與控制”與“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”兩個(gè)模塊中。此外，“人工智能與智慧社會(huì)”“身邊的算法”等模塊對(duì)傳感器也有所涉及。

1.傳感器是“過程與控制”的核心內(nèi)容

傳感器以電信號(hào)的形式向連接的控制系統(tǒng)提供輸出，是控制系統(tǒng)的核心部件，是“過程與控制”模塊的的核心內(nèi)容之一。在第三學(xué)段中，“過程與控制”模塊是這樣描述的：“引導(dǎo)學(xué)生分析具體案例，找到其中存在的反饋和環(huán)路，發(fā)現(xiàn)反饋?zhàn)饔糜谳敵龅挠?jì)算方式，理解系統(tǒng)控制的過程?！痹诜独?，以空調(diào)原理來涉及傳感器的作用：“溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)房間溫度，并傳送給控制電路，控制電路比較輸出與輸入情況，對(duì)壓縮機(jī)下達(dá)相應(yīng)的工作指令?！薄耙揽繖z測(cè)輸出、返回與輸入比較、重新調(diào)整工作部件的指令這一反饋過程，空調(diào)能夠完成房間溫度控制的任務(wù)?！笨梢姡斑^程與控制”中的傳感器價(jià)值定位，主要體現(xiàn)出傳感器的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集對(duì)反饋過程的作用，及其對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的整體功能實(shí)現(xiàn)的意義。

2.傳感系統(tǒng)是物聯(lián)系統(tǒng)中物物相聯(lián)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)

在義教信息科技課標(biāo)第四學(xué)段中，“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊的描述—“了解物聯(lián)網(wǎng)（特別是傳感器系統(tǒng)）是連接物理世界與數(shù)字世界的紐帶和媒介”，明確了傳感器系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的地位，即傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的核心內(nèi)容。在跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)案例“在線數(shù)字氣象站”中，在育人價(jià)值部分內(nèi)容中的描述為“學(xué)生可以認(rèn)識(shí)傳感器在各個(gè)場(chǎng)景中的應(yīng)用，體驗(yàn)計(jì)算思維在規(guī)劃項(xiàng)目中的作用，感受跨學(xué)科知識(shí)在設(shè)計(jì)、制作、發(fā)布、反思改進(jìn)等環(huán)節(jié)中的應(yīng)用”。另外，在活動(dòng)目標(biāo)中的描述為“比較數(shù)字氣象傳感器和傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備，搭建真實(shí)或模擬的數(shù)字氣象站數(shù)據(jù)采集裝置，通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備匯集多個(gè)數(shù)字氣象站”?？梢姡x教信息科技課標(biāo)從傳感器的功能意義、使用方法等方面都給出了針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的具體的學(xué)習(xí)說明，清晰表明了傳感器在物聯(lián)系統(tǒng)中的意義，為教與學(xué)指明了方向。

3.傳感數(shù)據(jù)是其他模塊內(nèi)容的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)來源

在“身邊的算法”教學(xué)中，教師經(jīng)常采用如電子測(cè)溫（溫度傳感器）、手機(jī)橫屏（重力傳感器）來學(xué)習(xí)分支結(jié)構(gòu)算法等；在“人工智能與智慧社會(huì)”中廣泛涉及利用碰撞傳感器、人體傳感器等多種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、過程的反饋等的學(xué)習(xí)。

因此，在現(xiàn)代信息科技中傳感器的地位非常重要。例如，用自動(dòng)門人體傳感器檢測(cè)人來比喻分支結(jié)構(gòu)的條件，符合條件方可開門，這是傳感器提供的數(shù)據(jù)作為判斷依據(jù)的作用；又如，用光敏傳感器和時(shí)間來控制路燈亮、滅，這是為多條件的判斷完成邏輯運(yùn)算的數(shù)據(jù)采集等。

●在課程學(xué)習(xí)中傳感器的教學(xué)策略

如何更好地學(xué)習(xí)傳感器的內(nèi)容，或如何更好地采用傳感器為其他內(nèi)容做好數(shù)字素養(yǎng)與技能的培養(yǎng)“鏈接”成為新教學(xué)探索的重點(diǎn)。通過教學(xué)實(shí)踐及反思，筆者提出以下教學(xué)策略。

1.技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

要想更好地將“信息科技”的“科”與“技”密切融合，可以通過數(shù)據(jù)采集觀察實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行驗(yàn)證，在得到相應(yīng)的驗(yàn)證之后，再應(yīng)用于具體的實(shí)踐學(xué)習(xí)。例如，教師可以組織學(xué)生在技術(shù)實(shí)驗(yàn)室中親自動(dòng)手安裝和測(cè)試不同類型的傳感器，并觀摩其數(shù)據(jù)的變化，如光敏傳感器在不同強(qiáng)度光源的數(shù)據(jù)變化、碰撞傳感器在不同角度與力度的數(shù)據(jù)變化等，讓學(xué)生直觀感受傳感器的工作原理和使用方法，這是通過“數(shù)據(jù)直觀觀察”對(duì)傳感器進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2.案例分析策略

在缺乏技術(shù)實(shí)驗(yàn)背景的情況下，教師可以通過案例分析法進(jìn)行講解與學(xué)習(xí)。教師可以提前準(zhǔn)備一定的視頻、圖片與實(shí)物（如手機(jī)、自動(dòng)風(fēng)扇），在觀看、討論與觀察中引導(dǎo)學(xué)生通過案例分析具體傳感器的實(shí)際應(yīng)用，了解傳感器的知識(shí)與應(yīng)用。進(jìn)而可以再通過分析智能家居系統(tǒng)中的傳感器配置和工作方式，讓學(xué)生更全面地了解傳感器在實(shí)際應(yīng)用中的重要性和對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的意義所在，這是通過“產(chǎn)品設(shè)計(jì)與功能分析”對(duì)傳感器進(jìn)行學(xué)習(xí)。

3.項(xiàng)目合作策略

隨著傳感器的普及，其價(jià)格也越來越便宜，學(xué)?？梢赃m當(dāng)購(gòu)買傳感器，采用分組合作學(xué)習(xí)的策略來節(jié)省耗材，發(fā)揮合作學(xué)習(xí)的效益。具體地說就是將學(xué)生按不同的傳感系統(tǒng)搭建項(xiàng)目分組，并給每個(gè)小組分配一個(gè)必須用到傳感器的項(xiàng)目，每個(gè)小組成員需要合作完成項(xiàng)目，并在課堂上展示和解釋他們的作品，闡述相應(yīng)的工作原理，這是通過“自主合作探究”對(duì)傳感器進(jìn)行學(xué)習(xí)。

4.故事化學(xué)習(xí)策略

針對(duì)小學(xué)階段學(xué)生動(dòng)手能力弱、直觀感受強(qiáng)的特點(diǎn)，教師也可以通過角色扮演的策略突破傳感器的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)一些角色扮演的活動(dòng)，如“傳感器設(shè)計(jì)師”“傳感器應(yīng)用工程師”“神秘紅外傳感門”“碰撞傳感超級(jí)寶寶”“光敏傳感花仙仙子”等。學(xué)生在角色扮演的過程中，提高對(duì)傳感器原理、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的理解，這是通過“趣味化體驗(yàn)”對(duì)傳感器進(jìn)行學(xué)習(xí)。

5.問題解決策略

問題解決是最有利于學(xué)生思維發(fā)展的學(xué)習(xí)策略，教師可基于實(shí)現(xiàn)世界中的數(shù)據(jù)采集需要，從應(yīng)用情境、傳感原理、應(yīng)用設(shè)計(jì)等方面設(shè)計(jì)問題，如“路燈省電的方法有哪些”“紅外傳感器與光敏傳感器有什么不同”“攝像頭能不能當(dāng)作傳感器”等，讓學(xué)生通過研究和探索相關(guān)的傳感器知識(shí)，在解決問題的過程中激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，提升問題分解、算法思想等諸多計(jì)算思維，這是通過“思考式探究”對(duì)傳感器進(jìn)行學(xué)習(xí)。

6.創(chuàng)新活動(dòng)策略

創(chuàng)客項(xiàng)目是傳感器最具創(chuàng)新的學(xué)習(xí)方式。教師可以結(jié)合線上和線下的學(xué)習(xí)資源，給提供學(xué)生不同層次的創(chuàng)客項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)并制造出自己的傳感器系統(tǒng)或創(chuàng)新應(yīng)用傳感設(shè)備，這樣一方面能幫助學(xué)生鞏固理論知識(shí)，另一方面也能提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐技能，這是通過“思維創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)造”對(duì)傳感器進(jìn)行學(xué)習(xí)。

●在傳感器教學(xué)中原理、技術(shù)與應(yīng)用相融合

無論采用哪種教學(xué)策略，對(duì)傳感器的學(xué)習(xí)都要充分體現(xiàn)義教信息科技課標(biāo)中要求的核心素養(yǎng)，體現(xiàn)信息科技育人價(jià)值。下面，筆者以光敏傳感器為例，討論如何形成更規(guī)范的教與學(xué)設(shè)計(jì)。

學(xué)習(xí)主題：光敏傳感器在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用探究。

學(xué)習(xí)目標(biāo)：①了解光敏傳感器的工作原理和用途。②掌握光敏傳感器在具體的自動(dòng)街燈、自動(dòng)窗簾等控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及數(shù)據(jù)采集基本方法。③提高利用傳感系統(tǒng)解決問題的意識(shí)能力，樹立學(xué)生在效率、人文等領(lǐng)域的社會(huì)責(zé)任感。④一定群體可提高傳感器組裝實(shí)踐操作能力。

學(xué)習(xí)過程：①理解光敏傳感器的基本原理，可通過實(shí)驗(yàn)觀察光敏傳感器響應(yīng)光線強(qiáng)度的變化。②討論自動(dòng)街燈、自動(dòng)窗簾等具體控制系統(tǒng)或物聯(lián)系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工作原理，重點(diǎn)探究光敏傳感器在控制系統(tǒng)中的作用。③體驗(yàn)如何利用光敏傳感器進(jìn)行自動(dòng)街燈、自動(dòng)窗簾等控制或物聯(lián)系統(tǒng)的開關(guān)控制，包括相關(guān)電路的設(shè)計(jì)和硬件組裝、軟件調(diào)試等。

問題探究：①討論探究光敏傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景中可能遇到的干擾問題。②討論如何改進(jìn)傳感系統(tǒng)，使其更加智能、節(jié)能等。

學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)：①對(duì)學(xué)生的創(chuàng)意、理解和設(shè)計(jì)思路進(jìn)行重點(diǎn)評(píng)價(jià)。②對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的參與程度和問題解決意識(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。③在學(xué)習(xí)過程中提高學(xué)生理解和掌握光敏傳感器的基本原理程度，不斷通過活動(dòng)與問題引導(dǎo)推進(jìn)學(xué)習(xí)。

拓展實(shí)踐：①通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的自動(dòng)街燈控制系統(tǒng)或自動(dòng)窗簾物聯(lián)系統(tǒng)，可分組合作學(xué)習(xí)。②學(xué)生自行設(shè)計(jì)和搭建有關(guān)光敏的控制系統(tǒng)或物聯(lián)系統(tǒng)，重點(diǎn)在于主題創(chuàng)意、技術(shù)規(guī)劃與功能實(shí)現(xiàn)方法，有條件的可以全面設(shè)計(jì)并測(cè)試該系統(tǒng)在不同光線條件下的工作效果，對(duì)作品進(jìn)行相互評(píng)價(jià)。

總之，在傳感器相關(guān)的內(nèi)容教學(xué)中，教師要注重融合原理、技術(shù)和應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐結(jié)合，加深學(xué)生對(duì)傳感器的理解，引導(dǎo)學(xué)生通過技術(shù)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)踐操作，在搭建傳感器電路、采集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果的過程中，更自然地將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。