王晓荔 王菁 田钰
学生发展核心素养是课程育人价值的集中体现。教育部颁布的《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》明确指出，“数字化学习与创新”作为信息科技课程要培养的核心素养之一，是指通过选用合适的数字设备、平台和资源，有效地管理学习过程与学习资源，开展探究性学习，创造性地解决问题。其内涵可概括为适应数字化环境、利用数字化工具或资源、开展数字化协同创新三个方面。面向八年级学生开展的“构建物联网系统原型”教学，所对应的课程标准为：通过简易物联系统的设计与搭建，探索物联网中数据采集、处理、反馈控制等基本功能。若按传统教学思路，整体教学易陷入知识讲解和技能训练的窠臼。如：教学内容和形式受限，没能让学生深入探索工作原理；
过度关注工具运用的结果，忽视对学生发现真实问题、解决复杂问题能力的培养；
学生无法及时有效地沟通交流，课堂节奏难以把握；
等等。为让学生真正掌握物联网技术，并将其迁移到类似问题的解決上，笔者构思了“智能生活类”主题，指导学生利用掌控板等数字设备搭建简易物联系统，围绕主题开展项目式学习。在项目进行过程中，学生通过三个递进的实验探究活动，体验物联网的数据采集、网络传输和反馈控制过程，进一步理解其工作原理，探索创意应用。实践证明，基于数字化学习平台的项目式学习，使“数字化学习与创新”素养的培养转化为可操作、可评价的课堂教学行为。
一、创设数字化环境，重构教学方式
（一）基于真实情境，确定项目主题
物联网课程适宜采用项目式学习方式，以培养学生解决真实问题的能力。前导课中，学生对物联网的传感技术、识别技术、通信技术等有了粗浅的了解。考虑到“构建物联网系统原型”涉及的知识庞杂，如果教师只是介绍传感器等物联网设备，或展示物联网的神奇应用，学生只能了解到物联网技术的皮毛。而通过亲手搭建简易物联系统的方式，学生会更深刻地体会到物联网技术的独特魅力。为此，笔者设计了“物联网灯”这样一个源自学生生活的、具体而真实的项目，帮助学生体验物联网的数据采集、网络传输和反馈控制过程。
在导入环节，教师通过视频创设真实情境，学生跟随视频的演示，对生活中典型的物联网应用做了初步了解。在教师的引导下，学生还现场体验了用小爱音箱语音控制智能台灯的过程，这大大激发了他们探究物联网应用的兴趣。教师趁热打铁，对学生进行了线上问卷调查。在分析学生需求（如图1）的基础上，教师规划合理的项目主题“设计一款根据环境光强度自动调节亮度的灯”。
项目的实施主体是学生。只有贴近学生的兴趣和能力的项目主题，才能激起他们完成项目的内驱力。学生在情境中发现问题，产生信息加工的需求，从而选择合适的数字化工具处理工作任务。
（二）基于数字化平台，改变学习方式
在设计项目之初，教师曾设想通过项目活动手册引导学生自主学习和小组协作。但受传统方式制约，项目式学习的开展存在三大困难：一是学生查找资料费时费力、效果不佳，无法进行个性化学习；
二是在小组协作中组员无法有效分工，组长难以掌控项目整体进度；
三是教学评价主体单一、流于形式，无法关注到学生的个体发展。
于是，笔者决定采用数字化手段提升学习体验及学习效果。经多方比较，笔者最终选用GateFace软件搭建物联网项目学习平台。该软件是一款所见即所得的网页编辑器，具有多媒体化、超文本、上传下载、资源共享、实时交互等特点。学生在局域网环境下只需要输入教师机IP地址即可访问，也可在家远程登录使用。这样做既衔接了课前、课中、课后的学习过程，又管理了学习资料和资源，让项目式学习落到实处。
在物联网项目学习平台中，教师精心设计了教学支架，包括项目简介、方案设计、项目支持等，以保障项目式学习的顺利实施（如图2）。考虑到微课这一学习资源形式更能满足学生的个性化学习需要，教师使用万彩动画大师制作了系列动画微课，涉及原理讲解、程序编写、实验过程等内容。这些微课生动有趣，并且支持学生根据自身特点和需求自主学习、自由安排学习进度，既能查漏补缺，又能强化巩固所学知识。
随时、随地、随需的数字化学习平台，整合了文字、图像、音频、视频等多元化教学资源，为学生的学习提供了强有力的支撑。通过数字化学习平台，学生可以完成课程预习、自主探究与协同创新等多种学习活动。在数字化学习平台的加持下，教师的教从传授型向引导型转变，学生的学从被动型向主动型转变。
（三）融合数字化工具，支撑教学实践
《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》强调以科学原理指导实践应用。在真实情境中运用科学思维解决问题时，数字化工具的使用会让学生在学习中如虎添翼。于是，教师决定提供相应的数字化工具，让学生参与到简易物联系统的设计搭建中，体验并掌握如何从物联设备中读取、发送、接收和使用数据，了解物联网的工作过程。数字化工具的选择，既要成本低廉、容易操作，又要适合开发物联网项目，便于后期的推广和落地。尤为重要的是，硬件的选择、平台的搭建，要注意使用国产的优秀产品，以此让学生认识到自主可控技术对国家安全的重要性。在开源硬件方面，由于Arduino 套件连线不便且不易收纳，micro：bit非自主可控且功能简单，我们选取了国内第一款拥有完全自主知识产权的开源智能硬件——掌控板。支持掌控板的图形化编程软件主要有mPython、Mind+、Mixly（米思齐）等。经过比较和体验，我们认为mPython编程软件更易阅读、易维护，可离线安装使用，可简单仿真，且可加载多种扩展（如AI摄像头、无人机、气象站等硬件扩展，OneNet、SIoT、MQTT、Blynk等物联网应用扩展），适合开发各类物联网项目。教师还为学生提供了“掌控板物联网”微信小程序，让平板电脑与掌控板通过Wi-Fi通信，在平板电脑上控制掌控板及显示数据，方便学生以数据分析、模拟验证等方式开展探究实验。
运用数字化工具进行实验探究，能够让学生在剖析物联网三层架构的过程中深入理解其工作原理。真实的主题学习，可激发学生的探究欲，培养学生的问题解决能力，形成探索和创新的意识。
二、在数字化学习中创新实践
在“构建物联网系统原型”的项目式学习过程中，学生通过教师创设的数字化学习情境，依据自身学习需求，利用数字化平台获取知识、加工信息、管理作品、共享成果、交流评价，借助掌控板等数字化工具开展实验探究，深入理解物联网工作原理，尝试运用所掌握的原理和知识进行创意应用，将科学原理应用到生活实践中去。
（一）小组协作，项目规划
学生采用在线学习方式，在物联网项目学习平台阅读教师提供的项目方案参考案例，明确项目实施过程，完善本小组的项目方案。根据之前所学的物联网相关知识，学生自主思考若要实现灯的亮度根据环境光强度自动调节，需要采集什么数据，物联网小程序如何获得采集的数据，怎样根据采集的数据控制灯的亮度。这样，以问题为驱动，可层层推进项目流程。
学生通过物联网项目学习平台协作完成项目规划。为保障项目顺利实施，他们进行了小组分工。如，甲负责项目整体规划、统筹协调，乙探究掌控板的硬件连接，丙利用mPython软件完善并调试程序，丁负责成果汇报。学生明确各自职责，主动查找数字化资源进行相关学习准备。
“数字化学习与创新”素养的培养体现在，学生以小组协作的形式，在物联网项目学习平台完善方案设计，利用数字化资源自主学习，主动探索新知识与新技能，选择合适的数字资源和工具进行项目规划，体现了“以学生为中心”。
（二）实验探究，项目实施
项目式学习强调在真实情境中运用科学思维和信息科技手段解决问题，在掌控板等数字化工具的助力下，学生能够沉浸式地经历原理运用过程，并创新性地解决真实任务。
1.实验探究一：利用掌控板的光线传感器采集环境光线强度
掌控板板载光线传感器，可感知周围环境的光线强度并转换为数字信号（即光线值）。师生使用简单的代码，即可将光线值在mPython软件的“绘图区”以点线图的方式可视化呈現。学生自主探究光线传感器的数据采集范围，用遮盖光线传感器、手电筒照射光线传感器等方式，观察光线值的实时变化折线图，从而得出结论：光线传感器监测的数据范围为0～4095。在这一探究过程中，学生体验了物联网数据采集的过程。
2.实验探究二：通过Wi-Fi把掌控板传感器采集的光线值传输给物联网小程序
将光线值传输给物联网小程序，需要用到Wi-Fi设置、小程序设置和发送数据流等指令。通过这些指令，掌控板就能以数据流的方式将光线值传输给物联网小程序。学生使用Wi-Fi连接掌控板和微信中的“掌控板物联网”小程序，将光线传感器采集的数据实时传输给平板电脑上的小程序。在此过程中，学生观察小程序与掌控板互联反馈检测到的光线值，得出“光照越强，光线值越大；
反之，光照越弱，光线值越小”的结论。通过这一实验探究活动，学生体验了物联网数据传输的过程。
3.实验探究三：根据环境光强度自动调节灯带的亮度
为实现根据环境光强度自动调节灯带亮度的功能，学生用杜邦线连接掌控板的拓展接口和WS2812B全彩灯带，并将掌控板作为物联网节点进行光线监测。通过平板电脑远程控制掌控板，学生可以进行开灯、关灯、拖动滑块调节灯带亮度等操作。经过修改程序代码（如图3），学生探究了掌控板如何根据环境光强度自动调节灯带亮度。实验结果表明，当环境光变亮时，灯带自动调暗；
当环境光变暗时，灯带自动调亮。学生在此过程中体验了物联网的反馈控制过程。
通过结合掌控板等数字化工具的实验，学生经历了物联网的数据采集、网络传输和反馈控制过程。这三个探究实验还增强了课程的趣味性和实用性，达到了让学生学以致用的目的。在项目实施过程中，学生可观看、学习教师提供的微课等项目支架，下载、修改代码片段，进行实验探究，体验物联网的工作过程。他们还可以在平台上互动答题、校正实验数据等，并在获得反馈后，及时调整实验进程。
“数字化学习与创新”素养的培养体现在，学生围绕真实问题，利用数字化资源和平台，主动探索新知识与新技能，充分运用各种数字化工具进行实验探究，在“做中学”“用中学”，逐步形成应用信息科技进行实践探索的意识，在团队协作中创新性地解决问题。
（三）成果分享，交流评价
项目成果的汇报既是学习成果的总结，也是学生分享交流的舞台。学生在此基础上，将物联网系统原型在应用场景上进行拓展延伸。他们观看视频短片，了解物联网在校园、社会中的应用场景，在物联网项目学习平台搜索相关资源，按照物联网的三层结构探索创意应用，增加更多的传感器，与其他的设备联动，实现更加智能化的控制。如“智能家居”场景，光线传感器与窗帘联动，根据环境光自动开关窗帘；
“智慧教室”场景，吊灯亮度会根据外界光线变化自动调节，人体感应传感器检测到学生进入教室，灯渐亮，人离开，灯渐灭；
“智能路灯”场景，夜深人静时路灯亮度调低，雷达传感器检测前方来车时再调高亮度，这样更加节能环保……学生还可在平台中搜索、选取所需的拓展知识和课外资源进行个性化学习，在平台的“讨论分享”栏目发帖阐述本组创意应用。其他学生可以跟帖发表自己的观点、提出建议、互动交流（如图4）。
项目评价伴随着整个项目进程而展开，在项目学习过程中体现过程性评价。学生通过汇报展示项目成果，将程序代码、可视化文档报告上传到平台的相应栏目，组内成员共享本组资源和成果，各小组间分享学习收获，师生观摩评论，反映了学生学习过程中的真实表现。学生作为评价的主体，积极参与到评价中，在“点赞投票”栏目针对其他小组的各方面表现进行多元评价。数字化学习平台的合理运用，提供了多维度、数据化、发展性的评价，学生能够感受到评价的真实性和公平性，能够检测自己的能力并促进自己成长。
“数字化学习与创新”素养的培养体现在，数字化平台的应用提高了学生学习与评价的参与度，通过系统自评、学生互评、教师点评等，实现了以评促教、以评促学。学生通过交流开阔视野，通过评价收获信心，在协作交流中创造出更多个性化和创新性的作品。
这样一来，学生在整个项目完成的过程中，不仅使用数字化学习平台进行反复、多次、有针对性的学习，拓宽获取知识的渠道，养成在日常学习中主动使用数字化平台和资源的习惯，而且他们会共同配合完成项目，逐渐形成通过数字化学习平台协作学习、团队分工合作、分享经验和知识的意识，在协作中实现团队创新。
三、“数字化学习与创新”素养的培养策略
目前，各学科都在探索数字化学习方式，如微课、思维导图、智慧课堂等的普遍应用。与传统课堂教学相比，数字化学习方式让学生能够更加自主地选择和使用学习资源，管理学习过程，开展自主学习和合作探究，运用信息科技创造性地解决问题，并形成创新作品（如图5）。
“数字化学习与创新”是信息科技学科育人价值在核心素养中的关键体现，提升学生的“数字化学习与创新”素养，是个人终身发展的需要，也是数字时代社会发展的需要。如何在信息科技教学中培养学生的“数字化学习与创新”素养，我们建议教师从三方面着手。
首先，教师需创设真实情境，以真实问题驱动项目，通过关键问题链串联起整个项目。学生围绕真实而有意义的驱动型问题，开展一系列探究活动，在探究项目的过程中发现问题、分析问题、解决问题。层层递进且具有系统性的一连串教学问题，能促进学生深度思考，激活学生的高阶思维。学生的思考过程和实践结果可能与教师预设不一致，但正因如此，学生学习与创新的过程性才得以呈现。
其次，教师搭建可记录、可交互、可反馈的数字化学习平台，提供丰富的学习资源和支架，引导和帮助学生实现数字化学习，主动建构知识。学生可通过数字化学习平台管理学习过程和学习资源，利用平台丰富的数字化资源进行自主学习和个性化学习，借助数字化学习平台协作功能进行互动交流，在团队合作中协同创新。除了上文介绍的GateFace软件，UMU互动平台也是一个在线教与学平台，能为教师提供免费教育服务。它集成了较多的互动模块，能方便快捷地开展多样化互动活动。此外，Moodle平台作为全球应用最广泛的、免费开源的课程管理系统，也能够帮助教师和学生组织教与学的资源和活动，但由于Moodle平台自由度较高，设计和管理相对复杂。
最后，教师要混合多种数字化工具协助学生完成项目探究，鼓励学生进行数字化创新，在合作中不断完善解决方案，在实践中实现创新，将学习的过程转变为创新、创造的过程。学生不仅仅要习得数字化工具的使用技能，还要运用数字化工具进行深入且个性化的探索。如开源硬件、3D打印给学生带来全新的体验，帮助学生打通物理空间和数字空间，基于真实情境创造性地解决问题。
未来已来，信息科技教师要迈出积极探索的脚步，在信息科技课堂上落实“数字化学习与创新”素养，让学生养成探索和创新的意识，逐渐获得适应未来数字化生活的学习能力和思维品质。
参考文献
[1][3]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准：2022年版[S].北京：北京师范大学出版社，2022.
[2][4]熊璋，杨晓哲.信息素养·数字化学习与创新[M].北京：人民教育出版社，2020.
（作者王曉荔系安徽省合肥市第四十六中学信息科技教师；
王菁系安徽省合肥市亳州路小学信息科技教师；
田钰系安徽省合肥市教育科学研究院教育信息化应用研究中心主任、信息科技教研员）
责任编辑：牟艳娜
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